Здравствуйте, уважаемые форумчане, помогите разобраться с вопросом.

Имеется высокочастотный биполярный транзистор. Вот его ВАХ. Рабочую точку при включении с ОЭ выбрал следующую: Uc = 2 V, Ic = 20 mA, Ib = 200 uA (или где-то Ube = 0.85 V).


Коэффициент усиления (S21 и max gain - при условии согласования) в этой рабочей точке следующий:



Вопрос - как на этом транзисторе построить каскод? Задача стоит разработать усилитель мощности на каскоде, частота 5 Ггц, полоса 300 МГц, усиление 20 дБ.
1) как выбрать напряжение (или все-таки лучше задавать ток?) на базе второго транзистора (который включен с ОБ)? Исходя из каких соображений? Выбрал такой же ток базы как и у транзистора с ОЭ, получил следующее:



2) обязательно ли нужен конденсатор на базе второго биполярника? Понимаю, что это конденсатор фильтр по питанию, земля во ВЧ сигналу. Но по моему мнению он не должен ни на что особо влиять. Однако, если его убрать, то коэф.передачи падает на 20 дБ, а коэф. устойчивости выбирается из "минуса", но все равно ниже 1.

Обязательно, если это классический каскод.


Вы сами убедились, что влияет.
Конденсатор устраняет ООС на частоте усиливаемого сигнала.

Напряжение на коллекторе нижнего (эмиттере верхнего) транзистора должно быть половина напряжения питания, из этого надо исходить, задавая напряжение на базе верхнего транзистора. Если требования по коэффициенту шума не тредъявляются, то надо выжать максимум усиления, а для этого оптимально согласовать вход и выход каскада по мощности со стандартным 50-омным трактом. Не превышая при этом максимальный устойчивый коэффициент усиления.

откуда нижний транзистор знает какое оно - напряжение питания. чтобы понять что при половинном он находится в идеальных условиях?

Знает не транзистор, а знает разработчик. Половина питания - это максимально возможный динамический диапазон и усиление.

и какой максимальный размах напряжения (в вольтах) можно получить в таком случае на коллекторе нижнего (эмиттере верхнего) транзистора?

0 Вольт

Т.е. лучше задавать напряжение на базе второго транзистора. Просто он по току сильно чувствительный, при 200 мкА, напряжение на нижнем тр-ре Uc1 = 2.64 В. При токе 198 мкА, уже Uc1 ~ 2 В. Вот что получилось:



К коэффициенту шума нет требований, нужно настроить на выходную мощность, поэтому использую индуктивность в цепи питания коллектора. Чтобы не было лишнего падения напряжения, а все в нагрузку шло.

Перед тем согласовывать, я хотел застабилизировать каскод, т.е. сделать коэффициент устойчивости К стал больше 1, используя, например параллельную RC цепочку по входу, или резисторы в цепях питания, а также в случае необходимости обратные связи (например? параллельную по напряжению при помощи RC цепи, и резистор в цепь эмиттера). Смущает тот факт, что коэф. К (он на графике справа) существенно меньше 1, даже в отрицательную область заходит (где-то читал что наоборот каскод более устойчивый). И еще коэффициент усиления максимальный около 40 дБ. Как то это подозрительно.

правильно.

а нулевой размах можно получить не только на полпитании,но и на нуле питания и на самом питании...
полпитания тут не причём, короче!

При любом постоянном напряжении на коллекторе нижнего трранзистора будет близкое к нулю переменное напряжение, потому как он должен отдавать в нагрузку (эмиттер верхнего транзистора) ток, а не напряжение. Верхний транзистор здесь включен по схеме ОБ, поэтому имеет низкое входное сопротивление. Полпитания означает, что транзисторы находятся в одинаковых условиях по постоянному току.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 7 2016, 07:56

Спасибо! Но непонятно. Можете пояснить как там образуется ООС?

40dB многовато. Попробуйте смоделировать в AWR (MWO) и вычислить коэффициент устойчивости и Maximum Available Gain.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 7 2016, 08:06

Насколько я понял из ВАХ, напряжение пробоя этого транзистора равно ~3 В. Напряжение насыщения составляет около 0.5-1 В (ну и размах по напряжению соответственно 2-2.5 В). Поэтому оптимальная точка для максимального размаха по напряжению равна 1.5-2 В. По току выбран не А режим, а AB, чтобы кпд был повыше. Или я в принципе неправильно задаю питание каскода?

Вот именно поэтому потенциал "полпитания" в точке соединения транзисторов не нужен. Чтобы отобрать максимум напряжения в нагрузку, полпитания должно быть на коллекторе верхнего транзистора.

Моделирую в ADS, там просто модель этого транзистора есть. В ADS считаю max_gain и коэф. устойчивости при помощи вшитых в САПР формул. Дело в том что один транзистор в рабочей точке Uc=2 В, Ic = 20 mA дает около 20 дБ максимального коэффициента усиления, но при этом коэф. К получше, его удается сделать больше 1.



А остальные полпитания где? В нагрузке? мне нужен ВЧ усилитель, поэтому на нагрузке желательно иметь максимум размаха переменного напряжения, а все питание на транзисторы. Выбрал питание 4 В, по 2 В на каждый из тр-ров. Токи базы примерно одинаковы ~200 мкА.