Выбор транзистора в выходном каскаде. Расчет режима работы и температурной стабилизации рабочей точки

граничной частоты транзистора должно выполняться условие:

                                                               

 - граничная частота передачи тока, при которой

2)Для максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер транзистора должно выполняться условие:

 - напряжение на нагрузке,  - минимальное напряжение коллектор-эмиттер, оно ограничивается напряжением насыщения транзистора. Примем его равным 5В. Получаем:

3)Для максимально допустимого тока коллектора должно выполняться       условие:

 , где k_z – коэффициент запаса, его вбирают в пределах k=1.2….1.8.,             он    вводится с целью повышения надежности каскада.

  - амплитуда импульса тока в нагрузке. При работе каскада на емкостную нагрузку она рассчитывается по эмпирической формуле:

Этим требованиям отвечает транзистор 2N4415А структуры n-p-n.                                       Перечень его основных параметров приведен в приложении 2..

2.2 Расчет режима работы выходного каскада по постоянному току

Важной задачей этого пункта является выбор режима работы выходного каскада. Пусть выходной транзистор будет включен по схеме общий эмиттер. Необходимо выбрать рабочую точку на семействе выходных статических характеристик транзистора. Для этого необходимо выбрать ток коллектора в рабочей точке. Диапазон его значений, в которых он может находится, определяется следующей системой неравенств.

 

Для определения напряжения коллектор –база необходимо построить входные характеристики транзистора.

рисунок 3.Входные характеристики

Получаем значения в рабочей точке:

ток коллектора в рабочей точке -  

напряжение коллектор-эмиттер –  

ток базы –                       

напряжение база-эмиттер -           

Посчитаем средний ток коллектора

Найдем напряжение питания выходного каскада.

Выбираем ближайшее напряжение из ряда номинальных значений напряжения большее 94В. Получаем Е_п = 100В.  Найдем сопротивление цепи эмиттера:

 

Расчёт выходного каскада по переменному току

Определим по графикам g-параметры:

Большой коэффициент усиления приведет к большой входной емкости каскада. Понизим его до 30, введя глубокую отрицательную обратную связь.

Чтобы не менять режим работы транзистора по постоянному, разобьем R_Э на два сопротивления, одно из которых будет сопротивлением обратной связи.

Рисунок 4. Схема реостатного каскада с активной

отрицательной обратной связью по току.

Среднее напряжение коллетор-эмиттер рабочей точки

Емкость коллекторного перехода

Рассчитаем время установления выходного каскада

Постоянная времени транзистора:

Постоянная времени коллекторного перехода

Эквивалентная постоянная времени:

Это условие говорит о том, что время установления выходного каскада не требует коррекции.

2.4. Расчёт температурной стабилизации рабочей точки

Мощность рассеиваемая на коллекторе

Температура перехода:

Максимальная

Минимальная:

Нестабильность статического коэффициента передачи тока базы:

Нестабильность напряжения база-эмиттер:

Нестабильность обратного тока коллектора:

Совокупная нестабильность тока в рабочей точке

Нестабильность тока коллектора

Находим g₂₁  рабочей точке

Сопротивление стабилизации R_б:

Сопротивление R_б1 , R_б2

Ток делителя

Ток делителя много меньше тока коллектора в рабочей точке, стабилизация выполнена верно

2.5. Расчёт входного сопротивления и ёмкости

Входное сопротивление выходного каскада

Входная емкость выходного каскада

Расчёт выходного каскада завершен

3. Расчёт каскадов предварительного усиления (КПУ):   

3.1.  Выбор транзисторов для КПУ

Условия выбора транзистора для каскадов предварительного усиления те же, что и вначале.

Находим амплитуду тока и напряжения в предвыходном каскаде

Выбираем транзистор 2N1028.Его параметры приведены в приложении.

3.2. Выбор рабочей точки, определение параметров каскадов, их количество

Критерий выбора рабочей точки - она должна быть ниже рабочей точки выходного каскада.

.

 

рисунок  5. Выходные характеристики рисунок 6.Входные характеристики

Получаем параметры рабочей точки

Находим g- параметры (приложение 3)

Находим емкость коллекторного перехода

 

Постоянная времени транзистора

Добротность каскада:

Время установления, которое отводится для каскадов предварительного усиления:

Считаем, что входным каскадом будет являться непосредственно последний из каскадов предварительного усиления, т.о.

время установления входного каскада входит в общее время установление.

Требуемый коэффициент усиления всех КПУ:

Исходя из этих данных, делаю вывод о том, что двух каскадов предварительного усиления будет достаточно.

Находим коэфицент усиления каждого из КПУ.

Находим время утановления каждого из КПУ

3.3Расчет предвыходного каскада. Определение напряжения питания.

Найдем эквивалентное сопротивление

Сопротивление коллектора

Найдем напряжение питания предвыходного каскада

Выбираем из ряда номинальных значений напряжений питания 

Находим сопротивление цепи эмиттера

3.4 Расчет времени установления предвыходного каскада.

Постоянная времени транзистора:

Рассчитаем время установления предвыходного каскада.

Нам нужны постоянные времени нагрузки (входная емкость выходного каскада) и коллекторного перехода:

 

Эквивалентная постоянная времени:

Время установления:

3.5 Температурная стабилизация рабочей точки предвыходного каскада

Мощность рассеиваемая на коллекторе

Температура перехода:

Максимальная

Минимальная:

Нестабильность статического коэффициента передачи тока базы:

Нестабильность напряжения база-эмиттер:

Нестабильность обратного тока коллектора:

Совокупная нестабильность тока в рабочей точке

Нестабильность тока коллектора

Сопротивление стабилизации R_б:

Сопротивление R_б1 , R_б2

Ток делителя

Ток делителя много меньше тока коллектора в рабочей точке, стабилизация выполнена верно

3.6. Расчёт входного сопротивления и ёмкости предвыходного каскада

Входное сопротивление предвыходного каскада

Входная емкость предвыходного каскада

Расчёт предвыходного каскада завершен

Рисунок 7. Схема КПУ

4.Расчет входного каскада

4.1 Выбор рабочей точки входного каскада

Проверим, если если импульс тока, который должен обеспечить