3. Расчет транзисторного широкополосного усилителя

3.1. Выбор схемы оконечного каскада

Усилитель должен

а) обеспечивать в рабочей полосе частот выходную мощность

Вт ,

б) эффективно фильтровать высшие гармоники.

Использование в составе оконечного каскада одной или нескольких двухтактных схем (рис.3.1, [1]), работающих в граничном режиме с углом отсечки  = 90 , позволяет удовлетворить указанным условиям.

Рис.3.1. Схема двухтактного усилителя.

3.2. Выбор биполярного транзистора

Биполярный транзистор должен:

а) иметь верхнюю граничную частоту F_Т , существенно превышающую максимальную синтезируемую частоту f_В :

F_Т > (2..3)f_В ,

б) обладать малым значением коллекторной емкости C_К , сопротивление которой x_К шунтирует нагрузку R_Н , то есть

,

в) отдавать в нагрузку такую мощность первой гармоники P₁ , значение которой при требуемой мощности P_ОК оконечного каскада позволит использовать возможно мень-шее число усилительных приборов (биполярных транзисторов), то есть

.

С учетом приведенных требований выберем биполярный транзистор 2Т931А , основные характеристики которого представлены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Параметр биполярного транзистора 2Т931А	Значение
Тип транзистора	n-p-n
Предельное допустимое напряжение между коллектором и эмитте- ром EКД , В	60
Тепловое сопротивление участка переход-корпус транзистора RПК, /Вт	0,8
Предельная допустимая амплитуда коллекторного тока Iкm , А	8,5
Предельное допустимое значение постоянной составляющей коллек-торного тока Iк0 , А	15
Предельная частота коэффициента усиления тока fТ , МГц	400
Коэффициент передачи по току на НЧ 0	80
Индуктивность вывода эмиттера LЭ , нГн	0,3
Индуктивность вывода базы LБ , нГн	1,5
Индуктивность вывода коллектора LК , нГн	1,6
Емкость коллекторного перехода СК , пФ	200
Сопротивление «тела» базы rБ , Ом	0,5
Сопротивление насыщения RНС , Ом	0,3
Предельное допустимое значение температуры перехода TПдоп , С	160

3.3. Расчет коллекторной цепи оконечного каскада

1. Допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе

Вт ,

где t_к = 70 С - рабочая температура корпуса транзистора.

2. Напряжение источника коллекторного питания Eк должно удовлетворять ус-ловиям

,

где U_к и e₀ - амплитуда переменного напряжения и остаточное напряжение на коллекторе соответственно. Указанным условиям удовлетворяет значение E_к = 36 В .

3. Крутизна линии граничного режима

А/В .

4. Амплитуда импульса коллекторного тока i_Кm для заданного значения мощности , рассеиваемой на коллекторе

А .

5. Мощность первой гармоники, отдаваемая в нагрузку одним транзистором

Вт ,

где ₁ = 0,5 - значение 1-го коэффициента Берга при угле отсечки  = 90.

6. Количество двухтактных схем, обеспечивающих заданную выходную мощность P_ОК оконечного каскада

.

Берем 1 пару транзисторов.

7. Сопротивление нагрузки по первой гармонике, ощущаемое одним транзисто-ром

Ом .

8. Уточненное значение сопротивления R_К

Ом .

9. Уточненное значение амплитуды импульса коллекторного тока

А .

12. Значение первой гармоники коллекторного тока

А .

13. Уточненное значение амплитуды переменного напряжения на коллекторе

В .

14. Максимальное значение мгновенного напряжения на коллекторе

В .

15. Значение постоянной составляющей коллекторного тока

А .

Величина I_К0 = 2,31 А не превышает максимально допустимое для выбранного транзис-тора 2Т922В значение 3 А .

16. Уточненное значение мощности первой гармоники, отдаваемой в нагрузку одним транзистором

Вт .

17. Мощность, потребляемая одним транзистором от источника питания

Вт .

18. Мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора

Вт .

Величина P_K = 71,944 Вт не превышает максимально допустимое для выбранного тран-зистора 2Т922В значение 112,5 Вт .

19. Коэффициент полезного действия

.

20. Минимальное значение шунтирующего сопротивления x_К коллекторной ем-кости C_К

Ом .

Так как x_Кmin = 23,405 Ом >> R_К = 3,2 Ом, то шунтирующим влиянием коллекторной емкости можно пренебречь.

Таблица 3.2

Величина	Значение
Напряжение источника коллекторного питания EК , В	36
Постоянная составляющая коллекторного тока IК0 , А	5,987
Мощность, потребляемая одним транзистором P0 , Вт	215,545
Амплитуда переменного напряжения на коллекторе UК , В	30,32
Первая гармоника коллекторного тока IК1 , А	9,474
Мощность первой гармоники, отдаваемой в нагрузку одним транзисто-ром P1 , Вт	143,601
Остаточное напряжение на коллекторе e0 , В	7,27
Максимальное значение мгновенного напряжения на коллекторе eКm , В	66,3
Амплитуда импульса коллекторного тока iКm , А	18,95
Мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора PК , Вт	71,94
Коэффициент полезного действия  , %	66
Сопротивление нагрузки по первой гармонике, ощущаемое одним тран-зистором RК , Ом	3,2
Минимальное значение шунтирующего сопротивления xКmin , Ом	23,405
Суммарная выходная мощность оконечного каскада PОК , Вт	498,43

Рис.3.2. Диаграммы токов и напряжений в коллекторной цепи одного транзистора