Расчет режима выходного каскада. Схема защиты транзисторов модуля оконечного каскада

3. Расчет режима выходного каскада

При обосновании структурной схемы определено, что мощность каждого из четырех модулей должна быть не менее

Расчет проводим согласно методике [2,стр.126…131]. При этом определяем, что мощность плеча двухтактной схемы

Поскольку нагрузкой модуля является секция моста сложения МС, представляющего собой трансформатор на длинных линиях, то полагаем, что каскад нагружен на активное сопротивление

R_н=ρ_c

(входное или волновое сопротивление секции МС).

Основные параметры транзистора:

Uкэ тах=100 Вт	Uэбтах=5В	Iктах=20 А
I,бтах=0,5 А	Рттах=160 Вт (125 Вт)	Ск=600 пФ
rнас=0,6 Ом	h21э=750	rб=0,12 Ом
Lб=Lэ=4 нГн

Согласно [2, стр. 122] для ключевых транзисторов с активной нагрузкой принимаем значения:

α0=1/2	α1=2/π ≈ 0,637	v0 = π/4  ≈ 0,785	vт = π/2 ≈ 1,57
χ1=0 χ0=1	χт=1	К = 1,22	la = 0

Учитывая, что каскад работает на СЧ (f < 1 МГц), где влияние реактивностей транзистора малозначительно, определим значение максимально допустимой мощности:

;

Номинальную мощность, которую можно получить от транзистора при КПД > 0,7…0,8:

Р_н1ном ≤ (0,3…0,5) Р_н1ном = 845·0,3 ≈ 250 Вт (>37Вт)

Значение пик-фактора напряжения на коллекторе:

Определим напряжение питания:

U_{K max} = П_U··E_K = 1,21·80=97,6 < 100 В

Электронный КПД плеча (следовательно, и каскада, модуля)

Мощность, потребляемая от источника питания в номинальном режиме:

Постоянная составляющая тока коллектора в номинальном режиме:

Максимальное значение тока коллектора

 А(<20A)

Мощность потерь на коллекторе транзистора

Мощность высших гармоник, поступающих в балластный резистор

Номинальное сопротивление нагрузки в коллекторной цепи (то есть R_вх=ρ секции моста сложения)

Таким образом, каскад в ключевом режиме способен на сопротивлении нагрузки развить мощность:

Р_~н= 2Р_1н= 2·37 =74 Вт

Но максимальная мощность которую можно получить от каскада

Р_~н= 2Р_{1н тах}=2·250=500 Вт

Так как 206 > 90 то транзистор работает в облегченном режиме, что обеспечит повышенную надежность.

3.1. Расчет цепи базы

Задаемся амплитудой тока базы [2, стр. 129]

I_б = (0,05…0,3)·I_{K max}

Для частот f_max < 1 мГц

Берем нижний предел

I_б = 0,05·2,4=0,12А

Определяем ограничение на резисторы в цепи базы

Рассчитываем:

Принимаем номинал R_б (R₁=R₂) из пределов

0,4 < R_б > 39; R_б =30 Ом

Амплитуда напряжения возбуждения

U_вх= ( R_б + r_б )·I_б + U_{БЭ нас}

Согласно [2, стр. 130 (4)] U_{БЭ нас} ≈ 0,8В, тогда

U_вхт=(30+0,12)·0,12+0,8 ≈4,4В(<5В)

Мощность поступающая в транзистор

Р_вх=0,5(r_б ·I_б+U_{бэ нас})·I_б = 0,5(0,12·0,12+0,8)·0,12 ≈0,048

Мощность возбуждения с учетом потерь в R_б:

R_возб = 0,5U_вхI_Б = 0,5 ·4,4 ·0,12  ≈ 0,264 Вт

Входное сопротивление с учетом влияния сопротивлений с цепи базы

Р_рас ≈ Р_кп + Р_вх = 14+0,048 = 14,05Вт

Мощность, рассеиваемая на транзисторе

Р_рас< 120 Вт

3.1. Схема защиты транзисторов модуля оконечного каскада

В передатчике предусматривается наличие схемы защиты транзисторов модулей оконечного каскада от теплового и электрического пробоя для случаев сброса нагрузки (обрыва фидера) и короткого замыкания в фидере.

Простейший вариант защиты транзисторов, то есть установка плавких предохранителей в цепях эмиттеров в данном случае неприемлем, поскольку такие предохранители имеют значительный разброс параметров, следовательно, возможно нежелательное сгорание вставки в кратковременном пике модуляции, либо, наоборот, вставка останется целой при токе через транзистор, который значительно превышает допустимый. Кроме того, такой метод не обеспечит защиту транзисторов от электрического пробоя при сбросе нагрузки (обрыв фидера, переход транзисторов в сильно недонапряженном режиме работы.

Предлагаемая схема защиты, представленная на рис. 2.1., позволяет обеспечить защиту транзисторов от теплового (перенапряженный режим) и электрического (недонапряженный режим) пробоя, то есть при К.З. в нагрузке и при сбросе ее. Кроме того, исключается фактор влияния разброса сгорания плавкой вставки.

Данная схема защиты входит как основная часть в каждый из четырех модулей оконечного каскада.

Схема включает в себя: