Проектирование индуктивной трёхточки на транзисторе с индуктированным n-каналом

Введение

Очень важное значение в радиоэлектронике имеют колебательные системы, генерирующие электромагнитные колебания. Такую систему, или устройство с самовозбуждением, называют динамической системой, преобразующей энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих колебаний, причём основные характеристики колебаний (амплитуда, частота, форма колебаний, гармонический состав и т.д.) определяется , в основном, параметрами самой системы. Процесс получения сигналов требуемой формы и частоты называют генерированием электрических колебаний. С точки зрения математических моделей колебательные системы разделяют на линейные и нелинейные, автономные и неавтономные. Особый класс представляют автоколебательные системы или автогенераторы.

В радиопередатчиках систем связи автогенераторы применяют часто в качестве каскадов, создающие электромагнитные колебания несущей частоты (рис.1). Основное требование – это высокая стабильность генерируемой частоты и КПД. В СВЧ-диапазоне автогенераторы зачастую используют в качестве выходных каскадов передатчиков. Требования к таким автогенераторам аналогичны требованиям к усилителям мощности – обеспечение мощных колебаний при высоком КПД , выходной мощности и стабильности частоты.

1. Выбор схемы для проектирования

Выберем за основу для проектирования LC-генератора Хартлея на МОП транзисторе с индуцированным каналом схему на рис.1

Введём нагрузочный резистор в цепь стока и уберём микрофон и антенну. Полученная схема приведена на рис.2.

Рис.2 Схема для проектирования генератора.

В выбранной схеме рис.2 сопротивление R1 является времязадающим для плавности наростания напряжения параллельного колебательного контура , который состоит из конденсаторов С1 С2, варикапа VD1 и индуктивной катушки L с тремя выводами (на схеме показаны две идуктивности). Варикап также обеспечивает развязку контура по постоянному току.

2. Подбор активного элемента – МОП транзистора для генератора

МОП транзистор должен быть высокочастотным

f_max >12 МГц

Максимальный ток стока транзистора определим, учитывая что транзистор в открытом состоянии имеет падение напряжения примерно 1В:

Ic = (E_n -1) / R_H т.е. Ic = 11 / 300 =37 мА(1)

Также максимальная мощность транзистора определяется из выражения:

P_max = Ic * E_n = 37 *12 =444 мВт (2)

Напряжение сток исток:

U_СИ >12B;

По этим параметрам подбираем высокочастотный МОП транзистор фирмы Philips типа BSD214. Его параметры:

f_max =15 МГц ;

Мощность Р =1,2Вт;

Пороговое напряжения U_3И =1B;

Допустимое напряжение сток-исток транзистора U_СИдоп =25В;

Допустимое напряжение сток-затвор транзистора U_СЗдоп =30В;

Допустимое напряжение затвор-исток транзистора U_ЗИдоп =30В;

Максимальный ток стока транзистора I_доп =50мА.

Данный тип транзистора работает только в режиме обогащения канала при малом пороговом напряжении и большом резонансном напряжении контура, поэтому можно считать режим его работы ключевым.

3. Расчёт спектра выходного сигнала генератора

Т.к. режим работы транзистора ключевой, малое пороговое напряжение и синусоидальное напряжение колебательного контура имеет амплитуду выше Еn>12B, то

скважность следования импульсов будет равна S=2 , форма выходного сигнала будут прямоугольные импульсы с периодом следования:

Т = 1 / f_P = 1/ 12000000 = 83нс (3)

Время следования импульса:

t_и =T / S = 83/2 = 41,5 нс (4)

Т.к. транзистор в открытом состоянии имеет падение напряжения примерно 1В, то выходное напряжение будет как на рис.3.

U, B

Рис.3 Напряжение на нагрузке в установившемся режиме генератора.

Максимальное напряжение в нагрузочном резисторе U_m = E_n = 12B, а минимальное равно примерно падению напряжения на открытом транзисторе U_min = 1,0B.

Определим ширину спектра сигнала и найдём значение постоянной составляющей по формуле:

(5)

Амплитуда первой, основной, гармоники f=12МГц будет:

U_m1 = (2U_m /sin (1 / S) = (2*12/3.14) * sin(1*3.14/2) = 7,64 В(6)

Амплитуда второй гармоники f=2*12=24 МГц и других чётных равны нулю.

Амплитуда третей гармоники f=3*12=36 МГц будет:

U_m3 (2U_m /3sin (3* / S) = (2*12/(3*3.14)) * sin(3*3.14/2) =2,55 В(7)

Амплитуда пятой гармоники f=5*12=60 МГц будет:

U_m4 = (2U_m /5sin (5* / S) = (2*12/(5*3.14)) * sin(5*3.14/2) =1,53 В(8)

Амплитуда седьмой гармоники f=7*12=84 МГц будет:

U_m7 = (2U_m /7sin (7* / S) = (2*12/(7*3.14)) * sin(7*3.14/2) =1,09 В(9)

Амплитуда девятой гармоники f=9*12=108 МГц будет:

U_m7 = (2U_m /7sin (7* / S) = (2*12/(9*3.14)) * sin(9*3.14/2) =0,85 В(10)

По результатам расчётов построим диаграмму, показывающую ширину спектра выходного сигнала на нагрузочном резисторе

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать