Электрический расчет выходного каскада усилителя

1.Электричекский расчет выходного каскада усилителя.

1.1Выбор транзистора для выходного каскада.

Основное требование, предъявляемое к выходному каскаду импульсного усилителя  это обеспечение заданной амплитуды импульса  на нагрузке. Транзистор для выходного каскада выбирается по трем критериям : по  частоте, по напряжению и по току.

1.1.1 Выбор транзистора по частоте усиливаемого сигнала :

Для обеспечения заданных  характеристик  каскада(времени установления) транзистор должен удовлетворять следующему условию:

1.1.2 Выбор транзистора по напряжению.

Величины напряжений входящих в эту формулу выбираются максимальными  с целью обеспечить некоторый запас надежности при работе каскада.

1.1.3 Выбор транзистора по току.

,          , где I_k.max -максимальный ток коллектора, а I_2m - импульс тока в нагрузке .

1.1.4 Характеристики выбранного транзистора.

Приведенным  выше условиям удовлетворяет транзистор КТ315А .

Общие сведения: КТ315А…КТ315И - кремниевые планарно-эпитаксиальные n-p-n транзисторы предназначены для работы  в схемах усиления и генерирования колебаний высокой частоты, а также в различных импульсных схемах. Могут работать в паре с транзисторами КТ361А…КТ361И.

Корпус пластмассовый, герметичный, с жесткими выводами . Масса транзистора не более 0.18 г.

Характеристики транзистора следующие : 

I_кmax=100 мA ; U_кэmax=35 B ; f=250 MГц .

1.2 Выбор режима работы транзистора в выходном каскаде.

Выбор режима работы транзистора в выходном каскаде  осуществляется по входным выходным  статическим характеристикам [см . Приложение рис.№1 и 2 ].

Режим работы выбирается из условия  работы транзистора в активном  режиме и условия обеспечения заданной амплитуды выходного  сигнала (при малом потреблении тока в паузах между импульсами).

Выбираю  следующие  координаты  рабочей точки :

I_к.рт = 1.25 мА, U_кэ.рт=9 В,

 I_б.рт = 0.05 мА , U_б.рт = 0.35 В;

При таком выборе рабочей точки транзистор всегда находится в активном режиме.

Зная координаты рабочей точки, амплитуду импульса напряжения  и тока находим предельное положение рабочей точки на выходных статический характеристиках , соединяя крайние положения рабочей точки получаем  нагрузочную характеристику по переменному току.

Определяем сопротивление в цепи коллектора:

Т.к. сопротивление нагрузки бесконечно, то

,

Далее выбираем напряжение питания каскада равным E_пит = 12В и строим нагрузочную прямую по постоянному току. По нагрузочной прямой определяем сопротивление по постоянному току и величину сопротивления в цепи эмиттера :

E_пит и R_kп - точки пересечения нагрузочной прямой по постоянному току с осями координат .

Все графические построения сопровождающие этот расчет находятся в приложении рис.№1 и 2.

1.3 Расчет выходного каскада по переменному току.

Для проведения расчета выходного каскада по переменному току необходимо определить g-параметры транзистора. Поскольку g-параметры сильно зависят от режима работы транзистора их определение производится для среднего положения рабочей точки . g- параметры определяем по статическим входным и выходным характеристикам методом малых приращений.

Координаты среднего положения рабочей точки :

U_кэ.срт = 6 В ; I_к.срт = 7 мА ; I_б.срт = 0.11 мА ; U_бэ.срт = 0.45 В.

По причине малой величины параметра g12 при расчете его значение принимаем равным нулю.

Графические построения сопровождающие расчет находятся в приложении рисунки №1,2.

Далее определяем коэффициент усиления и время установления выходного каскада.

  -  Коэффициент усиления каскада по напряжению.

Коэффициент усиления каскада не превышает 20, поэтому коррекцию вводить не имеет смысла. Теперь можем рассчитать время установления выходного каскада:

Для определения постоянных времени необходимо знать сопротивление базы и емкость коллектора в рабочем режиме:

определяем Cк в рабочей точке:

определяем Cк в средней точке:

определяем сопротивление базы:

определяем постоянные времени :

;

;

;

Время установления каскада не превышает 0,6 от времени установления всего усилителя, поэтому  коррекцию не вводим.

На этом электрический расчет выходного каскада можно считать законченным.

2.Расчет схемы температурной стабилизации тока покоя выходного транзистора.

2.1 Исходные данные для расчета  схемы температурной стабилизации.

1)  Координаты рабочей точки :

I_к = 1.25 мА ; U_к = 9 В ; I_б = 0.05 мА ; U_б = 0.35 В.

2)  Относительная нестабильность тока покоя транзистора :

N = 0.15

3)  Диапазон изменения температуры окружающей среды :

t_min = -25 ° C ; t_max = 45 ° C .

4)  Диапазон изменения  статического коэффициента тока базы в схеме с ОЭ:

h21min  = 30 ; h21max  = 120 .

5)  Обратный ток I_кбо : I_кбо(-60 °C) = 0.5  мкА  ; I_кбо(100 ° C) = 10 мкА .

6)  Тепловое сопротивление переход-окружающая среда.

Rпс = 670 ° С/Вт.

2.2 Расчет величин сопротивлений Rб1 и Rб2 .

1)  Определение максимальной и минимальной температуры перехода транзистора.

tп.max = tc.max + RпсPк

Рк - мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора .

Эта мощность является допустимой для данного транзистора без применения теплоотвода.

2)  Определение нестабильности параметра h21э :

Нестабильность параметра h21э определяется по формулам :

;

3)  Определение DUбэ :

4)  Определение DIкбо :

Изменение обратного коллекторного тока  при изменении температуры  перехода транзистора определяем по графику зависимости Iкбо(t) . Этот график получаем путем линейной аппроксимации реальной зависимости  по двум известным из справочника точкам .Этот график находится в приложении рис.№3.

DIкбо = 1 мкА.

5)  Определение параметра h11э в рабочей точке :

 

6)  Опреределение DIo :

7)  Определение допустимого изменения тока коллектора :

8)  Определение величины сопротивления  Rб :

9)  Определяем величину сопротивлений Rб1 и Rб2:

10) Определяем ток делителя напряжения :

Ток делителя оказался меньше тока коллектора в рабочей точке, поэтому расчет схемы температурной стабилизации рабочей точки