2.5 Ориентировочный расчет мощного бестрансформаторного каскада в режиме класса в

В результате этого расчета нужно убедиться в пригодности выбранного типа транзистора, определить требования к предоконечному каскаду и к источнику питания.

Напряжение на коллекторе полезно брать возможно большим, не превышая значения напряжения на коллекторе

U_кэо≈0,45Е_кmax

где

Е_кmax – допустимое напряжение на коллекторном переходе транзистора.

В случае заданного напряжения питания Ек следует выполнить и второе условие

U_кэо ≈ Е_к

Для получения от каскада мощности Р_км необходимо иметь сопротивление нагрузки

R_копт = U_mk / I_mk = ( U_ko)²/2P_km

где

= 0,9 для схемы ОЭ.

Нагрузочная прямая на характеристиках транзистора проводится через точку покоя каскада (имеющую координаты (U_кэ0; 0) с наклоном, соответствующим сопротивлением R_Копт.

I_k I_б1

i_kmax I_б6

I_б7

U_кэ

U_км

Е_к

Амплитуда коллекторного тока имеет величину

i_kmax= I_mk ≈

Амплитуда входного тока транзистора равна

I_бm ≈ I_кm/ K_Imin

где

К_Imin – коэффициент усиления по току.

Определяют К_Imin для рабочей области характеристик с учетом снижения, вызываемого разбросом параметров.

Величина I_бм откладывается на входной динамической характеристике для схемы ОЭ, для чего используют входную характеристику статическую при U_кэ≠0. Точка покоя выбирается пока приближенно так, чтобы крутизна кривой в точке покоя была около 0,4÷0,3 от крутизны при I_бм, что необходимо для снижения нелинейных искажений при малых сигналах.

По характеристике определяют величину напряжения покоя (начального смещения) U_бm.

В каскаде работающем в режиме В начальное смещение осуществляется фиксированным напряжением базы. Ток делителя выбирается I_дел = (1÷3)I_бm

I_б U_кэ≠0

I_бm точка покоя

U_бэ

U_бэо U_бм

Тогда сопротивление рабочего плеча делителя равно

R_раб = U_бэ/ I_дел

На этом сопротивлении возникают потери сигнала. С учетом этого для раскачки оконечного каскада потребуется мощность

Р_вх = (U_бм + R_раб*I_бm)/2* I_бm

К расчёту бестрансформаторного каскада на составных транзисторах (схема Дина)

Определяем расчётную мощность

Р_кm ≥ 1.1 Р_{вхы.ном}

Затем определяем напряжение источника питания, Е_к:

Е_к = 2√(2* Р_кm *R_н) + U_кэнас

где

U_кэнас выбирается по справочнику и равно:

для германиевых сплавных транзисторов 0,4÷0,5В

для германиевых сплавно-диффузионных транзисторов 0,6÷0,7В

для германиевых конверсионных транзисторов до 2В

для кремниевых транзисторов 2÷5В

Амплитуда тока коллектора мощных транзисторов I_кm и среднее значение тока, потребляемого от источника питания I_ко определяется по формулам

I_кm = √ (2 Р_кm/ R_н); I_ко = I_кm /π

Максимальная мощность рассеяния на коллекторе транзистора одного плеча составляет Р_кmax= 0,5 Р_кm

При выборе типов мощных выходных транзисторов следует руководствоваться следующими соотношениями:

Е_кmax ≥ 1,2Е_к; I_кдоп≥ (1,2÷1,3) I_кm Р_кдоп ≥ Р_кm; f_h21оэ>(2÷4) f_в

Входные транзисторы меньшей мощности должны соответствовать условиям:

Е’_кmax ≥ 1,2Е_к; I’_кдоп≥ I_кm/ h_21э Р’_кдоп ≥ Р_кm/ h_21э; f_h21оэ>(2÷4) f_в

где h_21э коэффициент усиления тока выходных транзисторов при схеме ОЭ. Если на выходе каскада используется разделительный конденсатор, то его минимальная емкость определяется

С_р = 2_*10⁵/ f_н* R_н , где f_н – нижняя граничная частота воспроизводимого диапазона.

Приведём пример расчета:

Определение величины нагрузки питания каскада

Определение величины нагрузки питания каскада для схемы с двумя источниками питания, Е_к:

Е_к = + U_кнас = +3,7=32 В (7)

где

Р_км =40 Вт - номинальная выходная мощность

R_н =10 Ом – сопротивление нагрузки

U_кнас =3,7 В – напряжение насыщения

Проверка пригодности выбранного транзистора.

Для проверки пригодности выбранного транзистора на семействе статических выходных характеристик строим нагрузочную прямую по координатам Е_к =32В и Е_к /R_н = 3,2А (приложение А).

Рисунок 1 Выходная характеристика транзистора КТ819Г (приложение А)

I_км=3,11А; U_км=31В

Найденные значения напряжения и тока должны быть не меньше рассчитанных по формуле значений. Рассчитываем амплитудное значение выходного тока, I_км :

I_км=3,11А = =3,1А (8) где

Р_км=44Вт – амплитудное значение мощности,

U_выхм =28,3 В – амплитудное значение выходного напряжения.

Рассчитываем амплитудное значение выходного напряжения, U_км:

U_км=31В U_выхм 28,3 В

3.3 Определение амплитуды входного тока, I_бм :

I_бм= = =0,207А (9)

где

Ki = h_21э = 15 – коэффициент усиления по току.

I_км= 3,1 А – амплитудное значение выходного тока.

Определение величины начального смещения и амплитуды входного сигнала.

Для определения величины начального смещения и амплитуды входного сигнала на входной характеристике ( рисунок 2), выбираем рабочую точку Р.

Рисунок 2 Входная характеристика транзистора КТ819Г (приложение Б)

Точка находится на середине криволинейного участка характеристики и определяет исходный режим входной цепи транзистора (приложение Б).

I_бо= 0,207А, U_б0=1В

Сложением I_бо и I_бм получаем значение I_бмах=0,36А. Перенеся эти значения на характеристику определим амплитуду входного сигнала U_бм=0,33В для мощных транзисторов.

Выбор транзисторов меньшей мощности:

а) Амплитудная мощность транзистора малой мощности, Р_кдоп

(10)

где

= 44 Вт – амплитудное значение мощности мощного транзистора

= 15 – статический коэффициент передачи тока мощного транзистора

б) Амплитудное значение тока маломощного транзистора, I_кдоп^/:

(11)

где

= 3,1 А – амплитудное значение выходного тока

= 15 – статический коэффициент передачи тока мощного транзистора

в) Амплитудное значение напряжения маломощного транзистора, :

(12)

где

= 32 – напряжение питания оконечного каскада

1,2 – коэффициент, предусматривающий потери

г) Верхняя граничная частота, :

(13)

где

= 17000 Гц – верхняя граничная частота

В ходе данных расчетов выбираем транзисторы разной проводимости с одинаковыми параметрами (комплементарную пару) - КТ814Г и КТ815Г. Их параметры:

= 10 Вт

= 80 В

= 1,5 А

= 3 МГц

= 40

= 125 ºC

Определение коэффициента усиления для схеме с общим коллектором, К^ок:

К^ок= = =0,99 (14)

где

U_бм^/=0,9 В - амплитудное значение напряжения на входе транзистора меньшей мощности, определяется по входной характеристике (приложение В)

U_выхм=28,3В-амплитудное значение напряжения на выходе оконечного каскада.

Определяем амплитуду входного тока маломощного транзистора, I_бм^/:

I_бм^/= = =6,47мА (15)

где

I_бм =207мА– амплитуда входного тока мощного каскада,

h_21эmin = 40 – статический коэффициент передачи тока.