Расчет усилителя многоканальной системы связи
1.2 Выбор транзистора и расчет режима работы выходного каскада
Расчет усилителя принято вести, начиная с выходного каскада. Выходной каскад выполняется по однотактной трансформаторной схеме (рис.2,3), в которой транзистор включается по схеме с общим эмиттером (ОЭ), имеющей наибольший коэффициент усиления мощности, и работает в режиме А. Связь с внешней нагрузкой осуществляется через выходной трансформатор, что позволяет создать для выходного транзистора оптимальное (в смысле получения заданной мощности) сопротивление нагрузки и делает этот каскад более экономичным.
Рисунок 1.1. Структурная схема усилителя с глубокой одноканальной ОС
Рисунок 1.2. Структурная схема К-цепи проектируемого усилителя
Рисунок 1.3. Выходной каскад усилителя
Транзистор выходного каскада выбирается по двум основным условиям:
(1.2)
(1.3)
где Pkpmax =(4…5)P2, aн=1,4…2,
Здесь Pkpmax максимальное рабочее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, с учетом работы в режиме А и потерь мощности сигнала в выходной цени; Ркmax - максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе (берется из справочных данных на транзистор); ан - коэффициент запаса, введение которого предполагает использование транзисторов в облегченных режимах для повышения надежности; h21max и h21min - крайние значения коэффициента усиления (передачи) тока из справочных данных; fт (в справочной литературе встречается обозначение frp) - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ; fh21 - частота полюса (среза) по параметру h21.
Транзистор следует выбирать из справочника по первому основному условию (1.2), которое обеспечивает заданную выходную мощность сигнала Р2, при соблюдении второго условия (1.3) - по верхней частоте fв заданного рабочего диапазона.
Рассчитаем Pkpmax и aн·Pkpmax:
Pkpmax = 5·25 = 125 мВ
aн*Pkpmax = 2·125 = 250 мВт
Из справочника по предельно допустимой мощности рассеивания на коллекторе Pкmax ? 240 мВт из условия (1.2) выбираем транзистор, проверяя его на соблюдение условия (1.3).
Выбранный транзистор KT620Б. Его параметры приведены в таблице 1:
Таблица 1 Основные параметры транзистора КТ 620 Б
Тип транзисто-ра |
Pkmax, Вт |
fh21, МГц |
fт, МГц |
Uкэmax В |
iкmax А |
tп, °C |
Rпс, °C/Вт |
IКБО, мкА |
Cк, пФ |
rбCк, пс |
h21 |
h21 max/min |
|||
min |
max |
3,3 |
|||||||||||||
KT620Б |
0,5 |
3,6 |
200 |
40 |
0,5 |
120 |
150 |
5 |
20 |
200 |
30 |
55 |
100 |
fh21 = 3,6 МГц > fв = 1,2 МГц - условие (1.3) выполняется
Режим работы транзистора, определяемый значениями тока покоя коллекторе Iк и постоянной составляющей напряжения между коллектором и эмиттером Uкэ, должен быть таким, чтобы во внешней нагрузке обеспечивалась заданная (номинальная) мощность сигнала в параметры предельных, режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых значений. По мощности и заданному напряженно источника питания Е0 определяем режим работы выходного транзистора:
В (1.4)
мА (1.5)
где а= 0,6...0,8 - коэффициент, учитывающий; что часть напряжения источника питания выделяется на резисторе цепи эмиттера, используемого для стабилизации режима работа, транзистора по постоянному току. Применительно к выбираемому транзистору выходного каскада должны выполняться следующие неравенства:
6)
(1.7)
(1.8)
Для нашего случая неравенства выполняется:
В ? В
мА ? мА
Максимально допустимые значения , и зависят от температуры перехода и условий охлаждения, определяемых величинами тепловых сопротивлений: промежутков переход - окружающая среда (), переход - корпус (), корпус - окружающая среда (). При выборе выходного транзистора желательно обойтись без внешнего теплоотвода (радиатора). В этом случае:
(1.9)
°С
°С ? °С - условие (1.8) выполняется
По найденным значениям Uкэ и Iк находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока
(1.10)
где - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзисторов средней и большой мощности = 0,8); - коэффициент использования коллекторного тока,
Сопротивление нагрузки равно:
Ом
Вычислим коэффициент трансформации выходного трансформатора (КПД трансформатора равен 1):
(1.11)
Проверим выполнение условия
(1.12)
Вт
Вт
Вт ? Вт
где Pн - мощность сигнала в коллекторной цепи транзистора (рис.2.3).
1.3 Расчёт необходимого значения глубины обратной связи
Основное назначение ОС заключается в уменьшении нелинейных искажений и повышении стабильности коэффициента усиления усилителя. Требования по линейности оказываются, как правило, более жесткими и определяют необходимое значение глубины ОС
F = kг/kгF (1.13)
kгF - коэффициент гармоник усилителя с ОС, приведенный в техническом задании;
kг - коэффициент гармоник усилителя без ОС, который следует принять равным ориентировочно (2...3)%.
F = 3/0,035=85,7
Нелинейные искажения усилителя определяются выходным каскадом, ко входу которого приложено наибольшее напряжение сигнала.