Расчёт транзисторного усилителя мощности
Перейдём непосредственно к расчёту генератора с внешним возбуждением (в формулах индуктивности выводов необходимо подставлять в наногенри, емкость переходов – в пикофарадах, рабочую частоту f и граничную - в мегагерцах).
Исходными данными для расчёта являются выходная мощность Р1, рабочая частота f и температура среды .
1. Коэффициент использования транзистора по коллекторному напряжению в граничном режиме
где – мощность, развиваемая эквивалентным генератором тока на выходе транзистора; – крутизна линии граничного режима, вычисляемая по формуле (3.1). Если под знаком корня получается отрицательное значение, то принять согласно формуле (3.2).
В схеме с ОЭ за счёт прямого прохождения части энергии со входа на выход
В схеме с ОБ, наоборот, за счёт положительной обратной связи часть энергии с выхода поступает на вход и
2. Амплитуда напряжения эквивалентного генератора (ЭГ)
3. Амплитуда тока первой гармоники ЭГ
Iг1=2Pг/Uг
4. Пиковое напряжение на коллекторе транзистора не должно превышать допустимое
5. Сопротивление нагрузки ЭГ
.
6. Крутизна по переходу
.
где температура перехода можно принять равной предельно допустимой, т.е. равной (120-150) для кремниевых транзисторов.
7. Сопротивление рекомбинации неосновных носителей и крутизна статистической характеристикой S транзистора вычисляются по формулам (2.2), (2.3).
8. Напряжение смещения на базе транзистора примем равным нулю: При этом угол отсечки импульса тока ЭГ близок к 90 . Более точно угол отсечки находится как корень уравнения :
(3.3)
где с - емкость эмиттерного перехода, пФ; - граничная частота, МГц; Е’ – напряжение отсечки тока транзистора (для кремниевых транзисторов равное 0,7В); S – крутизна транзистора, А/В.
Уравнение (3.3) можно решить на ЭВМ, используя, например, итерационный метод Ньютона – Рафсона:
где производная
9. Затем находим коэффициенты разложения для нулевой и первой гармонических составляющих
;
10. Пиковое обратное напряжение на эмиттерном переходе
.
Далее рассчитываем комплексные амплитуды токов и напряжений первых гармонических составляющих.
11. Управляющий ток
,
где =0,4/(2 )- время пролета неосновных носителей.
12. Ток эмиттера
13. Напряжение на сопротивлении с учетом индуктивности
14. Первая гармоника напряжения на переходе
15. Напряжение на -активной емкости коллекторного перехода
16. Ток через емкость
17. Ток через сопротивление
18. Напряжение на
19. Напряжение на - пассивной емкости коллекторного перехода
20. Ток через
21. Сопротивление потерь коллектора , приведенное к параллельному эквиваленту относительно пассивной емкости коллекторного перехода:
22. Ток источника возбуждения транзистора
23. Напряжение на индуктивности вывода базы
24. Напряжение возбуждения транзистора
25. Первая гармоника тока коллектора
26. Амплитуда напряжения на нагрузке для схемы с ОЭ
для схемы с ОБ
.
27. Входное сопротивление для первой гармоники в схеме с ОЭ
для схемы с ОБ
При проектировании цепей согласования иногда требуется параллельный эквивалент входа транзистора (например, для цепи согласования в виде П - цепочки). Для этого удобней воспользоваться выражением для входной проводимости
28. Мощность возбуждения для схемы с ОЭ
для схемы с ОБ
29. Мощность в нагрузке
для схемы с ОЭ
для схемы с ОБ
30. Постоянная составляющая тока коллектора
31. Потребляемая мощность
32. Коэффициент полезного действия
33. Коэффициент усиления по мощности
34. Допустимая мощность рассеяния транзистора
,
где , - допустимая температура перехода и температура корпуса транзистора соответственно; - тепловое сопротивление перехода – корпус транзистора
35. Мощность, рассеиваемая в транзисторе, не должна превышать допустимую
36. Сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора
Если в результате расчета для схемы с ОЭ коэффициент усиления мощности отличается от типового в пределах то параметры эквивалентной схемы были оценены правильно.