3.2 Расчёт коллекторной цепи

Для современных мощных биполярных транзисторов, как правило, оговаривается номинальное напряжение коллекторного питания Е_к.п. В нашем случае по техническому заданию питание передатчика осуществляется от сети 220 В 50 Гц, т.е. нет ограничений по питающему напряжению. Поскольку напряжение Е_к.п не задано то в мощном каскаде определим его исходя из допустимого Е_{к доп} которое равно 28 В (см. таблицу 3.1). По техническому заданию наш связной передатчик должен выдавать в нагрузку мощность 6 Вт, а выбранный транзистор 2Т951А может обеспечить выходную мощность порядка 15 Вт. Поэтому учитывая то обстоятельство, что транзистор заведомо недоиспользуется по мощности то целесообразно занизить Е_{к max} на 20…30 % по отношению к допустимому значению, что значительно повышает надёжность его работы, хотя и несколько снижает КПД и К_р, а также увеличивает рассеиваемую на нём мощность. Поскольку при выборе питающего напряжения желательно придерживаться стандартного ряда питающих напряжений: 3; 4; 5; 6; 9; 12; 15; 20; 24; 27; 30; 48; 60; 80 то выберем Е_{к п} = 20 В, что соответствует 28,75% - ому занижению Е_{к max} относительно Е_{к доп}.

Далее расчёт будем вести исходя из номинальной мощности Р_1ном при работе транзистора в граничном режиме, поскольку граничный режим можно считать оптимальным на низких и средних частотах (максимальный КПД достигается только в граничном режиме), а также учитывая, что транзистор будет работать в линейном режиме с углом отсечки = 90 (выбираем такой режим), а схема оконечного каскада передатчика будет строиться по однотактной схеме ГВВ. Для расчёта коллекторной цепи воспользуемся методикой предложенной в [5] стр. 109 - 111. Отметим также, что расчёт необходимо вести по наихудшему случаю, т.е. подставлять в расчётные соотношения значения входящих в них величин (см. таблицу 3.1) при которых обеспечиваются наихудшие условия.

1. Величина амплитуды первой гармоники напряжения на коллекторе U_к1 определяется формулой:

2.

(3.2.1)

где Е_к - напряжение питания, r_нас - сопротивление насыщения, ₁() - коэффициент разложения косинусоидального импульса, угол отсечки = 90 , Р₁ - номинальная мощность каскада.

Для расчёта подставим Е_к, уменьшенное относительно напряжения источника питания Е_п на 5В, что может быть связано с потерями по постоянному току в блокировочном дросселе, а выходную колебательную мощность передатчика с запасом, т.е.

Р_{1 ном}.= Р₁ 1,25 = 6 1,25 = 7,5 Вт

Подставляя численные значения в (3.2.1), получаем:

При этом коэффициент использования напряжения питания составляет:

3. Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого (Uкэ.доп. = 60 В):

(3.2.2)

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока определяется выражением:

(3.2.3)

Подставляя в (3.2.2) численные значения величин, получаем:

5. Величина постоянной составляющей коллекторного тока определяется выражением (1.2.3) и не должна превышать допустимой (I_{К 0 ДОП} = 5,0 А):

(3.2.4)

коэффициент разложения косинусоидального импульса для постоянной составляющей ₀() равен 0,319:

6. Максимальное значение коллекторного тока составляет:

(3.2.5)

7. Величина максимальной потребляемой мощности от источника питания равна:

(3.2.6)

8. КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке составляет:

(3.2.7)

9. Максимальная рассеиваемая на коллекторе мощность на коллекторе транзистора приближённо рассчитывается так:

(3.2.8)

где _. - коэффициент рассогласования входного сопротивления нагрузки, который в оконечном каскаде не должен быть ниже 0,5.

10. Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки определяется выражением:

(3.2.9)

Подставляя численные значения в (3.2.9), получаем:

Нагрузкой нашего связного передатчика является фидер с входным сопротивлением 75 Ом, поэтому после трансформации сопротивления с коэффициентом ј, т.е. из большего в меньшее (см. раздел 4 РАСЧЁТ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ) получаем, что R_кэ = 75/4 = 18,75 Ом. Поскольку полученное значение этого сопротивления очень близко к рассчитанному значению этого же сопротивления по формуле (3.2.9), то нет смысла проводить коррекцию проведённых ранее расчётов коллекторной цепи.