4. Расчет оконечного каскада

Оконечный каскад обеспечивает получение заданной мощности сигнала в нагрузке, при этом он должен вносить допустимые нелинейные искажения. В линейных усилителях аппаратуры систем передачи используются однотактные трансформаторные оконечные каскады с включением транзистора по схеме с ОЭ. Усилительный элемент (транзистор) в таких каскадах работает в режиме А, что позволяет получить сравнительно небольшие нелинейные искажения.

Тип транзистора оконечного каскада выбирается по максимальной допустимой рассеиваемой мощности коллектора Р_kmaxи граничной частоте коэффициента передачи тока f_гр в схеме с ОЭ. При этом должны выполняться условия: f_гр ≥(40÷100) f_в; Р_{к мах} ≥(4÷5) Р_н, где Р_н– мощность, отдаваемая в нагрузку.

f_гр ≥ 50*552 = 27600 кГц; Р_{к мах} ≥ 5*30 = 150 мВт.

Параметры транзистора ГТ308А

Таблица 2

Структура транзистора	p-n-p
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ƒгр, МГц	90
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора P к max, мВт	150
Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ: h21э min	20
h21э max	75
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор – эмиттер Uкэmах, В	12
Максимально допустимый постоянный ток коллектора I k max, мA	50
Объемное сопротивление базы на высоких частотах rб', Oм	50

Определяется рабочая область характеристики транзистора. Для этого на выходных характеристиках транзистора строится характеристика максимально допустимой мощности рассеяния:

Iк1 = = = 37,5мA

Iк2 = = 30 мA

Iк3 = = 21,4 мA

Iк4 = = 18,7 мA

Iк5 = = 15 мА

Для построения этой характеристики задается значения U_кэдля транзистора ГТ308А от 2В до 10 В.

На оси напряжений отмечаются эти значения и восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с соответствующим каждому значению U_кэтоку I_к. Затем полученные точки соединяются плавной линией, далее проводятся линии, соответствующие U_{кэ мах} и U_ост. Значение U_ост определяется графически, для этого опускается на ось напряжений перпендикуляр из точки перегиба верхней вольт – амперной характеристики.

Определяется напряжение покоя транзистора по максимально допустимому напряжению U_{кэ мах}:

U_ко ≤ = = 6,5B;

Определяется мощность, отдаваемая транзистором с учетом заданного КПД трансформатора η_тр = 0,9:

Р'_~ = = = 31,5 мВт;

Определяется мощность рассеяния на коллекторе транзистора:

Р_ко = = = 87,5 мВт;

гдеη_А– максимальный КПД каскада в режиме А, принимается равным 0,4;

η_ос – коэффициент, учитывающий потери мощности сигнала в цепи обратной связи, принимается равным 0,9;

Ток покоя рассчитывается, исходя из мощности рассеяния на коллекторе транзистора:

I_ко = = = 13,4 мА;

На семействе выходных характеристик транзистора отмечаются выбранные U_ко, I_ко и определяется соответствующей точке покоя ток базы I_бо (входной ток) Полученное значение I_бо отмечается на входной характеристике и определяется соответствующее ему напряжение смещения U_бо.

U_ко = 6,5 В;

I_ко = 13,4 мА

I_бо= 0,3 мА;

U_бо= 0,22 В;

Определяется амплитуда напряжения выходного сигнала:

U_кm ≤ U_ко - U_ост = 6,5 – 1 = 5,5 В;

Определяется амплитуда тока выходного сигнала:

I_кm = = = 11,4 мА;

Строится нагрузочная прямая переменного тока. Для этого на семействе выходных характеристик транзистора от координаты точки покоя на оси токов вниз откладывается амплитуда тока I_км, а от координаты точки покоя вправо – амплитуда напряжения U_км. Пересечением уравнений I_ко – I_км и U_ко + U_км определяется точка М. Через точку М и точку покоя проводим нагрузочную прямую переменного тока.

I_ко – I_кm = 13,4 – 11,4 = 2 мА;

U_ко + U_кm = 6,5+ 5,5 = 12 В;

На семействе выходных характеристик транзистора отмечается точка N на нагрузочной прямой переменного тока, соответствующая пересечению уровня U_ост и нагрузочной прямой.

Определяется соответствующий точкам M и N входной ток. Точке М будет соответствовать минимальный входной ток I_бmin, а точке N – I_{б max}максимальный.

I_бmin= 0, 04 мА;

I_{б max}= 0,55 мА;

Определяется амплитуда тока входного сигнала:

I_бm = = = 0,255 мА;

Определяется мощность, отдаваемая транзистором в выбранном режиме:

Р_~ = = = 31,5мВт;

Сравниваются полученная величина Р_~ с Р'_~. Условие соблюдается:

Р_~ ≥Р'_~ = 31,5 мВт ≥ 31,5 мВт

На входной характеристике транзистора отмечаются токи I_{б max}, I_бо, I_бmin, и определяется соответствующие этим токам значения входного напряжения.

U_{бэ мах} = 0,29 В;

U_{бэ min} =0,11 В;

Определяется амплитуда напряжения входного сигнала:

U_бm= = = 0,09 В;

Определяется коэффициент усиления по напряжению:

К = = = 61 раз;

Определяется входное сопротивление транзистора:

R_вх = = = 352 Ом;

Определяется сопротивление нагрузки выходной цепи:

R_{~ =} = = 482 Ом;

Определяется мощность, потребляемая выходной цепью транзистора от источника питания:

Р = I_ко * U_ко = 13,4 *6,5= 87,1 мВт;

Определяется фактический коэффициент полезного действия выходной цепи:

η_ф = = = 0,36;

Таблица 2

Nкаск	Uко3, В	Iко3, mА	Uбо3, В	Iбо3, mА	К3	Rвх 3, Ом	R~ 3, Ом	ηф
3	6,5	13,4	0,22	0,3	61	352	482	0,36