Расчт выходного каскада

Расчт выходного каскада. Выбор рабочей точки Координаты рабочей точки можно приближнно рассчитать по следующим формулам 1 , 3.3.1 где 3.3.2 , 3.3.3 где начальное напряжение нелинейного участка выходных характеристик транзистора, .Возьмем Так как в выбранной мной схеме выходного каскада сопротивление коллектора отсутствует, то. Выходное напряжение и выходной ток транзистора можно рассчитать по формулам , 3.3.4 . 3.3.5 При подстановке значений, получаем. Рассчитывая по формулам 3.3.1 и 3.3.3, получаем следующие координаты рабочей точки мА, В. Найдм мощность, рассеиваемую на коллекторе .18 Вт. 3.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется с учтом следующих предельных параметров 1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ 2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер 3. предельно допустимого тока коллектора 4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе. Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ916А. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры 1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 4. мкость коллекторного перехода при В пФ 5. Индуктивность вывода базы нГн 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. Предельные эксплуатационные данные 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В 2. Постоянный ток коллектора мА 3. Температура перехода К. Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены на рисунке 2. Напряжение питания выбрано равным 24,36 В. Рисунок 3.2 3.3.3 Расчт эквивалентных схем транзистора Расчт схемы Джиаколетто Соотношения для расчта усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто, справедливой для области относительно низких частот.

Схема модели представлена на рисунке 3. Рисунок 3.3 Элементы схемы можно рассчитать, зная паспортные данные транзистора, по формулам 2 Проводимость базового вывода , 3.3.6 Где - мкость коллекторного вывода, при напряжении на транзисторе равном 10 В. Значение этой мкости можно вычислить.

Для этого нужно знать паспортное значение коллекторной мкости и значение напряжение, при котором снималась паспортная мкость.

Пересчт производится по формуле , 3.3.7 мкость коллекторного вывода мкость эмитерного вывода 3.3.8 3.3.8 Проводимость . 3.3.9 Проводимости и оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчтах они обычно не учитываются.

Проведя расчт по формулам 3.3.6 3.3.9, получаем значения элементов схемы пФ пФ Расчт высокочастотной модели Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты, то из эквивалентной схемы можно исключить входную мкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора.

Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель.

Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.4. Описание такой модели можно найти в 2. Рисунок 3.4 Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведнным ниже формулам.

Входная индуктивность , 3.3.10 где индуктивности выводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление , 3.3.11 Крутизна транзистора , 3.3.12 Выходное сопротивление . 3.3.13 Выходная мкость . 3.3.14 В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы нГн пФ Ом АВ Ом пФ. 3.3.4 Расчт цепей термостабилизации и выбор источника питания Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. 3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация Данный вид термостабилизации схема представлена на рисунке 3.4 используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор податся на базу через базовый делитель. Рисунок 3.5 Расчт, подробно описанный в 3, заключается в следующем выбираем напряжение в данном случае В и ток делителя в данном случае, где ток базы, затем находим элементы схемы по формулам 3.3.15 , 3.3.16 где напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В . 3.3.17 Получим следующие значения Ом Ом Ом. 3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, е схема представлена на рисунке 3.5. Е описание и расчт можно найти в 2. Рисунок 3.6 В качестве VT2 возьмм КТ916А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия пусть В, затем производим следующий расчт 3.3.18 3.3.19 3.3.20 3.3.21 , 3.3.22 где статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ транзистора КТ361А 3.3.23 3.3.24 . 3.3.25 Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной мкости таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлн. 3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация Принцип действия эмиттерной термостабилизации представлен на рисунке 3.6. Метод расчта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в 3. Рисунок 3.7 Расчт производится по следующей схеме 1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя см. рис. 3.7, а также напряжение питания 2. Затем рассчитываются . 3. Производится поверка будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и. Если нет, то вновь осуществляется подбор и. Возьмм В и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчт величин резисторов производится по следующим формулам 3.3.25 3.3.26 . 3.3.27 Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчт приведнных ниже величин.

Тепловое сопротивление переход окружающая среда , 3.3.28 где, справочные данные К нормальная температура.

Температура перехода , 3.3.29 где К температура окружающей среды в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода , 3.3.30 где отклонение температуры транзистора от нормальной лежит в пределах А коэффициент, равный 0.063 0.091 для германия и 0.083 0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учтом изменения температуры , 3.3.31 где равно 2.2мВградус Цельсия для германия и 3мВградус Цельсия для кремния 3.3.32 где 1 градус Цельсия.

Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры , 3.3.33 где . 3.3.34 Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия, где . 3.3.35 Рассчитывая по приведнным выше формулам, получим следующие значения Ом Ом Ом Ом К К А Ом Ом А А. Как видно из расчтов условие термостабильности выполняется.

Из всех рассмотренных выше типов термостабилизации была выбрана активная коллекторная термостабилизация, как наиболее подходящая для моего усилителя.

Активным элементом был выбран транзистор КТ361A. 3.3.4.4 Выбор источника питания При выборе номинала источника питания нужно учитывать выбранный вид термостабилизации.

При активной коллекторной термостабилизации на резисторе дополнительно будет падать 1 вольт. Таким образом номинал источника питания будет складываться из напряжения в рабочей точке транзистора и падения напряжения на. Тогда В 3.3.5 Расчет элементов ВЧ коррекции В качестве ВЧ коррекции мною была выбрана межкаскадная корректирующая цепь 3-го порядка.

Но после расчта коэффициента усиления выходного каскада оказалось, что каскад дат слишком малое усиление, а именно около 2.5 дБ. После расчта промежуточного каскада были получены примерно такие же результаты. В результате общее усиление, выдаваемое трмя каскадами усилителя, вышло равным примерно 11 дБ, вместо 15 требуемых. Для увеличения коэффициента усиления третий каскад на транзисторе КТ916А был заменен каскадом со сложением напряжения, выполненным на транзисторе КТ948Б. Для активного элемента промежуточного каскада был выбран транзистор КТ913Б. Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.8. Рисунок 3.8 Расчт каскада полностью описан в 2. При условии 3.3.36 Каскад выдает напряжение, равное входному, оставляя неизменным ток, отдаваемый предыдущим каскадом. Поэтому ощущаемое сопротивление нагрузки каскада равно половине сопротивления нагрузки, а его входное сопротивление также равно половине сопротивления нагрузки, вплоть до частот соответствующих. При выполнении условия 3.3.36 коэффициент усиления каскада в области ВЧ описывается выражением , Где. В случае получения оптимальной по Брауде АЧХ, значения равны 3.3.37 . 3.3.38 Так как был использован каскад со сложением напряжения, произошло смещение рабочей точки, рассчитанной ранее.

Напряжение в рабочей точке транзистора КТ948Б будет равно 13.2 вольт.

Ток останется неизменным, т.е. будет равен 0.5 ампер. Также можно поменять номинал источника питания - взять его равным 14.2 вольт.

Так как каскад со сложением напряжения осуществляет подъм АЧХ, т.е. улучшает е форму, будем считать, что каскад не вносит линейных искажений и не требует МКЦ. Тогда произведм пересчт искажений 2 дБ отдадим на промежуточный каскад и 1 дБ на входной. Основные технические характеристики транзистора КТ948Б Электрические параметры 7. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц 8. Постоянная времени цепи обратной связи, при напряжении 10 вольт, пс 9. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 10. мкость коллекторного перехода пФ 11. Индуктивность вывода базы нГн 12. Индуктивность вывода эмиттера нГн. Предельные эксплуатационные данные 4. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В 5. Постоянный ток коллектора А 6. Температура перехода К. По формулам 3.3.6 3.3.9 получаем значения элементов модели Джиаколетто пФ пФ По формулам 3.3.10 3.3.14 получаем значения элементов ВЧ модели нГн пФ Ом АВ Ом пФ. Используя эти данные, вычисляем значения для элементов по формулам 3.3.37-3.3.38, а также значения элементов схемы термостабилизации, используя формулы 3.3.18 3.3.25. Значения Значения элементов схемы термостабилизации Коэффициент усиления выходного каскада 6 дБ. 3.4