Широкополосный усилитель (стр. 2 из 8)

Для упрощения расчетов примем

. Тогда после подстановки в выражение (4.7) числовых значений получаем:

Нагрузочные прямые по постоянному и переменному токам представлены на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Нагрузочные прямые для резистивного каскада

Мощности, рассеиваемая на транзисторе, потребляемая каскадом и выходная, определяются согласно следующим выражениям:

,(4.8)

,(4.9)

.(4.10)

По формулам (4.8), (4.9) и (4.10) вычисляем соответствующие мощности:

Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывается по формуле

(4.11)

Подставляя в (4.11) числовые значения, получаем:

4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада

В отличие от предыдущего каскада дроссельный имеет в цепи коллектора вместо сопротивления Rк дроссель Lдр.

Принципиальная схема дроссельного каскада и эквивалентная схема по переменному току представлены на рисунках 4.3,а и 4.3,б соответственно.

Рисунок 4.3,а- Принципиальная схема дроссельного каскада

Рисунок 4.3,б- Эквивалентная схема по переменному току

Поскольку для сигнала дроссель является холостым ходом, то в данном случае сопротивление нагрузки по переменному току будет равно сопротивлению нагрузки:

Расчет рабочей точки производится по тем же выражениям, что и для предыдущего каскада.

По формуле (4.2) рассчитаем выходной ток:

Тогда согласно выражениям (4.3) и (4.4) рабочая точка будет иметь следующие координаты:

Так как дроссель по постоянному току является короткозамкнутым проводником, то напряжение питания будет равным падению напряжения на транзисторе:

Таким образом получаем все необходимые данные для построения нагрузочной прямой по постоянному току.

Для построения нагрузочной прямой по переменному току примем приращение коллекторного тока равным току в рабочей точке:

Тогда согласно выражению (4.7) соответствующее приращение напряжения будет равно:

Нагрузочные прямые по постоянному и переменному токам представлены на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4- Нагрузочные прямые для дроссельного каскада

Мощности, рассеиваемая на транзисторе, потребляемая каскадом и выходная, аналогично определяются по выражениям (4.8), (4.9) и (4.10):

Видно, что мощность рассеивания равна потребляемой.

По формуле (4.11) рассчитаем КПД дроссельного каскада:

Проведем сравнительный анализ двух схем. Энергетические характеристики резистивного и дроссельного каскадов представлены в таблице 4.1.

Параметр	Еп, В	Ррас, Вт	Рпот, Вт	Iко, мА	Uкэо, В	h, %
Резистивный каскад	26.6	3.168	9.363	352	9	13.7
Дроссельный каскад	9	1.584	1.584	176	9	40.4

Таблица 4.1 – Энергетические характеристики резистивного и дроссельного каскадов

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

4.2 Выбор транзистора выходного каскада

Выбор транзистора осуществляется по следующим предельным параметрам:

предельный допустимый ток коллектора

;(4.12)

предельное допустимое напряжение коллектор-эмиттер

(4.13)

предельная мощность, рассеиваемая на коллекторе

;(4.14)

граничная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

.(4.15)

Требованиям (4.12), (4.13), (4.14) и (4.15) удовлетворяет транзистор КТ911А [3]. Основные технические характеристики этого транзистора приведены ниже.

Электрические параметры:

-граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ

МГц;

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ

;

-постоянная времени цепи ОС при UКБ=10В, IЭ=30мА tОС=25пс

-емкость коллекторного перехода при

В пФ.

Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор-эмиттер

В;

-постоянный ток коллектора

мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора

Вт;

-температура перехода

.

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора

4.3.1 Расчет схемы Джиаколетто

Соотношения для расчёта усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто, справедливой для области относительно низких частот [4].

Эквивалентная схема Джиаколетто представлена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5- Эквивалентная схема Джиаколетто

Зная паспортные данные транзистора, можно рассчитать элементы схемы, представленной на рисунке 4.5, согласно следующим формулам [4]:

Проводимость базы вычисляем по формуле

(4.16)

где Ск - ёмкость коллекторного перехода;

- постоянная времени цепи обратной связи. (паспортные данные, в дальнейшем - *)

В справочной литературе значения

и часто приводятся измеренными при различных значениях напряжения коллектор-эмиттер . Поэтому при расчетах значение следует пересчитать по формуле

(4.17,а)

где

- напряжение , при котором производилось измерение ;

- напряжение , при котором производилось измерение .

Также следует пересчитать ёмкость коллекторного перехода для напряжения коллектор-эмиттер, равному напряжению в рабочей точке:

(4.17,б)