tпр мах = tc мах + Rпс·Pkp max = 40 + 120·0,24 = 68,8 0С; (2.9).
Проверяем условие (2.8): 68,80С < 0,9·1350С = 121,50С. Все условия (2.6, 2.7, 2.8) были соблюдены, а так же в реальной схеме можно обойтись без теплосвода, так как условие (2.8) соблюдено.
Приведем параметры выбранного транзистора в виде таблице:
Таблица П.2.1.
Транзистор | Pk max, Вт | fh21, МГц | fT, МГц | Uкэ max, В | ik max, A | tп, 0C | Rпс, 0С/Вт | IКБ0, мкА | Ск, пФ | rб`Ck, пс | h21 | h21 max/ min | ||
min | max | |||||||||||||
КТ629А | 1,0 | 4,1 | 250 | 50 | 1,0 | 135 | 120 | 5 | 25 | 200 | 25 | 61 | 150 | 6,0 |
По найденным значениям Uкэ и Iк находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока.
Rн = x·Uкэ/xiIk = 15·0,8/0,8·16 = 937,5 Ом (2.13).
Где x - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзистора средней и высокой мощности), x = 0,7…0,8; xi – коэффициент использования коллекторного тока xi = 0,8…0,95.
Вычислим коэффициент трансформации выходного (КПД трансформатора равен 1):
; (2.14).Проверим выполнение условие:
мВт > 1,2·P2 = 1,2·60 = 70 мВт. (2.15)Условие выполнено, переходим к следующему пункту.
Основное назначение ОС заключается в уменьшении нелинейных искажений и повышении стабильности коэффициента усилителя. Требования по линейности оказываются, как правило, более жесткими и определяют необходимое значение глубины ОС.
(2.16).где kГF = 0,04 - коэффициент гармоник усилителя с ОС, приведенный в задании параметров.
kГ = коэффициент гармоник усилителя без ОС, который следует принять равным ориентировочно (2…3)%.
Нелинейные искажения усилителя определяются выходным каскадом, к входу которого приложено наибольшее напряжение сигнала.
Для расчета общего числа каскадов N усилителя (рис 2.2) следует выбирать транзисторы предварительных каскадов из серии маломощных транзисторов, проверив их только по одному условию – частоте. Подходят все транзисторы p-n-p типа fh21 ³ (1,5…3)fВ. В каскадах предварительного усиления целесообразно использовать одинаковые транзисторы.
При проектировании входного каскада следует выбирать условия работы, соответствующие малому значению коэффициента шума и, в частности обеспечивать оптимальное для транзистора входного каскада значение сопротивления источника сигнала. Поэтому связь цепи усиления с источником сигнала целесообразно делать трансформаторной (рис. 2.2). коэффициент трансформации входного трансформатора n` выбирается из условия получения оптимального по шумам сопротивления источника сигнала RГ1 опт для транзистора входного каскада.
; (2.17).Величина RГ1 опт зависит от частотных свойств транзистора (RГ1 опт = 200…500, при fТ £ 0,1 ГГц; RГ1 опт = 100…300, при 0,1£ fТ £ 1 ГГц; RГ1 опт = 50…150, при fТ ³ 1 ГГц;).
Число предварительных каскадов усиления и типов транзисторов для них определяется следующими двумя критериями:
1) коэффициент усиления без ОС К должен быть достаточным для обеспечения заданного значения КF при требуемой величине F;
2) транзисторы этих каскадов должны быть достаточно высокочастотными, чтобы выполнялись условия устойчивости (п.6).
Условие (1) выполняется, если
N ³ 1 + lgM/lg(b·h21); (2.18).
Где M = n`Rвх(1+R1/ Rвх)KFF/[n``R2(1-R1/ Rвх F)h21 N]; (2.19).
b – коэффициент, учитывающий потери в межкаскадных цепях, b = 0,5…0,75; h21 – параметр транзисторов предварительных каскадов, а h21 N – параметр выходного транзистора. Входного сопротивление усилителя без ОС Rвх » h11,1/(n`)2, где h11,1 = 300…3000 Ом. При согласовании входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала (R1 = RвхF).
M = (h11,1 + RГ1 опт)KFF/(2n`n``R2h21N); (2.20).
Для выполнения условия (20) достаточно, чтобы:
; (2.21).Производим выше приведенные расчеты:
M = (300 + 125)·60·50/(2· 2,5· 0,91·150·61) = 30,53; (2.20).
N ³ 1+lg30,53/lg[0,75·37] = 1 + 1 @ 2; Þ N = 2; (2.18).
; (2.21).Все условия (2.18 … 2.21) были соблюдены.
Из выражения (2.18) определяем число каскадов, равное двум.
Нестабильность коэффициента усиления связана с разбросом параметров элементов и отклонением режима работы активных элементов схемы из–за изменения температуры окружающей среды и напряжения источника питания. Поскольку режимы работы стабилизируются, а разброс номинальных значений пассивных элементов невелик, то основная нестабильность SF вызывается значительным разбросом коэффициента усиления по току транзисторов в схеме с общим эмиттером h21.
.Относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя с ОС в F раз меньше, чем относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя без ОС. Стабильность коэффициента усиления будет л удовлетворять требованиям технического задания, если
; (2.22).Здесь SF – результирующая относительная нестабильность коэффициента усиления, выраженная в дБ и соответствующая его изменениям от минимального до максимального значений; FMS – местной ОС, а если ее нет, то FMS = 1.
Проверим условие (2.22): F = 50 > 0,75·20·2(lg(70/20) + lg(150/25))/0,5 = 39,67.
Приведем в виде таблицы параметры выбранного транзистора:
Таблица П.2.2.
Транзистор | Pk max, мВт | fh21, МГц | fT, МГц | Uкэ max, В | ik max, мA | tп, 0C | Rпс, 0С/Вт | IКБ0, мкА | Ск, пФ | Rб`Ck, Пс | h21 | h21 max/ min | ||
min | max | |||||||||||||
КТ363А | 150 | 32,4 | 1200 | 15 | 30 | 150 | 0,7 | 0,5 | 2 | 50 | 20 | 37 | 70 | 3,5 |
Выбранный транзистор используется в предварительном каскаде усиления.
3. Выбор схемы цепи усиления и расчет по постоянному току.
Каскады между собой могут быть включены различными способами. Первый из этих способов – это гальваническая связь между каскадами, такой способ имеет ряд достоинств и недостатков. Достоинства заключаются в следующих факторах: экономия тока питания, улучшенная АЧХ, особенно в области нижних частот, и малые габариты, но такому методу включения каскадов присущ один недостаток – напряжения источника питания может не хватить. Выход из такой ситуации может быть следующим – использование разделительных конденсаторов, это в свою очередь приводит к ухудшению АЧХ в области низких частот, соответственно габариты схемы тоже вырастут, не только из-за разделительных конденсаторов, но из-за базового делителя напряжений.
В нашем случае, при трех каскадах усиления и источнике питания Е0 = -24 В, целесообразно использовать гальваническую связь между каскадами, т.к. источник питания достаточно.