Розрахунок вихідного каскаду

 

Розрахунок всіх багатокаскадних підсилювачів починають з вихідного каскаду з метою забезпечення необхідних параметрів вихідного сигналу. Спрощена принципова схема однотактного трансформаторного каскаду пілсилювача потужності приведена на рис. 6. Навантаженням каскаду служить коаксіальна лінія з хвильовим опором ρ.

З метою підвищення надійності радіоелектронної апаратури потужність, що розсіюється реально на транзисторі Р_к в режимі спокою повинна бути менше максимально допустимої. Прийнято витримувати співвідношення

. (8)

В трансформаторному каскаді, що працює в режимі класу «А», напруга між колектором і емітером при досить великому сигналі може приблизно в 2 рази перевищувати напругу живлення. Тому доцільно напругу спокою U_К вибрати з умови

, (9)

де - максимальна допустима напруга колектор-емітер.

Через те, що всі підсилювачі включені послідовно по колу живлення виникає небезпека, що загальна напруга джерел живлення може перевищити межу міцності ізоляції центральної жили кабелю. Тому потрібно обмежити U_КЕ= 5...6 В, Тоді струм спокою I_K дорівнює:

. (10)

Точка спокою (робоча точка) з координатами U_КЕ, І_К позначається на сімействі вихідних статичних характеристик рис. 7. Через цю точку потрібно провести навантажувальну пряму так, щоб з підсилювального приладу можна було зняти сигнал необхідної потужності Р_К~:

, (11)

де N₂ - коефіцієнт запасу, що враховує втрати енергії за рахунок неточного узгодження з навантаженням і втрат в колі НЗЗ. Звичайно приймають N₂ = 1,2.

Таких прямих можна провести багато, але бажано повніше використовувати напругу джерела живлення і зменшити амплітуду змінної складової струму колектора. Остання обставина дає можливість скоротити межі зміни параметрів транзистора за період сигналу, а це дуже важливо: зменшуються динамічні, частотні і фазові спотворення, зменшується коефіцієнт гармонік. Область використання напруги живлення обмежується пунктирною лінією з індексами 1-1. Ліворуч пунктиру статичні характеристики різко спадають, зменшується h_21е та транзистор входить в стан насичення.

Область використання транзистора по струму на рис. 7 обмежена пунктирною лінією з індексами 2-2. При менших струмах колектора різко зменшується h_21е, що добре можна простежити по вхідних характеристиках. Розміри заштрихованих областей різні для кожного типу транзистора. Близька до оптимального величина опору навантаження в колекторному ланцюзі транзистора R_К~ розраховується за формулою:

. (12)

Потім розраховуються амплітуди змінних складових струму I_km і напруги U _km у колекторному колі:

, (13)

. (14)

По осі абсцис від координати U_КЕ праворуч відкладаєтьсявідрізок I_KR_K~ і через його кінець і крапку спокою проводиться навантажувальна пряма. Відзначаються струми

, (15)

. (16)

При дотриманні умови (3) робоча область навантажувальної прямої автоматично виявиться поза межами областей, що заштриховані на рис.7.

Максимальний і мінімальний струми бази розраховуються з урахуванням використання найгіршого транзистора:

(17)

Струми I_бmax і I_бmin відзначають на осі ординат вхідних характеристик (рис. 8) і знаходять відповідні їм значення напруги між базою і емітером U_{бе max} і U_беmin

Потім визначають амплітуду вхідного струму I_бm, амплітуду вхідної напруги U_бет і вхідний опір транзистора

, (18)

 

(19)

(20)

Коефіцієнт підсилення напруги вихідного каскаду

(21)

Обчислення, зроблені відповідно до приведеної методики розрахунку, будуть справедливі, якщо вибрати коефіцієнт трансформації Т₂ рівним n₂ і активні опори його первинної r₄ і вторинної r₆ обмоток рівними:

(22)

де r - хвильовий опір кабелю;

- відношення опору первинної обмотки до перерахованого опору вторинної обмотки.

З метою найбільш повного використання напруги живлення в трансформаторних каскадах, де через первинну обмотку протікає постійна складового струму вихідного транзистора, прийнято вибирати с »0,5. Для вхідного трансформатора приймають с =1.

Амплітуда сигналу на навантаженні U_H складе;

(23)