РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО КАСКАДА

3.  РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО КАСКАДА

Будем использовать выходной бестрансформаторный каскад (приложение А, ЭП). Он представляет собой соединение двух эмитерных повторителей, работающих на общую нагрузку . Каскад используется в режимах нагрузки АВ и В. Режим по постоянному току обеспечивается делителем, состоящим из последовательно соединенных резисторов ,  и диодами  и . Схема предусматривает использование двух транзисторов разной проводимости с близкими по значению параметрами (комплиментарная пара транзисторов). Методика расчета выходного каскада основана на использовании графоаналитических способов расчета параметров по входным и выходным характеристикам транзисторов.

Амплитуду напряжения на нагрузке определяем по заданным параметрам нагрузки:

; (3.1)

.

Ориентировочное напряжение питания оконечного каскада определяем по условию:

. (3.2)

где – начальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора – это напряжение, при котором на выходных характеристиках транзистора наблюдается заметное увеличение угла наклона. Примем , тогда . Принимаем , т. к. при напряжении питания 20 значение напряжения , уточненное по выходной характеристике, окажется больше .

Рассчитываем допустимую мощность рассеивания на коллекторе транзистора:

; (3.3)

.

Максимальную амплитуду входного тока определяем из соотношения:

, (3.4)

где – амплитуда тока в сопротивлении нагрузки.

Максимально допустимая амплитуда напряжения между коллектором и эмиттером транзистора должна быть не менее половины напряжения питания:

. (3.5)

 

Имея значения , , , по справочнику [3] подбираем комплиментарную пару транзисторов КТ814А и КТ815А (рис. 1,2), имеющих следующие параметры:

1.  Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Т=298 К не менее 40, при Т=233 К – не менее 30;

2.  Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером не менее 3 МГц;

3.  Постоянное напряжение коллектор – эмиттер 25 В;

4.  Постоянный ток коллектора 1.5 А;

5.  Постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода 1 Вт.

Для дальнейших расчетов строим семейство выходных и входную характеристику транзистора. На графике выходных характеристик строим нагрузочную линию согласно уравнению баланса напряжений:

, (3.6)

где  – ток коллектора транзистора; – напряжение на коллекторе.

Уравнение баланса напряжений справедливо для цепи транзистора, если пренебречь сопротивлением разделительного конденсатора С6.

Далее на оси коллекторного тока откладываем значение  и находим точку пересечения линии нагрузки с горизонтальной линией, проведенной на уровне  (точка а). Через эту точку проходит выходная характеристика с максимальным током базы, обеспечивающим достижение амплитуды тока нагрузки . По положению точки а уточняем значение  () и проверяем выполнение условия  (именно невыполнение этого условия при  заставило нас принять напряжение питания равным ).

По точкам пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками определяем значения тока базы  и тока коллектора, соответствующие этим точкам (точки а, b, c, d, e). Используя входную характеристику выбранного транзистора, по значениям тока базы определяем соответствующие значения входного напряжения . Полученные данные заносим в таблицу 1.

По полученным данным строим сквозную характеристику транзистора

.

Таблица 1

Выходной каскад должен работать в режиме АВ или В для получения высокого коэффициента полезного действия. Это значит, что исходную рабочую точку надо выбирать при минимальном токе покоя коллектора и минимальном токе базы. На входной характеристике исходная рабочая точка характеризуется параметрами , . По построенной сквозной характеристике, откладывая значение , определяем

, а по нему (по входной характеристике) – значение тока базы , соответствующее амплитуде тока в нагрузке.

Определяем усредненное значение крутизны сквозной характеристики

; (3.7)

.

Поскольку в схеме эмиттерного повторителя существует внутренняя обратная связь, определим ее глубину

; (3.8)

.

Входная проводимость транзистора

; (3.9)

.

Тогда входное сопротивление каскада с учетом отрицательной обратной связи определяем по выражению:

, (3.10)

где – эквивалентное сопротивление делителя, составленного из резисторов R9 и R10.

Примем ток делителя .

По принятому току делителя из справочника [4] выбираем диод КД104А (при  он создает падение напряжения 0,9В). Два таких диода обеспечат падение напряжения . Находим сопротивления резисторов делителя по условию:

; (3.11)

.

Принимая в соответствии с рядом номинальных значений R9=R10=510Ом, выбираем по [5] металлодиэлектрический резистор С2-33 с номинальной мощностью Вт. Проверим выбранный резистор по допустимой мощности рассеяния:

, (3.12)

Где

 по второму закону Кирхгофа.

.

Найдем эквивалентное сопротивление делителя

.

Тогда входное сопротивление каскада по формуле (3.10)

.

Определяем емкости входного и выходного разделительных конденсаторов:

, (3.13)

; (3.14)

 

Принимая согласно ряду номинальных значений С6=2200 мкФ и С4=100мкФ, выбираем оксидно-электролитические конденсаторы: К50-24 и К50-31 соответственно. Учитывая, что номинальное напряжение конденсаторов должно быть выбрано из соотношения , принимаем его равным 25 В.

Коэффициент усиления по напряжению

.

Амплитуда напряжения входного сигнала

Амплитуда входного тока

.

Коэффициент усиления по току

.

Коэффициент усиления по мощности

.

Определим нелинейные искажения входного каскада.

Коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике с учетом отрицательной обратной связи

, (3.15)

где  и  – токи коллектора, определенные по графику сквозной характеристики для двух значений соответственно  и =0,768В.

.

Коэффициент нелинейных искажений по 2-й гармонике

, (3.16)

где  – коэффициент асимметрии плеч схемы выходного каскада, обусловленный неидентичностью параметров подобранных транзисторов.

.

Общий коэффициент нелинейных искажений определяется по формуле

; (3.17)

.