Электрический расчет режима работы выходного каскада

Методика расчёта взята из [1].

Усилительный каскад строим по схеме «общий эмиттер» поскольку она обеспечивает большее усиление по мощности, чем другие способы построения.

Рисунок.3. Принципиальная схема усилительного каскада.

Данные для расчёта:

- мощность, отдаваемая в антенну.

- КПД согласующей цепи

- мощность на выходе усилительного каскада

- расчётная частота

Параметры активного элемента:

Транзистор КТ934В

- выходная мощность

- граничная частота

- сопротивление базы

- сопротивление эмиттера

- ёмкость эмиттера

- ёмкость коллектора

- коэффициент передачи тока по схеме ОЭ

- индуктивность вывода эмиттера

- индуктивность вывода базы

- индуктивность вывода коллектора

- температура перехода

- максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер

- максимально допустимое напряжение база-эмиттер.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

НГТУ РТз - 33

Кугаевская Е.Л.

Вовченко П.С.

- тепловое сопротивление переход-корпус

- круговая граничная частота

Приступаем к расчёту.

Поскольку требуемая мощность близка к той, которую может отдать транзистор, то выбираем стандартное для этого транзистора напряжение питания, оно составляет 28 В.

1. Определим коэффициент использования коллекторного напряжения:

где - мощность, развиваемая эквивалентным генератором тока, выбирается на 25% меньше (Уткин с.49)

- граничная крутизна определяется по формуле.

2. Амплитуданапряжения эквивалентного генератора:

3. Амплитуда тока первой гармоники эквивалентного генератора:

4. Убедимся, что пиковое напряжение на коллекторе не превышает допустимого значения:

5. Найдём сопротивление нагрузки эквивалентного генератора:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

НГТУ РТз - 33

Кугаевская Е.Л.

Вовченко П.С.

1. Определим крутизну по переходу:

2. Сопротивление рекомбинации:

3. Крутизну статической характеристики коллекторного тока определим так:

Определим коэффициенты A и B необходимые для нахождения коэффициента разложения для первой гармоники тока эквивалентного генератора.

4. Коэффициент A:

5. Коэффициент B:

6. Рассчитаем коэффициент разложения:

- напряжение смещения, которое в мощных каскадах можно принимать равным нулю.

- напряжение сдвига статической характеристики для кремниевых транзисторов можно принимать равным 0,6—0,9В. Мы приняли равным 0,9В.

7. Находим пиковое обратное напряжение на эмиттере:

Мы убедились что не превышает .

Проведённый гармонический анализ позволяет перейти к эквивалентной схеме усилителя построенного по схеме с «общим эмиттером» (рис.4) для токов и напряжений первой гармоники.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

НГТУ РТз - 33

Кугаевская Е.Л.

Вовченко П.С.

Рисунок.4. Эквивалентная схема усилителя по схеме с ОЭ.

При этом эквивалентный генератор тока представляется генератором тока первой гармоники ,а эмиттерный переход усреднённой за период колебания высокой частоты ёмкостью, которая находится по формуле:

Ф.

Далее рассчитываем комплексные амплитуды токов и напряжений на элементах эквивалентной схемы транзистора.

- рабочая частота

- граничная частота

- ток первой гармоники эмиттера

-- напряжение на эмиттере

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

НГТУ РТз - 33

Кугаевская Е.Л.

Вовченко П.С.

- активная составляющая ёмкости коллектора, она выбирается в 2 — 4 раза меньше ёмкости коллектора Ф [1].

находим из соотношения и Ф [1].

А, где

Ом

Найдём амплитуду напряжения на нагрузке Uк для схемы «общий эмиттер»:

Определим входное сопротивление транзистора первой гармонике тока :

Ом

Мощность возбуждения находим из соотношения:

Вт,

для схемы «общий эмиттер» .

Мощность, отдаваемая в нагрузку:

Вт

Поскольку получившееся значение отличается от искомого меньше чем на 10%, то мы можем продолжить расчёт.

Постоянная составляющая коллекторного тока при :

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

НГТУ РТз - 33

Кугаевская Е.Л.

Вовченко П.С.

Мощность, потребляемая от источника питания:

Вт

Коэффициент полезного действия:

Коэффициент усиления по мощности:

Мощность, рассеиваемая транзистором:

Вт

Допустимая мощность рассеяния при данной температуре корпуса 30 Вт (по справочным данным), следовательно, температурный режим транзистора находится в норме и, несмотря на то, что транзистор работает в наиболее сложном для себя режиме, установки радиатора не потребуется.

Сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора:

Ом