Розрахунок номінальної потужності транзистора вихідного каскаду підсилювача
Вихідна
потужність для зв’язних передавачів
задається як максимальна потужність
у телеграфному режимі (FI
– частотне телеграфування, натискання
при AI
– амплітудна телеграфія) або як пікова
потужність для односмугової модуляції
(АЗJ
– односмугова телефонія). Для радіомовних
передавачів
задається в режимі несучої (мовчання).
Транзистори
для вихідного каскаду обирають за
номінальною потужністю
і робочою частотою за співвідношенням:
,
(1)
де
= 0,9...0,95 – ККД фільтру побічних
випромінювань;
= 0,9...0,95 – ККД симетруючого вихідного
трансформатора;
– ККД коливальної системи вихідного
каскаду, котрий залежить від потужності
передавача, при
= 1 кВт
= 0,75...0,8;
= 1...10 кВт;
= 0,75...0,85;
– коефіцієнт, який залежить від виду
модуляції і режиму роботи (для режимів
АІ, FІ;
F4,
F6, АЗJ,
АЗБ,
= 1).
Для зв’язних амплітудно-модульованих (АМ) передавачів АЗ з модуляцією в проміжних ступенях і подальшим посиленням модульованих коливань (ПМК):
.
(2)
При анодній і анодно-екранній модуляції у вихідному каскаді
,
(3)
де
– коефіцієнт модуляції.
При побудові передавача на транзисторах із колекторною чи базовою АМ у вихідному каскаді транзистори слід обирати за співвідношеннями (1) і (2), щоб уникнути пробою транзистора потрібно знижувати напругу живлення колектора в 1,5-2 рази порівняно з номінальним.
Методика і порядок розрахунку транзисторного вихідного каскаду підсилювача потужності
Розрахунок вихідних
каскадів при колекторній модуляції
починають з максимального режиму, який
за напруженістю є критичним або
слабоперенапруженим. Особливу увагу
слід звернути на вибір значення напруги
живлення колектора
:
де
– максимально припустима напруга між
колектором і емітером транзистора в
області відсікання при опорі у колі
база-емітер
(
<
10…100 Ом);
– коефіцієнт використання колекторної
напруги;
– коефіцієнт модуляції.
Якщо
=
1,
=
1, то
=
,
тоді
<
.
За інших видів модуляцій
обирають із умови
<
,
але в процесі розрахунку слід переконатися,
що пікова напруга на колекторі
<
.
Тип транзистора
вибирають з урахуванням положень,
викладених вище, а також з урахуванням
заданої вихідної потужності і робочої
частоти за довідниковими данними [7] ,
де зазначено параметри типового режиму,
який відповідає максимальному
використанню приладу як за потужністю,
так і за частотою. Такі роз’яснення
про вибір транзистора і його схеми
ввімкнення можна знайти в літературі
[1, 2, 3, 4]. Початковими даними для розрахунку
є потужність
,
яку віддає транзистор, робоча частота
,
температура середовища
.
Розрахунок потужного вихідного
підсилювача із СЕ можна вести в порядку
поданому в літературі [1].
Попередньо оцінюємо очікуваний коефіцієнт підсилення за потужністю
де
– робоча частота;
– частота типового режиму, яку можна
знайти в роботі [1, дод.2];
– коефіцієнт підсилення в типовому
режимі [2, дод.1].
Якщо
,
можна використовувати спрощену методику
розрахунку.
1. Розраховуємо опір втрат колектора в паралельному еквіваленті
де
– робоча частота;
– ємність колекторного переходу;
– опір втрат колектора.
2. Коефіцієнт використання колекторної напруги у граничному режимі
де
– крутизна лінії граничного режиму;
– напруга живлення колектора.
3. Амплітуда напруги
на навантаженні, приведена до
еквівалентного генератора,
.
Тут слід переконатися що
<
.
4. Перша гармоніка струму навантаження
5. Корисне навантаження
6. Повний опір колекторного навантаження
7. Амплітуда першої гармоніки струму
8. Крутизна за переходом
де
– температура переходу, яку вважаємо
гранично допустимою, тобто 120...150
для кремнієвих транзисторів, 70...85
– для германієвих.
9. Опір рекомбінації
де
– статичний коефіцієнт передачі струму
у схемі з СЕ, якщо його значення відсутнє
в довідкових даних, то його слід вважати
таким, що дорівнює
15…50.
10. Крутизна статичної характеристики колекторного струму
де
– опір
матеріала
бази;
– складова
рекомбінації;
– стабілізуючий
опір,
який
є
елементом
конструкції
багатоемітерних
транзисторів.
11. Для визначення коефіцієнта розкладання для першої гармоніки знаходимо значення коефіцієнтів A і B:
де
– гранична частота коефіцієнта передачі
струму в схемі із СЕ;
– ємність емітерного переходу.
12. Коефіцієнт розкладання
де
– напруга зміщення на базі транзистора;
– напруга зсуву (параметр апроксимованої
характеристики транзистора).
13. З
роботи [4,
дод. 1]
знаходимо для отриманого значення
,
і
.
14. Амплітуда струму бази
15. Модуль коефіцієнта підсилення по струму, приведений до еквівалентного генератора (ЕГ),
16. Складові вхідного опору транзистора для першої гармоніки
де
– індуктивність виводу бази;
– індуктивність виводу емітера.
17. Коефіцієнт підсилення за потужністю
18. Постійна складова колекторного струму
19. Потужність, споживана від джерела живлення,
20. ККД колектора
21. Вхідна потужність
22. Потужність, що розсіюється транзистором,
23. Складові опору навантаження, приведені до зовнішнього виводу колектора в паралельному еквіваленті
Якщо
має позитивний знак, то його зручно
реалізувати в вигляді котушки
індуктивності з
,
ввімкненій замість звичайного дроселя
в колекторне коло транзистора.
Далі слід зробити розрахунок кіл узгодження (КУ) [1, 2, 3, 4] і
блокуючих елементів кіл живлення. Міжкаскадні КУ забезпечують трансформацію вхідного опору наступного каскаду і оптимальний опір навантаження попереднього каскаду. Схема вихідного каскаду наведена на рис. 1.
Рис.1. Електрична схема вихідного каскаду на транзисторі
На виході кінцевого каскаду КУ перетворюють опір антени на оптимальний опір навантаження транзистора. Кола узгодження можуть виконуватися на зосереджених елементах або на розподілених структурах (наприклад, на смугових лініях). Програма розрахунку каскаду наведена у дод. 2.