Активная коллекторная термостабилизация

 

    В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

VT1 – транзистор КТ814: b _о = 40, U_кэдоп.=20В, I _к =2.5А;

VT2 – транзистор КТ930Б.

    Рассчитаем элементы схемы по следующим формулам:

 

 

(4.32)

 

 

(4.33)

 

 

(4.34)

 

 

(4.35)

 

 

(4.36)

 

 

(4.37)

 

        

(4.38)

        

Выберем напряжение U_R4=1 В и рассчитаем значение резистора R₄ по формуле (4.32).

    Базовый ток транзистора VT2 определим по формуле (4.33).

    Напряжение в рабочей точке для транзистора VT1 найдем по формуле (4.34).  

Значение сопротивления R₂  расчитаем по формуле (4.35).

    Базовый ток транзистора VT2 равен значению тока в рабочей точке транзистора VT1.

    Базовый ток транзистора VT1 определим из формулы:

    Ток делителя найдем по формуле (4.38).

    Значение сопротивления R₃ расчитаем по формуле (4.36).

    Напряжение питания будет равно:

    Значение сопротивления R₁ расчитаем по формуле (4.37).

 

    4.5 Расчет корректирующих цепей

 

    4.5.1 Выходная корректирующая цепь

 

    Для передачи без потерь сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [6]. На рисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя по переменному току.

Рисунок 4.10 Схема усилителя с корректирующими цепями

 

Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 4.11. Для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.

 

Рисунок 4.11 – Схема выходной корректирующей цепи

 

    Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная С _вых и f _в можно рассчитать элементы L₁  и C₁ .

Рассчитаем нормированное значение С_выхн по следующей формуле:

(4.39)

    Исходя из таблицы, которая представлена в методическом пособии [6]. По значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L₁ и C₁, а так же коэффициент n. Получим следующие значения:

    Разнормируем полученные значения. В результате получим:

   

(4.40)

 

 

(4.41)

 

    (4.42)

 

 

    4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь

 

    Как упоминалось ранее, для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку применяют различные схемы, называемые межкаскадными корректирующими цепями (МКЦ). Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств.

    Существуем множество различных схем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.

    Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошее согласование между усилительными элементами и способствует максимальной отдачи выходной мощности усилительного элемента в нагрузку.

Рисунок 4.12 – Каскад с межкаскадной корректирующей цепью

третьего порядка

 

    В качестве усилительного элемента VT2 используется транзистор КТ930А.  

Расчет межкаскадной корректирующей цепи третьего порядка производится по следующей методике.

В начале расчета определяют неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходящейся на каждый каскад. Затем из таблицы, которая находится в методическом пособии [6] по неравномерности АЧХ определяют коэффициенты а₁ , а₂,, а₃. После находят нормированные значения С _вых.н , L _вх.н и R _вх.н по следующим формулам:

 

(4.43)

 

(4.44)

 

(4.45)

 

    Для нахождения нормированных значений С₁ , С₂ , L₁  рассчитывают следующие коэффициенты:

(4.46)

(4.47)

 

(4.48)

 

(4.49)

 

 

(4.50)

 

 

(4.51)

 

(4.52)

 

 

    Нормированные значения С₁ , С₂ , L₁ рассчитывают по формулам:

 

(4.53)

 

(4.54)

 

 

(4.55)

 

    Коэффициент усиления определяют по следующей формуле:

 

(4.56)

 

    Значения элементов С₁ , С₂ , L₁ , R₁ рассчитывают по формулам:

 

(4.57)

 

 

(4.58)

 

 

(4.59)

 

 

(4.60)

 

    Рассчитаем межкаскадную корректирующую цепь между выходным и предоконечным каскадом. Для этого представим схему приведенную на рисунке 4.12 в виде эквивалентной схемы изображенной на рисунке 4.13.

    Рассчитаем элементы МКЦ.

    Значения выходных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2, где рассчитана эквивалентная схема этого транзистора.

КТ930А: C _вых.= 78.42 пФ ;. R _вых.= 8.33 Ом.

Рисунок 4.13 – Эквивалентная схема каскада

                  

    Значения входных параметров транзистора КТ930Б возьмем из пункта 4.3.2.

КТ930Б:  

               

 

 

    Неравномерность АЧХ приходящейся на каждый каскад составляет 0.7дБ. Из таблицы находящейся в методическом пособии [6] коэффициенты а₁ , а₂,, а₃ будут равны:

    Нормируем входные и выходные параметры по формулам (4.43, 4.44, 4.45).

    Для нахождения нормированных значений С₁ , С₂ , L₁ определим следующие коэффициенты по формулам (4.46 – 4.52).

    Нормированные значения элементов С₁ , С₂ , L₁ найдем по формулам (4.53-4.55).

    Коэффициент усиления рассчитаем по формуле (4.56).

    Значения элементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60).

 

 

    5 Расчет предоконечного каскада

   

    5.1 Расчет рабочей точки

 

    В предоконечном каскаде используется транзистор КТ930Б. Для того чтобы усилитель имел один источник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, то есть можно записать:

    Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 4.5.2.

    5.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора

 

    В качестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.

    Рассчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.

    Справочные данные [2] для транзистора КТ930А:

 

 

               

 

    Входную индуктивность определим по формуле 4.19.

    Определим входное сопротивление по формуле (4.12), для этого найдем С _к при напряжении U _кэ = 10В воспользовавшись формулой (4.11.)    

    Выходную емкость найдем из формулы (4.12).

    Выходное сопротивление определим из формулы (4.20).

    Рассчитаем частоту f _max из формулы (4.21).

        

    5.3 Расчет схемы термостабилизации

 

    В предоконечном каскаде используется схема активной коллекторной термостабилизации.

    Рассчитаем элементы схемы воспользовавшись формулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.

Выберем напряжение U_R4=1 В и расчитаем значение резистора R₄ по формуле (4.32).

    Базовый ток транзистора VT2 определим по формуле (4.33).

    Напряжение в рабочей точке для транзистора VT1 найдем по формуле (4.34).    Значение сопротивления R₂  расчитаем по формуле (4.35).

    Базовый ток транзистора VT2 равен значению тока в рабочей точке транзистора VT1.

    Базовый ток транзистора VT1 определим из формулы:

    Ток делителя найдем по формуле (4.38).

    Значение сопротивления R₃ расчитаем по формуле (4.36).

    Значение сопротивления R₁ расчитаем по формуле (4.37).

    5.4 Расчет межкаскадной корректирующей цепи

 

    Расчитаем межкаскадную корректирующую цепь между входным и предоконечным каскадом. Эквивалентная схема изображена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Эквивалентная схема каскада

 

    В качестве усилительного элемента VT1 используется транзистор КТ916А.

    Рассчитаем элементы МКЦ.

    Значения выходных параметров транзистора КТ916А возьмем из пункта 6.2, где рассчитана эквивалентная схема этого транзистора.

КТ916А:   

    Значения входных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2.

КТ930А:

    Нагрузкой для предоконечного каскада является параллельное соединение R _вых. транзистора и R₁ .Где R₁– сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 4.5.2.

        

 

 

    Нормируем входные и выходные параметры по формулам (4.43, 4.44, 4.45).

           Для нахождения нормированных значений С₁ , С₂ , L₁ определим следующие коэффициенты по формулам (4.46 – 4.52).

    Нормированные значения элементов С₁ , С₂ , L₁ найдем по формулам (4.53-4.55).

Коэффициент усиления рассчитаем по формуле (4.56).

    Значения элементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60).

        

    6 Расчет входного каскада

 

    6.1 Расчет рабочей точки

 

    В качестве входного каскада используется транзистор КТ916А. Напряжение в рабочей точке будет равно:

    Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 5.4.