4.4. О выборе транзистора для оконечного каскада

В эскизном расчёте уже говорилось, что транзистор должен удовлетворять трём условиям:

1. Допустимая мощность рассеяния на коллекторе должна быть больше рассеиваемой мощности при заданной максимальной температуре среды. Формулы для Р_{к доп} приводятся в справочниках для всех типов транзисторов. Рекомендуется в первую очередь построить в семействе выходных статических характеристик выбранного транзистора кривую мощности на заданную при проектировании усилителя максимальную температуру. Это избавит от многих неприятностей при построении линии нагрузки и в выборе максимальной колебательной мощности данного транзистора.

При выборе транзистора необходимо учитывать влияние максимальной температуры окружающей среды большей 25С, так как с её ростом Р_{к доп} транзисторов снижается примерно на 1,45% на 1С (конкретнее см. в справочниках).

Мощные транзисторы рассеивают на коллекторе сравнительно малую мощность. Для её увеличения применяют теплоотводы, называемые ещё радиаторами. На рис.2 для примера приведена зависимость необходимой площади радиатора от мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора П4Д, при t _{c макс} = 25С.

При повышении окружающей температуры допустимая выходная мощность транзистора с радиатором уменьшается несколько быстрее, чем указывалось выше, а именно на (1,5-1,6)% на 1С:

Р _{к доп t}  Р _{к доп} 1 – (0,015-0,16) ( t _{с макс} - 25С).

2. Граничная частота транзистора _ - в схеме с ОЭ или _ - в схемах с ОБ и ОК должна быть выше F_в, чтобы частотные искажения, вносимые транзистором, были малы. Она определяется заданными частотными искажениями М _в. Полагая, что из-за низкой граничной частоты мощных транзисторов и трансформаторов половина частотных искажений на высшей частоте приходится на оконечный каскад, определяют

_ 

Отметим, что при выборе мощных транзисторов для их включения по схемам с ОБ или с ОК частотными искажениями, вносимыми транзистором на высшей частоте, в этих каскадах можно пренебречь (так как _  _ /  ). В настоящее время отечественная промышленность выпускает мощные транзисторы СЧ и ВЧ с высокой граничной частотой, для которых данное условие выполняется автоматически.

Рис.2 Зависимость площади радиатора от мощности, рассеиваемой коллектором транзистора.

3. Транзистор должен вносить небольшие нелинейные искажения. Нелинейные искажения усилителя определяются в основном искажениями, вносимыми оконечным каскадом, так как он работает при наибольшей амплитуде сигнала. Поэтому заданные нелинейные искажения между каскадами не распределяют, считая, что все искажения вносит оконечный каскад усилителя.

Величина коэффициента гармоник К_г зависит от использования транзистора по мощности (см. рис.3).

Если заданный К_г мал, то транзистор следует выбирать на мощность, в 1,5-2 раза больше, чем рассчитанная по формулам (1) – (5) методики эскизного расчёта УНЧ. Нелинейные искажения, вносимые выходным трансформатором, можно считать пренебрежимо малыми, если расчёт трансформаторов произвести по приведённой далее методике.

Нелинейные искажения, вносимые транзисторами оконечного каскада, зависят от нелинейности выходных и входных характеристик.

Рис.3 Коэффициент гармоник в зависимости от использования транзистора по мощности.

Влияние нелинейности можно уменьшить путём соответствующего выбора выходного сопротивления предоконечного каскада R_с, пересчитанного во вторичную обмотку межкаскадного трансформатора. При этом из-за неполного согласования выхода предоконечного и входа оконечного каскада несколько уменьшается усиление. Кроме того, иногда целесообразно применять схемы с ОБ, ОК или снимать мощность, меньшую, чем может дать транзистор.

Величину R_с относительно входного сопротивления оконечного каскада R_вх ориентировочно выбирают по формулам (14), (15), (16) методики эскизного расчёта УНЧ.

Для уменьшения нелинейных искажений и мощности входного сигнала, повышения кпд источника питания и упрощения его конструкции величину коллекторного напряжения необходимо брать возможно большей. При этом следует помнить, что в трансформаторных каскадах напряжение на коллекторах достигает почти двойного значения напряжения источника питания и что с повышением температуры допустимое напряжение между электродами транзистора уменьшается. Поэтому напряжение источника питания для таких каскадов не должно превышать значения, определяемого по формуле (6) методики эскизного расчёта УНЧ.