Расчёт выходного каскада

3.3     Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Для расчёта рабочей точки следует найти исходный параметр Uвых, который определяется по формулам:

(3.3.1)

(3.3.2)

Так как выходное напряжение имеет большую величину между нагрузкой и выходным транзистором необходимо установить трансформатор импедансов на длинных линиях с коэффициентом трансформации 1/9 [1]. Тогда исходные параметры примут следующие значения :

(3.3.3)

При дальнейшем расчете, нужно выбрать по какой схеме будет выполнен каскад: с дроссельной или резистивной нагрузкой. Рассмотрим обе схемы и выберем ту, которую наиболее целесообразно применить.

А) Расчёт каскада с резистивной нагрузкой:

Схема резистивного каскада по переменному току представлена на рисунке 3.3.1

Рисунок 3.3.1 Схема каскада с резистивной нагрузкой по переменному току

Так как нагрузкой каскада по переменному току является резистор, включенный в цепь коллектора - R_к и R_н, при чём R_к выбирается равный R_н, то эквивалентное сопротивление – R_экв, на которое работает транзистор, будет равным R_н/2. Тогда:

=3.25 (А) (3.3.4)

(3.3.5)

 (3.3.6)

где  – остаточное напряжение на коллекторе и равно 2 В, тогда:

Напряжение питания выбирается равным  плюс напряжение которое падает на :

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они приведены на рисунке 3.3.2.

I, А

8.2

5.5

R~

3.6

R_

 15  30 50  U, В

Рисунок 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём рассчёт мощностей: потребляемой и рассеиваемой на коллекторе, используя следующие формулы:

(3.3.7)

(3.3.8)

Б) Расчёт дроссельного каскада:

Схема дроссельного каскада по переменному току представлена на рисунке 3.3.3.

Рисунок 3.3.3. Схема дросельного каскада.

В дроссельном каскаде нагрузкой по переменному току является непосредственно нагрузочное сопртивление R_н.:

Подставляя полученные значения в формулы (3.3.4)-(3.3.6), получим:

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.4.

I, А

R_

R~

1.8

15 28 U, В

Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём расчёт мощности по формулам (3.3.7), (3.3.8) :

Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что целесообразней использовать дроссельный каскад, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения.

3.3.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров[2]:

1.            граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

;

2.          предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

;

3.            предельно допустимого тока коллектора

;

4.            предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ930Б. Его основные технические характеристики взяты из справочника [3] и приведены ниже.

Электрические параметры:

1.            Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

2.            Постоянная времени цепи обратной связи при  В пс;

3.            Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

4.            Ёмкость коллекторного перехода при  В пФ;

5.            Индуктивность вывода базы нГн;

6.            Индуктивность вывода эмиттера нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1.            Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

2.            Постоянный ток коллектора А;

3.            Постоянная рассеиваемая мощность коллектора  Вт;

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто и однонаправленной модели на ВЧ.

А) Расчёт схемы Джиакалетто:

Схема Джиакалетто представлена на рисунке 3.3.5.

Рисунок 3.3.5 Схема Джиакалетто.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле:

(3.3.9)

При чём  и  доложны быть измерены при одном напряжении Uкэ. А так как справочные данные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулой, которая позволяет вычислить  при любом значении напряжения Uкэ:

, (3.3.10)

в нашем случае:

Подставим полученное значение в формулу (3.3.9):

, тогда

Используя формулу (3.3.10), найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке :

Найдем значения остальных элементов схемы:

, (3.3.11)

 где

(3.3.12)

– сопротивление эмиттеного перехода транзистора. Тогда:

Емкость эмиттерного перехода:

Выходное сопротивление транзистора:

(3.3.13)

(3.3.14)

(3.3.15)

Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:

Схема однонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.6. Описание этой модели можно найти в журнале [4].

Рисунок 3.3.6 Схема однонаправленной модели на ВЧ

Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность:

, (3.3.16)

где –индуктивности выводов базы и эмиттера, которые берутся из справочных данных.

Входное сопротивление:

, (3.3.17)  

Выходное сопротивление имеет такое же значение, как и в схеме Джиакалетто:

.  

Выходная ёмкость- это значение ёмкости  вычисленное в рабочей точке:

.

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации

При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы. Существует несколько вариантов схем термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены две схемы: эмиттерная и активная коллекторная стабилизации.