ПРИЛОЖЕНИЯ

Файл расчетов в формате MathCad 2000

П.1. РАСЧЕТ ЧИСЛА ВИТКОВ КВАДРАТНОЙ И СПИРАЛЬНОЙ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ

Тонкопленочные катушки часто используют в высокочастотных радиотехнических схемах в качестве индуктивностей цепей согласования и дросселей в цепях питания и смещения усилителей мощности. На внешних углах всех витков квадратной катушки (рис.П1а), при использовании ее в качестве индуктивности, а не дросселя, должны выполняться скосы, как показано на рис.П1б, уменьшающие отражение высокочастотной волны от места, где направление дорожки изменяется. Поэтому в качестве индуктивностей нередко применяют спиральные тонкопленочные катушки (рис.П1в), не требующие такого согласования, хотя и более сложные для автоматизированных технологий, а квадратные катушки используют обычно в качестве дросселей.
Ширина дорожек W выбирается исходя из требуемой величины тока через индуктивность. При токе, превышающем 1 А на 0,5 мм ширины дорожки, катушка будет греться и необходим отвод тепла с дорожки. Расстояние между соседними витками катушки V должно превышать ширину дорожек W.
Количество витков тонкопленочных квадратных катушек производится по формуле

,

а расчет плоской спиральной катушки - по формуле

,

где L[нГн] - заданная индуктивность катушки, а размеры А и В задаются в мм.

Рис. П1, а

Рис.П1, б.

Рис. П1, в

П.2. РАЧСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПЕЧАТНОГО ПРОВОДНИКА ШИРИНОЙ W И ДЛИНОЙ l

Рис.П.2.

Индуктивность печатного проводника, изображенного на рис. П.2, определяется по формуле

,

где линейные размеры задаются в метрах, а индуктивность L получается в наногенри.

П.3. РАЧСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ КРУГЛОГО ПРОВОДНИКА

Индуктивность круглого проводника длиной l и диаметром d определяется следующей формулой

,

где линейные размеры в сантиметрах, а индуктивность в наногенри.

П.4. РАЧСЧЕТ ОДНОСЛОЙНОЙ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Расчет однослойной катушки индуктивности длиной l, диаметром D, шагом намотки g, изготовленной проводом с диаметром d, изображенной на рис. П.3, производится по следующей методике:

1. Задаемся отношением диаметра катушки к ее длине . Рекомендуется выбирать величину этого отношения в интервале от 1 до 3, так как наивысшая добротность катушки реализуется при .
2. Выбираем шаг намотки g, исходя из того, что при малом шаге (g=1) велика междувитковая емкость и растут связанные с этим потери, а при большом шаге значительно увеличиваются габариты катушки. Рекомендуемое значение g=2 (через виток), что облегчает и намотку катушки.
3. Определяем вспомогательный коэффициент K по графику, изображенному на рис. П.4
4. Находим необходимое количество витков катушки по формуле

,
где индуктивность в наногенри, а диаметр катушки в сантиметрах.

Рис. П.3.

Рис. П.4.

П.5. РАЧСЧЕТ МИКРОПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ

Рис. П.5. Поперечное сечение микрополосковой линии

Размеры микрополосковой линии с металлической полоской толщиной много меньшей толщины диэлектрика h, как показано на рис. П.5, определяются по следующим формулам:

а) при d>2,1

б) при

где ZВ - волновое сопротивление микрополосковой линии;
e - диэлектрическая проницаемость используемого диэлектрика;

П.6. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОГО КАСКАДА УСИЛЕНИЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

При построении радиоаппаратуры мощные каскады усиления практически всегда требуют индивидуальной настройки цепей согласования. Поэтому основной целью расчета усилителя мощности является определение входного и выходного сопротивлений на выводах усилительного элемента и таких энергетических характеристик каскада, как потребляемая мощность питания; коэффициент полезного действия; требуемая мощность входного сигнала; тепловая мощность, рассеиваемая транзистором.
Ряд транзисторов производится промышленностью со встроенными внутри корпуса цепями согласования, обеспечивающими в рекомендуемом частотном интервале для номинальной выходной мощности транзистора входное и выходное сопротивления на выводах усилительного элемента близкие к 1 Ом и расчет требуется только для определения энергетических параметров каскада.
Наиболее точная методика расчета каскадов усиления мощности предложена в работе [6.6]. Расчет по этой методике основан на анализе эквивалентных схем мощных СВЧ транзисторов, представленных на рис. П.6.

а) б)

Рис.П.6.Эквивалентные схемы усилителей СВЧ, построенных по схемам с общим эмиттером (а) и с общей базой (б)

Исходными данными для расчета являются: рабочая частота f ; требуемая выходная мощность PВЫХ ; напряжение коллекторного питания EКО ; температура среды toC. По этим параметрам выбирается тип транзистора и схема его включения. Определяются паспортные данные транзистора: граничная частота fГР, сопротивление базы где t R - постоянная времени цепи коллектора, - емкость коллектора; емкость эмиттера СЭ; индуктивности выводов LЭ, LБ, LК ; коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером ; крутизна линии граничного режима , где выходная мощность и напряжение питания берутся для типового режима; сопротивления эмиттера и коллектора ; предельно допустимые параметры транзистора; тепловое сопротивление переход-корпус Rпк

Методика расчета [6.6]:
1. Выбираем мощность эквивалентного генератора РГ из условия

РГ = (0,8-1)Рвых для схемы с ОЭ и РГ = (1-1,2)Рвых для схем с ОБ.

2. Находим коэффициент использования коллекторного напряжения

.

3. Определяем амплитуду напряжения, амплитуду тока первой гармоники и сопротивление нагрузки эквивалентного генератора

.

4. Проверяем выполнение неравенства U КО+UГ <UКЭ МАКС ДОП.

В случае невыполнения корректируем ЕКО.

5. Определяем крутизну по переходу и сопротивление рекомбинации. Температуру перехода для кремниевых транзисторов принимаем близкой к граничной 130150 оС, для германиевых 75 оС.

6. Находим крутизну статической характеристики коллекторного тока

.

7. Задаваясь величиной напряжения смещения UВО определим коэффициент разложения импульса выходного тока

.

8. По значениям коэффициентов разложения косинусоидального импульса определяем угол отсечки q и проверяем выполнение условия .
9. Рассчитываем комплексные амплитуды токов и напряжений эквивалентной схемы транзистора:
; IЭ = I' + I'Г1; U'Э = I'Э (rэ + j2pfLэ );

U'П1= -j((1-g 1)/(2pfCэ))I'; U'CКА=U'Г1+U'П1 ; I'CКА=j2pfCКАU'CКА

;

I'К1 = IГ1 - I'CКА -I'CКП -I'rК

10. Для схемы с ОЭ U'К=UГ-U'Э; Zвх1 оэ = rвх1+jxвх1 =U'В/I'Б1

11. Для схемы с ОБ U'К=U'СКП-U'LБ; Zвх1 об = rвх1+jxвх1 =U'В/I'Э

12. Находим мощность сигнала, отдаваемую в нагрузку

PBЫХ = 0,5(ReU'КReI'К1+ImU'КImI'К1 ) .
13. Определяем требуемую мощность возбуждения. При этом учтем, что для схемы с ОЭ I'вх = I'б1 а для схемы с ОБ I'вх = I'э
.
PB = 0,5(ReU'BReI'BХ+ImU'BImI'BХ ) .
14. Находим постоянную составляющую коллекторного тока

где g1(q) - коэффициент формы для угла отсечки q.
15. Находим мощность, потребляемую от источника коллекторного питания Po = IkoEko , и коэффициент полезного действия усилителя

16. Определяем коэффициент усиления по мощности

17. Определяем мощность, рассеиваемую на транзисторе

18. Проверяем выполнение неравенства

19. Находим нагрузку на внешних выводах
Zн = rн+jxн = U'k / I'k1-j2pfLk