Расчет оконечного каскада

2.3. Расчет оконечного каскада

2.3.1. Расчет рабочей точки (энергетический расчет)

Рассмотрим две схемы реализации выходного каскада: резистивную и дроссельную. Выбор той или иной схемы осуществим на основе полученных данных расчета. Критерий выбора – оптимальные энергетические характеристики схемы. Также выберем транзистор, удовлетворяющий требованиям задания.

а) Резистивная схема

Схема резистивного каскада приведена на рисунке 2.1 данного пункта.

Рисунок 2.1 – Схема оконечного каскада по переменному току.

Обычно сопротивление в цепи коллектора принимают порядка R_н. Рассчитаем энергетические параметры. Напряжение на выходе усилителя рассчитывается по формуле:

 , (2.1)

 где P- мощность на выходе усилителя, Вт;

 R_н – сопротивление нагрузки, Ом.

Тогда . Ток транзистора вычисляется по формуле (2.2).

, (2.2)

где R_перем – сопротивление цепи коллектора по переменному току, Ом.

Тогда .

Теперь можно определить рабочую точку:

U_кэ0=U_вых+U_{остаточное} =16.5В, (2.3)

I_к0=1.1*I_тр=0.62А.

Напряжение U_кэ0 получено при условии, что величина напряжения U_{остаточное}, находящаяся в пределах от 2В до 4В, имеет значение 2.4В.

Напряжение источника питания при этом:

Е_ип=U_кэ0+R_к*I_к0=16.5В+50*0.62В=47.5В. (2.4)

Видно, что напряжение питания достаточно высокое.

Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Расчет прямой по постоянному току производится по формуле:

Е_ип=U_кэ0+R_к*I_к0. (2.5)

I_к0=0: U_кэ0=Е_ип=47.5 В,

U_кэ0=0: I_к0= Е_ип/ R_к=47.5/50А=0.95А.

Расчет прямой по переменному току производится по соотношениям:

, ,

, .

б) Дроссельная схема

Схема каскада приведена на рисунке 2.3 данного пункта.

Рисунок 2.3 – Схема оконечного некорректированного каскада.

Рассчитаем энергетические параметры по известным формулам:

,

,

где R_н – сопротивление нагрузки по переменному току.

Определим рабочую точку:

U_кэ0=U_вых+U_{остаточное} (2.4В)=16.5В

I_к0=1.1*I_тр=0.31А.

Напряжение источника питания:

Е_ип=U_кэ0 =16.5В.

Видно, что напряжение питания значительно уменьшилось. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Расчет прямой по постоянному току:

Е_ип=U_кэ0

Расчет прямой по переменному току:

, ,

 , .

Проведем сравнительный анализ двух схем.

Таблица 2.1 - Сравнительный анализ схем

Параметр	Еип, В	Ррасс, Вт	Рпотр, Вт	Iк0, мА	Uкэ0, В
Rк	47.5	10.2	29.45	0.62	16.5
Дроссель	16.5	5.1	5.1	0.31	16.5

Мощности рассеивания и потребления рассчитывались по формулам:

 , (2.6)

 (2.7).

Таблица наглядно показывает, что использовать дроссель в цепи коллектора намного выгоднее с энергетической точки зрения. Поэтому далее будем использовать именно эту схему.

Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. Для данного задания они составляют (с учетом запаса 20%):

I_{к доп} > 1.2*I_к0=0.372 А

U_{к доп} > 1.2*U_кэ0=20 В (2.8)

Р_{к доп} > 1.2*P_расс=6.2 Вт

F_т= (3-10)*f_в=(3-10)*200 МГц.

Этим требованиям с достаточным запасом отвечает транзистор 2Т 916А [1], сравнительные справочные данные которого приведены ниже:

 I_к=2 А – максимально допустимый постоянный ток коллектора,

U_кэ=55 В – максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер,

P_к=20 Вт – выходная мощность при 1ГГц,

F_т= 1.4 ГГц – граничная частота коэффициента передачи тока базы,

, постоянная времени цепи обратной связи,

, статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером,

, емкость коллекторного перехода,

, коэффициент передачи тока в схеме с общей базой,

, емкость коллекторного перехода, при напряжении коллектор-эмиттер, равном 10 В,

L_э=0.35 нГн, индуктивность эмиттерного выхода,

L_б=1 нГн, индуктивность базового вывода.