Важной задачей этого пункта является выбор режима работы предвыходного каскада. Транзистор включен по схеме общий эмиттер. Необходимо выбрать рабочую точку на семействе выходных статических характеристик транзистора.
Значение параметра h21 рассчитывается как среднее геометрическое:
h21 = 
519,615.
Выберем значения тока коллектора в рабочей точке:
Iк.РТ = 10 мА.
Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке определяется, как:
Uкэ.РТ = Uкэ min + U2m = 2 + 0,333 = 2,333 В.
Рассчитаем среднюю мощность рассеиваемую транзистором:
Pк = Iк.РТ · Uкэ.РТ · (1-1/ Q) + (Iк.РТ + Iкm)(Uкэ.РТ - U2m) · 1/Q =
=10·10-3·2,333·(1-1/10,417)+(10·10-3+2,401·10-3)(2,333-0,333)·1/10,417=23 мВт, где Q = 1/(tи · F) = 1/(12·10-6·8·103) = 10,417 – скважность импульсов.
Рассчитаем максимальную температуру перехода транзистора:
tП.max = tc.max+ Pк(Rпк + Rкс) = 60+0,023·(83,3+120) = 64,772 ˚C.
2.3 Определение низкочастотных и высокочастотных параметров транзистора:
Максимальный для транзистора ток коллектора:
Iк мах=0,05 А.
Середина нагрузочной прямой:
Ik0 = Iк.РТ = 0,01 А.
Справочный ток коллектора:
Iк.справ = 0,5 · Iк мах = 0,025 А.
Справочные g-параметры транзистора:
g21 справ = 0,3 А/В; g11 справ = 0,7 мСм; g22 справ = 0,09 мСм.
Для определения g-параметров транзистора в заданной точке, пересчитаем их к нужному положению рабочей точки, воспользовавшись справочными значениями:
g21 = Ik0 / Iк.справ · g21 справ = 0,01/0,025 · 0,3 = 0,12 А/В;
g11 = Ik0 / Iк.справ · g11 справ = 0,01/0,025 · 0,7 · 10-3 = 0,28 мСм;
g22 = Ik0 / Iк.справ · g22 справ = 0,01/0,025 · 0,09 · 10-3 = 36 мкСм.
Для пересчета емкости коллекторного перехода к нужному значению напряжения на коллекторе, воспользуемся формулой:
Cк = 
, где Uк0 = Uкэ.РТ +
0,5· U2m
= 2,5 В; Uк справ = 5 В; Cк справ = 4 пФ;
Cк = 
= 5,657 пФ.
Величина объемного сопротивления базы приводится в справочнике:
rб = 30 Ом.
Постоянную времени транзистора для заданной рабочей точки можно рассчитать из следующего соотношения:
τ=(g21 · rб) / (2·π·mT · fT) = (0,12 · 30) / (2·π·1,6 ·150·106) = 2,387 нс.
2.4 Определение числа предварительных каскадов:
Запас по усилению:
А=1,2.
Коэффициент усиления всего усилителя:
К=U2m/U1m=10/(2·10-3)=5·103.
Примем коэффициент усиления входного каскада равным 0,9, исходя из того что входной каскад эмиттерный повторитель:
Квх = 0,9.
Коэффициент усиления выходного каскада:
Квых = 30.
Коэффициент усиления предварительных каскадов:
Кпр = (А · К) / (Квх · Квых) = (1,2·5000) / (0,9·30) = 222,222. (2.4.1)
Время установления входного каскада:
tу вх = 0,25· tу = 0,25·0,25·10-6 = 62,5 нс.
Время установления выходного каскада:
tу вых = 27,53 нс.
Время установления предварительных каскадов:
tу пр = 
0,24 мкс.
Пусть число предварительных каскадов будет равно 2.
Коэффициент усиления одного каскада предварительного усиления:
К1 пр = 
14,907.
Требуемое для реализации предварительного каскада активное сопротивление нагрузки переменному току:
R2 = К1 пр / g21 =14,907/0,12=124,226 Ом.
Выходная емкость транзистора:
C22 = (1+ rб · g21)·Cк = (1+30·0,12)·5,657·10-12 = 26,02 пФ.
Входная емкость транзистора:
Сн=τ/rб+К1 пр·Cк=(2,387·10-9)/30+14,907·5,657·10-12 = 163,9 пФ.
Импульсная добротность некорректированного каскада равна:
Ди = (g21·R2)/(2,2·((C22+Сн)· R2+τ)) =
(0,12·124,226)/(2,2·((26,02·10-12+163,9·10-12)·124,226+2,387·10-9))=260,8 МГц.
Проверим условие:
Ди ≥ 
/ tу пр ·
= 87,66 МГц.
Поскольку условие выполняется, то транзистор в предварительных каскадах, их схемное решение и число каскадов выбрано верно.
2.5 Полный электрический расчет каскадов предварительного усиления:
2.5.1 1 каскад предварительного усиления:
Полное сопротивление нагрузки каскада по переменному току:
R2 = 124,226 Ом.
Сопротивление коллекторной нагрузки:
Rк =(R2·Rн)/(Rн - R2)=(124,226·180,516)/(180,516-124,226)=398,379 Ом,
Rк = 390 Ом.
Определим напряжение питания каскада:
EП = kэ · (Iк.РТ · Rк + Uкэ.РТ) = 1,3 · (0,01·390+2,333) = 8,103 В, где kэ - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи Rэ.
Округлим полученное значение до стандартного – 9 В.
Rэ = (EП - Uкэ.РТ) / Iк.РТ - Rк =(9-2,333)/0,01–390 = 276,7 Ом.
Приводим к номинальному значению и получаем Rэ = 270 Ом.
Ток базы в рабочей точке:
Iб.РТ = Iк.РТ / h21 = 0.01/519,615=19,25 мкА.
Зададим ток делителя – IД, исходя из условия:
10 · Iб.РТ < IД < Iк.РТ,
IД = 0,25 мА.
Напряжение база-эмиттер в рабочей точке:
Uбэ.РТ = 0,7 В.
Найдем сопротивления резисторов делителя напряжения в цепи базы:
Rб2 = (Uбэ.РТ + Iк.РТ · Rэ) / IД = (0,7+0,01·270) / 0,25·10-3 = 13,6 кОм.
Приведем Rб2 к номиналу и получим Rб2 = 13 кОм.
Rб1= EП / IД - Rб2 = 9/0,25·10-3 – 13000 = 23 кОм.
Приведем RБ1 к номиналу и получим Rб1 = 24 кОм.
Минимальную температуру перехода определим как:
tП min= tП max - (tc.max - tc.max) = 64,772 - (60 - 10) = 14,772 ˚С.
Изменение температуры перехода:
∆tП = tП max- tП min = 64,772 – 14,772 = 50 ˚С.
Общее сопротивление в цепи базы:
Rб =(Rб1·Rб2)/( Rб1+Rб2)=(13000·24000)/(13000+24000)=8432 Ом.
Эквивалентное сопротивление:
Rэкв = (Rк·Rн)/(Rк +Rн)=(390·180,516)/(390+180,516)=123,399 Ом.
Коэффициент усиление каскада:
Квых = g21 · Rэкв =0,12·123,399=14,808 раз.
Абсолютное изменение напряжения база-эмиттер:
∆uбэ =2,2·10-3·∆tП +0,04 = 2,2·10-3·50 +0,04=0,15 В.
Абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода:
∆ Ikбо= 2/0,7·Ikбо = 2/0,7·0,05·10-6 =0,14 мкА.
Коэффициенты, учитывающие работу схемы эмиттерной стабилизации тока коллектора:
N1 = 1 + (g21 · Rб) / (1 + g11 · Rб + g21 · Rэ) =
=1+(0,12·8432)/(1+0,28·10-3·8432+0,12·270)=29,296
N2=(N1-1)/Rб=(29,296-1)/8432=3,356·10-3.
Относительная нестабильность тока коллектора:
N=∆Iк /Iк.РТ =(N1∆ Ikбо+N2∆uбэ)/Iк.РТ =
=(29,296·0,14·10-6+3,356·10-3·0,15)/0,01=0,051.
Относительная нестабильность тока коллектора не превышает 0,25, следовательно, дополнительных мер для стабилизации применять не требуется.
Рассчитаем время установления:
tу пр1 = 2,2· τэкв = 2,2· 61,73·10-9=135,8 нс.
Постоянная времени нагрузки:
τн = Rэкв·Сн = 123,399·454,9·10-12 = 56,14 нс.
Эквивалентная постоянная времени:
τэкв = τi + τн + τ, где τi = (1+g21rб)СкRэкв = (1+0,12·30)·5,657·10-12·123,399 = 3,211 нс;
τэкв= 3,211·10-9 + 56,14·10-9 + 2,387·10-9 =61,73 нс.
Произведем расчет входного сопротивления и входной емкости каскада:
Rвх 1 пр = Rб /(1+g11·Rб)=8432/(1+0,28·10-3·8432) = 2,509 кОм;
Свх 1 пр = τ/rб +Kвых·Ск =(2,387·10-9) / 30+14,808·5,657·10-12 = 163,3 пФ.
На этом расчет первого предвыходного каскада закончен, выпишем его параметры:
Табл. 2.5.1.1 Параметры первого предвыходного каскада
|
EП |
9 В |
|
Rк |
390 Ом |
|
Rэ |
270 Ом |
|
Rб1 |
24 кОм |
|
Rб2 |
13 кОм |
|
Rвх |
2509 Ом |
|
Свх |
163,3 пФ |
|
Kвых |
14,808 |
|
tу.вых |
135,8 нс |
2.5.2 2 каскад предварительного усиления:
Второй предварительный каскад будет иметь тот же режим работы, что и первый, соответственно, мы будем использовать тот же транзистор и те же координаты рабочей точки.
Полное сопротивление нагрузки каскада по переменному току:
R2.2 = 124,226 Ом.
Сопротивление коллекторной нагрузки:
Rк.2 = (R2.2·Rвх 1 пр)/(Rвх 1 пр - R2.2)=(124,226·2509)/(2509-124,226)=130,698 Ом;
Rк.2 = 130 Ом.
Эквивалентное сопротивление:
Rэкв.2 = (Rк.2·Rвх 1 пр)/(Rк.2 +Rвх 1 пр)=(130·2509)/(130+2509)=123,596 Ом.
Коэффициент усиление каскада:
Квых.2 = g21 · Rэкв.2 =0,12·123,596=14,831 раз.
Определим напряжение питания каскада:
EП.2 = kэ · (Iк.РТ · Rк.2 + Uкэ.РТ) = 1,3 · (0,01·130+2,333) = 4,723 В, где kэ - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи Rэ.
Округлим полученное значение до стандартного – 6 В.
Rэ.2 = (EП.2 - Uкэ.РТ) / Iк.РТ - Rк.2 =(6-2,333)/0,01–130 = 236,7 Ом.
Приводим к номинальному значению и получаем Rэ.2 = 240 Ом.
Найдем сопротивления резисторов делителя напряжения в цепи базы:
Rб2.2 = (Uбэ.РТ + Iк.РТ · Rэ.2) / IД = (0,7+0,01·240) / 0,25·10-3 = 12,4 кОм.
Приведем Rб2 к номиналу и получим Rб2 = 13 кОм.
Rб1= EП.2 / IД - Rб2.2 = 6/0,25·10-3 – 13000 = 11 кОм.
Общее сопротивление в цепи базы:
Rб.2 =(Rб1.2·Rб2.2)/( Rб1.2+Rб2.2)=(13000·11000)/(13000+11000)=5958 Ом.
Рассчитаем время установления:
tу пр2 = 2,2· τэкв.2 = 2,2· 25,79·10-9=56,74 нс.
Постоянная времени нагрузки:
τн.2 = Rэкв.2·Свх 1 пр = 123,596·163,3·10-12 = 20,19 нс.
Эквивалентная постоянная времени:
τэкв.2 = τi.2 + τн.2 + τ, где τi.2 = (1+g21rб)СкRэкв.2 = (1+0,12·30)·5,657·10-12·123,596 = 3,216 нс;
τэкв.2 = 3,216·10-9 + 20,19·10-9 + 2,387·10-9 = 25,79 нс.
Произведем расчет входного сопротивления и входной емкости каскада:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
