3 Енергетичний розрахунок передкінцевого каскаду підсилювача потужності



Згідно проведеному розрахунку кінцевого каскаду вибираємо однотактну схему підсилювача потужності. Транзистор КТ610Б задовольняє розрахованим даним. Він має такі параметри:

quation.3 HYPER14HYPER15- постійна напруга колектор-емітер;

- імпульсний струм колектора;

- постійний струм колектора;

- постійна часу кола зворотного зв’язку;

- ємність колекторного переходу;

- індуктивність виводу емітера;

- індуктивність виводу бази;

- верхня гранична частота транзистора;

- опір насичення;

- потужність розсіювання;

- постійна напруга база-емітер.



Вихідні дані для розрахунку:

- вихідна потужність підсилювача;

- верхня робоча частота передавача.



3.1 Розрахунок колекторного кола підсилювача потужності



3.1.1. Обираємо кут відсічки. Підсилювач являє собою однотактну схему.

3.1.2. Виходячи з гранично допустимих параметрів транзистора і виду модуляції, визначаємо напругу живлення:

. (3.1)

Тоді приймемо рівною 12 В.

3.1.3. Визначимо опір насичення. Оскільки на високих частотах опір насичення дещо більший, ніж в статичному режимі, а саме , маємо:

. (3.2)



Крутизна в критичному режимі дорівнює:

. (3.3)

3.1.4. Амплітуда високочастотної напруги першої гармоніки в колекторному колі підсилювача:

, (3.4)

де - задана коливальна потужність в колекторному колі,

- коефіцієнт розкладу імпульсу колекторного струму за першою гармонікою для заданого кута . Тоді:

.

3.1.5. Визначаємо максимальну миттєву напругу на колекторі транзистора:

. (3.5)

При цьому слід пам’ятати, що транзистори не витримують навіть коротких перевантажень за напругою між будь-якими електродами.

3.1.6. Амплітуда першої гармоніки струму, що діє в колекторному колі:

. (3.6)

3.1.7. Максимальний імпульс колекторного струму дорівнює:

. (3.7)

3.1.8. Постійна складова колекторного струму розраховується за формулою:

. (3.8)

3.1.9. Потужність, що підводиться до колекторного кола від джерела живлення дорівнює:

. (3.9)

3.1.10. Тоді коефіцієнт корисної дії колекторного кола:

3 HYPER14HYPER15. (3.10)

3.1.11. Теплова потужність, що виділяється на колекторі транзистора:

. (3.11)

3.1.12. Опір колекторного навантаження дорівнює:

. (3.12)



3.2 Розрахунок базового кола підсилювача потужності



3.2.1. Визначимо опір „тіла” бази транзистора на високих частотах:

, (3.13)



де - паспортне значення постійної часу кола зворотного зв’язку транзистора.

Коефіцієнт у формулі приймемо рівним чотирьом як для високочастотного транзистора, тому:

.

3.2.2. Знайдемо приведений внутрішній опір транзистора, що працює з відсічкою колекторного струму:

, (3.14)

де - гранична кутова частота коефіцієнта передачі струму на високій частоті.

Тоді:

.

3.2.3. Визначаємо коефіцієнт навантаження:

HYPER15. (3.15)

3.2.4. Активна складова вхідного опору транзистора дорівнюватиме:

. (3.16)

Наявність індуктивності в колі виводу емітера призводить до збільшення резистивної складової вхідного опору транзистора, до росту нерівномірності частотної характеристики підсилювача, зменшенню вихідної потужності каскаду, появі від’ємного зворотного зв’язку, котрий на деяких частотах може перетворитися на додатний зворотний зв’язок. Тому при конструюванні транзисторних підсилювачів потрібно будь-якими методами зменшувати індуктивність монтажу емітерного кола.

3.2.5. Повна вхідна індуктивність базового кола:

, (3.16)

де - індуктивність виводу бази транзистора;

-додаткова індуктивність базового кола, що включається послідовно;

- ідуктивність монтажу .

Звідси:

.

3.2.6. Знайдемо активну складову вихідного опору транзистора:

. (3.17)

Тоді потужність збудження базового кола:

.(3.18)

3.2.7. Амплітуда першої гармоніки вхідного струму збудження бази:

, (3.19)

де .



Тоді маємо:

.

3.2.8. Амплітуда напруги збудження, що діє на виводах база-емітер транзистора:

. (3.20)

3.2.9. Знайдемо додатковий опір, ввімкнений паралельно вхідному колу:

Equation.3 HYPER14HYPER15, (3.21)

де множник забезпечує рівномірність навантаження передвихідного каскаду в широкому діапазоні частот. Одночасно підвищується стійкість підсилювального каскаду.



3.2.10. Вхідний опір з урахуванням додаткового резистора:

. (3.22)

3.2.11. Амплітуда вхідної напруги збудження, що подається в базове коло з елементами корекції ():

. (3.23)

3.2.12. Коефіцієнт підсилення каскаду:

quation.3 HYPER14HYPER15. (3.24)



3.2.13. Необхідна потужність від попереднього каскаду збудження с урахуванням втрат в його коливальній системі і елементах узгодження.

, (3.25)

де для ВЧ діапазону. Тому:

.

3.2.14. Так як кут відсічки дорівнює 1800, то 2 і 3 гармоніки відсутні.



4 Енергетичний розрахунок малопотужного каскаду підсилювача потужності



Згідно проведеному розрахунку передкінцевого каскаду вибираємо однотактну схему підсилювача потужності. Транзистор КТ325А задовольняє розрахованим даним. Він має такі параметри:

- постійна напруга колектор-емітер;

- імпульсний струм колектора;

.3 HYPER14HYPER15- постійний струм колектора;

- постійна часу кола зворотного зв’язку;

- ємність колекторного переходу;

- індуктивність виводу емітера;

- індуктивність виводу бази;

- верхня гранична частота транзистора;

- опір насичення;

- потужність розсіювання;

- постійна напруга база-емітер.



Вихідні дані для розрахунку:

ation.3 HYPER14HYPER15- вихідна потужність підсилювача;

- верхня робоча частота передавача.



4.1 Розрахунок колекторного кола підсилювача потужності



4.1.1. Обираємо кут відсічки. Підсилювач являє собою однотактну схему.

4.1.2. Виходячи з гранично допустимих параметрів транзистора і виду модуляції, визначаємо напругу живлення:

. (4.1)

Тоді приймемо рівною 7.5 В.

4.1.3. Визначимо опір насичення. Оскільки на високих частотах опір насичення дещо більший, ніж в статичному режимі, а саме , маємо:

. (4.2)



Крутизна в критичному режимі дорівнює:

. (4.3)

4.1.4. Амплітуда високочастотної напруги першої гармоніки в колекторному колі підсилювача:

, (4.4)

де - задана коливальна потужність в колекторному колі,

- коефіцієнт розкладу імпульсу колекторного струму за першою гармонікою для заданого кута . Тоді:

.

4.1.5. Визначаємо максимальну миттєву напругу на колекторі транзистора:

. (4.5)

При цьому слід пам’ятати, що транзистори не витримують навіть коротких перевантажень за напругою між будь-якими електродами.

4.1.6. Амплітуда першої гармоніки струму, що діє в колекторному колі:

. (4.6)

4.1.7. Максимальний імпульс колекторного струму дорівнює:

. (4.7)

4.1.8. Постійна складова колекторного струму розраховується за формулою:

. (4.8)

4.1.9. Потужність, що підводиться до колекторного кола від джерела живлення дорівнює:

. (4.9)

4.1.10. Тоді коефіцієнт корисної дії колекторного кола:

. (4.10)

4.1.11. Теплова потужність, що виділяється на колекторі транзистора:

. (4.11)

4.1.12. Опір колекторного навантаження дорівнює:

. (4.12)



4.2 Розрахунок базового кола підсилювача потужності



4.2.1. Визначимо опір „тіла” бази транзистора на високих частотах:

, (4.13)



де - паспортне значення постійної часу кола зворотного зв’язку транзистора.

Коефіцієнт у формулі приймемо рівним чотирьом як для високочастотного транзистора, тому:

.

4.2.2. Знайдемо приведений внутрішній опір транзистора, що працює з відсічкою колекторного струму:

, (4.14)

де - гранична кутова частота коефіцієнта передачі струму на високій частоті.

Тоді:

.

4.2.3. Визначаємо коефіцієнт навантаження:

. (4.15)

4.2.4. Активна складова вхідного опору транзистора дорівнюватиме:

. (4.16)

Наявність індуктивності в колі виводу емітера призводить до збільшення резистивної складової вхідного опору транзистора, до росту нерівномірності частотної характеристики підсилювача, зменшенню вихідної потужності каскаду, появі від’ємного зворотного зв’язку, котрий на деяких частотах може перетворитися на додатний зворотний зв’язок. Тому при конструюванні транзисторних підсилювачів потрібно будь-якими методами зменшувати індуктивність монтажу емітерного кола.

4.2.5. Повна вхідна індуктивність базового кола:

, (4.16)

де - індуктивність виводу бази транзистора;

-додаткова індуктивність базового кола, що включається послідовно;

- ідуктивність монтажу.

Звідси:

.

4.2.6. Знайдемо активну складову вихідного опору транзистора:

. (4.17)

Тоді потужність збудження базового кола:

(4.18)





4.2.7. Амплітуда першої гармоніки вхідного струму збудження бази:

, (4.19)

де .



Тоді маємо:

.

4.2.8. Амплітуда напруги збудження, що діє на виводах база-емітер транзистора:

. (4.20)

4.2.9. Знайдемо додатковий опір, ввімкнений паралельно вхідному колу:

, (4.21)

де множник забезпечує рівномірність навантаження передвихідного каскаду в широкому діапазоні частот. Одночасно підвищується стійкість підсилювального каскаду.



4.2.10. Вхідний опір з урахуванням додаткового резистора:

. (4.22)

4.2.11. Амплітуда вхідної напруги збудження, що подається в базове коло з елементами корекції ():

. (4.23)

4.2.12. Коефіцієнт підсилення каскаду:

. (4.24)



4.2.13. Необхідна потужність від попереднього каскаду збудження с урахуванням втрат в його коливальній системі і елементах узгодження.

, (4.25)

де для ВЧ діапазону. Тому:

.

4.2.14. Потрібний коефіцієнт фільтрації вищих гармонік на виході підсилювача потужності:

, (2.31)

де , тобто:



- коефіцієнт розкладу імпульсу колекторного струму на n-тій гармоніці (2-ій). При відсічці 900 3 гармоніка відсутня;

- допустимий за нормами електромагнітної сумісності



рівень потужності гармонік;

b - коефіцієнт запасу, рівний .

- коефіцієнт біжучої хвилі (КБВ) в фідері на основній частоті та на частоті другої гармоніки.

Розрахуємо коефіцієнт фільтрації на 2-ій гармоніці:

.



Виходячи з розрахованого значення потрібно обрати схему коливальної системи підсилювача потужності.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.110801.014. П3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.