УМ для Amator SA на ЭМФ

[ru0aog]

Подсказали, где искать ВАХи.
ТРАНЗИСТОРЫ для аппаратуры широкого применения СПРАВОЧНИК Перельман - М. Радио и связь, 1981

Справочник по полупроводниковым приборам В.Ю.Лавриненко (издание 10, 1984)

[ru0aog]

Так, оформляем то, что я намерил в последний раз

По снятым осциллограммам определяем напряжения и токи.

Момент, когда пришёл импульс тока

Момент, когда случилась пучность напряжения

Итак, на графике входных характеристик

на графике выходных характеристик

В итоге, на нагрузке получилось примерно
(13,3В/2)*0,707 = 4,7 В действующего.
на 50 Омах это 4,7^2/50 = 0,44 Вт.

[ru0aog]

Немного размышлений о расчётах.
Изначально, как правило, у нас есть напряжение питания Uпит.
Сопротивление нагрузки и примерная желаемая мощность.

Как мне думается, для каскадов с мощностью менее 0,5 Вт термостабилизацию можно выполнять в виде эмиттерного резистора и делительного моста,
для каскадов 0,5...5 Вт стабилизировать можно при помощи диода с термической связью с радиатором,
более 5 Вт - лучше применить отдельный узел стабилизации на транзисторах.

Допустим, я хочу получить 0,5 Вт с одного КТ606 в режиме А при Uпит = 12В на нагрузке 50 Ом.

Сначала разберёмся с наклоном нагрузочной прямой.
1. если не будет трансформации сопротивлений.
0,5 Вт на 50 Ом это
Uн = корень(P*R) = корень(0.5*50) = 5 В действующего напряжения, или Uнm = 5/0,707 = 7,1 В амплитудного.
Iн = корень(P/R) = корень(0.5/50) = 0.1 А действующего тока, или Iнm = 0,1/0,707 = 0,14 А амплитудного.
Наклон нагрузочной прямой должен быть R = U/I = 7,1 В / 0,14 А = 50 Ом, другими словами - при изменении коллекторного напряжения на 7,1 В, коллекторный ток должен измениться на 0,14 А.

В режиме А мы должны на графике выходных характеристик по оси напряжений уместить: остаточное напряжение коллектора Uкэ.мин и полный размах напряжения (два амплитудных).

12 В питания, минус 7,1 В амплитуды, минус 3 В напряжения отсечки - остаётся 12-7,1-3 = 1,9 В падения напряжения на эмиттерном резисторе R1.
Этого даже многовато. Чтобы стабилизация работала, напряжения там должно упасть не менее напряжения смещения (0,6...0,7 В).

Сопротивление резистора R1 = 1,9 В / 0,14 А = 13,5 Ом. Фактически, у нас эмиттерный ток больше коллекторного, так что примем округление сопротивления в меньшую сторону. До 12 Ом. Или даже до 10 Ом (у меня нет 12).

[ru0aog]

При максимуме напряжения на коллекторе 12В+7,1В = 19,1 В транзистор не должен уходить в насыщение, т.е. ток коллектора не должен прерываться. Допустим, оставляем 10 мА.
Тогда на R1 упадёт U1 = R1*Iк = 10 Ом * 10 мА = 0,1 В.
и напряжение коллектор-эмиттер составит Uкэ = 19,1 В - 0,1 В = 19 В.
Это будет первая точка нагрузочной прямой.

Вторая точка при минимуме напряжения и максимуме тока.
Коллекторный ток 140+140+10 = 290 мА.
При этом на R1 упадёт U1 = R1*Iк = 10 Ом * 290 мА = 2,9 В.
напряжение коллектор-эмиттер составит Uкэ = 12В - 7,1В - 2,9В = 2 В.
Это меньше напряжения отсечки. Годится.

Итак: точки 19В х 10 мА и 2В х 290 мА.
19-2 = 17В, 290-10 = 280 мА.
17/,28 = 60 Ом. Где-то в первоначальных расчётах ошибся, но пусть будет так.

Выбираем точку покоя.
Ток покоя 10+140 = 150 мА.
на R1 упадёт U1 = R1*Iк = 10 Ом * 150 мА = 1,5 В.
Напряжение Uкэп = 12В - 1,5В = 10,5 В.

[ru0aog]

Теперь смещение.
Чтобы транзистор мог "качнуться" из состояния покоя по оси тока вверх и вниз на амплитуду тока, его надо сместить в точку П.
По результатам недавних замеров, при токе эмиттера 120 мА ток базы оказался 3,3 мА.
Коэффициент передачи транзистора по току B=(120-3,3)/3,3 = 35.
Значит, в точке покоя при Iкп = 150 мА, ток базы Iбп = 150/35 ~ 4 мА.
Напряжение смещения при таком токе Uбэп = 0,73 В.

Ток делителя Iдел = (5...10)*Iбп = 20 мА.
Iэп = Iбп+Iкп = 4 мА+120мА = 124 мА.
При этом,
R2 = Iэп*R1 + Uбэп /Iдел = 124мА*10 Ом + 0,73В / 20 мА = 98,5 Ом = 100 Ом.
R3 = Uпит-Iдел*R2 / Iдел+Iбп = 12В - 20 мА*100 Ом / 20 мА+4мА = 12 - 2 / 0,024 = 417 Ом = 430 Ом.

[ru0aog]

Теперь собираем то, что я насчитал
выход нагружен на 50 Ом
с током покоя немного не угадал - 129 мА
измерения делались не за один раз, поэтому возможны некоторые отклонения

ток эмиттера 118 мА - это видимо ошибка. Наверное пальцем задел базу и навелось какое-то напряжение.
Перемерил - 117 мА, хм, странно.

Осциллограммы.
База (в покое - на сигнале)

Эмиттер

Коллектор

.
Uбэп = 2,059-1,316 = 0,743 В.
Iбп = 3,020 мА.
Uкэп = 12,00 В.
Iкп = 129 мА.
Iдел = 23 мА.
Uкm+ = 6,0 В.
Uкm- = 5,6 В.

[ru0aog]

ток эмиттера (напряжение на эмиттерном резисторе)
Iэm+ = 264 мА.
Iэm- = 12 мА.
с искажением вершины.
На малых токах вроде всё хорошо, но на максимуме тока начинаются искажения.

Похоже, транзистор просто не может обеспечить такой ток...
Или нужно снижать сопротивление R1 (которое 10 Ом).

P.S.
Если зашунтировать эмиттерный резистор конденсатором 100 нФ, то общая картина на коллекторе не изменится.
Единственно, уменьшится напряжение раскачки примерно на величину падения напряжения на эмиттерном резисторе.

[ru0aog]

Так, пора сформулировать требования к первому каскаду усилителя.
Выходной сигнал после ДПФ равен -20 dBm (22,3 мВ действ = 63 мВ р-р). ДПФ должен быть нагружен на 50 Ом, иначе исказится АЧХ.
Поэтому входное сопротивление усилителя = 50 Ом.

Мне удобно было бы контролировать выходной сигнал, если бы выходное сопротивление также было равно 50 Ом.
Работать эта штука будет в портативном исполнении, поэтому важна разумная экономия питания. При этом выходной каскад будет давать значительные помехи по питанию, следует предусмотреть хороший фильтр.
Усиление пускай будет +20 dB.

Итак:
Uпит = +9 В.
Rвх/вых = 50 Ом.
Кус = 26 дБ (х20 по напряжению).
Uвх = 63 мВ р-р (22,3 мВ действ), Uвых = 1260 мВ р-р (446 мВ действ).
Рвых = U^2/R = 0,446В^2/50 Ом = 4 мВт.
Вроде бы разумно.

Пускай у нас будет каскад с ОЭ и резистивной нагрузкой.

[ru0aog]

Для расчёта использую материалы книги Ю.С. Забродин "Промышленная электроника", Москва, 1982

Чтобы получить 4 мВт на 50 Омах, нам нужно действующее напряжение Uн = корень (P*R) = корень (4мВт*50 Ом) = 446 мВ.
Амплитуда напряжения на нагрузке (коллекторного напряжения) Uнm = Uкm = Uн / 0.707 = 446 мВ / 0.707 = 630 мВ.

Сопротивление коллекторного резистора Rк должно быть в 3...5 раз больше сопротивления нагрузки Rн.
Rк = (3...5)*Rн = 3*50 Ом...5*50 Ом = 150 ... 250 Ом.
Принимаем Rк = 220 Ом.

По переменному току в коллекторной цепи получается параллельное включение сопротивлений Rк и Rн
Rк // Rн = Rк*Rн / Rк+Rн = 220*50 / 220+50 = 41 Ом.

Амплитуда коллекторного тока при этом равна
Iкm = Uкm / Rк//Rн = 630 мВ / 41 Ом = 15,4 мА.
Размах коллекторного тока 2Iкm = 2*Iкm = 2*15,4 = 30,8 мА.

Чтобы не допустить заход в область насыщения, установим остаточное напряжение на коллекторе Uк.мин = 1 В.

Определяем две точки на линии нагрузки каскада по постоянному току:
- точка А: U=Uпит, I=0.
- точка Б: U=Uк.мин, I=несколько выше 2Iкm=30,8 мА.
Рисуем

Ток точки Б должен соответствовать выражению I=Uпит/(Rк+Rэ).
У нас получилось 40 мА.
Можно определить Rэ = Uпит/I - Rк = 9В/40мА - 220 Ом = 5 Ом.
Эх, совсем на термостабилизацию ничего не осталось... маловато напряжения питания.
И нагрузочная прямая по переменному току почти не будет отличаться от нагрузочной прямой по постоянному току.
Ладно, досчитаем.

Точка покоя

Iкп = 17 мА, Uкэп = 5 В.

Ток базы покоя Iбп = Iкп/B = 17/100 = 0,17 мА.
B = 100, коэффициент передачи тока транзистора.
Uбп = 0,60 В.

Ток делителя Iд = (2...5)*Iбп = 0,34...0,85 мА.
Примем Iд = 1 мА.

R2 = Uбп / Iд = 0,6/1мА = 600 Ом.
R1 = Uпит-Uбп / Iд+Iбп = 9-0,6/1-0,17 = 10,1 кОм

[ru0aog]

Странно, кт3102 я не нашёл.
Под рукой был 2sc945, что в принципе то же самое.
Пробуем:

Подобрал базовый резистор R1 приблизительно по общему току.
Эмиттерный резистор на 5 Ом не нашёл. Поставил 10.
Синус ровный. Размах, естественно, меньше ожидаемого.

В следующий раз надо попробовать индуктивную нагрузку.