1.8. Выбор транзисторов

Основной задачей при проектировании усилителей является правильный выбор транзисторов. Транзисторы должны обеспечить необходимое усиление сигнала при минимальном числе каскадов. Кроме этого, транзисторы должны обеспечить требуемую мощность в нагрузке в заданных температурных условиях, а также иметь не­обходимый запас электрической прочности по допустимым токам и напряжениям. Особое внимание при выборе транзистора уделяют его частотным свойствам, так как они предопределяют полосу ра­бочих частот.

Чтобы достичь необходимого усиления сигнала транзисторы вы­бирают с наибольшим коэффициентом передачи тока h_21э. В спра­вочниках обычно приводится типовое значение коэффициента или возможные пределы его изменения от h_{21э min} до h_{21э max}. В послед­нем случае для расчетов принимают среднее геометрическое значе­ние

. (94)

Необходимым условием надежной работы транзистора является правильный выбор его электрических режимов работы с тем, чтобы температура корпуса не превышала допустимого значения. При этом расчетная мощность, рассеиваемая коллектором транзистора в самом тяжелом энергетическом режиме (Р_К.р), не должна превы­шать ее допустимого значения для данного транзистора (Р_К.макс)

. (95)

П

Рис. 22.

ри этом Р_К.макс не остаётся постоянной величиной, а зависит от температуры окружающей среды и условий охлаждения транзисто­ра. Типовая зависимость постоянной рассеиваемой мощности от температу­ры окружающей среды приведена на (Рис. 22). Так на интервале темпера­тур (Т₁ - Т₂) мощность, рассеиваемая коллектором остается постоянной, а затем линейно снижается. Эксплуати­ровать транзисторы при температуре выше Т₃ нельзя. Если транзистор ра­ботает без теплоотвода в условиях ес­тественного охлаждения при темпера­туре окружающей среды >Т₂, то мак­симальная мощность, рассеиваемая коллектором транзистора, вы­числяется по формуле

(без теплоотвода) , (96)

где: Т - температура окружающей среды, К;

Т_п - максимальная температура коллекторного перехода, К;

R_Т.п-с - тепловое сопротивление переход-среда, К/Вт.

Если же по условиям задачи невозможно использовать транзи­стор в условиях естественного охлаждения, то допускается приме­нить этот же транзистор с теплоотводящим радиатором. В этом случае с транзистора можно снимать значительно большую мощ­ность, однако максимальную температуру перехода рекомендуется не доводить до допустимой на (5...10)%, тогда

(с теплоотводом) , (97)

где Т_к - максимальная температура перехода, К;

R_Т.п-к - тепловое сопротивление переход-корпус, К/Вт.

С достаточной для практики точностью мощность, рассеиваемую транзистором с теплоотводом можно определить по формуле

. (98)

В качестве теплоотвода обычно применяют специально сконст­руированные радиаторы или конструктивные элементы узлов и блоков. В простейшем случае используют металлическую пластину, расположенную вертикально и охлаждающуюся с обеих сторон ес­тественным образом. Суммарная поверхность такого теплоотвода рассчитывается по формуле

. (99)

Транзисторы могут выйти из строя также вследствие электриче­ского пробоя, поэтому они должны обладать достаточным запасом электрической прочности. Рекомендуется эксплуатировать транзи­сторы в таких режимах, чтобы выполнялись условия

(100)

Частотные свойства транзистора определяют полосу пропуска­ния усилителя. При повышении частоты коэффициент передачи то­ка транзистора снижается. Причиной тому является инерционность электрических процессов, происходящих в транзисторе при его ра­боте. Так на частоте f_h21Э, называемой предельной частотой переда­чи тока, коэффициент h_21э уменьшается в раз, а на частоте f_гр. становится равным единице. Эти частоты связаны между собой со­отношением

. (101)

В справочниках часто приводят значение h_21э для некоторой фиксированной частоты f . Очевидно, что в этом случае значение f_гр можно определить по формуле (101). Например: для транзи­стора КТ315А на частоте f = 100Мгц модуль коэффициента передачи тока в схеме ОЭ (h_21э) равен 2,5, тогда f_гр = 2,5 • 100 = 250МГц.

Для снижения уровня частотных и фазовых искажений сигнала транзисторы следует выбирать с запасом по предельной частоте передачи тока f_h21э. Кроме того, многокаскадный усилитель должен состоять из широкополосных и узкополосных каскадов, причем уз­кополосными обычно выполняют оконечные каскады усилителя. Поэтому для транзисторов оконечных каскадов достаточно выпол­нить условие

, (102)

где f_в - верхняя граница усиливаемой полосы частот.

Если для выбранного транзистора в справочнике приведено значение только граничной частоты передачи тока f_гр, то для опреде­ления f_h21э, можно пользоваться соотношением

. (103)

Каскады предварительного усиления, как правило, изготавли­вают широкополосными, поэтому транзисторы для них следует подбирать с более высокой предельной частотой передачи тока. Та­кая структура обеспечивает устойчивую работу усилителя, исклю­чая возможность его самовозбуждения на верхней рабочей частоте.