Тогда рабочая точка будет иметь следующие координаты:
Так как дроссель по постоянному току является короткозамкнутым проводником, то напряжение питания будет равным падению напряжения на транзисторе, то есть Еп=Uкэо=10.71В.
Нагрузочная прямая по переменному току описывается выражением:
(4.13)
Для упрощения здесь Тогда изменение напряжения на транзисторе будет равно:
Вид нагрузочных прямых изображен на рисунке (4.4).
Рисунок 4.4- Нагрузочные прямые для дроссельного каскада
Потребляемая мощность
каскадом и рассеиваемая на транзисторе аналогично определяется по выражениям
(4.11, 4.12). В результате
получается:
Видно, что мощность рассеивания равна потребляемой.
Сравнивая энергетические характеристики двух каскадов, можно сделать вывод, что лучше взять дроссельный каскад, так как он имеет наименьшее потребление, напряжение питания и ток.
4.2 Выбор транзистора оконечного каскада
Выбор транзистора осуществляется по следующим предельным параметрам:
- предельный допустимый ток коллектора;
- предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер ;
- предельная мощность, рассеиваемая на коллекторе.
- граничная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ .
Этим требованиям удовлетворяет транзистор КТ939А [3]. Основные технические характеристики этого транзистора приводятся ниже.
Электрические параметры:
-граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
-постоянная времени цепи обратной связи при В пс;
-индуктивность базового вывода ;
-индуктивность эмиттерного вывода ;
-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;
-температура перехода К.
4.3 Расчет эквивалентной схемы транзистора
Так как рабочие частоты усилителя больше частоты, то входная ёмкость не будет влиять на характер входного сопротивления транзистора на высоких частотах, а будет влиять индуктивность выводов транзистора. Ёмкость можно исключить из эквивалентной схемы, а индуктивность оставить. Эквивалентная однонаправленная модель представлена на рисунке (4.5). Описание такой модели можно найти в [4].
Рисунок 4.5 – Однонаправленная модель транзистора
Рисунок 4.6 – Схема Джиаколетто
Параметры эквивалентной схемы не даны в справочнике, но они совпадают с параметрами схемы транзистора, предложенной Джиаколетто [1,4] (рис.4.6).
Входная индуктивность:
(4.14)
–индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
, (4.15)
где , причём ,
- напряжение, при котором измерялось
– берётся из справочника.
Крутизна транзистора:
, (4.16)
где
- ток в рабочей точке в милиамперах
Выходное сопротивление:
. (4.17)
Выходная ёмкость:
. (4.18)
Тогда в соответствие с этими формулами получаются следующие значения элементов эквивалентной схемы:
Ом
А/В
Ом
Ом
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 схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, активная коллекторная.
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
При расчёте элементов схемы выбирается падение напряжения Uэ на сопротивлении Rэ (в интервале 2-5В), расчитываются ток делителя , напряжение питания, сопротивления . Так как взят дроссельный каскад, то координаты рабочей точки равны Uкэо=10.71В и Iко=0.154А.
Выбрано напряжение Uэ=3В.
Ток базового делителя находится по выражению:
(4.19)
где
Сопротивления определяются выражениями:
; (4.20)
; (4.21)
. (4.22)
Напряжение питания :
(4.23)
После подстановки получаются
следующие результаты:
Ом
Ом
Ом
Рассеиваемая мощность на Rэ:
(4.24)
Тогда мощность Pэ равна:
4.4.2 Коллекторная пассивная 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. Расчет начинают с того, что выбирается напряжение Urк в интервале 5-10В. Потом расчитываются напряжение питания, ток базы Iб, сопротивления Rб и Rк по выражениям:
(4.25)
Рисунок 4.8 – Схема коллекторной пассивной термостабилизации
(4.26)
(4.27)
(4.28)
Результатом подстановки будет:
Ом
Ом
Напряжение Еп=Uкэо, потому что при постоянном токе Urк равно нулю.
Рассеиваемая мощность при такой термостабилизации находится по формуле:
(4.29)
Тогда получится:
4.4.3 Коллекторная активная термостабилизация
В активной коллекторной термостабилизации используется дополнительный транзистор, который управляет работой основного транзистора. Эта схема применяется в мощных каскадах, где требуется высокий КПД. Её описание и расчёт можно найти в [5,6].
Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации
Вначале, при расчете выбирается транзистор VT1. В качестве VT1 выбран КТ361А [3]. Основные технические параметры приведены ниже.
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;
После этого выбирается падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), затем производится расчёт по выражениям:
; (4.30)
; (4.31)
; (4.32)
; (4.33)
, (4.34)
; (4.35)
; (4.36)
(4.37)
(4.38)
После подстановки получаем следующие значения:
Ом
А
Ом
Ом
Ом
Рассеиваемая мощность на сопротивлении R4 определяется по выражению:
(4.39)
После подстановки имеем:
В результате, если сравнить все три вида схем термостабилизации, то видно, что лучше взять активную коллекторную, так как она более экономична. К тому же, у высокочастотных транзисторов на высокой частоте эмиттер заземлен, поэтому эмиттерная термостабилизация не используется.
4.5 Расчет элементов высокочастотной коррекции
4.5.1 Расчет выходной корректирующей цепи
Из теории усилителей известно [1,6], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этого добиваются включением выходной емкости транзистора (см. рисунок 4.10) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной корректирующей цепи (ВКЦ). Схема включения ВКЦ приведена на рисунке (4.10).
Рисунок 4.10 - Схема выходной корректирующей цепи
При работе усилителя без ВКЦ модуль коэффициента отражения || ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен
