Розрахунок вихідного каскаду

Розрахунок всіх багатокаскадних підсилювачів починають з вихідного каскаду з метою забезпечення необхідних параметрів вихідного сигналу. Спрощена принципова схема однотактного трансформаторного каскаду пілсилювача потужності приведена на рис. 6. Навантаженням каскаду служить коаксіальна лінія з хвильовим опором ρ.

З метою підвищення надійності радіоелектронної апаратури потужність, що розсіюється реально на транзисторі Р_к в режимі спокою повинна бути менше максимально допустимої. Прийнято витримувати співвідношення

. (9)

Струм спокою I_K дорівнює:

. (10)

З урахуванням Р_ктах=79,44 мВт,

P_K=мВт.

Звідси, для U_КЕ=6 В

×10^-3 А.

Точка спокою (робоча точка) з координатами U_КЕ, І_К позначається на сімействі вихідних статичних характеристик рис. 7. Через цю точку потрібно провести навантажувальну пряму так, щоб з підсилювального приладу можна було зняти сигнал необхідної потужності Р_К~ :

, (11)

де N₂ - коефіцієнт запасу, що враховує втрати енергії за рахунок неточного узгодження з навантаженням і втрат в колі НЗЗ. Звичайно приймають N₂ = 1,2.

У нашому випадку

мВт.

Таких прямих можна провести багато, але бажано повніше використовувати напругу джерела живлення і зменшити амплітуду змінної складової струму колектора. Остання обставина дає можливість скоротити межі зміни параметрів транзистора за період сигналу, а це дуже важливо: зменшуються динамічні, частотні і фазові спотворення, зменшується коефіцієнт гармонік. Область використання напруги живлення обмежується пунктирною лінією з індексами 1-1. Ліворуч пунктиру статичні характеристики різко спадають, зменшується h_21е та транзистор входить в стан насичення.

Область використання транзистора по струму на рис. 7 обмежена пунктирною лінією з індексами 2-2. При менших струмах колектора різко зменшується h_21е, що добре можна простежити по вхідних характеристиках. Розміри заштрихованих областей різні для кожного типу транзистора. Близька до оптимального величина опору навантаження в колекторному ланцюзі транзистора R_К~ розраховується за формулою:

. (12)

Звідси маємо:

Ом=0,65 кОм.

Потім розраховуються амплітуди змінних складових струму I_km і напруги U_km у колекторному колі:

А=6,725 мА, (13)

В. (14)

По осі абсцис від координати U_КЕ праворуч відкладається відрізок I_KR_K~=9,27×10^-3×0,65×10³=6 В і через його кінець і крапку спокою проводиться навантажувальна пряма. Відзначаються струми

мА, (15)

мА. (16)

Завдяки дотриманню умови (3) робоча область навантажувальної прямої (рис. 8) автоматично виявилася поза межами областей, що заштриховані на рис.7.

Максимальний і мінімальний струми бази розраховуються з урахуванням використання найгіршого транзистора за виразами:

(17)

З табл. 3 знаходимо, що для транзистора КТ315Б =20. Отже

мА, мА

.

.

.

.

ТП

Рис. 8. Вихідні статичні характеристики КТ315Б

Струми I_бmax і I_бmin відзначають на осі ординат вхідних характеристик (рис. 9, 10) і знаходять відповідні їм значення напруги між базою і емітером U_{бе max} і U_беmin. В нашому випадку U_{бе max}=0,68 В, U_беmin=0,46 В.

Потім визначають амплітуду вхідного струму I_бm, амплітуду вхідної напруги U_бет і вхідний опір транзистора

мА, (18)

В, (19)

Ом =327 Ом. (20)

Коефіцієнт підсилення напруги вихідного каскаду

(21)

Обчислення, зроблені відповідно до приведеної методики розрахунку, будуть справедливі, якщо вибрати коефіцієнт трансформації Т₂ рівним n₂ і активні опори його первинної r₄ і вторинної r₆ обмоток рівними:

(22)

де  - хвильовий опір кабелю;

- відношення опору первинної обмотки до перерахованого опору вторинної обмотки.

КТ 315 Б

Рис. 10. Вхідна характеристика КТ315Б

Оберемо кабель з хвильовим опором =75 Ом, тоді

.

З метою найбільш повного використання напруги живлення в трансформаторних каскадах, де через первинну обмотку протікає постійна складового струму вихідного транзистора, прийнято вибирати с0,5.

Маємо:

Ом.

Ом.

Амплітуда сигналу на навантаженні U_H складе:

В. (23)