РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО КАСКАДА
В случае, если значения сопротивлений на входе и входе транзистора имеют значения, равные 0 или ¥, обеспечивается статический режим работы каскада.
Динамическую характеристику строят на семействе статических характеристик.
Существуют динамические характеристики по постоянному и переменному току.
Нагрузки рассматриваемого каскада с ОЭ по постоянному и переменному току определяются как:
R н== R к; .
График динамической характеристики по постоянному току строится по двум точкам:
— первая точка со значениями ; ;
— вторая точка со значениями ; .
При известных параметрах сопротивления R н= и напряжения источника питания в транзисторе каскада протекает ток , создающий на коллекторе транзистора падение напряжения .
Точка, соответствующая координатам и называется рабочей точкой по постоянному току.
Координаты рабочей точки (U к0, I к0, U бэ0, I б0) для малосигнальных усилительных каскадов выбирают на линейных участках входной и выходной ВАХ транзистора, используя режим усиления класса А.
|
|
Для повышения КПД выходного каскада следует применять режим АВ или В.
Динамическую характеристику по переменному току строят, задаваясь предварительно положением рабочей точки на нагрузочной линии по постоянному току и пользуясь любым из уравнений:
;
.
На рисунках 1.1 и 1.2 прямая 1 соответствует нагрузочной прямой по переменному току, а прямая 2 — нагрузочной прямой по постоянному току.
Расчет выходного каскада начинают с расчета сопротивления в цепи коллектора транзистора.
При расчете сопротивления в цепи коллектора следует учитывать, что максимальное допустимое сопротивление нагрузки не должно превышать величины:
.
Если , то в этом случае сопротивление коллектора нужно выбирать, учитывая при этом, что при
обеспечивается максимальный коэффициент усиления,
а при — максимальное значение КПД каскада.
Если напряжение источника питания задано в техническом задании и нет жестких требований по согласованию с нагрузкой, сопротивление в цепи коллектора транзистора можно определить следующим образом
R к=/ I кн,
где I кн — максимальное значение тока насыщения транзистора,
определяемое по нагрузочной характеристике при выбранном положении рабочей точки.
Далее необходимо определить эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току:
.
Затем следует найти требуемое значение тока покоя коллектора в рабочей точке с учетом 10%-й запаса,
связанным с возможной термонестабильности каскада.
Для УГС и УИС сигналов различной полярности тока покоя коллектора транзистора следует принять:
|
|
,
где — действующее значение выходного напряжения.
Для УИС однополярных сигналов с большой скважностью (Q >10) ток покоя коллектора можно взять равным:
мА,
а для сигналов с малой скважностью (Q <10) следует им задаться равным [5]:
,
где Q — скважность импульсов.
Следующим шагом следует определить напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для УГС, УИС сигналов различной полярности и УИС однополярных сигналов с большой скважностью [5]:
,
где — амплитудное значение выходного напряжения;
— действующее значение напряжения начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора,
для маломощных транзисторов это напряжение В.
Для УИС однополярных сигналов с малой скважностью напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке можно найти по выражению:
.
В последнем выражении следует учесть для необходимый запас на термонестабильность, не превышающий 10...15%.
Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе ,
не должна превышать предельного значения для транзистора , взятого из справочных данных на транзистор.
Следующим шагом следует определить падение напряжения на сопротивлении R э
.
Из практических соображений можно задаться значением падения напряжения на сопротивлении R э,
равным В,
а затем, если нужно уточнить его значение в ходе предварительного расчета.
Далее необходимо определить требуемое значение напряжения источника питания Е к:
,
где — падение напряжения на ; .
Напряжение источника питания не должно превышать данного транзистора и должно соответствовать рекомендованному ряду:
=(5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 36) B.
Выходную мощность УГС и УИС можно найти по выражениям соответственно:
и .
КПД каскада усиления можно определить используя выражения потребляемой мощности
и рассчитанной выходной мощности
.
Мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора, можно определить по формуле:
.