Необходимое значение Ri для транзистора с Pmjkc =200 равно

/?1 =

1 0 ~ (к бэО макс) - /кОмии 1 Т рмакс

(Ra + R2) Ломнн - о -1 (houtmRz - 6: \ 1 + Рмакс /

ЭО макс

= 379,5 ом.

Берем стандартное сопротивление 360 ом При этом максимальное значение тока покоя коллектора при п макс ~ доставит

кОмакс-

/ 200

1 + Рмакс

[E\Ro~V(, мин(/?1+/?2)] +кн макс[/?э(/?1+/?2)+/?1/?2]

1 + р

1+200

[11 -68-0,25 (68 + 360)] + 2- 10-44,22(68 + 360)+68.360]

4,22(68 + 360)+ -f:j

Сопротивление источника сигнала Р^ст определим из выражения . -/?к/?дел 270 57,1

= 0,36 а.

Rk + R,

270 + 57,1

= 47,1 ом,

где

D RiRi 68 360 ,

лел - п , п - со , осл - ом.

R1 + R2 68 + 360 Для точек /, 2, 3, 4, 5, 6 нагрузочной прямой (рис 3 12) и соответств\ющих нм точек Г, 2, 3, 4, 5, 6 входной характеристики (рис 3 13) значения токов коллектора Ik > токов базы i6 . напряжений база - эмиттер ибэ и эдс источника сигнала и нет для У?нст=47,1 ом сведем в табл 3 1

ТАБЛИЦА31

Построим по этим данным сквозную динамическую характеристику, изобра-рнн\ю на рис 3 14 Отметив на nefi /к мин =10 ма, /к макс =525 ма н найдя хказанным на стр 20-22 методом /2=129 ма, /ко =260 ма, /,=395 ма по itiiaM (110), найдем гармонические составляющие коллекторного тока 1\т~ =260,4 ма, = 3,73 ма, /з^ =-2,834 ма, /4 =-0,83 ма, /ср =263,6 ма Значение r при этом будет равно

V3,732+ (-2,834)2+ (-0,83)2

= 0,0183= 1,83%,

260,4

что по условию допустимо

Определим теперь наибольщую мощность, выделяемую в транзисторе в режиме покоя,

Р = Рк-{- Рэ = /к макс Uk30 + 60 UбэО мин =

= 0,36 . 10,5+14,2 . 10-3 . 0,25 = 3,783 вт.

истманс

Рис 3 14 Сквозная динамическая характеристика каскада, к примеру 3 1

По найденному значению Р определим необходимую поверхность охлаждения радиатора, обеспечивающую /п'макс =+70С

1200-м 500

1350

окр макс

-Ртт

70-30 3,783

= 190 см?.

-3,5

Коэффициент трансформации и активные сопротивления первично и вторичной обмоток выходного трансформатора найдем по формулам

г, = Y/?k (1 - vix) =-1тро;б- 41,2(1 - 0,75) = 3,86 ом.

1+с

1+0,6

\ 0,75 /

625 OM

Значение с в соответствии с рекомендациями § 33 берем равным 0,6 Допу стимое значение M <!1,5 до распределим между цепями, вносящими искажения иа низких частотах выходным трансформатором и блокировочным конденсато ром Сэ цепи стаби'1нзации, взяв для трансформатора МнТ [дб/ =1 дб (Л1 т =1,12) и цчя конденсатора Мнэ [дб/ =0,5 дб (Мнэ =1,06) Тогда необходимая индуктивность первичной обмотки трансформатора б\дет равна

L ~ 0,159 (/?к--/-.) 0,159(41,2-3,86) f MV-l 90]/ 1,122 1

Ввиду того, что выходное сопротивление транзистора П202 У?вых оэ много больше Rk.-, допустимое значение индуктивности рассеяния трансформатора Ls получится много больше действительного н его можно не рассчитывать, найдем коэффициент частотных искажений на высшей рабочей частоте, положив действительную индуктивность рассеяния трансформатора порядка 0,01 от Lu т е 0,01 0,131 = 1,3 10-3 гн

Г

6,28/Л

6,28-5000-1,3-10- 600 + 41,2

Здесь /?выхоэ определено из наклона выходных статических характеристик рис 3 12 в рабочей точке и составляет примерно 600 ом, следовательно, каскад практически не будет вносить частотных искажений на верхних частотах Однако вследствие большой линамической входной емкости транзистора П202, опреде шемой ф-лой (15), значитетьные искажения на верхних частотах даст предыдущий каскад (см пример 4 1 § 4 2)

Для того чтобы коэффициент дополнительных частотных искажений Мнэ от В1ПЯНИЯ Сэ не превысил ,06 на низшей рабочей частоте fn =90 гц конденсатор Сэ должен иметь емкость не ниже

0,16,/ (1+5эс/?э)2-УИ2 э

U6 Л . 4,22 V

(1 + 3,514 4,22)-1,06 1,062-1

= 0,019 0-19 000 мкф.

что практически не может быть выполнено, здесь 5эс определено для транзистора с Рмакс =200

~/? с.+ /?вхоэ -47,1 + 10,1 -1-

Рассчитаем теперь значение Сэ для наиболее часто встречающегоси значения Р У транзистора П202, равном 50

0Д6 , / (1+0,891 4,22)2-1,062 . ,

С^--9Г^У -IWI- =0,0056 0 = 5600 0,

где

=0,891-

47,1 + 10,1

Как видно из расчета, значение Сэ уменьшается с уменьшением статического коэффициента усиления транзистора по току Конденсатор Сэ следует взять на рабочее напряжение не ниже падения напряжения на У?э , т е 1,2 в Конденсатор такой большой емкости даже при малом рабочем напряжении имеет большие размеры и сильно увеличит размеры, вес н стоимость усилителя

Для уменьшения размеров и удешевтения усилителя Сэ можно исключить из схемы, но это уменьшит коэффициент усиления каскада и потребует увеличения амплитуды входного сигнала и повышения мощности предыдущего каскада (см пример 5 1 § 5 3) В двухтактных схемах оконечных каскадов отсутствие Сэ не снижает усиления, а поэтому транзисторные каскады даже малой мощности часто делают двухтактными

Несмотря на синусоидальную эдс источника сигнала из-за нелинейности входной характеристики транзистора, напряжение сигнала на его входе оказывается несинусоидальным Поэтому для того чтобы крайние точки нагрузочной прямой остались бы на месте (первоначально выбранные точки 1 и 6 рис 3 12), точку покоя необходимо сместить Уточненное значение тока покоя цепи коллектора по сквозной динамической характеристике (рис 3 14) получилось равным 260 ма По нагрузочной прямой рис 3 12 этот ток соответствует напряжению питания цепи коллектор-эмиттер {Укэо =11,25 в

При напряжении источника питания £к =13 в и максимальном токе покоя котчектора /ко макс =360 ма напряжение питания цепн коллектор - эмиттер составит

f/кэО ~ Ек - (/ко максi Ч~ Ломакс /?э) Ек - (/кОмакс*! + /кОмакс/?э) =

= 13-(0,36 3,86 + 0,36 4,22) = 10,12 в,

что меньше найденного выше уточненного значения 11,25 в Поэтому дли получения расчетной выходной мощности сопротивление нагрузки цепи коллектора необходимо уменьшить до

10 122

Rk~ =41,2 у ЗЗол<,

что нетрудно сделать, изменив коэффициент трансформации выходного трансформатора п до

При этом окончательное значение тока покоя цепи коллектора будет равно

/ко =260 lg =289 ма,

т е окончательно точка покоя цепи коллектора будет иметь координаты

/ко =289 ма и t/кэО =10,12 в Ввиду малого расхождения напряжений остальной расчет в данном случае можно оставить без изменений При значительном же расхожденнн напряжений следует пересчитать другие величины, исходя из нового (уточненного) значения Rk, ,

После уточнения режима

Цкт У P~Rk~ У2 1,37 . 33

--ЩГ~ Щп 0,13 -

3.4. Расчет двухтактного каскада мощного усиления

в режиме А

Расчет двухтактного каскада в режиме А производят точно так же, как однотактного, по методике, рекомендациям и формулам, приведенным в § 3 3. Но мощность Я- снимаемую с одного транзистора, определяют по ф-ле (2.2):

где Рвых - мощность, отдаваемая каскадом в нагрузку

Сопротивление нагрузки /?~, определяющее наклон нагрузочной прямой выходной цепи транзистора, находят так же, как для однотактного каскада; при расчете каскада учитывают, что два плеча отдают удвоенную мощность сигнала в нагрузку и потребляют от источника питания удвоенные ток и мощность

При расчете коэффициента гармоник двухтактного каскада, работающего в режиме А, учитывают компенсацию в нем четных гармоник, находя Кр по ф-ле (1 12):

~ J ,

где b - коэффициент асимметрии транзисторов, использованных в плечах двухтактного каскада, зависящий как от способа включения транзистора, так и от отношения его входного сопротивления к сопротивлению источника сигнала и от схемы каскада. При включении с общей базой и сопротивлении источника сигнала, во много раз превышающем входное сопротивление транзистора, что обычно имеет место на практике, и неподобранных транзисторах в плечах каскада, значение b обычно не превышает 0,05--0,07, при малом сопротивлении источника сигнала значение b в этих 78

условиях может возрасти до 0,2+-0,25 При включении с общим эмиттером, включении с общим коллектором из-за большого

разброса статического коэффициента усиления тока р~

транзисторы в плечах двухтактного каскада следует подбирать по р, при разнице по р не более 30% значение b обычно не превосходит 0,14-0,15

Указанные значения коэффициента b относятся к двухтактным схемам без стабилизирующего сопротивления Rs в общем проводе эмиттера; если же это сопротивление в схеме имеется, значение b обычно получается, по крайней мере, в два-три раза меньше указанных

При электрическом расчете выходного трансформатора для двухтактного каскада в формулах для расчета г п, Li, М^. вместо Rk подставляют 2/?к~ .

Пример 3.2. Рассчитаем двухтактный транзисторный каскад мощного усиления в режиме А, имеющий =100гч, /в =5000 г^, Л1 < 1,5 дб (M <1,19), Ядц^ =2 вт. Кг не более 5% Каскад работает на нагрузку Ru =4 ом через выходной трансформатор и получает питание от выпрямителя, напряжение которого следует определить Диапазон изменений температуры окружающей среды от -10° до -f40°C

Взяв кпд выходного трансформатора равным 0,8 для мощности в 2 ег в соответствии с табт 2 3, найдем мощность, которую должен отдавать один транзистор

Так как допустимый коэффициент гармоник достаточно велик, для увелнче нпя коэффициента усиления мощности каскада включаем транзисторы с общим эмиттером

При кпд каскада с общим эмиттером в режиме А порядка 0,46 выделяющаяся в транзисторе при отсутствии сигнала мощность составит

Tj ~ 0,46 -2.72 вт

Подходящим для каскада является германиевый транзистор типа П202, данные которого указаны в примере 3 1

Вспедствие большого диапазона температур в рассчитываемом каскаде применим эмиттерную стабилизацию Для дополнительного сглаживания пульсаций источника питания в цепь делителя включаем У?фСф , для уменьшения раз-балансировки тока покоя в схему введем сопротивления Р'э и R э , тогда принципиальная схема каскада будет иметь вид, изображенный на рис 3 15

Допустимое напряжение питання для транзистора П202 при включении с общим эмиттером и повышенной температуре перехода будет равно

/Укэо ~ 0,35 f/кэ доп =0,35 30= 10,5 в Минимально допустимый ток покоя /ко каждого нз транзисторов равен

Р 1 9i

/ко-- = 0,258 а = 258 ма.

А /кэо 0,46 -10,5

На семействе выходных статических характеристик транзистора П202 для включения с общим эмиттером отмечаем точку покоя (Укэ0 = 10,5 в, / о =0,258 а) и для сопротивления коллекторной цепи переменному току

V\ и\ао

10,52

2 1,25

=44 ом

проводим через нее нагрузочную прямую (рис 3 16) Из рис 3 16 видно, что остаточное напряжение [/кэост 0,5 в, пренебрегая остаточным током коллек-

Рис 315 Принципиальная схема двухтактного выходного каскада, к примеру 3 2

тора и считая /кмнн ~0, отметим крайние положения рабочей точки (точки / и 4) на нагрузочной прямой

Мощность сигнала, отдаваемая транзистором в выбранном режиме, равна

Р,. = 0,125 (Лмакс - кыпУНк- =0,125(0,482-0)2 44=1,28 em,

что немного превышает необходимую величину

Определим ток смещения базы /бо , соответствующий найденной точке покоя при минимальном значении статического коэффициента усиления тока тран-ьистора

ha =

0,258 20

= 0,0129 а=12,9 ма.

Необходимая амплитуда переменной составляющей входного тока сигнала прн р мин =20 составит

2Рми

482-0 2 . 20

= 12,05 ма.

Перенеся на статическую входную характеристику П202 для общего эмиттера точки 1 н 4 нагрузочной прямой (точки / н 4 на рис 3 17), определим требуемую амплитуду напряжения сигнала между базой и эмиттером

Ибэ

- Ибэ

0,45-0,2

= 0,125 в.

Как видно из рис 3 17, необходимое напряжение смещения Uбэо , соответствующее точке покоя О, составит 0,35 в Среднее за период сигнала входное сопротивление транзистора переменному току

2/бэ. 2-0,125 . jo4,

6т

2 . 12,05 10

-Юма

7,5ма

2,5м а 1б=0,2ма

Рис 3 16 Построение нагрузочной прямой к примеру 3 2 расчета двухтактного каскада

Рис 3 17 Входная характеристика транзистора П202 включенного с общим эмиттером к примеру 3 2

Делитель смещения и цепь стабилизации для большей экономичности рассчитаем для заданного диапазона изменения температуры окружающей среды и наихудшего случая Рмакс =200 без замены транзисторов, как и в примере 3 I Пола-

гая напряжение источника питания с учетом падения напряжения на стабилизирующих сопротивлениях и первичной обмотке выходного трансформатора порядка

1,25(;кэо = 1,25 . 10,5= 13 в. найдем величину стабилизирующих сопротивлений схемы (0,05-0,15)£к 0,1 . 13

Ra = --J- г, его ~5 ОМ.

1кО макс и,200

Сопротивления /?э и R э возьмем по 1 ом; тогда сопротивление RaO , стоящее в общем проводе эмиттеров, должно быть

D Rs-Rs 5-1

Сопротивление делителя R2 выбираем по формуле

/?2=(5н-15)/?в!;оэ = 10 10,4-100 олг.

Приняв минимальную температуру коллекторного перехода Т п мин = = / окрмин = -10°С, а максимальную температуру коллекторного перехода Пмакс =+70°С, определим максимальное и минимальное значения напряжения смещения и максимальное значение начального тока коллектора:

бэо акс= f/630+ 0,0022 (20- Гп мин)=0,35 + 0,0022[20 - (- 10)] = 0,416 в

f/бэОмин == £/бэо -0,0022(Гп макс -20) = 0,35-0,0022(70-20) = 0,24 в,

?Пмакс --с 70-70

. /кнмакс /кис2 ° =2-10-3.2 =2ла.

Взяв падение напряжения на Рф равным 2 в, получим напряжение, подводимое к делителю смещения, Е'к =Ек -Еф =13-2=11 в, которое используем для расчета R; и /комакс

Определив значение сопротивления Ri по ф-ле (1.20) для Рмакс = =200, £к = П е, f/бэо макс =0,416 е, Рэ =5ом, /?2=100 ол./комин =0,258 а, найдем, что оно должно быть равно 530 ом, что округляем до ближайшего стандартного в меньшую сторону, равного 510 ом. При этом значение /ко макс -найденное по ф-ле (1.20) и соответствующее / п акс =+70°С, р„акс =200, £/бэОмин =0,24 е, 1кн макс =2 ма, /?2=100 ом, /?, = 510 ом, Рэ =5 ом составит 0,32 а. А мощность, выделяющаяся в транзисторе при отсутствии сигнала, будет равна

Р = Рк -\- Рэ = ho макс t/кэО + /бО f/бэО мии =

= 0,32 10,5+12,9 10-3 . 0,24= 3,3б вт и необходимая поверхность радиатора

1200-1500 1350

5охл ~ -f---~ -7(Г-Ш- 250 см.

J П макс J окр макс р. IJ -

Тзб--

Максимальная амплитуда входного напряжения сигнала с учетом напряжения отрицательной обратной связи, падающего на Rэ и R э , составит

= 0,125-Ы2,05 10-3(1+20) 1=0,378 в

и входное сопротивление одного плеча каскада с учетом влияния Ra

0,378

D вх/П

Квх- - -,-

12,05 10

= 31,4 ом.

Так как предыдущий каскад должен быть инверсным, а значение /g = 12,05 ла можно снять с коллекторной цепи транзистора П14, инверсный каскад можно взять реостатным, что упростит и удешевит усилитель. Если расчет инверсного каскада дал значение сопротивления в цепи коллектора =270 ом, то сопротивление источника сигнала Ran , найденное по ф-ле (3.4), составит:

RkRr

где

/?дел

R1R2

270 83,6 270 + 83,6

100 . 510

;64 ОМ,

R1 + R2

100 + 510

= 83,6 ОМ.

По построенной обычным образом для этого значения ?иcт сквозной динамической характеристике найдем /к мин =0, /2 = 0,119i2, /о =0,24ба, /,=0,364 д, /к макс =0,482 а. По ф-лам (1.10) найдем гармонические составляющие коллекторного тока /,от = 0,24233а; /2; =-0,0025 о; /з^ =-0,001333 а; =0,002166а, /ср =0,24133 а.

При значении коэффициента асимметрии 6 = 0,15 определим г :

г

V [0.15 (- 0,0025) f +(- 0,001333) 2 + (0,15

0,24233

0,002166):

= 0,0146=1,46%,

что по условию допустимо, в действительности значение к г будет еще меньше вследствие компенсирующего действия отрицательной обратнойсвязи, вносимой сопротивлениями /?э и /? э .

Так как выходной трансформатор должен обеспечить сопротивление нагрузки цепи коллекторов переменному току 2/?к^ =2X44=88 ом, при сопротивлении

нагрузки вторичной обмотки =4 ож необходимый коэффициент трансформации составит

-Пт2/?к~

0,8 2 44

=0,238.

Найдем величину активных сопротивлении обмоток трансформатора, взяв значение с=0,6, так как в первичной обмотке трансформатора имеется значи-гельная постоянная составляющая тока:

1 + С

1 + с

~т

1+0,6 1

1+0,6

44(1-0,8) =6,6 ОМ, 1-0,8

= 0,625 ол.