kursovik (Усилитель систем контроля радиовещательных станций), страница 2

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

I, А

R_

R~

3.85

23.5 46.6 U, В

Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Определим потребляемую и рассеиваемую мощность транзистора по формулам :

Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что целесообразней использовать каскад с дросселем в цепи коллектора, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения. Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

3.3.2 Выбор транзистора

Для выбора транзистора необходимо чтобы его параметры удовлетворяли следующим условиям:

(3.9)

Из неравенства (3.9) определим значения допустимых параметров:

Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор 2Т947А.[3]

Транзистор имеет следующие допустимые параметры:

Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1. Постоянная времени цепи обратной связи при В пс;

2. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ

;

1. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;

2. Индуктивность вывода базы нГн;

3. Индуктивность вывода эмиттера нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

2. Постоянный ток коллектора А;

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

Как показывает практика, даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Очень удобно анализировать свойства транзистора при малом сигнале, в широком диапозоне частот, с помощью физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.3.5 и однонаправленной модели цепи на ВЧ.

А) Расчёт схемы Джиаколетто:

Схема Джокалетто представлена на рисунке 3.3.5.

Рисунок 3.3.5 Схема Джиаколетто.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

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

(3.10)

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

(3.11)

В нашем случае получаем:

Подставим полученное значение в формулу:

, тогда (Сим) (3.12)

Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

, (2.11)

где, – сопротивление эмиттеного перехода транзистора.

Тогда

Емкость эмиттерного перехода:

Выходное сопртивление транзистора:

(3.13)

Из формулы (3.13) найдем проводимость:

(3.14)

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

К
рутизну транзистора определим по формуле: (3.15)

Подставляя численные значения получим:

Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:

Однонаправленная модель является эквивалентной схемой замещения транзистора, так же как и схема Джиаколетто. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 3.3.6. Полное описание однонаправленной модели можно найти в [4].

Рисунок 3.3.6

Параметры эквивалентной схемы рассчитываем по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность:

,

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

Входное сопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто:

Выходное сопротивление имеет значение:

Выходная ёмкость имеет значение:

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации

Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки [5]. Это объясняется тем, что ВАХ транзисторов зависят от температуры р-n переходов и, следовательно от температуры окружающей среды. Это приводит к смещению статических характеристик, чем обуславливается не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводит к перемещению рабочей точки, что приводит к изменению усилительных параметров.

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

3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация.

Э
митерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах и является достаточно простой в расчёте и при этом эффективной. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.7.

Рисунок 3.3.7 Схема эмиттерной термостабилизации

Расчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:

(3.16)

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

(3.22)

где I_дел. – ток делителя;

P_Rэ – мощность рассеиваемая на резисторе R_э .

Выберем напряжение U_э=3В и по приведенной формуле (3.16) определим сопротивление R_э :

Базовый ток найдем из формулы (3.17).

Ток делителя рассчитываем по формуле (3.18).

Определим напряжение питания по формуле (3.21).

Значения сопротивлений базового делителя найдем из формул (3.19,3.20).

Мощность, рассеиваемая на резисторе R_э рассчитывается по формуле (3.22).

3.3.4.2 Коллекторная термостабилизация

Наиболее экономичной и простейшей из всех схем термостабилизации является коллекторная стабилизация. Стабилизация положения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Схема коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 3.3.8.

Рисунок 3.3.8 – Схема коллекторной термостабилизации.

Расчитаем основные элементы схемы по следующим формулам

(3.22)

(3.23)

(3.24)

Выберем напряжение U_Rк=5В и расчитаем значение сопротивления R_к по формуле (3.22):

Базовый ток найдем из формулы (3.17):

Зная базовый ток, рассчитаем сопротивление R_б по формуле (3.23):

Определим рассеиваемую мощность на резисторе R_к по формуле (3.24):

3.3.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 3.3.9 [6].

Рисунок 3.3.9 Схема активной коллекторной термостабилизации.

В качестве VT1 возьмём КТ814. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), тогда . Затем производим следующий расчёт:

; (3.25)

; (3.26)

; (3.27)

; (3.28)

, (3.28)

где – статический коэффициент передачи тока транзистора КТ361 включенного по схеме с ОБ;

; (3.29)

; (3.30)

. (3.31)

Получаем следующие значения:

Ом;

мА;

В;

А;

А;

Ом;

кОм.

Ом.

Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.

Как было сказано выше, эмиттерную термостабилизацию в мощных каскадах применять “невыгодно” так как на резисторе, включённом в цепь эмиттера, расходуется большая мощность, поэтому в нашем случае необходимо выбрать активную коллекторную стабилизацию.

3.3.5 Расчёт корректирующих цепей

3.3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи

Для того чтобы сигнал был передан от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, без потерь сигнала, используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов. Пример построения такой схемы усилителя по переменному току показан на рисунке 3.3.10.