2. В ыборрежима работы выходного каскада по постоянному и переменному току.

Важной задачей этого пункта является выбор режима работы выходного каскада. Пусть выходной транзистор будет включен по схеме общий эмиттер. Необходимо выбрать рабочую точку (А) на семействе выходных статических характеристик транзистора. Для того чтобы выбрать режим работы по постоянному току, необходимо выбрать ток коллектора ( ) и напряжение ( ) в рабочей точке. Диапазон значений тока коллектора, в которых он может находиться определяется следующей системой неравенств:

где - диапазон разброса параметра и определяется как среднее геометрическое

Пусть рабочая точка (А) имеет координату по оси тока коллектора равную , а по оси напряжения коллектор – эмиттер равную ,

где – минимальное напряжение на транзисторе, при котором он гарантированно не входит в область насыщения.

Определим мощность, рассеиваемую транзистором в рабочей точке, она не должна превышать десятых долей ватта:

.

Это условие выполняется,следовательно режим работы по постоянному токувыбран правильно.

Зная координаты рабочей точки (А), величину импульса тока коллектора и величину импульса напряжения на нагрузке , определим режим работы по переменному току, построив рабочий отрезок нагрузочной прямой АБ на выходных статистических ВАХ транзистора, по которому перемешается рабочая точка в процессе усиления сигнала (рис.3.2.1.).

Рис. 3.2.1. Выбор рабочего отрезканагрузочной прямой транзистора в выходном каскаде импульсного усилителя.

После определения рабочего отрезка нагрузочной прямой убедимся, что на всем его протяжении мгновенная мощность транзистора не превышает максимально допустимой , т.е. нагрузочная прямая должна лежать ниже гиперболы, соответствующей мощности . Эти условия выполняются, следовательно проверим тепловой режим транзистора. Для этого определим максимальную температуру перехода транзистора:

,

где – средняя мощность, рассеиваемая транзистором, которую можно рассчитать:

,

где – скважность импульсов, тогда средняя мощность равна:

Подставляя значение находим максимальную температуру перехода транзистора:

.

Полученное значение максимальной температуры перехода не превышает максимально допустимой для выбранного транзистора: ( ).

На этом выбор режима работы выходного каскада по постоянному и переменному току закончен.

3. Р асчет выходного каскада по постоянному и переменному току, включающий расчет элементов задания и стабилизации режима.

Для задания и стабилизации режима работы транзистора в усилительном каскаде, чаще всего используется схема эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора (рис.3.3.1.). При этом режим работы транзистора определяется четырьмя элементами: коллекторной нагрузкой , сопротивлением резистора обратной связи по току , и резисторами делителя напряжений в цепи базы и .

Рис. 3.3.1. Схема эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.

Расчетэлементов стабилизации режима работы транзистора начинается с определения величины коллекторной нагрузки . Величина определяется из полного сопротивления нагрузки каскада по переменному току , которое представляет собой параллельное соединение с активной составляющей нагрузки каскада :

Полное сопротивление нагрузки по переменному току определяется наклоном нагрузочной прямой на выходных ВАХ транзистора (см. рис. 3.2.1.) и рассчитывается как

Определив величину , рассчитаем сопротивление коллекторной нагрузки:

Т аким образом, нагрузочная прямая переменного тока описывается уравнением прямой, проходящей через заданную точку (А), а ее наклон определяется величиной активного сопротивления для переменного тока ,и имеет вид (см. ниже рис. 3.3.2.):

По закону Кирхгофа определим напряжение питания каскада, которое складывается из падения напряжения на коллекторной нагрузки , падения напряжения на сопротивлении обратной связи и напряжения на коллектор – эмиттер в рабочей точке:

Поскольку ток базы транзистора в меньше тока коллектора, им пренебрегаем и считаем, что ток эмиттера равен току коллектора. Кроме того компромисс между стабильностью режима и энергетикой каскада достигается ,когда на падает 10…15 от всего напряжения питания. Тогда напряжение питания каскада равно:

Из стандартного ряда напряжений выберем напряжение питания. .

Зная напряжение питания каскада и координаты рабочей точки рассчитаем величину сопротивления :

Зная сопротивление находим сопротивление нагрузки для постоянного тока:

и составим уравнение нагрузочной прямой для постоянного тока:

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Нагрузочная прямая по постоянному току пересекается с нагрузочной прямой переменного тока в рабочей точке (А). Они изображены на рис. 3.3.2.

Рис. 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Ток базы в рабочей точке находим по семейству выходных статистических ВАХ транзистора (см. выше рис. 3.3.2.):

.

Для расчета сопротивлений базового делителя необходимо задаться током делителя . Чем больше ток делителя, тем выше стабильность режима работы, но тем больше мощность, рассеиваемая резисторами и , и тем выше входное сопротивление каскада. Для получения приемлемой стабильности режима ток делителя должен как минимум в несколько раз превосходить ток базы в рабочей точке. Обычно величина тока базового делителя должна удовлетворять условию:

Выберем ток делителя .

Используя семейство входных статистических ВАХ транзистора, по известному току и напряжению находим напряжение база – эмиттер в рабочей точке (рис. 3.3.3.).

Рис. 3.3.3. Выбор напряжения база – эмиттер в рабочей точке.

.

По известному току делителя и напряжению база – эмиттер в рабочей точке находим сопротивление резисторов делителя, обеспечивающие это напряжение:

Округлим до ближайшего номинального значения .

Током базы пренебрегаем т.к. :

В итоге получили следующие параметры:

,

П о рассчитанным параметрам элементов стабилизации режима работы транзистора следует рассчитать величину относительной нестабильности тока коллектора:

где – абсолютное изменение тока коллектора при изменении температуры кристалла транзистора; – абсолютное изменение напряжения база – эмиттер при изменение температуры перехода на величину ; – абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры; , – коэффициенты, учитывающие работу схемы эмиттерной стабилизации тока коллектора транзистора; – общее сопротивление в цепи базы; и – g-параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре.

Взяв из пункта 3.2. максимальную температуру перехода транзистора определим минимальную температуру перехода:

Изменение температуры перехода транзистора:

Абсолютное изменение напряжения база – эмиттер:

.

определим используя типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры, приведенные на рис. 3.3.4.

Рис. 3.3.4. Типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры.

Н а рис.3.3.4. – обратный ток коллектора при температуре перехода ; – обратный ток коллектора при комнатной температуре (берем из табл. 2); зависимость 1 соответствует кремниевым транзисторам малой мощности ( ); зависимость 2 соответствует кремниевым транзисторам средней мощности ( ). Следовательно выбираем зависимость 2 по которой находим нормированное значение изменения обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры перехода на величину :

Тогда абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода:

.

Для нахождения коэффициентов и рассчитаем g – параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре, используя справочные значения , и , взятые из табл.2:

И общее сопротивление в цепи базы равно:

Зная и g – параметры найдем коэффициенты и :

Рассчитаем величину относительной нестабильности тока коллектора транзистора , по уже известным значениям (для каскадов импульсных усилителей она не должна превышать 0,25):