Выбор транзистора и расчет режима работы выходного каскада
Расчет усилителя принято вести, начиная с выходного каскада. Выходной каскад выполняется по однотактной трансформаторной схеме (рис. 2.3), в которой транзистор включается по схеме с общим эмиттером (ОЭ), имеющей наибольший коэффициент усиления по мощности, и работает в режиме А. Связь с внешней нагрузкой осуществляется через выходной трансформатор, что позволяет создать для выходного транзистора оптимальное (в смысле получения заданной мощности) сопротивление нагрузки и делает этот каскад более экономичным.
Рисунок 2.3 – Схема однотактного выходного каскада
Транзистор выходного каскада выбирается по двум основным, условиям:
(2.2)
(2.3)
где Ркр max = (4…5)P2, ан = (1,4…2), 
.
Здесь Ркр max максимальное рабочее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, с учетом работы в режиме А и потерь мощности сигнала в выходной цени; Рк max - максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе (берется из справочных данных на транзистор); ан - коэффициент запаса, введение которого предполагает использование транзисторов в облегченных режимах для повышения надежности; h21max и h21min - крайние значения коэффициента усиления (передачи) тока из справочных данных; fТ (в справочной литературе встречается обозначение fгр) - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ; fh21 - частота полюса (среза) по параметру h21 [1, рис. 4.4].
|
|
|
Здесь и далее используются h - параметры транзистора в схеме ОЭ. В справочниках обычно указывается одна из частот транзистора fh21, fТ , fh21б (предельная частота коэффициента передачи тока в схеме ОБ) или модуль коэффициента усиления тока h21(f), измеренный на некоторой частоте f > fh21, в дополнение к h21, измеренному на низких частотах. Эти показатели связаны между собой соотношениями:
Транзистор следует выбирать из справочника [3, 4] и др. или таблиц из приложения 2 (табл. П.2.1, П.2.2) по первому основному условию (2.2), которое обеспечивает заданную выходную мощность сигнала Р2, при соблюдении второго условия (2.3) - по верхней частоте fв заданного рабочего диапазона.
Пример:
Дано:
Р2 = 30 мВт, fв = 700 кГц.
Рассчет:
Ркр мах = 5×30 = 150 мВт; ан×Ркрмах = 1,6×150 = 240 мВт.
Из табл. П.2.1 по предельно допустимой мощности рассеивания на коллекторе Рк мах ≥ 240 мВт из условия (2.2) выбираем транзистор, проверяя его на соблюдение условия (2.3):
КТ608А (Pк мах = 500 мВт, h21 = 40, fT = 200 МГц; fh21= 5 МГц);
Pк мах = 500 мBт > aн×Pкр мах = 240 мВт, fh21 = 5 МГц > (1.5…3)fв = 1,4 МГц.
Если при выборе транзистора по мощности (условие (2.2)) условие (2.3) выполняться не будет, следует подобрать новый транзистор примерно на такую же мощность, но с большей величиной граничной частоты fТ, чтобы выполнялись оба условия (2.2) в (2.3).
|
|
|
Режим работы транзистора, определяемый значениями тока покоя коллектора Iк и постоянной составляющей напряжения между коллектором и эмиттером Uкэ, должен быть таким, чтобы во внешней нагрузке обеспечивалась заданная (номинальная) мощность сигнала и параметры предельных режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых значений.
По мощности и заданному напряженно источника питания Е0 определяем режим работы выходного транзистора:
Uкэ = а×Е0, (2.4)
(2.5)
где а = 0,6...0,8 - коэффициент, учитывающий; что часть напряжения источника питания выделяется на резисторе цепи эмиттера, используемого для стабилизации режима работы, транзистора по постоянному току.
Применительно к выбираемому транзистору выходного каскада должны выполняться следующие неравенства:
|
|
|
Uкэ max ³ 2Uкэ; (2.6)
iк max ³ aн×Iк; (2.7)
tпр max £ (0,9…0,95)tп max. (2.8)
Максимально допустимые значения Рк мах, Uкэ мах и iк мах зависят от температуры перехода (эти зависимости приводятся в справочниках) и условий охлаждения, определяемых величинами тепловых сопротивлений: промежутков переход - окружающая среда (Rпс), переход - корпус (Rпк), корпус - окружающая среда (Rкс). При выборе выходного транзистора желательно обойтись без внешнего теплоотводящего радиатора. В этом случае
tпр max = tс max + Rпс×Ркр max. (2.9)
При использовании внешнего теплоотводящего радиатора (для транзисторов средней и большой мощности) следует рассчитать его тепловое сопротивление Rкс по формулам:
(2.10)
если в справочных данных указана максимально допустимая температура перехода tп мах, или
|
|
|
(2.11)
если в справочных данных указывается максимально допустимая температура корпуса транзистора tк мах.
В формулах (2.10) и (2.11) следует принять tпр мах = (0,9…0,95)tп мах и tкр мах = (0,9…0,95)tк мах.
Полная поверхность внешнего теплоотвода (ребристого типа) S в см2:
S ≈ 1400/Rкс. (2.12)
Параметры выбранного транзистора рекомендуется привести в виде таблицы. По найденным значениям Uкэ (2.4) и Iк (2.5) находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока [1, с. 184 ,185]:
(2.13)
где ξ - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзисторов средней и большой мощности ξ = 0,7…0,8, для маломощных транзисторов ξ = 0,8... 0,9); y = 0,8…0,95 коэффициент использования коллекторного тока.
Вычислим коэффициент трансформации выходного трансформатора (КПД трансформатора равен 1):
(2.14)
Проверка выполнимости условия:
где Рн - мощность сигнала в коллекторной цепи транзистора (рис. 2.3).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 933; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!