Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 10
Текст из файла (страница 10)
но необходим (см. э" 1.9). Так как функция и„(а() симметричная относительно оси ординат (рис. 1.26), то представляющий ее ряд Фурье содержит только косинусоидальные составляющие, поэтому (/,ш = (/, „где (/,ш рассчитывается по (1.6!). Найдем ток /ш. Из рис. 1.23 следует, что /ш = /см/К! где /с„— комплексная амплитуда первой гармонйки тока емкости С,х.
Коэффициент передачи тока /('! для транзистора с коррекцией может быть рассчитан по (1.54). Учитывая, что /с, = од /бй запишем в результате дифференцирования (1.57): /см =1мЯю (1.63) Отсюда с учетом (1.54) /„= — +1 1~„„У„= —," =б„+1В„, тв и... где с учетом (1.56) шунтирования этих сопротивлений большой емкостью С „э. В приводимой методике расчета принимается Ск„э — оо, поэтому ука. занные потери отсутствуют.) К сожалению, измерение входной мощности, потребляемой транзисторами в реальных усилителях, показывает, что расчет по (! .66) дает весьма заниженное значение.
Необходимо учесть дополнительные факторы, увеличивающие Р„. Влияние индуктнвности эмиттерного вывода на входное сопротивление транзистора. При включении биполярного транзистора по схеме ОЭ через его эмиттерный вывод протекают базовый и колй нм гх — м ь" ей ~~ ягт йа !ж 3 3 3 а3 а3 33 а3' Рнс, !.27. Эквнвалентные схемы мощного онполарного трананстора лекторный токи (рис. 1.27, а). Ток базы создает на индуктивностн эмиттерного вывода напряжение, которое действует в выходной цепи УМ. Аналогично, напряжение на г'.„образованное коллекторным током, входит в баланс напряжений входной цепи.
Таким образом, между входной и выходной цепями УМ образуется связь независимо от связи через активную часть транзистора и возможно прямое прохождение входной мощности на выход усилителя либо обратное прохождение выходной мощности во входную цепь. Получим выражение для входного сопротивления транзистора, учитывая влияние индуктивности Ь,. Из рис. 1.27, а следует, что (3аг = ()ааг + !аг(.а (7с х + 7а ) Входное сопротивление транзистора (без учета гт„влияние которого уже учтено) г.,=и„77'„, =Я„+1ы(.,+Та( — О)7(1 С,), где !х'„= у, (О) в~Ь,.
Здесь приняты во внимание соотношения (1.69), (1.61), (1.63). В согласии с полученным выражением эквивалентной схемой биполярного транзистора являются последовательно соединенные сопротивление !г„, индуктивность |.а и эквивалентная емкость С,lу, (и — О)!. Наличие сопротивления 31„) О свидетельствует о том, что транзистор потребляет входную мощность Р;„= гсмЯ„!2. Так как 3!„появляется лишь при учете г'.„то можно сделать вывод о прямом прохождении мощности Р,„в нагрузку УМ через индуктивность Г., 49 Влияние барьерной емкости коллекторного перехода на входное сопротивление транзистора. Нежелательная связь между входной и выходной цепями УМ может устанавливаться также через составляющие барьерной емкости коллекторного р-п-перехода С„, и С„, (см.
рис. 1.16, б). Для простаты влияние этих емкостей на режим работы транзистора учтем, вводя суммарную емкость С„= — С„,+ +С.. На рис. 1.27, б изображена простейшая эквивалентная схема биполярного транзистора, в которой представлена емкость С„. Напряжение на ней ис„= и„+ и,м Обычно в любой момент времени выполняется условие ~и„~ )) ~и„,~, поэтому ис„~ и„. При гармонической форме и„(1) ток через емкость (с„С,би„lб( также меняется во времени по гармоническому закону с амплитудой 7',„, =1.с„и„,. (1.67) Как следуег из рис.
1.27, б, (с, = (а — гс, где га и (с„— гармонические функции времени. Таким образом, учет тока 1с„не меняет в первом приближении формы тока гс, — его можно считать гармоническим. В результате по-прежнему для расчета режима работы транзистора можно применять методику, основанную на гармонической форме управляющего заряда емкости С,х. Рассчитаем входное сопротивление транзистора 2„= Оа,.' :!а, с учетом С„Зля комплексной амплитуды 7а, справедливо соотношение 1а, = Гсвг + всю или с учетом (1.68) и (1.67) 1ю= 1м(Я„,+С„(7ю). (1.68) Отсюда, принимая во внимание (1.24), (1.59) и (1.61), имеем г„=у,( — 8)7(1 С,н), (1.69) где (1.70) к =1+7,(8) м, С„я„.
Из (1.69) следует, что для входной цепи транзистор эквивалентен емкости С,х = хС,!7, (и — 8). Из сравнения (1.69) и (1.65) следует, что влияние С, сводится лишь к увеличению входной емкости в н раз. Этот вывод справедлив прн допущении, что выходная согласующая цепь настроена в резонанс с частотой возбуждения, так как только в этом случае напряжение (7ю определяется (!.24). Если же выходная цепь расстроена, то возможно либо прямое прохождение входной мощности в нагрузку УМ (при емкостной расстройке), либо обратное прохождение выходной мощности на вход усилителя (при индуктивной расстройке).
Последний случай соответствует увеличению коэффициента усиления мощности и возрастанию опасности самовозбуждения паразитных колебаний. Полное входное сопротивление транзистора. Получим соотношение для расчета Е,„транзистора, учитывая индуктивность вывода эмиттера Е„барьерную емкость коллекторного перехода С„и индуктивность вывода базы Ев (рис. 1.27, и). Напряжение Е/ш= = (/ьав + (/вш + (/ь„, где (/ьш = /вЕз/з, — комплексная амплитуда первой гармоники напряжения на индуктивности Еа,. (/ь„= 1вЕ, (/с„+ /„,) — комплексная амплитуда напряжения на Ев Подставляя эти соотношения в 2„= (/ш//в, и учитывая (!.59), (1.61), (1.63) и (1.68), получаем 2вх = )Свх + 1мЕ вх+ 1/(1ыСвх) где /7,.=7 (О)«,Е,/н; Е„= Е~+ Е,/х; С„= хС,/17, (и — О)).
(!.71) Итак, при расчете входной согласующей цепи мощный биполярный транзистор может быть представлен эквивалентной схемой для первой гармоники входных колебаний (рис. 1.27, г), в которой учтено также усредненное за период колебаний сопротивление коррекции /7,7, (и — О). Дальнейшее уточнение Ев„, связанное с учетом потерь в базе и эмиттере (га и г,), приводит к незначительному изменению /7,„, поэтому для простоты сопротивлениями га и гв пренебрегаем. й 1.14. Расчет режима работы мощного биполярного транзистора и, м=и,„,— т' 11 — соз(п — О)).
О с Считая входным воздействием на мощный транзистор гар. монический управляющий заряд на суммарной емкости эмиттерного р-л-перехода и принимая во внимание, что внд переходной характеристики мощного транзистора аналогичен виду характеристики безынерционного активного элемента, воспользуемся методикой расчета, изложенной в $ 1.7, со следующей модификацией: в расчетных формулах заменим крутизну 5 на ао амплитуду 1/, — на Яко напряжение и„в — на д„,; постоянное напряжение на эмиттерном переходе рассчитаем по (1.62).
Как и ранее, в процессе расчетов необходимо следить, чтобы не превышались предельно допустимые значения: ! „,„,х ( /в дв„, нв твх < нв хвв1 Ррвс ( Рвов/ нвп в1в > нв ввв. Минимальное мгновенное напряжение на эмиттерном переходе ив мы может быть рассчитано с учетом временной зависимости и„(1) (см. рис, 1.26) по аналогии с (!.23): Зная действительную часть входного сопротивления транзистора, можем рассчитать входную мощность, потребляему!о ог возбудителя, и коэффициент усиления Кр. Как следует из рис. 1.27, г, входная мощность расходуется в сопротивлениях Я, и Я„, т.
е, Р„= Р;„+ Р,"„. (1.72) Часть входной мощности Р®ю потребляемая в !!„может быть рассчитана по (1.66). Другая ее часть Р;„, связанная с сопротивлением И„, обусловлена прямым прохождением мощности р нагрузку через !', Для расчета этой части мощности можно воспользоваться соотношением Р„", = (!а!)' )1„,'2, где (1.73) !б! = 7сэ! +!ск! 1 (гт! и -- амплитуда первой гармоники суммарного тока базы с учетом тока емкости С„, а сопротивление Я„рассчитывается по (1.71).
Коэффициент усиления Кр — это отношение мощности, отдаваемой транзистором в нагрузку, к мощности„-потрвбллемой им от воз. будителя. Так как в нагрузку отдается мощность Р, + Р,"„, то Влияние емкости С„на режим работы транзистора. Как отмечалось, при расчете входного сопротивления транзистора должна быть учтена суммарная барьерная емкость коллекторного р-и- перехода. Кроме того, как видно из рис. 1.27, б, емкость С„совместно с емкостью С,х оказывается включенной параллельно генератору тока !„. Так как С,з )) С„, то при расчете выходной согласующей цепи можно считать, что емкость С„включена между коллекторным и эмитгерным выводами транзистора, т. е. параллельно нагрузке.
Барьерная емкость С„, являясь элементом связи входной и выходной цепей УМ в схеме ОЭ, оказывает также влияние на нагрузочные характеристики транзистора. В соответствии с рис. 1.12, в зависимость выходной мощности активного элемента Р, от сопротивления нагрузки !!„ имеет максимум в граничном режиме. Расчет этой зависимости для биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ, с учетом С„показывает., что максимум Р, более пологий, чем для безынерционного АЭ.
Это означает, что схема ОЭ обладает повышенной стабильностью выходной мощности в оптимальном режиме (отклонения К„мало влияют иа Р,). Порядок расчета режима работы транзистора. Запишем соотношения, определяющие режим работы мощных биполярных транзисторов, в порядке, удобном для расчета на максимум Р, или т1,: 12) Да=их,1)и,; 13) и=-!+та(0) сасСк)ск; 14) (в! — — окзтх и; 13 )са 11(сар Са)1 1 т (и — 0) д Са 1)х! а а )т) )1вх = ух (О) сас (о/и; 13) 1 =)в! )свх(2' 19) ) вх = вх + вх' 20) К~=(Р.,+Р,"„У Ри~; 21) (.вх=(б+(а/и' 22) Сах = НСа!!тх (и 0) !! 23) Лиар т~ (и — 0) ))~, 53 1) акр=) — (к ыах/(~р Еп); 2) ии,=3тркп; 3) )кс =оса(0) (и соах 4) )ка=сха (О) (капах! 3) Р, = )и, ик,)2; О) Ра = )иа Еп! т) Рвас=ро Ра проверка: Ррас (Рпоп,' 3) ч,=РЕР,; 9) 0т~=(„~„/!сис (! — опав)1; е„ 10) иа са!и=иота С М С ,С(1 — спа (и — О)); пРоверка: 1иав си~к ! ( ивков! 1), 11) иап а поте та (и — О)-".", Са ' Имеем 23 уравнения относительно 26 неизвестных: 23 в левой части и три ((к,х, О, Е, в правой).
Обычно ! „, (!.29) и Е, (1.30) рассчитывают заранее', а угол отсечки выбирают в пределах 60... ...! 20'. Для расчета режима работы транзистора необходимо знать сле- дующие его параметры: граничные частот)ы )с и (в, крутизну линни граничных режимов на выходных статических ВАХ З„р) напря- жение отсечки иот,; барьерные емкости эмиттерного С, и коллек- торного Ск переходов; нндуктивности эмиттерного х.а и базового !".в выводов. Аагорнтм расчета на ЭВМ оптимального режима транзистора. Представленные формулы дают возможность быстро рассчитать оп- тимальный режим транзистора на ЭВМ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
