(4.22)
Проводимости gБК и gi оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.
Подставляя численные значения, по формулам (4.16) ¸ (4.22) проводим расчёт элементов схемы.
По формулам (4.17а) и (4.17б) пересчитаем ёмкость коллектора для напряжения, при котором измерена постоянная времени цепи обратной связи, а также для напряжения, равного напряжению в рабочей точке:
По формуле (4.16) производим расчет проводимости базы:
По формуле (4.18) производим расчет сопротивления эмиттерного перехода:
Проводимость база-эмиттер вычисляем согласно формуле (4.19):
По формуле (4.20) рассчитываем ёмкость эмиттера:
Крутизну внутреннего источника вычисляем по формулам (4.21) и (4.22):
4.3.2 Расчет высокочастотной однонаправленной модели
Однонаправленная модель справедлива в области частот более , где = ( - граничная частота коэффициента передачи тока, - статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером) [4].
Однонаправленная модель транзистора представлена на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель транзистора
Элементы схемы замещения, приведенной на рисунке 4.6, могут быть рассчитаны по следующим эмпирическим формулам [4].
Входное сопротивление:
(4.24)
где - сопротивление базы в схеме Джиаколетто (см. рисунок.4.5).
Выходное сопротивление:
(4.25)
где UКЭМАХ – предельное значение напряжения коллектор-эмиттер (*);
IКМАХ – предельное значение постоянного тока коллектора (*).
Подставляя в выражение (4.25) числовые значения, получаем:
Выходная ёмкость:
(4.26)
где СК – ёмкость коллектора, рассчитанная в соответствии с формулой
(4.17,б)
4.4 Расчет цепей термостабилизации
Существует несколько видов схем термостабилизации [5,6]. Использование этих схем зависит от мощности каскада и требований к термостабильности. В данной работе рассмотрены следующие три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, активная коллекторная. Необходимо сравнить эффективность использования данных схем.
4.4.1 Эмиттерная термостабилизация
Рассмотрим эмиттерную термостабилизацию, схема которой приведена на рисунке 4.7. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [5,6].
Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации
Расчет номиналов элементов осуществляется по известной методике, исходя из заданной рабочей точки.
Рабочая точка достаточно жестко стабилизирована, если
(4.27)
Номинал резистора RЭ находится по закону Ома:
(4.28)
Емкость СЭ позволяет всему сигналу от генератора выделяться на транзисторе. Номинал рассчитывается по формуле:
. (4.29)
Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе в цепи эмиттера:
(4.30)
Базовый ток в раз меньше тока коллектора:
(4.31)
Выбор тока делителя осуществляется следующим образом:
(4.32)
Расчет номиналов резисторов базового делителя производим по формулам:
(4.33)
(4.34)
Принимая и , согласно выражениям (4.27) – (4.34) производим численный расчет:
Также проведем расчет мощности, рассеиваемой на резисторе RЭ.
4.4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
Этот вид термостабилизации [5,6] применяется в маломощных каскадах и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу.
Схема каскада с использованием пассивной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.8:
Рисунок 4.8 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации
Расчет начинают с того, что выбирается напряжение на резисторе Rk:
(4.35)
Номинал резистора RК находится по закону Ома:
(4.36)
Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе Rk:
(4.37)
Базовый ток в раз меньше тока коллектора:
(4.38)
Расчет номинала резистора Rб производится по формуле:
(4.39)
Принимая , согласно выражениям (4.35) – (4.39) производим численный расчет:
Рассеиваемая на резисторе Rk мощность при такой термостабилизации находится по формуле:
(4.40)
4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация
В активной коллекторной термостабилизации используется дополнительный транзистор, который управляет работой основного транзистора. Эта схема применяется в мощных каскадах, где требуется высокий КПД [5,6].
Схема каскада с использованием активной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.9.
Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации
В качестве управляемого активного сопротивления выбран маломощный транзистор КТ361А (на рисунке 4.9 – VT1). Основные технические параметры данного транзистора приведены ниже [4].
Электрические параметры:
-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
-емкость коллекторного перехода при В пФ.
Предельные эксплуатационные данные:
-постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
-постоянный ток коллектора мА;
-постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К Вт.
При условии, что на резисторе R4 за счет протекания тока покоя транзистора VT2 выделяется напряжение UR4 более одного вольта, нестабильность этого тока в диапазоне изменения температуры от минус 60 до плюс 60 градусов не превышает 2%.
В данном случае примем напряжение UR4 равным 1.5 В.
Энергетический расчет схемы производится по следующим формулам:
Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе VT2 и резисторе R4 (рисунок 4.9):
(4.41)
Рабочая точка транзистора VT1 находится согласно следующим выражениям:
(4.42)
(4.43)
Базовый ток транзистора VT1 и ток делителя R1, R3 рассчитываются соответственно по формулам:
(4.44)
(4.45)
Мощности, рассеиваемые на транзисторе VT1 и на резисторе R4, находятся следующим образом:
(4.46)
(4.47)
Расчет номиналов схемы, представленной на рисунке 4.9, производится согласно следующим выражениям:
(4.48)
(4.49)
(4.50)
(4.51)
Подставляя в выражения (4.41) - (4.51) числовые значения, получаем:
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если СБЛ утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать. Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную.
4.5 Расчет некорректированного каскада
4.5.1 Анализ каскада в области верхних частот
Принципиальная схема некорректированного усилительного каскада приведена на рисунке 4.10, а эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.10,б.
