3.3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров[2]:
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 КТ930Б. Его основные технические характеристики взяты из справочника [3] и приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи при В пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4. Ёмкость 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 А;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто и однонаправленной модели на ВЧ.
А) Расчёт схемы Джиакалетто:
Схема Джиакалетто представлена на рисунке 3.3.5.
Рисунок 3.3.5 Схема Джиакалетто.
Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле:
(3.3.9)
При чём и доложны быть измерены при одном напряжении Uкэ. А так как справочные данные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулой, которая позволяет вычислить при любом значении напряжения Uкэ:
, (3.3.10)
в нашем случае:
Подставим полученное значение в формулу (3.3.9):
, тогда
Используя формулу (3.3.10), найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке :
Найдем значения остальных элементов схемы:
, (3.3.11)
где
(3.3.12)
– сопротивление эмиттеного перехода транзистора. Тогда:
Емкость эмиттерного перехода:
Выходное сопротивление транзистора:
(3.3.13)
(3.3.14)
(3.3.15)
Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:
Схема однонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.6. Описание этой модели можно найти в журнале [4].
Рисунок 3.3.6 Схема однонаправленной модели на ВЧ
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.
Входная индуктивность:
, (3.3.16)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера, которые берутся из справочных данных.
Входное сопротивление:
, (3.3.17)
Выходное сопротивление имеет такое же значение, как и в схеме Джиакалетто:
.
Выходная ёмкость- это значение ёмкости вычисленное в рабочей точке:
.
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации
При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы. Существует несколько вариантов схем термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены две схемы: эмиттерная и активная коллекторная стабилизации.
3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация
Эмиттерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах, и получила наиболее широкое распространение. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.7. Произведём упрощённый расчёт этой схемы [2].
Рисунок 3.3.7 Принципиальная схема эмитерной термостабилизации
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются .
Напряжение эмиттера выбирается равным порядка . Ток делителя выбирается равным , где - базовый ток транзистора и вычисляется по формуле:
(мА); (3.3.18)
Тогда:
А (3.3.19)
Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле: (В) ; (3.3.20)
Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
Ом; (3.3.21)
(Ом); (3.3.22)
(Ом); (3.3.23)
Данная методика расчёта не учитывает напрямую заданный диапазон температур окружающей среды, однако, в диапазоне температур от 0 до 50 градусов для расчитанной подобным образом схемы, результирующий уход тока покоя транзистора, как правило, не превышает (10-15)%, то есть схема имеет вполне приемлимую стабилизацию [2].
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является достаточно эффективной, её схема представлена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3.8 Схема активной коллекторной термостабилизации.
В качестве VT1 возьмём КТ814А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), тогда . Затем производим расчёт по формулам [6]:
; (3.3.24)
; (3.3.25)
; (3.3.26)
; (3.3.27)
, (3.3.28)
где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814;
; (3.3.29)
; (3.3.30)
. (3.3.31)
Получаем следующие значения:
(Ом);
(мА);
(В);
(А);
(А);
(Ом);
(кОм);
(Ом)
Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.
Как было сказано выше, эмиттерную термостабилизацию в мощных каскадах применять “невыгодно” так как на резисторе, включённом в цепь эмиттера, расходуется большая мощность, поэтому в нашем случае необходимо выбрать активную коллекторную стабилизацию.
3.3.5 Расчёт корректирующих цепей
3.3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи
Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [5]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.3.9.
Рисунок 3.3.9 Схема выходной корректирующей цепи
Найдём – выходное сопротивление транзистора нормированное относительно и :
(3.3.32)
.
Теперь, по таблице приведённой в [4], найдём ближайшее к рассчитанному значение и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ: и , а также –коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки и модуль коэффициента отражения .
Найдём истинные значения элементов по формулам:
; (3.3.33)
; (3.3.4)
. (3.3.35)
(нГн);
(пФ);
3.3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ
В данном усилителе имеются две МКЦ: между выходным и предоконечным каскадами и между предоконечным и входным каскадами. Это корректирующие цепи третьеого порядка. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с равномерной АЧХ и частотными искажениями лежащих в пределах допустимых отклонений [5].
