3.1 Розрахунок напруги джерела електроживлення
У безтрансформаторних двотактних каскадів при роботі в режимі В опір навантаження плеча К, для якого будують навантажувальну пряму на сімействі вихідних характеристик транзистора, дорівнює опору навантаження RH,тому що плечі тут працюють по черзі.
Необхідну для найменшої витрати енергії напругу електроживлення, при заданому опорі навантаження каскаду RH,визначаємо за формулою:
(3.1)де Rн – опір навантаження , Ом;
Pн - вихідна потужність на навантаженні, Вт;
Uзал – залишкова напруга на транзисторі; приймаємо Uзал = 1,5 – 3,5 В .
ВВибираємо стандартне значення напруги електроживлення за ГОСТ 18275-72 „Апаратура радіоелектронна. Номінальні значення напруги та сили струмів живлення" :
В3.2 Вибір транзисторів кінцевого каскаду
Визначаємо граничні параметри транзисторів , які вибираємо за такими формулами:
- максимальна напруга колектор-емітер, В
В- максимальний струм колектора, А
А- максимальна розсіювана потужність, Вт
підсилювач каскад напруга стабілізація транзистор
Вт- гранична частота коефіцієнта передачі струму, кГц
кГц .За граничними розрахунковими параметрами вибираємо необхідний тип транзисторів VT6,VT7.Дані заносимо до таблиці 3.2 .
Таблиця 3.2 Параметри транзисторів кінцевого каскаду
| Параметри | Ink max, А | UnKE max , В | Pk max , Вт | fnh21E max , кГц | Тип | h21E |
| Розрахункові граничні параметри | 2,4 | 62,38 | 9,24 | 32 | - | - |
| Параметри вибраного транзистора | 10 | 80 | 1(60) | 3МГц | КТ816Г | 12-275 |
| 10 | 80 | 1(60) | 3МГц | КТ817Г | 12-275 |
3.3 Розрахунок колекторного кола кінцевого каскаду
З метою зменшення розрахункової частини проекту і в зв'язку з незначними відхиленнями верхнього та нижнього плеч підсилювача потужності розрахунок проводять для одного, плеча. В якому вихідний транзистор має менше значення h21Emax.
Визначаємо опірнегативного зворотного зв'язкуза формулою:
де Rзз - опір зворотного зв'язку;
ηзз - ККД вихідного кола, що показує втрати корисної потужності на опорах емітерного кола; приймаємо ηзз=0,9. Вибираємо стандартне значення резисторів за стандартом. Для визначення амплітудних значень струму та напруги необхідно побудувати вихідну навантажувальну характеристику.
Для побудови навантажувальної характеристики слід визначити координати двох точок (а, в), використовуючи рівняння динаміки
(3.2)
Через точки "а" і "в" проводять пряму - динамічну навантажувальну характеристику для опору (RH+ Rзз) (рисунок 1). Якщо активний опір для постійного і змінного струму однаковий, то динамічна характеристика є водночас і лінією навантаження як для постійного, так і для змінного струмів.
Найчастіше вихідні каскади підсилювача потужності працюють в режимі В чи АВ, що визначається напругою зміщення на базах вихідних транзисторів і струмом спокою колектора.
Рисунок 3.1 Вихідна навантажувальна характеристика транзистора вихідного каскаду VT7.
На практиці струм спокою ІКпвизначають із такого співвідношення:
де ІК- колекторнийструм в точці "а";
ІКп - струм спокою, відповідає режиму АВ.
Визначаємо амплітудне значення напруги на навантаженні за формулою:
Визначаємо амплітудне значення напруги на колекторі-емітері транзистора:
Перевіряємо розраховане значення напруги джерела живлення. Для цього треба щоб виконувалась нерівність.
(3.3)Якщо сума більше UK0то належить збільшити значення напруги джерела електроживлення і побудувати нову навантажувальну характеристику.
Визначаємо постійну складову струму колектора вихідного транзистора за формулою:
де ІКm – амплітудне значення колекторного струму, яке визначається за навантажувальною характеристикою.
Визначаємо потужність, від джерела споживану електроживлення за формулою:
Визначаємо максимальну потужність розсіювання на колекторі транзистора за формулою:
Максимальна потужність розсіювання на транзисторі повинна бути значно менше потужності вибраного транзистора PKmax.
Визначаємо потужність розсіювання на резисторах R14, R15:
Обираємо резистори R14, R15 типу: МЛТ – 0,25 – 1,8 Ом ± 5%.
3.4 Розрахунок базового кола кінцевого каскаду
Використовуючи навантажувальну характеристику вихідного каскаду і статичні вхідні характеристики транзистора, будуємо на них емітерну динамічну вхідну характеристику.
Вхідні динамічні характеристики при малих опорах навантаження практично зливаються зі статичними. Тому для технічних розрахунків можна користуватися не динамічними, а статичними вхідними характеристиками.
За вхідною динамічною характеристикою ( рисунок 2) визначаємо значення вхідного сигналу:
напругу на базі в робочій точці спокою - UБеп= 0,65 В;
струм бази в робочій точці спокою – ІБп = 0,15 мА ;
амплітудне значення змінної складової бази - ІБm = 60 мА ;
- амплітудне значення змінної напруги на базі - UБЕm = 4,6 В.
Рисунок 3.2 Вхідні динамічні характеристики транзисторів VT7 i VT5.
Визначаємо амплітудне значення вхідної напруги кінцевих транзисторів за формулою:
Визначаємо вхідний опір транзистора без урахування негативного зворотного зв'язку:
Визначаємо усереднену крутизну характеристики транзистора в кінцевому каскаді:
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою:
Визначаємо вхідну потужність транзистора:
Визначаємо коефіцієнт підсилення за потужністю:
3.5 Вибір складених транзисторів VT4, VT5 кінцевого каскаду
Визначаємо максимальні граничні параметри обраних складених транзисторів кінцевого каскаду за такими формулами:
- максимальний струм колектора транзистора VT5.
- максимальну напругу колектор-емітер транзистора VT5
- максимальну потужність розсіювання на транзисторі VT5
- граничну частоту коефіцієнта передачі струму, МГц
За гранично розрахованими параметрами вибираємо типи транзисторів VT4, VT5 і заносимо їх до таблиці 3.3
Таблиця 3.3 Параметри вибраних транзисторів кінцевого каскаду.
| Параметри | IKmax A | UKEmax В | PKmax Вт | f21Emax МГц | Тип транзистора | h21E |
| Розрахункові граничні параметри | 0,11 | 24 | 0,38 | 0.039 | | |
| Параметри вибраного транзистора VT5 | 1,5 | 40 | 10 | 3 | КТ815А | 20 |
| Параметри вибраного транзистора VT4 | 2 | 40 | 10 | 3 | КТ814А | 20 |
Визначаємо величину опору резисторів R11 і R12 з співвідношення:
Вибираємо резистори R11, R12 опором 510 Ом.
Визначаємо потужність розсіювання на резисторах:
де Іко — постійна складова струму,
Обираємо резистори R11, R12 типу: МЛТ – 0,25 – 510 Ом ± 5%.
Визначаємо амплітудне значення змінного струму бази транзистора VT5:
Визначаємо постійну складову струму бази транзистора:
За вхідною динамічною характеристикою визначаємо основні параметри UБЕт, UБЕтax, UБЕ0 (рисунок 3 графічної частини).
Визначаємо амплітуду вхідної напруги на складених транзисторах:
Визначаємо вхідний опір каскаду без урахуванням зворотного зв'язку:
Визначаємо вхідний опір каскаду з урахуванням зворотного зв'язку:
де F – глибина місцевого зворотного зв'язку в плечі:
де q21m - усереднена крутизна характеристики транзистора УТ5;
де q21m - усереднена крутизна характеристики транзистора УТ7;
RБ - вхідний опір транзистора УТЗ:
Вхідна потужність кінцевого каскаду:
3.6 Вибір транзистора і розрахунок кіл передкінцевого каскаду
Визначаємо корисну потужність, що віддає транзистор VT3, і яка більше потужності, споживаної колом наступного каскаду, на величину потужності, розсіюванню в колі зміщення:
Визначаємо амплітудне значення змінної складової струму колектора транзистора VT3:
Для зменшення впливу нелінійності вхідної характеристики транзистора доцільно прийняти:
Тоді максимальний колекторний струм буде дорівнювати:
Максимальна напруга між колектором і емітером дорівнює:
Визначаємо потужність, споживану транзистором VT3 від джерела електроживлення:
Визначаємо максимальну потужність розсіювання на колекторі транзистора:
Визначаємо граничний коефіцієнт передачі частоти за струмом:
За розрахованими параметрами вибираємо тип транзистора VT3. Розраховані параметри та параметри вибраного транзистора занести в таблицю 3.4.
Таблиця 3.4 Параметри вибраного транзистора VT3 передкінцевого каскаду.
| Параметри | IKmax мA | UKEmax В | PKmax мВт | f21Emax МГц | Тип транзистора | h21E | h11E |
| Розрахункові граничні параметри | 6,423 | 24 | 54 | 0,13 | | | |
| Параметри вибраного транзистора VT3 | 100 | 40 | 150 | 250 | КТ361В | 20 | 40 |
Визначаємо величину резистора R9 позитивного зворотного зв'язку за формулою:
Вибираємо стандартне значення резистора зворотного зв'язку R9 = 7,5 кОм.
Визначаємо потужність розсіювання на резисторі за формулою:
Обираємо резистори R9 типу: МЛТ – 0,125 – 7,5 кОм ± 5%.
Визначаємо амплітудне значення струму бази транзистора за формулою:
Визначаємо значення постійної складової струму бази:
Визначаємо вхідний опір каскаду, зібраного на транзисторі VT3 за формулою:
де h11E - вхідний опір транзистора, включеного за схемою ОЕ.
Визначаємо величину резистора R5:
Вибираємо стандартне значення резистора R5 = 750 кОм.
Визначаємо потужність розсіювання на резисторі за формулою:
Приймаємо стандартне значення потужності за ГОСТ 9663 і записуємо стандартне значення резистора за стандартом.
Обираємо резистор R5 типу: МЛТ – 0,125 – 750 кОм ± 5%.
Визначаємо амплітудне значення змінної напруги на базі транзистора:
Визначаємо потужність сигналу, споживану базовим колом транзистора за формулою:
1 2 3 4