2.2 Выбор цепи термостабилизации

На схеме, изображённой на рисунке 2.1, цепь термостабилизации была условно обозначена как R_t. Данная цепь предназначена для создания начального смещения на базах транзисторов выходного каскада. В процессе нагрева их параметры существенно изменяются, что влечет за собой изменение режимов и нарушение работы всей схемы. Цепь R_t в зависимости от температурного режима изменяет напряжение смещения так, чтобы компенсировать изменение параметров транзисторов.

В качестве R_t можно поставить реальный терморезистор, зашунтировав его обычным сопротивлением для снижения его температурной чувствительности (сопротивление терморезистора изменяется с изменением температуры значительно быстрее, чем параметры транзисторов). Однако на практике этот метод используется крайне редко из-за сложности настройки такой схемы.

Выберем термостабилизационную схему, собранную на транзисторе (см. рисунок 2.2). Выбор обусловлен тем, что данная схема обеспечивает лучшую термостабилизацию, по сравнению со схемой, собранной на диодах, и предназначена для работы в высококачественных усилителях первой и высшей группы сложности.

Рисунок 2.2 – Схема электрическая принципиальная цепи термостабилизации

Данная схема применяется в носимой и бортовой аппаратуре. Диапазон рабочих температур -20...+50 ⁰С. Напряжение смещения определяется здесь следующим выражением:

(2.1)

где U_{0 бэ} – постоянное напряжение на переходе эмиттер-база транзистора.

Ток через делитель R_бт – R_б выбирается согласно следующему соотношению:

(2.2)

Транзистор VT также крепится на радиаторе оконечного каскада.

2.3 Расчёт оконечного каскада

Произведём расчёт оконечного каскада по следующей методике:

1) Определяем амплитуду напряжения и тока на нагрузке:

(2.3)

(2.4)

Произведём расчёт:

2) Определяем напряжения источника питания:

(2.5)

где U_ост = 1...3 В – остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада при Р=1...10 Вт. Но всегда U_ост>0,4...0,7 В.

Произведём расчёт:

E₀ должно иметь запас 10...15 %, т.е.:

(2.6)

Произведём расчёт:

Выберем E₀ из стандартного ряда Е24 – 27 В. Таким образом напряжение питания для УСЗЧ будет составлять 27,0±2,7 В.

При данных условиях можно реализовать усилитель по бестрансформаторной схеме, так как максимальная мощность обычного двухтактного каскада больше мощности указанной в техническом задании.

(2.7)

3) Определяем максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторах выходных транзисторов:

(2.8)

Произведём расчёт:

4) Определяем желаемый коэффициент усиления по току h₂₁ для выходных транзисторов:

(2.9)

где P_п = 10...20 мВт – выходная мощность предоконечного каскада, работающего в режиме А.

Произведём расчёт:

5) Выбираем транзисторы оконечного каскада (VT3,VT4, см. рисунок 2.1) по следующим параметрам:

(2.10)

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

По данным параметрам из справочной литературы выберем транзисторы КТ829А (n-p-n), КТ853А (p-n-p).

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 2.2.

Таблица 2.1 – Основные электрические параметры транзисторов КТ829А, КТ853А

Транзистор	Iк max, А	Uкэ max, В	Pк max, Вт	h21э max	Iкб0, мА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
КТ829А	8	100	60	750	1,5	4	2,08
КТ853А	8	100	60	750	1,5	4	2,08

6) Проверим, смогут ли выходные транзисторы нормально работать без дополнительного теплоотвода. Максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе P_{к доп} при заданной температуре окружающей среды t_{с max} и отсутствии радиатора определяется выражением:

(2.15)

где t_{п max} – максимальная рабочая температура перехода коллектор-база;

t_{c max} – максимальная температура окружающей среды (+50 ⁰С);

R_{t пс} – тепловое сопротивление промежутка переход-среда.

Обычно t_{п max} выбирается на 5-10% ниже максимальной температуры. Для нашего случая выберем +135 ⁰С.

В соответствии с условиями эксплуатации, данные транзисторы должны работать с дополнительными теплоотводами, то есть с радиаторами. Тепловое сопротивление радиатора и площадь его поверхности определяется с помощью следующих выражений:

(2.16)

(2.17)

Величина параметра f_h21 выбирается согласно выражению:

(2.16)

где |h₂₁| – модуль коэффициента усиления по току, измеренный на частоте f_изм.

Произведём расчёт:

7) Определяем постоянный ток и мощность, потребляемые оконечным каскадом от источника питания, и коэффициент полезного действия:

(2.18)

(2.19)

(2.20)

8) Дополнительный расчет оконечного каскада:

(2.21)

(2.22)

(2.23)

(2.24)

(2.25)

(2.26)

Результаты расчёта оконечного каскада сведём в таблицы 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2 – Рассчитанные данные

	Тип транзистора	Pк доп , Вт	Iк доп, А	Uкэ доп, В	h21э max	fгр, МГц
VT3	КТ829А	6,0	3,2	35,1	750	4
VT4	КТ853А	6,0	3,2	35,1	750	4

Таблица 2.3 – Рассчитанные данные

	Тип транзистора	h21э	I0 б, мА	I0 к, мА	U0 к, В	Iкm, А
VT3	КТ829А	750	0,16…0,49	0,123…0,368	-10	2,45
VT4	КТ853А	750	0,16…0,49	0,123…0,368	-10	2,45
	Тип транзистора	Iбm, мА	Uкm, В	Rвх, кОм	Pк, Вт	S, см2
VT3	КТ829А	3,27	9,8	3	60	92
VT4	КТ853А	3,27	9,8	3	60	92

2.4 Расчёт предоконечного каскада

Нумерация элементов соответствует схеме (см. рисунок 2.1). Для расчета необходимо иметь следующие исходные данные:

1) амплитуду тока базы выходных транзисторов:

(2.27)

2) входное сопротивление оконечного каскада:

(2.28)

3) Напряжение смещения (напряжениями на резисторах R9 и R10 как правило можно пренебречь):

(2.29)

где U_{бэ 4}=U_{бэ 5} ≈ 0,5...0,6 В для режима В. При этом учитывается падение напряжения на каждом из переходов база-эмиттер составных транзисторов.

Произведём расчёт:

Перейдем непосредственно к расчету.

1) Задаемся током покоя:

(2.30)

Зададим ток покоя I_{0 к2}=20 мА.

2) Выбираем R8 = (30...50)∙R_н=(30…50)∙4=120…200 Ом. Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R8=150 Ом.

3) Рассчитываем R7:

(2.31)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R7=510 Ом.

4) Емкость C4 рассчитывается из соображений, приведенных далее. При этом учитываются частотные искажения, вносимые этой емкостью.

5) Выбираем VT2 по следующим параметрам:

(2.31)

где

(2.32)

Подставим полученное значение в выражение 2.31:

(2.32)

где

(2.33)

(2.34)

(2.35)

По данным параметрам из справочной литературы выберем транзистор КТ644А.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 – Основные электрические параметры транзистора КТ644А

Iк max, А	Uкэ max, В	Pк max, Вт	h21э max	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
0,6	60	1	40…120	0,1	200	2,08