Усилителя мощности

Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). На рис. 47 дана принципиальная схема каскада однотактного усилителя мощности.

Исходные данные: 1) мощность на выходе каскада ; 2) сопротивление нагрузки ; 3) нижняя граничная частота ; 4) коэффициент частотных искажений каскада на нижних частотах ; 5) напряжение источника питания .

Примечание. Принимая , влиянием температуры на режим работы транзистора пренебрегаем

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление в цепи эмиттера ; 4) емкость конденсатора ; 5) сопротивления делителя ; 6) коэффициент усиления каскада по мощности ; 7) коэффициент трансформации трансформатора K; 8) сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора ; 9) индуктивность первичной обмотки трансформатора ; 10) площадь поверхности охлаждающего радиатора, если он необходим,

Порядок расчета. 1. Для выбора типа транзистора необходимо определить мощность , которая будет выделяться на транзисторе: , где - коэффициент использования транзистора ( чем больше напряжение питания , тем больше ); - мощность, отдаваемая транзистором: К.п.д. трансформатора принимают равным 0,7÷0,9.

Ориентировочно определяют падение напряжений на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на сопротивлении :

Тогда наибольшее возможное напряжение на транзисторе

По найденным значениям подбирают транзистор.

Примечание. Для выбранного транзистора выписать из справочника:

а) допустимый ток коллектора ; б) допустимое напряжение на коллекторе ; в) наибольшую рассеиваемую мощность на транзисторе ; г) наименьший коэффициент усиления по току ; д) начальный ток коллектора ; е) тепловое сопротивление ; ж) наибольшую допустимую температуру коллекторного перехода .

2. На выходных статических характеристиках (для ОЭ) находят положение точки покоя (рабочей) т.0 (рис. 48), для этого определяют напряжение на коллекторе при и ток покоя коллектора:

Через т.0 и 4 ( проводят нагрузочную прямую. Для определения рабочего участка нагрузочной прямой задаются величиной остаточного напряжения (часто принимают ) и наименьшим током коллектора ( - начальный ток коллектора, дается в справочнике). По величине определяют (т.2); необходимо, чтобы .

Без существенной ошибки можно принять . Таким образом, рабочий участок находится между т.2 и 3. Наибольшая возможная амплитуда напряжения выходного сигнала .

Наибольшая амплитуда тока определяется т.0 и 3 (или т.0 и 2). После этого проверяют, обеспечит ли выбранный режим заданную мощность .

В соответствии с построенной нагрузочной прямой находят . При правильно выбранном режиме . Если это условие не выполняется, то увеличивают наклон нагрузочной прямой (значение I берут большим).

Необходимо иметь в виду, что нагрузочная прямая не должна выходить из области, ограничиваемой гиперболой допустимых мощностей:

Затем рассчитывают наибольшее и наименьшее значение входного тока:

и фиксируют их величину на входной статической характеристике схемы ОЭ (рис.49).

По т.1 и 2 входной характеристики находят наибольшее и наименьшее напряжения и и наибольшую амплитуду напряжения входного сигнала.

Далее определяют мощность входного сигнала

и входное сопротивление транзистора переменному току

3. Сопротивление цепи эмиттера определяется по падению напряжения на этом сопротивлении. Приняв ,

получаем

4. Емкость конденсатора, шунтирующего , определяется из выражения

(при блокировочный конденсатор не ставят).

5. Сопротивление делителя переменному току должно удовлетворять условию

, тогда

6. Коэффициент усиления каскада по мощности

7. Для расчета коэффициента трансформации трансформатора по наклону нагрузочной прямой (см. рис. 48) определяют величину сопротивления коллекторной нагрузки переменному току

Тогда коэффициент трансформации трансформатора будет равен

8. Сопротивления обмоток выходного трансформатора

9. Индуктивность первичной обмотки

10. При необходимости определяют площадь поверхности охлаждающего радиатора

где - наибольшая допустимая температура коллекторного перехода (дается в справочнике); - наибольшая возможная температура окружающей среды.

Задача. Рассчитать каскад транзисторного усилителя мощности для схемы ОЭ (рис. 47), если известны .

Решение

1.

Падение напряжения на принимаем равным

тогда

Полученным значениям и соответствует транзистор ГТ403А, у которого .

2. Определяем положение точки покоя (т.0):

Принимаем В. Воспользовавшись характеристиками, которые даны в справочнике, нагрузочную прямую проводим через точки и

Наибольшее значение напряжения

Такой амплитуде напряжения выходного сигнала будут соответствовать напряжения:

Для этих напряжений находим

Тогда удвоенная амплитуда тока выходного сигнала

Проверим правильность выбора режима:

Следовательно, необходимо выбрать новую точку покоя и, возможно, изменить наклон нагрузочной прямой. Так как велик, то, перемещая точку покоя по построенной нагрузочной прямой вправо, будем увеличивать , при этом возрастет и . Для нового положения точки покоя (рабочей) принимаем

Тогда

Проверяем новый режим:

что вполне достаточно.

Определяем наибольшее и наименьшее значения входного тока:

По входной статической характеристике для схемы ОЭ находим

Находим удвоенные амплитудные значения входного сигнала:

3. Приняв , найдем

4. Определяем емкость конденсатора:

Так как требуемая емкость чрезмерно велика, то ее не ставят.

5. Найдем значения сопротивлений делителя.

Приняв , получим

Принимаем ближайшие стандартные значения:

6. Коэффициент усиления каскада по мощности

7. Для расчета параметров трансформатора определим величину сопротивления коллекторной нагрузки:

тогда

8.

9.

Принимаем

10. Так как то необходим радиатор охлаждения площадью

При анализе транзисторных усилителей широкое распространение получили h-параметры. Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: . Из практических соображений удобно выбирать в качестве независимых величин , тогда и

В усилительных схемах входным и выходным сигналами являются приращения входных и выходных напряжений и токов . В пределах линейной части характеристик для приращения справедливы равенства

где - соответствующие частные производные, которые легко могут быть найдены по семейству входных и выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ:

представляет собой входное сопротивление транзистора. Безразмерный параметр является коэффициентом обратной связи по напряжению. Как показывает анализ схем на транзисторах, величина = 0,002÷0,0002, поэтому при практических расчетах его можно полагать равным нулю; - безразмерный коэффициент передачи по току, характеризующий усилительные свойства (по току) транзистора при постоянном напряжении на коллекторе; имеет размерность проводимости и характеризует выходную проводимость транзистора при постоянном токе базы.