Разработка и построение группового усилителя для МСП. Определение минимальной и максимальной частоты линейного спектра СП

Превышение максимально-возможной глубины ООСПТ над необходимой облегчает использование непосредственной связи между оконечным и предоконечным каскадами

R_вх.ок= DU_б0/ Di_б0=0,135/(57,5*10^-6)=2348 Ом; R_э.ок=633 Ом;

F_{ПОСЛ.ОК.Ф}=1+(633(1+500))/(5*2348)=28,01

2.5.Расчет оконечного каскада усиления по переменному току.

Расчет ОКУ по переменному току проводится для гармонического сигнала номинальной величины, при котором обеспечивается получение заданной выходной мощности в нагрузке. Абсолютные значения токов и напряжений транзистора связаны выходной и входной динамическими характеристиками, при чем за входную принимается характеристика при напряжении на коллекторе не равном нулю. Токи и напряжения на входе и выходе имеют постоянную и переменную составляющие. При усилении гармонических сигналов и не больших нелинейных искажений постоянные составляющие в режиме класса А мало отличаются от значений, определенных рабочей точкой. Оптимальное эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора, обеспечивающее получение наибольшей выходной мощности при сравнительно малых искажениях  R_опт.=U_к0/i_k0 = 13/12,6*10^-3 = 1032 Ом.

Входное сопротивление трансформатора ОКУ, на которое по переменному току нагружен транзистор, равно оптимальному, когда коэффициент трансформации  выходного трансформатора  n_опт.=w₂/w₁=ÖR_н./(R_опт.*h_тр) = Ö633/(1032*0,96)  = 0,799

Номинальное амплитудные значения переменных составляющих выходного тока и напряжения (со стороны первичной обмотки выходного трансформатора):

U _мк = x_ф*U _к0 = 0,61*13 = 7,93В.

I _мк = x_ф*i _к0 = 0,61*12,6 = 7,686 мА.

При номинальном значении выходной мощности используемый участок выходной характеристики лежит между точками а и б.

В этих точках:

i _ка = i _к0 + I _мк = 12,6 + 7,686 = 20,286 мА.

i _кб = i _к0 - I _мк =12,6 – 7,686 = 4,914 мА.

U_ка = U _к0 - U _мк = 13 – 7,93 = 5,07 В.

U_кб = U _к0 + U _мк = 13 +7,93 = 20,93 В

Точка покоя вместе с точками а и б определяют треугольники, площадь которых равна отдаваемой выходной мощности (рис.3.)

Изменение входного тока относительно точки покоя в сторону увеличения и уменьшения, как видно из рисунка 4 должны быть неодинаковыми. Поэтому для дальнейших расчетов лучше использовать усредненные значения:

-  амплитуды входного напряжения:

U_мб.ок. = (U_ба – U_бб)/2 = (0,63- 0,495)/2 = 0,0675 В.

-  амплитуда входного тока:

I_мб.ок. = (I_ба – I_бб)/2 = (69 – 11,5)/2 = 28,75 мкА.

-  выходного сопротивления транзистора (между эмиттером и базой):

R_{вх.ок.ср.} = U_{м б.ок.} / I_мб.ок.= 0,0675/28,75*10^-6 = 2348 Ом.

Входная мощность, необходимая для получения номинальной мощности на выходе:

Р_вх.ок. = (U_мб.ок. * I_мб.ок.)/2 = 0,0675*28,75*10^-6 /2 = 0,97мкВт.

Средние значения динамических коэффициентов усиления по току и напряжению:

К_{т.ок.ср.} = I_мк. / I_мб.ок.= 7,686*10^-3/28,75*10^-6 = 267,34                        

К_{н.ок.ср.} = U_мк. / U_мб.ок.= 7,93/0,0675 = 117,48.

Для дальнейших расчетов необходимо также учитывать разброс параметров. Значения коэффициентов усиления и входных сопротивлений в ОКУ можно считать изменяющимися пропорционально статическому коэффициенту усиления транзистора по току. В частности:

К_{т.ок.мин.}= К_{т.ок.ср.}*h_21эмин./h_21э.ср.= 267,34*200/290 = 184,37

К_{н.ок.мин.}= К_{н.ок.ср.}*h_21эмин./h_21э.ср.= 117,48*200/290 = 81,02

R_{вх..ок.мин.}= R_{вх..ок.ср.}*h_21эмин./h_21э.ср.= 2348*200/290 = 1619Ом

R_{вх..ок.макс.}= R_{вх..ок.ср.}*h_21эмакс./h_21э.ср.= 2348*500/290 = 4048 Ом

Значения максимального и минимального входного сопротивлений позволяют рассчитать максимально-возможную для стабилизации в ОКУ глубину ООСПТ.

F_{посл.ок.макс}.=1+[R_э.ок.(1+h_{21э.макс}.)/(R_{вх.ок.макс.}+4*R_{вх.ок.мин.})]=

=1+(633*(1+500))/(4048+ 4*1619) = 31,13

F_{посл.ок.макс} > F_{посл.ок.}  (31,13 > 1,58), что облегчает задачу использования непосредственной связи между оконечным и предоконечным каскадами.

2.6. Построение сквозной динамической характеристики и оценка нелинейных искажений в ОКУ.

Наибольшие нелинейные искажения возникают в оконечном каскаде усиления, где уровни сигнала максимальны. Обусловлены эти искажения, главным образом, нелинейностью характеристик транзистора. Сквозная динамическая характеристика представляет собой зависимость коллекторного тока от эквивалентной ЭДС источника сигнала транзистора ОКУ:   i_к.ок. = f (e_{ист..ок.}).

Значение ЭДС источника ОКУ для каждой точки определяются соотношением:

е_ист.ок. = i_б.ок.*R_ист.ок. + U_б.ок.

Для оценки нелинейных искажений целесообразно принять:

R_ист.ок.=5*R_{вх.ок.ср}. = 5*2348 = 11740 Ом.=11,74 кОм

Таблица 2. Значения для построения i_к.ок. = f (e_ист.ок.).

Di_к1=Di_к2=0,1* i_k0=0,1*12,6*10^-3=1,26 мА

За величину амплитуды ЭДС источника сигнала рационально принять меньшее приращение Е_{м.ист.ок}. = Dе_ист.ок2=0,62 B.    Dе=0,5* Е_{м.ист.ок}.=0,31 B

Амплитуда полезного сигнала (первая гармоника), а также также второй и третьей гармоники определяются:

I_m1 = [(i_max – i_min) + (i₁ – i₂)]/3 = [(24– 2)*10^-3 + (18,5 – 6,6)*10^-3]/3 = 11,3 мА.

I_m2 = [(i_max + i_min) – 2*i_к0)]/4 = [(24 + 2)*10^-3 – 2*12,6*10^-3]/4 = 0,2 мА.

I_m3 = [(i_max – i_min) – 2*(i₁ – i₂)]/6 = [(24 – 2)*10^-3 – 2*(18,5 – 6,6)*10^-3]/6 = 0,3 мА.

Данные значения высших гармоник соответствуют отдаваемой мошности:

P’_отд = (I²_m1*R_опт)/2 = [(11,3*10^-3) ²*1032]/2 = 65,89 мВт.

Коэффициенты гармоник и соответствующие им затухания нелинейности:

К_г2 = I_m2/I_m1 = 0,2*10^-3/11,3*10^-3 = 0,018

К_г3 = I_m3/I_m1 = 0,3*10^-3/11,3*10^-3 = 0,0265

a_г2 = 20*lg(1/ К_г2) = 34,89 дБ.

a_г3 = 20*lg(1/ К_г3) = 31,535 дБ.

Затухание нелинейности, соответствующее номинальному уровню сигнала:

a_г2.ном = a_г2 + 10*lg(P’_отд / P_отд) = 34,89 + 10*lg (65,89/29,94) = 38,32 дБ.

a_г3.ном = a_г3 + 20*lg(P’_отд / P_отд) = 31,535+ 20*lg (65,89/29,94) = 38,386 дБ.

Видно, что затухания нелинейности больше 20 дБ, значит ООС эффективно