В предыдущей части, мы определили следующие параметры нашего усилителя:
величину максимального значения тока стока iC=1,58А;
напряжения насыщения или остаточное напряжение транзистора Uнас=3В;
амплитуду выходного напряжение на нагрузке Uвых=13,8В;
амплитуду тока основной гармоники сигнала Ic=0,79А;
номинальное сопротивление нагрузки Rн=17 Ом
Первым делом, отключив от усилителя источник сигнала, с помощью делите напряжения R4, R5 устанавливаем значение тока покоя, равное половине величины максимального стока iC
Ток покоя, равный 785мА, установился при значениях R4=1900 Ом, R5=8100 Ом.
Зададим источнику сигнала V2 следующие параметры:
Внутреннее сопротивление – 100 Ом;
Амплитуда сигнала – 1В;
Частота – 27.135МГц.
Давайте запустим симуляцию и посмотрим, какое напряжение у нас получилось на нагрузке.
Амплитуда выходного напряжения составляет все 500мВ. Это означает что источник сигнала, с выходным сопротивлением 100 Ом и амплитудой напряжения на холостом ходу 1В не может раскачать наш усилительный каскад.
Тогда давайте определил выходное сопротивление и напряжение источника сигнала, которые необходимы для штатной работы усилителя.
Вы должны знать, что источник сигнала, передает максимальную мощность в нагрузку, при условии согласования выходного сопротивления источника с сопротивлением нагрузки.
Выходное сопротивление источника сигнала мы можем установить любое, какое нам нужно. Но, как узнать сопротивление нагрузки? Нагрузкой, в данном случае, является входные цепи усилительного каскада. Есть два варианта:
1. Изменяя внутреннее сопротивление источника V2, добиться уменьшения амплитуды его выходного сигнала в два раза.
2. Измерить входное сопротивление транзистора с помощью программы LTspice XVII.
Давайте попробуем оба способа.
Методом подбора внутреннего сопротивления, мне удалось добиться согласования(уменьшения амплитуды напряжения источника сигнала в два раза) при сопротивлении 5 Ом.
Теперь измеряем входное сопротивление транзистора. Результат видим на картинке.
Как видите, входное сопротивление транзистора равно 4,7 Ом. Те, кто не знает, как при помощи программы LTspice XVII измерять входные в выходные сопротивления цепей, могут краткую инструкцию прочитать тут.
Входное и выходное сопротивления согласованы. Давайте теперь посмотрим, что имеем на выходе каскада.
Выходное сопротивление на нагрузке уже 6В, вместо 0,5В, как было в прошлый раз. Неплохо, но на нам необходимо чтобы величина выходного напряжения достигла расчетного значения в 13,8В.
Для этого нам придется увеличивать уровень входного сигнала.
Увеличив напряжение выходного сигнала источника до 2,5В на выходе усилителя увидим следующую картину
Амплитуда положительной полуволны напряжения достигает значения в 13,72В, что соответствует расчетной величине выходного напряжения ( 13,8В). А вот отрицательная полуволна достигает величины в -12В. Это говорит об искажении сигнала. Кто знает, почему это происходит, напишите в комментариях.
Приняв величину выходного напряжения 13В, посчитаем мощность выделяемую на нагрузке
Р=U^2вых/(2хRн) = 13*13/(2*17)=4,97Вт
Мы видим, что мощность равна почти 5Вт, что и требовалось.
Давайте проверим значения тока в нагрузке и стоке транзистора.
Амплитуда тока в нагрузке составляет 0.805А, что почти равно расчетному значению Ic=0,79А.
Величина максимального тока стока транзистора равна 1,64А. Расчетное значение - iC=1,58А;
Пока все сходится.
В итоге мы имеем , что для обеспечения заданного режима работы усилительного каскада, нам необходим источник сигнала, способный на нагрузке 5 Ом развивать напряжение в 1,25В. Следовательно, мощность, необходимая для раскачки усилителя равна 1,25*1,25/(2*5)=0,156Вт.
В следующей статье, мы попробуем подключить к нашему усилителю эквивалент антенны с кабелем, сопротивление 50 Ом.