Расчет коллекторной цепи транзистора. Произведем расчет коллекторной цепи транзистора в максимальном (пиковом) режиме согласно методике [4,5]

Произведем расчет коллекторной цепи транзистора в максимальном (пиковом) режиме согласно методике [4,5].

1. Определим амплитуду первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме U _{к1 кр.}:

,

где: Е _к =11,76 В - постоянное напряжение на коллекторе транзистора с учетом потерь на элементах фильтра – заданная величина;

r _нас = 1,2 Ом – сопротивление насыщения коллекторной цепи транзистора;

Р _1ном = Р _1max = 6,313 Вт– номинальная выходная мощность в пиковом режиме, полученная из расчета структурной схемы;

a₁(q) = 0,5 – коэффициент разложения косинусоидального импульса с углом отсечки q =90°;

Для линейности модуляционной характеристики желательно чтобы режим работы транзистора в пиковом режиме был недонапряженный (с некоторым запасом):

U _{к1 max.}£ (0,85…0,95) U _{к1 кр.}

Примем U _{к1 max.}= 7,5 В.

С учетом этого определим значения остальных характеристик транзисторного усилителя в максимальном режиме.

2. Максимальное напряжение на коллекторе (с учетом запаса) определим по формуле:

U _{к max max} = Е_к + (1,2…1,3) U _{к1 max} £ U _{к доп,}

где U _к.доп = 65 В – максимально допустимое значение постоянного напряжения на коллекторном переходе.

U _{к max max} = 11,76 + 1,2· 7,5 = 20,76 В.

Как показывает расчет, максимальное значение напряжения на коллекторном переходе значительно меньше допустимого значения, что говорит о возможности использования данного транзистора в качестве активного элемента выходного усилителя.

3. Определим амплитуду первой гармоники коллекторного тока по формуле:

I _{к1 max} = 2 Р _{1 ном} / U _{к1 max,}

I _{к1 max} = 2·6,313 / 7,5 = 1,683 А.

4. Определим постоянную составляющую коллекторного тока при угле отсечки коллекторного тока q < 180° по формуле:

I _{к0 max} = I _{к1 max} ·a₀(q) /a₁(q) £ I _к0доп,

где: a₀(q) =0,319 – коэффициент разложения косинусоидального импульса с углом отсечки q = 90°;

I _к0доп = 3,5 А - максимально допустимый постоянный ток коллектора.

I _{к0 max} = 1,683 · 0,319/0,5 = 1,074 А.

5. Определим максимальный ток коллектора по формуле:

I _{к max max} = I _{к0 max} /a₀(q) £ I _{к доп,}

где: I _{к доп} = 4,7 А - максимально допустимый ток коллектора (в импульсе).

I _{к max max} = 1,074 / 0,319 = 3,367 А.

Как следует из расчетных данных, полученные значение постоянного и импульсного токов коллектора меньше допустимых значений, что говорит о возможности использования данного транзистора в качестве активного элемента выходного усилителя.

6. Определим максимальную мощность, потребляемую от источника коллекторного питания по формуле:

Р _{0 max} = Р _{0 ном} = Е _к I _{к0 max,}

Р _{0 max} = Р _{0 ном} =11,76 · 1,074 = 12,631 Вт.

7. Определим коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

h _max = Р _{1 ном} / Р _{0 ном},

h _max = 6,313 / 12,631 = 0,5.

8. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора:

Р _{к max} = Р _{0 ном} - Р _{1 ном},

Р _{к max} = 12,631 – 6,313 = 6,318 Вт.

9. Определим номинальное эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки:

R _{эк ном} = U ²_{к1 max} /2 Р _{1 max,}

R _{эк ном} = 7.5² / 2·6,313 = 4,455 Ом.

При найденном значении R_{эк ном} = 4,455 Ом уточним характеристики выходного усилителя.

Рассчитаем амплитуду первой гармоники напряжения на коллекторе транзистора по формуле:

.

Как следует из расчета, значение амплитуды коллекторного напряжения в максимальном режиме совпадает с амплитудой, полученной ранее. На основании этого уточнение других рассчитанных характеристик не требуется.

10. Рассчитаем [5] среднее значения мощностей и КПД выходного усилителя в предпосылке, что в процессе усиления однополосных колебаний сохраняется постоянный угол отсечки коллекторного тока q=90° и обеспечивается линейная модуляционная характеристика I _к0(U _вх) и I _к1(U _вх) на всем интервале изменения амплитуды входного сигнала U _вх (от нуля до максимального значения):

где: и - средние значения, соответственно, относительной амплитуды группового входного сигнала и квадрата амплитуды группового сигнала. Значение и зависят от вида усиливаемого группового сигнала. При усилении сигналов аналоговой телефонии и одноканальной работе (один телефонный канал в групповом тракте) статические значения этих параметров равны [5]:

; .

Производим расчет:

;

;

;

.