Последовательность определения требуемого режима транзистора по постоянному току

3.4.1 Типичная принципиальная схема оконечного каскада ШУ или ИУ с последовательной ООС широкополосного или импульсного УУ приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Принципиальная схема оконечного каскада по схеме ОЭ

3.4.2 Существуют графоаналитические методы расчета оконечного каскада, основанные на построении статических и динамических нагрузочных прямых.

В этом случае рабочая точка (точка покоя) по постоянному току в выходной цепи усилителя находится графоаналитическим способом пересечением графика выходных ВАХ I_k=f(U_кэ ) и графика выходной нагрузочной прямой (см. рисунок 3.5), которая строится по двум точкам из системы уравнений.

≈ ≈ , при Ik=0,	(3.29)
Ik= , при Uкэ=0,	(3.30)

где – напряжение питания;

– постоянные токи эммитера и коллектора.

Рисунок 3.5 - Выходные статические характеристики транзистора с нагрузочными прямыми

3.4.3 Рабочая точка по постоянному току (точка покоя ) во входной цепи находится графоаналитическим способом в точке пересечения графика входных ВАХ I_б=f(U_бэ) и графика входной нагрузочной прямой

(см. рисунок 3.6), которая строится по двум точкам из системы уравнений.

, при Iб=0;	(3.31)
Iб= ,	(3.32)

где

При этом необходимо соблюдать условие R_бэкв = > R_вхТ для линеаризации переменного тока базы транзистора,

где .

Рисунок 3.6 - Входные статические характеристики транзистора I_б=f(U_бэ) с нагрузочными прямыми.

3.4.4 Однако при использовании графоаналитического метода расчета требуются статические входные и выходные вольт-амперные характеристики транзисторов, которые не для всех транзисторов приводятся в справочниках, поэтому рассмотрим методику нахождения координат рабочей точки транзистора (I_kП ; U_kП ) без использования его статических характеристик.

3.4.5 Сначала определяется сопротивление в цепи коллектора из следующих условий

R =(1...2) R , если требуется согласование выхода УУ с нагрузкой,

R =(2...3) R - в остальных случаях.

Данные условия выполняются только для низкоомной нагрузки, например, R =(50...150) Ом.

3.4.6 Выбирается ориентировочно падение напряжения на R (либо на R + R , если R присутствует в схеме)

(3.33)

3.4.7 Определяется эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току коллектора

(3.34)

3.4.8 Находится требуемое значение тока покоя коллектора (I_kП) в рабочей точке для ШУ и ИУ сигналов различной полярности с учетом 10- процентного допуска для компенсации возможной температурной нестабильности

(см. рисунок 3.7 а)

(3.35)

где - заданное в ТЗ максимальное амплитудное напряжение на нагрузке.

3.4.9 Для ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (Q 10) ток покоя выбирается близко к режиму отсечки, когда I_kП ³ I_kб0

(см. рисунок 3.7 б).

(3.36)

Рисунок 3.7 – Выходные вольтамперные характеристики транзистора со статическими (штриховые) и динамическими нагрузочными прямыми (сплошные)

3.4.10 Для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью (Q<10),

(см. рисунок 3.7 в) ток покоя коллектора выбирается из выражения

.

(3.37)

3.4.11 Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ШУ и ИУ сигналов различной полярности и ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (см. рисунок 3.7 а, б) находим из выражения

,

(3.38)

где U - напряжение начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора, U =(0,5…1) В.

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью обычно равно (см. рисунок 3.7 в)

.

(3.39)

Рекомендуется учитывать, что для величины необходимо обеспечить запас на уход рабочей точки от температурной нестабильности каскада (обычно не более 10...15%).

3.4.12 Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе, не должна превышать предельно допустимого значения, взятого из справочных данных на транзистор с коэффициентом (1,5…2)

.

(3.40)

3.4.13 Требуемое значение напряжения источника питания для рассмотренных выше случаев равно

,

(3.41)

где U - падение напряжения на R

U =IкП R .

(3.42)

3.4.14 Напряжение источника питания не должно превышать предельно допустимого U_kэдоп для данного транзистора и должно соответствовать рекомендованному ряду

=(5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 36) B.

(3.43)

Если в результате расчета Е_П не будет соответствовать значению из рекомендованного ряда, то путем вариации в формуле (3.33) следует выбрать значение Е_П под ближайшее значение из рекомендованного ряда.

3.4.15 Значение Е_П можно существенно снизить, если параллельно R включить дроссель с такой индуктивностью, чтобы реактивное сопротивление дросселя X на нижней граничной полосе полосы пропускания каскада не шунтировало R , т.е. было выбрано из условия

X >(10...20) R .

(3.44)

Для ИУ нижняя частота полосы пропускания определяется формулой

,

(3.45)

где , - заданные в ТЗ длительность и спад вершины импульса соответственно.

В случае применения дросселя, когда U =0, повышается КПД каскада. Но следует отметить, что применение дросселя не всегда технологически оправдано, особенно при исполнении УУ в виде гибридной или твердотельной интегральной микросхемы.