, (3.3.6)
Где - ёмкость коллекторного вывода, при напряжении на транзисторе равном 10 В. Значение этой ёмкости можно вычислить. Для этого нужно знать паспортное значение коллекторной ёмкости и значение напряжение ,при котором снималась паспортная ёмкость. Пересчёт производится по формуле:
, (3.3.7)
Ёмкость коллекторного вывода:
Ёмкость эмитерного вывода:
(3.3.8)
(3.3.8)
Проводимость :
. (3.3.9)
Проводимости и оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.
Проведя расчёт по формулам 3.3.6 ¸ 3.3.9, получаем значения элементов схемы:
пФ
пФ
Расчёт высокочастотной модели:
Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.4. Описание такой модели можно найти в [2].
Рисунок 3.4
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.
Входная индуктивность:
, (3.3.10)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
, (3.3.11)
Крутизна транзистора:
, (3.3.12)
Выходное сопротивление:
. (3.3.13)
Выходная ёмкость:
. (3.3.14)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
нГн;
пФ;
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации и выбор источника питания
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.
3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.
Рисунок 3.5
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае В) и ток делителя (в данном случае , где – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:
; (3.3.15)
, (3.3.16)
где – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
. (3.3.17)
Получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5. Её описание и расчёт можно найти в [2].
Рисунок 3.6
В качестве VT2 возьмём КТ916А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), затем производим следующий расчёт:
; (3.3.18)
; (3.3.19)
; (3.3.20)
; (3.3.21)
, (3.3.22)
где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ транзистора КТ361А;
; (3.3.23)
; (3.3.24)
. (3.3.25)
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.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Принцип действия эмиттерной термостабилизации представлен на рисунке 3.6. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
Рисунок 3.7
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.7), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются .
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и . Если нет, то вновь осуществляется подбор и . Возьмём В и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
; (3.3.25)
; (3.3.26)
. (3.3.27)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
, (3.3.28)
где , – справочные данные;
К – нормальная температура.
Температура перехода:
, (3.3.29)
где К – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);
– мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
, (3.3.30)
где – отклонение температуры транзистора от нормальной;
лежит в пределах А;
– коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
, (3.3.31)
где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и
3(мВ/градус Цельсия) для кремния.
, (3.3.32)
где (1/ градус Цельсия).
Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:
, (3.3.33)
где
. (3.3.34)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
,
где . (3.3.35)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом;
Ом;
К;
К;
А;
Ом;
;
Ом;
А;
А.
Как видно из расчётов условие термостабильности выполняется.
Из всех рассмотренных выше типов термостабилизации была выбрана активная коллекторная термостабилизация, как наиболее подходящая для моего усилителя. Активным элементом был выбран транзистор КТ361A.
3.3.4.4 Выбор источника питания
При выборе номинала источника питания нужно учитывать выбранный вид термостабилизации. При активной коллекторной термостабилизации на резисторе дополнительно будет падать 1 вольт. Таким образом номинал источника питания будет складываться из напряжения в рабочей точке транзистора и падения напряжения на . Тогда:
В
3.3.5 Расчет элементов ВЧ коррекции
В качестве ВЧ коррекции мною была выбрана межкаскадная корректирующая цепь 3-го порядка. Но после расчёта коэффициента усиления выходного каскада оказалось, что каскад даёт слишком малое усиление, а именно – около 2.5 дБ. После расчёта промежуточного каскада были получены примерно такие же результаты. В результате общее усиление, выдаваемое трёмя каскадами усилителя, вышло равным примерно 11 дБ, вместо 15 требуемых. Для увеличения коэффициента усиления третий каскад на транзисторе КТ916А был заменен каскадом со сложением напряжения, выполненным на транзисторе КТ948Б. Для активного элемента промежуточного каскада был выбран транзистор КТ913Б.
