Расчет амплитудного ограничителя

Принципиальная схема транзисторного ограничителя амплитуды приведена на рисунке 2.1.1. Методика расчета взята из [3].

Для уменьшения порогового напряжения и увеличения коэффициента ограничения транзистор работает при пониженном коллекторном напряжении порядка 2-3 В за счет использования резистора R_ф.

Выбираем транзистор КТ339А. Его справочные данные, необходимые для расчетов, следующие:

обратный ток коллектора, мкА                            2

статический коэффициент передачи тока ОЭ       50

граничная частота передачи тока в схеме с ОЭ, Мгц 550  

емкость коллекторного перехода, пФ                          0,65

модуль прямой проводимости на частоте 465 кГц, мСм 0,033

   Входная и выходная характеристики приведены на рисунке 2.1.2.

Зададимся напряжением питания E_ко=6 В и сопротивлением R_ф фильтра 1 кОм. Согласно равенству

arctg α₁=1/R_ф

arctg α₁=1/1000, чему соответствует линия 1 на рисунке 2.1.2.

По выходной характеристике, приведенной на рисунке 2.1.2, выбираем рабочую точку А, для которой I_ка=2,2 мА и

 

 

Рисунок 2.1.1 – Принципиальная схема амплитудного ограничителя

Рисунок 2.1.2 – Характеристики транзистора КТ339А

 

 

I_ба=50 мкА. Коэффициент включения определяется по формуле:

p_к≤(0,75…0,85)√R_фg_э1

где g_э1 – эквивалентная проводимость коллекторного контура.

g_э1 =δ_эg/δ

где δ_э – эквивалентное затухание контура;

   δ – собственное затухание контура (принимается равным 0,01);

   g – собственная резонансная активная проводимость колебательного контура.

Эквивалентное затухание контура определяется по формуле:

δ_э=2 δ(1+g₂₁/g)

где g₂₁ – выходная проводимость транзистора, определяется по справочнику (g₂₁=7*10^-6 См).

   Собственная резонансная активная проводимость колебательного контура g рассчитывается как

g=δω_oC_э

где ω_o – резонансная частота (принимается 465 кГц);

   C_э – эквивалентная емкость входного контура (принимается равной 20 пФ).

g=0,01*465000*6,28*20*10^-12=0,58*10^-6 См

δ_э=2*0,01(1+7/0,56)=0,27

g_э1=0,27/0,01*0,58*10^-6=15,6*10^-6 См

p_к=0,8*√10³*15,6*10^-6=0,1

Емкость конденсатора фильтра вычисляется по формуле:

С_ф≥(10…20)/(f_oR_ф)=15/465000/1000=32*10^-9=32 нФ

Выбираем из стандартного ряда номиналов конденсатор емкостью 33 нФ.

Сопротивление в цепи базы находится по формуле:

Нагрузочная характеристика для переменного тока проходит через точку А (рисунок 2.1.2) и имеет угол наклона, равный

arctg α₂= g_э1/p²_к

arctg α₂=15,6*10^-6 /0,01=0,0156

Этому углу соответствует линия 2 на рисунке 2.1.2. Для точки Б получаем I_кмакс=16 мА, I_бмакс=0,35 мА.Максимальная амплитуда входного сигнала, с которой начинается ограничение, равна:

U_мвх.л=0,5(U_бб-U_бв)=0,5(0,9-0,4)=0,25 В.

R_б=(6-0,8)/((16-2,2)*10^-3)*25=10 кОм

Амплитуда напряжения на коллекторном контуре определяется по формуле:

U_mвых.л=р_кY₂₁ U_мax.вх /g_э1

U_mвых.л=0,1*0,033*0,25/15,6*10^-6=5,3 В

Когда амплитуда входного сигнала превышает U_мax.вх, транзистор работает с отсечкой обоих полупериодов, и выходной сигнал соответствует уравнению

U_mвых.н=U_mвых.л Н(U_mвх.н/U_mвх.л)

где U_mвых.н – амплитуда напряжения на выходе ограничителя, В при входной амплитуде U_mвх.н, В;

   U_mвых.л – максимальная амплитуда напряжения на входе, В, при работе в линейном участке;

   Н(U_mвх.н/U_mвх.л) – коэффициент, определяемый по рисунку 2.1.3. Он представляет собой часть амплитудной характеристики ограничителя, работающего в нелинейном режиме.

   Пороговое напряжение ограничителя, при котором он еще работает в линейном режиме, определяется по формуле:

U_пор=1,5U_mвх.л=1,5*0,25=0,375 В

   При отношении U_mвх.н/U_mвх.л равном двум, находим по рисунку 2.1.3 величину Н. Н=1,25. Следовательно, напряжение на выходе ограничителя составит

U_mвых.н=U_mвых.л Н(U_mвх.н/U_mвх.л)=5,3*1,25=6,62 В

   Проведя ряд аналогичных вычислений для разных значений входного напряжения, заносим результаты в таблицу 2.1.1.

 

Таблица 2.1.1

Uвх, В	0,25	0,35	0,5	0.75	1
Н	1	1,15	1,25	1,26	1,27
Uвых, В	5,3	6,1	6,6	6,68	6,73

 

По этим данным строим график зависимости U_вых=f(U_вх). График этой функции приведен на рисунке 2.1.4. Окончательная принципиальная схема с указанием номиналов деталей приведена в Приложении 2.

 

 

 

 

Рисунок 2.1.3 – График для нахождения коэффициента Н

Uвых,В
7
6
5
4
3
2
1
									Uвх,В

0 0,1  0,2 0,3 0,4 0,5   0,6 0,7  0,8  0,9 1

Рисунок 2.1.4 – Зависимость U_вых=f(U_вх)