2014-02-17
4156
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:
.
