Широкополосный усилитель

tпpmax5 = tcmax + Rпc Ч Ркрmах5 = 127.051 [°С],

что вполне отвечает соответствующему условию системы.

Теперь становится возможным определить остальные показатели выходного каскада на частоте сигнала. Так напряжение возбуждения выходного каскада Uвxm5 однозначно определяется его входным сопротивлением Rвх5 и током сигнала Iбm5 в цепи базы его активного прибора V5: где:

Uвxm5 = Rbx5 Ч Iбm5,Iбm = Iкm / h21, Rвх = h21 + h21Ч Rэ,

h11 - входное сопротивление биполярного транзистора,

h11 = гб' + гб'э,

гб' - сопротивление "тела" базы,

гб' = фк / Ск,

фк - постоянная времени цепи внутренней паразитной обратной связи,

Ск - емкость коллекторного перехода биполярного транзистора,

гб'э - эквивалентное сопротивление открытого эмиттерного перехода, пересчитанное в цепь базы, I

гб'э = (1 + h21) Ч 26/Iэ [мА],

Rэ = Rэ5 Ч 2 Ч R2/ (Rэ5 + 2 Ч R2)

А коэффициент передачи напряжения выходного каскада (К5), организованного по схеме эмиттерного повторителя, менее единицы:

К5 = U2m / Uвхm5 = Ч U2/Uвхm5

rб' = фк / Ск = 10 [Ом],

h11 = rб' + (1 + h21) Ч 26/Iэ [мА] = 86.05 [Ом],

Rэ = Rэ5 Ч 2 Ч R2/ (Rэ5 + 2 Ч R2) = 236.364 [Ом],

Rвх5 = h11 + h21 Ч Rэ = 17,58 [кОм],

Iбm5 = Iкm5/h21 = 0.329 [мА],

Откуда Uвхm5 = Rвх5 Ч Iбm5= 5,786 [В].

т.е. К5 = Ч U2/Uвхm5 = 0.501.

Амплитуда тока сигнала в нагрузке

I2m = *U2/R2 =10 [мА].

Предоконечный каскад.

Рассчитаем показатели режима работы предоконечного каскада, выполненного на транзисторе V4 по схеме с ОЭ учитывая, что выходной и предоконечный каскады связаны по постоянному току. В качестве исходных данных для расчета предоконечного каскада используем результаты расчета выходного каскада. При этом учтем, что для повышения энергетической эффективности резисторных усилительных каскадов с непосредственными связями, при работе последних в режиме класса А, целесообразно следующее соотношение между токами покоя в цепи коллектора для каждого из (соответственно предыдущего и последующего) каскадов усиления:

{Iк (n - 1) ? 0.1 Ч Iк (n), Iк ? 1мА

где:

(n), (n - 1) - порядковые номера каскадов усиления разрабатываемого усилителя.

При этом снижение токов покоя коллектора транзисторов любого из каскадов усиления ниже уровня 1к = 1 мА не рационально, поскольку приводит к ухудшению частотных, усилительных и шумовых характеристик применяемых транзисторов.

Принимаем Iк4 = 2,6 мА.

Поскольку предоконечный и выходной каскады усилителя не имеют разделительных элементов по постоянному току, нестабильность режима покоя транзистора V4 передается на вход выходного каскада и усиливается в нем. Для уменьшения этого явления глубина местной гальванической последовательной по току ООС, обеспечивающей стабилизацию режима покоя предоконечного каскада, должна быть максимизирована. Поэтому в рамках рекомендуемого для схем с эмиттерной стабилизацией соотношения:

Uэ ? (15 ч 25)% Ео,

действующего в резисторных каскадах с непосредственными связями, выбор величины напряжения гальванической ООС, выделяющегося на резисторе Rэ4, целесообразно задать следующим образом:

Uэ4 = 25% (Е01 + Е02) =9 [V].

Откуда легко определить саму величину указанного резистора как:

Rэ4 = Uэ4/ (Iэ4 + Iд),

где:

Iэ4 - ток покоя эмиттера транзистора V4,Iд - ток базового делителя транзистора V3. Полагая Iэ4 ? Iк4, Iэ4 >> Iд находим: Rэ4 = Uэ4/Iк4 = 3462 [Ом],

В соответствии со стандартным рядом номиналов Е24 по ГОСТ 10318-80 принимаем значение резистора Rэ4 = 3.3 [кОм].

Для определения элемента цепи связи предоконечного и выходного каскадов по постоянному току (Rф4 + Rk4) воспользуемся очевидным соотношением:

Iк4 Ч (Rф4 + Rk4) = Uбэ5 + Uэ5,где:

Uбэ5 - напряжение покоя базы транзистора V5,Rф4 - резистор развязывающего фильтра по цепи питания транзистора V4,Rк4 - резистор, выделяющий усиленный сигнал в цепи коллектора транзистора V4.

При типовом для кремниевого транзистора значении:

Uбэ = (0.6 ч 0.8) В,

принимаем Uбэ5 = 0.7 В.

После подстановки имеем (Rф4 + Rк4) =4.115 [кОм].

Задаваясь сопротивлением развязывающего фильтра по цепи питания коллектора транзистора V4 от источника питания +Е01:

Rф4 = 900 [Ом],

что соответствует стандартному ряду номиналов Е24 по ГОСТ 10318-74, находим величину резистора связи в цепи коллектора предоконечного каскада:

Rk4 = (Rф4 + Rk4) - Rф4 = 3.215 [кОм].

В соответствии со стандартным рядом номиналов Е24 по ГОСТ 10318-80 принимаем значение резистора Rk4 = 3300 [Ом].

Поскольку выходной каскад организован по схеме эмиттерного повторителя, формирование заданного ТЗ выходного напряжения разрабатываемого усилителя фактически осуществляется предо конечным усилительным каскадом, коэффициент усиления напряжения в котором, в этой связи, должен быть не менее: К4 ? 1/К5 = 2.1.

Принимаем К4 = 2.1

Поскольку коэффициент усиления напряжения в резисторном каскаде, выполненном по схеме с ОЭ. охваченном на частоте сигнала последовательной по переменному току отрицательной обратной связью (ООС).

Практически однозначно определяется соотношением резисторов в цепях коллектора и эмиттера:

К4 = [Rk4 Ч Rbx5/ (Rk4 + Rbx5)] / R'э4.

Легко определить номинал резистора последовательной по переменному току ООС в цепи эмиттера:

R'э4 = [Rk4 Ч Rbx5/ (Rk4 + Rbx5)] / K4=1323 [Ом].

В соответствии со стандартным рядом номиналов Е24 по ГОСТ 10318-80 принимаем значение резистора R'э4 = 1300 [Ом].

Уточняя значение К4, имеем:

К4 = [Rk4 Ч Rbx5/ (Rk4 + Rbx5)] / R'э4 = 2,137

Тогда оставшаяся часть сопротивления эмиттерной стабилизации режима покоя транзистора V4 предоконечного каскада составит:

R"э4 = Rэ4 - R'э4 = 2000 [Ом].

Что соответствует стандартным рядом номиналов Е24 по ГОСТ 10318-74.

Будучи зашунтированным по переменному току во всем ДРЧ разрабатываемого усилителя соответствующей емкостью (Сф4) последний одновременно выполняет функции резистора развязывающего фильтра в цепи питания эмиттера транзистора V4 предоконечного каскада от источника питания (минус Е02).

Для того, чтобы сформулировать требования к усилительному прибору предоконечного усилительного каскада (транзистору V4), рассчитаем остальные показатели его работы по постоянному и переменному току. Так найденное ранее напряжение возбуждения оконечного каскада Uвxm5 однозначно определяет амплитуду переменной составляющей тока коллектора транзистора V4:

Iкm4 = Uвxm5/Rk4 + Iбm5 = 2.082 [мА],

Учитывая напряжение ООС, выделяющееся на резисторе Rэ4 в цепи эмиттера, при протекании через него тока сигнала:

Uэm4 = Iкm4 Ч R'э4 = 2.707 [В],

на основании закона Кирхгофа для контура тока Iкm4 можно найти амплитуду переменной составляющей напряжения на участке коллектор - эмиттер транзистора V4 и определить для него баланс мощностей:

Uкэm4 = Uэm4 + Uвхm5 = 8.493 [В].

Проверим, обеспечивается ля достаточный запас, с точки зрения остаточного напряжения, для чего предварительно найдем напряжение покоя коллектор - эмиттер транзистора V4, равное

Uкэ4 = (Е01 + Е02) - Iк4 Ч (Rф4 + Rk4) - Uэ4 = 16.08 [В].

Очевидно, что для нормальной работы транзистора V4 необходимо выполнение условия:

Uкэ4 - Uкэm4 = 15.9 - 1,44? 7.587 [В] > (1.5 ч 3) В.

Теперь определим максимальную величину тока в цепи коллектора транзистора V4, которая может достигать:

iкmax4 = Iк4 + Iкm4 = 4,682 [мА],

а максимальное напряжение, развиваемое на участке коллектор-эмиттер транзистора V4, может составить

Uкэmах4 = Uкэ4 + Uкэ4m = 24,573 [В].

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора V4 в рабочем режиме Pкрmax4, в соответствии с (4), равна:

Pкрmax4 = Uкэ4 Ч Iк4 = 16.08 Ч 2.6 = 42 [mW],.

Тогда совокупность требований, предъявляемых к транзистору V4 можно представить в виде: Ркmах4 = 42 мВт, Uкэmах4 > = 24,573 В, Iкmax4 > = 4,682 мА, tпmах4 > tпpmax4,f h21 > (1,5 ч 3) fв = (11.25 ч 22.5) [МГц],

Анализируя указанную совокупность неравенств, убеждаемся, что в качестве транзистора V4 целесообразно использовать маломощный высокочастотный кремниевый эпитаксиально-планарный п-р-п транзистор типа КТ3102А, основные эксплуатационные параметры которого следующие:

Что касается максимальной температуры р-n перехода в рабочем режиме, то для заданного ТЗ рабочего диапазона температур (+5 - +45) °С. при отсутствии радиатора она составит: tпpmax4 = tcmax + Rncmax х Ркрmах4 = 78.446 °С, т.е. не превосходит предельно допустимой справочной величины.

Транзистор КТ3106А (n-p-n).

Страницы: 1, 2, 3