8. Расчёт однотактного предоконечного усилительного каскада в режиме а

Схема усилителя представлена на рис. 16.

1. По справочнику 7 выбираем транзистор П212А с допустимой мощностью рассеяния на коллекторе без теплоотвода при t_с = +60С, Р_кдоп = 0,75 Вт.

В задании на проектирование максимальная температура среды составляет 40С, а входная расчётная мощность оконечного каскада равна 0,210 Вт, поэтому выбранный транзистор проходит по допустимой мощности рассеяния на коллекторе. При этом запас по допустимой мощности рассеяния на коллекторе позволяет использование выбранного транзистора в режиме А. Схема включения транзистора с ОБ обоснована в эскизном расчёте.

2. Параметры выбранного транзистора следующие:

f _гр = 1 МГц – граничная частота усиления;

U_кдоп = 70 В – наибольшее напряжение коллектор-база;

I_кдоп = 0,5 A – наибольший ток коллектора;

 = 50-200 – коэффициент передачи тока при t = 70 С;

 = 0,980-0,995 – коэффициент передачи тока в схеме с ОБ;

I_оэ = 50 мкА – наибольший обратный ток эмиттера.

3. На этапе эскизного проектирования построены (см рис. 14а):

-допустимая кривая мощности в семействе выходных статических характеристик транзистора П212А при t_c = 40 C;

-линия нагрузки аб;

-выбрана рабочая точка, показаны входные и выходные амплитуды токов и напряжений на входных и выходных характеристиках транзистора;

получены:

Р_н = 0,412 Вт – колебательная мощность предоконечного каскада;

Р_вх = 0,002 Вт – входная мощность предоконечного каскада;

К_рпк = 206 – коэффициент усиления мощности предоконечного каскада;

Е_к = 18,5 В – коллекторное напряжение источника питания.

В рабочей точке определены I_рт = 0,06 А, U_рт = 18,5 В.

4. Определяем оптимальное нагрузочное сопротивление в цепи коллектора между концами первичной обмотки промежуточного трансформатора:

R _к = 2U _вых / 2I _вых = 32,5 / 0,1015 = 320,2 Ом

5. Потребляемая каскадом мощность без учёта цепей стабилизации равна:

Р₀ = Е_к I_крт = 18,5  0,06 = 1,11 Вт

6. Определяем среднее за период входное сопротивление каскада переменному току:

7. Для уменьшения коэффициента гармоник выбираем величину сопротивления источника сигнала для предоконечного каскада, равную:

R_c = R_вх~ = 1,6 Ом

8. Для расчёта коэффициента гармоник К_г и определения амплитуды первой гармоники I_m1 по проходной динамической характеристике I _к = f ( E _c ) получены следующие данные ( рис. 18 ):

Е_срт = Е_сm + Е_смин = 0,1635 + 0,079 = 0,2425 В

I_м1 = 51,83 мА, I_m2 = 1,625 мА,

I_m3 = -1,083 мА, I_m4 = 0,541 мА, I_ср = 67,08 мА, К_г=3,9%

9. Уточняем колебательную мощность, отдаваемую каскадом в нагрузку

где  _т – кпд согласующего (промежуточного) трансформатора.

10. Определяем мощность, развиваемую промежуточным каскадом на входе предоконечного усилителя

Рис. 18 Проходная динамическая характеристика транзистора П212А в режиме А.

которая должна быть не меньше входной мощности предоконечного каскада, т. е. 0,002 Вт ( см пункт 3).

11. Определяем полный коэффициент усиления мощности рассчитываемого предоконечного каскада:

12. Определяем коэффициент трансформации:

13. Определяем сопротивления обмоток согласующего трансформатора:

14. Определяем индуктивность первичной обмотки:

15. Определяем частотные искажения в области верхних частот, вносимые транзистором,

16. Определяем частотные искажения, приходящиеся на долю трансформатора

17. Определяем допустимую индуктивность рассеяния:

18. Определяем падение постоянного напряжения на первичной обмотке согласующего трансформатора:

U_то = I_ср r₁ = 0,067  28,25 = 1,89 В

19. Выбираем элементы цепи термостабилизации:

Принимаем ток базового делителя R₇ - R₈ равным:

I_дел = (5-10) I_бп = 10  0,0014 = 0,014 A

где ,

I _{б мин} = I _к /  _мин,

I _{б макс} = I _к /  _макс.

Вычисляем сопротивление R₇:

округляем R₇ до ближайшего стандартного значения 16 Ом.

Вычисляем ёмкость конденсатора, шунтирующего сопротивление R₇:

Вычисляем сопротивление R ₈:

,

округляем до стандартного значения 200 Ом.

Уточняем эдс источника питания:

Е`_к = Е_к + U_то = 18,5 + 1,89 = 20,35 В

20. Определяем полную мощность, потребляемую каскадом от источника питания:

Р`<sub>0</sub> = Е `_к (I_ср + I_дел ) = 20,35 (0,067 + 0,014) = 1,648 Вт

21. Определяем кпд предоконечного каскада:

Для предотвращения перегрева транзистора целесообразнее предусмотреть радиатор. Поднятие кпд предоконечного каскада возможно за счёт снижения потребления от источника цепью термостабилизации. Можно отказаться от эмиттерной цепочки термостабилизации, так как транзистор включён по схеме с ОБ. Можно в качестве нижнего плеча базового делителя напряжения включить полупроводниковый диод и т. д.