Распределение искажений на высоких частотах

3 Распределение искажений на высоких частотах

На высоких частотах в усилителе возникают нелинейные искажения вследствие нелинейности его элементов, что приводит к отклонению амплитудно-частотной характеристики.

При распределении искажений на высоких частотах определяются искажения приходящиеся на каждый каскад усилителя[1,2].

Для этого допустимые частотные искажения, определяемые заданием, делятся на число каскадов усилителя.

По заданию допустимые частотные искажения на высоких частотах равны 3дб. В усилитель входит 3 каскада. Тогда на каждый каскад будет приходиться по 1дб искажений.

4 Расчет оконечного каскада

4.1 Расчет рабочей точки

Рабочей точкой называется ток или напряжение на транзисторе при отсутствии входного сигнала.

Рабочая точка расчитывается по заданной мощности Рвых или выходному напряжению Uвых. Но чаще даётся мощность, по которой можно найти выходное напряжение (амплитуду) из соотношения [1,2]:

 (4.1)

(4.2)

Тогда амплитуда выходного напряжения будет равна:

По известному сопротивлению нагрузки и выходному напряжению можно найти ток в нагрузке:

 (4.3)

В результате ток равен:

4.1.1 Расчет рабочей точки для реостатного каскада

Чтобы найти ток в рабочей точке, нужно знать ток на выходе каскада:

 (4.4)

Сопротивления Rк и Rн выбраны равными, то равны и токи, протекающие через них:

 (4.5)

Тогда получим:

Схема для данного случая изображена на рисунке (4.1).

Координаты рабочей точки находится по выражениям:

(4.6)

(4.7)

Здесь Uост начальное напряжение нелинейного участка выходных характеристик транзистора, берется от 2В до 3В. После подстановки в выражения (4.6, 4.7) получится:

Рисунок 4.1

Напряжение источника питания для схемы будет составлять сумму падений напряжений на сопротивлении Rк и транзисторе:

(4.8)

где

 - напряжение в рабочей точке

Выражение (4.8) называется нагрузочной прямой по постоянному току. В пределах этой прямой будет изменяться рабочая точка.

Чтобы провести прямую, достаточно знать две точки:

В сигнальном режиме строится нагрузочная прямая по переменному току:

(4.9)

(4.10)

Для упрощения расчетов берут   После подстановки получается:

На рисунке (4.2) изображен вид нагрузочных прямых по постоянному и переменному токам.

Рисунок 4.2 – Нагрузочные прямые

Мощности рассеиваемая на транзисторе и потребляемая каскадом определяются по выражениям:

 ( 4.11)

 (4.12)

Соответственно мощности будут равны:

 

4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада

В отличие от предыдущего каскада дроссельный имеет вместо сопротивления Rк дроссель Lдр, который по постоянному току имеет сопротивление близкое к нулю, а по переменному – намного большее сопротивления нагрузки.

Положим выходное напряжение тем же (Uвых=7.71В).

Рисунок 4.3- Дроссельный каскад

Расчет рабочей точки производится по тем же выражениям, что и для предыдущего каскада (4.6, 4.7), но выходной ток каскада будет равен току нагрузки:

Тогда рабочая точка будет иметь следующие координаты:

Так как дроссель по постоянному току является короткозамкнутым проводником, то напряжение питания будет равным падению напряжения на транзисторе, то есть Еп=Uкэо=10.71В.

Нагрузочная прямая по переменному току описывается выражением:

 (4.13)

Для упрощения здесь Тогда изменение напряжения на транзисторе будет равно:

Вид нагрузочных прямых изображен на рисунке (4.4).

Рисунок 4.4- Нагрузочные прямые для дроссельного каскада

Потребляемая мощность каскадом и рассеиваемая на транзисторе аналогично определяется по выражениям (4.11, 4.12). В результате
 получается:

Видно, что мощность рассеивания равна потребляемой.

Сравнивая энергетические характеристики двух каскадов, можно сделать вывод, что лучше взять дроссельный каскад, так как он имеет наименьшее потребление, напряжение питания и ток.

4.2 Выбор транзистора оконечного каскада

Выбор транзистора осуществляется по следующим предельным параметрам:

- предельный допустимый ток коллектора;

- предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер ;

- предельная мощность, рассеиваемая на коллекторе.

- граничная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ .

Этим требованиям удовлетворяет транзистор КТ939А [3]. Основные технические характеристики этого транзистора приводятся ниже.

Электрические параметры:

-граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

-постоянная времени цепи обратной связи при В пс;

-индуктивность базового вывода ;

-индуктивность эмиттерного вывода ;

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

-емкость коллекторного перехода при  В пФ.

Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

-постоянный ток коллектора мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К  Вт;

-температура перехода К.