Материал: Расчет и проектирование импульсного усилителя

Значения g - параметров транзистора измерены при  и

.2      Выбор режима работы выходного каскада по постоянному и переменному току

Задачей этого пункта является выбор режима работы выходного каскада. Пусть выходной транзистор будет включен по схеме общий эмиттер. Определение рабочего отрезка нагрузочной прямой начинают с определения координат точки (А), которую часто называют рабочей точкой. Ток коллектора в рабочей точке () должен удовлетворять условию:

где - диапазон разброса параметра и определяется как среднее геометрическое

Пусть рабочая точка (А) имеет координату по оси тока коллектора равную .

Напряжение коллектор - эмиттер в рабочей точке можно рассчитать так:

,

где  - минимальное напряжение на транзисторе, при котором он гарантированно не входит в область насыщения.

Определим мощность, рассеиваемую транзистором в рабочей точке:

 .

Зная координаты рабочей точки (А), величину импульса тока коллектора  и величину импульса напряжения на нагрузке , нетрудно построить рабочий отрезок нагрузочной прямой (АБ) (рис.3.2.1.).

Рис. 3.2.1. Выбор рабочего отрезка нагрузочной прямой транзистора в выходном каскаде импульсного усилителя.

После определения рабочего отрезка нагрузочной прямой, проверим тепловой режим транзистора. Для этого определим максимальную температуру перехода транзистора:

,

где  - средняя мощность, рассеиваемая транзистором, которую можно рассчитать:

 ,

где  - скважность импульсов.

Подставляя значение  находим максимальную температуру перехода транзистора:

 .

Полученное значение максимальной температуры перехода не превышает максимально допустимой для выбранного транзистора: ().

На этом выбор режима работы выходного каскада по постоянному и переменному току закончен.

.3      Расчет выходного каскада по постоянному и переменному току, включающий расчет элементов задания и стабилизации режима

Для задания и стабилизации режима работы транзистора в усилительном каскаде, чаще всего используется схема эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора (рис.3.3.1.). При этом режим работы транзистора определяется четырьмя элементами: коллекторной нагрузкой , сопротивлением резистора обратной связи по току , и резисторами делителя напряжений в цепи базы  и .

Рис. 3.3.1. Схема эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.

Расчет элементов стабилизации режима работы транзистора начинается с определения величины коллекторной нагрузки . Величина  определяется из полного сопротивления нагрузки каскада по переменному току , которое представляет собой параллельное соединение  с активной составляющей нагрузки каскада :

Полное сопротивление нагрузки по переменному току определяется наклоном нагрузочной прямой на выходных ВАХ транзистора (см. рис. 3.2.1.) и рассчитывается как

Определив величину , рассчитаем сопротивление коллекторной нагрузки:

Далее необходимо определить напряжение питания каскада, которое складывается из падения напряжения на коллекторной нагрузке , падение напряжения на сопротивлении обратной связи и напряжения коллектор-эмиттер в рабочей точке:

где  - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи .

Полученное напряжение питания округлим до стандартного значения .

Зная напряжение питания каскада рассчитаем величину сопротивления :

Округлим до ближайшего значения

Зная сопротивление находим сопротивление нагрузки для постоянного тока:

и составим уравнение нагрузочной прямой для постоянного тока:

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Нагрузочная прямая по постоянному току пересекается с нагрузочной прямой переменного тока в рабочей точке (А). Они изображены на рис. 3.3.2.

Рис. 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Ток базы в рабочей точке  находим по семейству выходных статистических ВАХ транзистора (см. выше рис. 3.3.2.):

.

Для расчета сопротивлений базового делителя необходимо задаться током делителя . Чем больше ток делителя, тем выше стабильность режима работы, но тем больше мощность, рассеиваемая резисторами  и , и тем меньше входное сопротивление каскада. Для получения приемлемой стабильности режима ток делителя должен как минимум в несколько раз превосходить ток базы в рабочей точке. Обычно величина тока базового делителя должна удовлетворять условию:

Выберем ток делителя .

Используя семейство входных статистических ВАХ транзистора, по известному току  и напряжению  находим напряжение база - эмиттер в рабочей точке  (рис. 3.3.3.).

Рис. 3.3.3. Выбор напряжения база - эмиттер в рабочей точке.

.

По известному току делителя и напряжению база - эмиттер в рабочей точке находим сопротивление резисторов делителя, обеспечивающие это напряжение:

Округлим до ближайшего номинального значения .

Номинальное значение в ряду стандартных сопротивлений

Получили следующие параметры:

,

По рассчитанным параметрам элементов стабилизации режима работы транзистора следует рассчитать величину относительной нестабильности тока коллектора:

где  - абсолютное изменение тока коллектора при изменении температуры кристалла транзистора; - абсолютное изменение напряжения база - эмиттер при изменение температуры перехода на величину  ;  - абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры; ,  - коэффициенты, учитывающие работу схемы эмиттерной стабилизации тока коллектора транзистора;  - общее сопротивление в цепи базы;  и  - g-параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре.

Взяв из пункта 3.2. максимальную температуру перехода транзистора  определим минимальную температуру перехода:

Изменение температуры перехода транзистора:

Абсолютное изменение напряжения база - эмиттер:

.

 определим используя зависимости обратного тока коллектора  от температуры, приведенные на рис. 3.3.4.

Рис. 3.3.4. Типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры.

На рис.3.3.4.  - обратный ток коллектора при температуре перехода  ;  - обратный ток коллектора при комнатной температуре (берем из табл. 2); зависимость 1 соответствует кремниевым транзисторам малой мощности (); зависимость 2 соответствует кремниевым транзисторам средней мощности (). Следовательно выбираем зависимость 2 по которой находим нормированное значение изменения обратного тока коллекторного перехода  при изменении температуры перехода на величину :

Тогда абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода:

.

Для нахождения коэффициентов  и  рассчитаем g - параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре, используя справочные значения , и , взятые из табл.2:

И общее сопротивление в цепи базы  равно: