Б) Расчёт каскада с дросселем в цепи коллектора:
Схема данного каскада представлена на рисунке 3.3.3.
Рисунок 3.3.3. Схема каскада с дросселем в цепи коллектора.
В данном каскаде нагрузкой по переменному току является непосредственно нагрузочное сопртивление Rн. Тогда выходной ток будет равен::
Найдем ток и напряжение в рабочей точке:
Напряжение питания будет равно:
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.4.
I, А
R_
R~
3.85
23.5 46.6 U, В
Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Определим потребляемую и рассеиваемую мощность транзистора по формулам :
Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что целесообразней использовать каскад с дросселем в цепи коллектора, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения. Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Iко(А)
Uкэо(В)
Еп(В)
Ррасс.(Вт)
Рпотр(Вт).
с Rк
7.7
23.5
69.7
180
540
без Rк
3.85
23.5
23.5
90.5
90.5
3.3.2 Выбор транзистора
Для выбора транзистора необходимо чтобы его параметры удовлетворяли следующим условиям:
(3.9)
Из неравенства (3.9) определим значения допустимых параметров:
Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор 2Т947А.[3]
Транзистор имеет следующие допустимые параметры:
Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Постоянная времени цепи обратной связи при В пс;
2. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
;
3. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
4. Индуктивность вывода базы нГн;
5. Индуктивность вывода эмиттера нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянный ток коллектора А;
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
Как показывает практика, даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Очень удобно анализировать свойства транзистора при малом сигнале, в широком диапозоне частот, с помощью физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.3.5 и однонаправленной модели цепи на ВЧ.
А) Расчёт схемы Джиаколетто:
Схема Джокалетто представлена на рисунке 3.3.5.
Рисунок 3.3.5 Схема Джиаколетто.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.
Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле:
(3.10)
При чём и доложны быть измерены при одном напряжении Uкэ. А так как справочные данные приведены при разных значениях напряжний, то необходимо воспользоваться формулой перехода, которая позволяет вычислить при любом значении напряжения Uкэ:
(3.11)
В нашем случае получаем:
Подставим полученное значение в формулу:
, тогда (Сим) (3.12)
Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:
, (2.11)
где, – сопротивление эмиттеного перехода транзистора.
Тогда
Емкость эмиттерного перехода:
Выходное сопртивление транзистора:
(3.13)
Из формулы (3.13) найдем проводимость:
(3.14)
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:
Крутизну транзистора определим по формуле: (3.15)
Подставляя численные значения получим:
Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:
Однонаправленная модель является эквивалентной схемой замещения транзистора, так же как и схема Джиаколетто. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 3.3.6. Полное описание однонаправленной модели можно найти в [4].
Рисунок 3.3.6
Параметры эквивалентной схемы рассчитываем по приведённым ниже формулам.
Входная индуктивность:
,
где –индуктивности выводов базы и эмиттера, которые берутся из справочных данных.
Входное сопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто:
Выходное сопротивление имеет значение:
Выходная ёмкость имеет значение:
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации
Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки [5]. Это объясняется тем, что ВАХ транзисторов зависят от температуры р-n переходов и, следовательно от температуры окружающей среды. Это приводит к смещению статических характеристик, чем обуславливается не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводит к перемещению рабочей точки, что приводит к изменению усилительных параметров.
При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы. Существует несколько вариантов схем термостабилизации: эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования предъявляются к термостабильности. В данной работе рассмотрены две схемы: эмиттерная и активная коллекторная стабилизации.
3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация.
Эмитерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах и является достаточно простой в расчёте и при этом эффективной. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.7.
Рисунок 3.3.7 Схема эмиттерной термостабилизации
Расчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:
(3.16)
(3.17)
(3.18)
(3.19)
(3.20)
(3.21)
(3.22)
где Iдел. – ток делителя;
PRэ – мощность рассеиваемая на резисторе Rэ .
Выберем напряжение Uэ=3В и по приведенной формуле (3.16) определим сопротивление Rэ :
Базовый ток найдем из формулы (3.17).
Ток делителя рассчитываем по формуле (3.18).
Определим напряжение питания по формуле (3.21).
Значения сопротивлений базового делителя найдем из формул (3.19,3.20).
Мощность, рассеиваемая на резисторе Rэ рассчитывается по формуле (3.22).
