2.2 Расчет термостабильности оконечного каскада

Рассчитает нестабильность тока покоя транзистора VT2 в рабочем диапазоне температур. Для постоянного тока транзистор включен по схеме рис. 2.3 (расчет ведем для одного плеча двухтактной схемы).

Рис. 2.6 – Схема включения транзистора VT2 по постоянному току

R1 – сопротивление ГСТ постоянному току

R2 – сопротивление постоянному току диодов схемы «раздвижки»

Rэ – сопротивление цепи эмиттера постоянному току

Найдем: R1, R2, Rэ.

Как видно из схемы оконечного каскада, ток делителя цепи смещения VT2 – это ток ГСТ и диодов. При работе оконечного каскада ток сигнала базы VT2 прохлдит через диод VD1 в напрявлении катод-анод. Следовательно, чтобы VD1 оставался открытым при наибольшем сигнальном токе базы VT2, постоянный (прямой ) ток его должен быть больше 0.15 мА. Выберем с запасом: 1 мА.

Тогда сопротивление R1+R2 найдем как:

Сопротивление R2 найдем как отношение напряжения «раздвижки» VT2 к току делителя:

Теперь легко находим R1=27 - 1.19 = 25.81 кОм. Сопротивление Rэ- это соротивление постоянному току участка база-эмиттер VT1 с учетом шунтирующего действия резистора R

где - сопртивление база-эмиттер VT1 постоянному току

Итак, исходные данные для расчета:

-R2=1.19 кОм; R1=25.81 кОм; Rэ=312 Ом

-изменение окружающей среды (ТЗ) -20…+50 ⁰С

-ток покоя коллектора VT2

Рассчитаем минимальную и максимальную температуру перехода.

Где - мощность, рассеиваемая коллектором;

- тепловое сопротивление переход-среда.

Находим:

Тогда, взяв из справочника значение

Изменение тока коллектора рассчитываем в следующем порядке:

1 Найдем изменение при повышении температуры и при понижении температуры с учетом производственного разброса :

2 Найдем изменение обратного тока коллектора

3. Изменение и :

4. Изменение напряжения база-эмиттер и

5.Приращение тока коллектора

Здесь

Относительное изменение тока коллектора:

Таким образом, изменение тока относительно небольшое.

Рассчитаем температурную нестабильность транзистора VT1, который включен по схеме смещения фиксированным напряжением базы (рис. 2.7)

Рис. 2.7 – Схема включения транзистора VT1 по постоянному току

R1 = R = 650 Ом

R2 – сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора VT2 по постоянному току.

Найдем R2:

Найдем

Рассчитаем теплоотвод транзистора VT1 (радиатор). При увеличении температуры перехода уменьшаются размеры (площадь) радиатора, однако при этом возрастают трудности обеспечения нормального режима VT1, т.е. трудности термокомпенсации. А также заданная максимальная температура не должна превышать предельно допустимую для данного типа транзистора. Исходя из вышесказанного, примем t_пmax = 100ºC

Найдем площадь радиатора по формуле:

Тогда площадь радиатора:

Где

– тепловое сопротивление переход – корпус (справочное значение).

Таким образом, площадь радиатора S_p=660см², а тепловое сопротивление корпус-среда:

.

По методике, аналогичной для транзистора VT2, рассчитаем и . При расчетах принимаем среднее значение , которое следует из выходных характеристик транзистора VT1.

1 Найдем изменение при повышении температуры с учетом производственного разброса :

2 Найдем изменение обратного тока коллектора

3 Изменение :

4. Изменение напряжения база-эмиттер

5.Приращение тока коллектора

Здесь

Относительное изменение тока коллектора:

Но это «собственная» нестабильность VT1, а нужно учесть еще нестабильность за счет VT2.

Имеем

Таким образом, необходима термокомпенсация, причем нужно «вернуть» ток покоя VT1 к значению 50 мА. Это можно сделать, уменьшив ток покоя VT1 на величину путем уменьшения его тока базы, а, следовательно, уменьшив ток коллектора VT2.

Изменение тока базы VT1 находим по формуле:

Приняв, что изменение тока базы VT1 равно изменению тока коллектора VT2, которое, в свою очередь, обеспечивается уменьшением напряжения «раздвижки», находим:

В этой формуле все значения взяты для транзистора VT2.

Итак, элемент термокомпенсации (диоды) должен отвечать следующим требованиям:

-ток диода больше 16.9 мА

-напряжение на диоде (раздвижка) 1.19 В

- изменение напряжения диода 2.7 В

Этим требованиям удовлетворяет диод КД221А, ВАХ которого приведена на рис.2.8. Из построения на рис.2.8 видно, что удовлетворительная термокомпенсация будет обеспечена при последовательном соединении двух диодов.

Рис.2.8 – ВАХ диода КД221А

При t=25 ⁰C

При t=85⁰C

Температура диодов взята 85 ⁰С, т.к. они помещаются на радиаторе мощного транзистора VT1 и имеют с ним хороший тепловой контакт.

Изменение . Ток диодов при t=25 ⁰C.

Итак, схема оконечного каскада теперь выглядит как на рис.10.

Рассчитаем ГСТ(генератор стабильного тока).

Данные для расчёта ГСТ:

ток ГСТ 16.9мА

Uкэ.мах 27 В.

Подходят транзисторы КТС394А и КТС395А.

Режим транзисторов: Iэ = 16.9 мА, Iб = 1 мА, Uбэ = 0.63 В.

Напряжение на резисторе R3:

U_R3 = U_{СТ. VD} – U_БЭ

Выбираем стабилитрон КС133А. Параметры приведены в таблице 3. при

Тогда

Рассчитаем величину сопротивления R3:

Рассчитаем величину резистора R5:

U_R5 = E_П – U_VD1,

U_R5 = 27 – 3,3 = 23.7 B.

Ток стабилитрона выберем 3 мА. Тогда

кОм. (по ГОСТ 8,2 кОм)

Таблица 3 – Справочные данные для стабилитрона КС133А

Напряжение стабилизации при IСТ=10 мА	2.97÷3.63 В
Температурный коэффициент напряжения стабилизации
Временная нестабильность напряжения стабилизации	±1%
Постоянное прямое напряжение при Iпр=50 мА не более	1 В
Постоянный обратный ток при Uобр=0.7UСТ не более	1мА
Дифференциальное сопротивление при IСТ=10 мА и T=+25 ^0C не более	65 Ом
Минимальный ток стабилизации	3 мА
Максимальный ток стабилизации при Т≤+50 ^0C	81 мА
Рассеиваемая мощность при Т≤+50 ^0C при Т=+125 ^0C	300 мВт 100 мВт
Температура окружающей среды	-60÷+125 ^0C

Рис. 2.9 – Электрическая схема оконечного каскада