3.3.4.2 Коллекторная термостабилизация
Наиболее экономичной и простейшей из всех схем термостабилизации является коллекторная стабилизация. Стабилизация положения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Схема коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 3.3.8.
Рисунок 3.3.8 – Схема коллекторной термостабилизации.
Расчитаем основные элементы схемы по следующим формулам
(3.22)
(3.23)
(3.24)
Выберем напряжение URк=5В и расчитаем значение сопротивления Rк по формуле (3.22):
Базовый ток найдем из формулы (3.17):
Зная базовый ток, рассчитаем сопротивление Rб по формуле (3.23):
Определим рассеиваемую мощность на резисторе Rк по формуле (3.24):
3.3.4.3 Активная коллекторная термостабилизация
В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 3.3.9 [6].
Рисунок 3.3.9 Схема активной коллекторной термостабилизации.
В качестве VT1 возьмём КТ814. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), тогда . Затем производим следующий расчёт:
; (3.25)
; (3.26)
; (3.27)
; (3.28)
, (3.28)
где – статический коэффициент передачи тока транзистора КТ361 включенного по схеме с ОБ;
; (3.29)
; (3.30)
. (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
Для того чтобы сигнал был передан от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, без потерь сигнала, используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов. Пример построения такой схемы усилителя по переменному току показан на рисунке 3.3.10.
Рисунок 3.3.10. Схема усилителя с корректирующими цепями
Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 3.3.10. 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. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 3.3.11 [6].
Рисунок 3.3.11. – Схема выходной корректирующей цепи
Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная Свых и fв можно рассчитать элементы L1 и C1
Рассчитаем нормированное значение Свыхн по следующей формуле:
(3.32)
Подставляя соответсвующие значения получим:
Основываясь на данные таблицы, которая представлена в методическом пособии [6], по значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L1 и C1, а так же коэффициент n. Получим следующие значения:
Разнормируем полученные значения. В результате получим:
3.3.5.2 Расчёт межкаскадной корректирующей цепи.
В данном усилителе имеются две межкаскадные корректирующие цепи, служащие для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств. Это цепи, между выходным и предоконечным каскадами, и между предоконечным и входным каскадами. В данном случае применена корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 3.3.12. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с заданной неравномерностью АЧХ, лежащей в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [6].
Рисунок 3.3.12. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка.
При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ выходного и предоконечного транзисторов. Возникает задача: выбор предоконечного транзистора. Обычно он выбирается ориентировочно. В качестве входного усилительного элемента VT1 используется транзистор КТ903А
При расчёте будут использоваться коэффициенты: , , , значения которых берутся исходя из заданной неравномерности АЧХ. В нашем случае берем их равными 2.77, 2.13, 2.46, что соответствует неравномерности АЧХ 1.4дБ на каждый каскад. После находят нормированные значения Свых.н, Lвх.н и Rвх.н по следующим формулам:
(3.36)
(3.37)
(3.38)
Подставим исходные параметры и в результате получим:
Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:
; (3.39)
; (3.40)
; (3.41)
получим:
Отсюда найдем нормированные значения , , и :
(3.42)
где ; (3.43)
;
;
.
При расчете получим:
и в результате получим следующие значения:
Рассчитаем дополнительные параметры:
(3.44)
(3.45)
где S210- коэффициент передачи оконечного каскада.
Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:
(3.46)
Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:
, , , (3.47)
Коэффициент усиления рассчитаем по формуле:
(3.48)
3.4 Расчёт входного каскада
3.4.1 Выбор рабочей точки
Входной каскад выполнен на транзисторе КТ903А. Для того чтобы усилитель имел один источник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, то есть можно записать:
Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 3.3.5.2.
3.4.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора
Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2, его название КТ903А, осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ903А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ 50(МГц);
2. Постоянная времени цепи обратной связи 500пс;
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 Pк=30 Вт.
Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3.5. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
Ом;
пФ.
3.4.3 Расчёт цепи термостабилизации
Как было сказано в пункте 3.3.4.2., для данного усилителя предпочтительней выбрать во всех каскадах активную коллекторную термостабилизацию. Принципиальная схема её представлена на рисунке 3.3.8. Расчёт производится аналогично расчёту выходного каскада. Отличием является лишь то, что коллекторный ток будет иметь другое значение. Оно будет равно значению выходного транзистора в 5.343 раз меньше, что соответствует коффициенту передачи выходного транзистора.
