Підсилювач потужності

Принципова електрична схема підсилювача потужності зображена на рис. 3. Підсилювач містить операційний підсилювач DA1, який включений за інвертуючою схемою, та двотактний вихідний каскад на комплементарних транзисторах VT1, VT2. Транзистори працюють у режимі В без кола базового зміщення. При цьому нелінійні спотворення, які вносяться вихідними транзисторами, компенсуються за рахунок використання загального глибокого негативного зворотного зв'язку через резистори R3, R2. Резистор R5 необхідний для захисту вихідних каскадів операційного підсилювача від перевантаження. Завдяки включенню невеликих опорів R6, R7 в емітерні кола транзисторів забезпечується захист вихідного каскаду від короткого замикання. Опір резистора R4 вибирається рівним еквівалентному опору резисторів R2, R3. Це дозволяє зменшити вплив температурних коливань вхідних струмів операційного підсилювача. За допомогою змінного резистора R1 забезпечується можливість регулювання рівня вихідної напруги. Завдяки симетрії вихідного каскаду, а також завдяки використанню двополярного джерела живлення ± Е, у вихідному колі підсилювача відсутній розділяючий конденсатор.

Рис. 3. Підсилювач потужності

Розглянемо методику розрахунку підсилювача потужності. Вихідні дані для розрахунку: – амплітуда вихідної напруги, – опір навантаження, – несуча частота АМн сигналу, – частота маніпуляції.

1. Визначаємо напругу джерела живлення вихідного каскаду

.

Напруга живлення обирається зі стандартного ряду: 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 15 В, 18 В, 24 В.

2. Визначаємо верхню граничну частоту спектру АМн сигналу (враховуємо перші три гармоніки сигналу)

.

3. Розрахуємо амплітуду вихідного струму та вихідну потужність

,

.

При визначенні вихідної потужності вважаємо, що тривалість імпульсу АМн сигналу дорівнює тривалості паузи, тобто шпаруватість дорівнює двом.

4. Обираємо комплементарну пару транзисторів. Необхідно, щоб параметри обраних транзисторів задовольняли наступним вимогам

,

,

,

,

де –допустима напруга між колектором та емітером транзистора, –допустимий колекторний струм, – допустима потужність розсіювання на колекторі, –гранична частота транзистора.

Параметри транзисторів наведені у довідниковій літературі [4, 5]. Параметри деяких транзисторів наведені також у Додатку А.

Приклади комплементарних транзисторів:

КТ814 – p-n-p транзистор, КТ815 – n-p-n транзистор;

КТ816 – p-n-p транзистор, КТ817 – n-p-n транзистор;

КТ818 – p-n-p транзистор, КТ819 – n-p-n транзистор.

5. Обираємо опір обмежуючих резисторів R6, R7 в діапазоні від 4 до 10 Ом. Бажано, щоб обране значення не перевищувало опір навантаження. Крім цього, значення всіх опорів обираються у відповідності до стандартних рядів, які наведені у табл. 2 [6].

Визначаємо потужність розсіювання для резисторів R6, R7

.

Номінальна потужність резисторів обирається зі стандартного ряду: 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1 Вт; 2 Вт; 5 Вт; 10 Вт.

Таблиця 2

Ряди номінальних опорів резисторів та ємностей конденсаторів

Індекс ряду	Номінальні значення (одиниці, десятки, сотні ом, кілоом, мегаом, пікофарад, нанофарад, мікрофарад)
E3	1,0				2,2				4,7
E6	1,0		1,5		2,2		3,3		4,7		6,8
E12	1,0	1,2	1,5	1,8	2,2	2,7	3,3	3,9	4,7	5,6	6,8	8,2
E24	1,0 1,1	1,2 1,3	1,5 1,6	1,8 2,0	2,2 2,4	2,7 3,0	3,3 3,6	3,9 4,3	4,7 5,1	5,6 6,2	6,8 7,5	8,2 9,1

Примітка. Ряди E представляють собою геометричну прогресію зі знаменником ,який дорівнює: для ряду E3;для ряду E6;для ряду E12;для ряду E24.

6. Обираємо тип операційного підсилювача (ОП). Необхідно, щоб параметри обраного ОП задовольняли наступним вимогам

,

,

де – максимальна вихідна напруга ОП, –частота одиничного підсилення ОП. Бажано обирати ОП, який має якомога більший коефіцієнт підсилення за напругою та якомога більший вхідний опір. Параметри операційних підсилювачів наведені у довідниковій літературі [7, 8]. Параметри та схеми включення деяких ОП наведені також у Додатках А, Б.

7. Обираємо опір обмежуючого резистора R5

,

де –мінімально допустимий опір навантаження для обраного ОП. Згідно з отриманим значенням необхідно обрати найближчий в сторону збільшення стандартний номінал опору (див. табл. 2).

Визначаємо потужність розсіювання

.

8. Визначаємо необхідний коефіцієнт підсилення за напругою

,

де – амплітуда напруги на вході підсилювача потужності. При виконанні розрахунків вважаємо, що .

9. Обираємо опір резистора R2 в діапазоні від 10 до 50 кОм.

Визначаємо опір резистора R3

.

Приймаємо, що номінальна потужність розсіювання для резисторів R2, R3 дорівнює 0,125 Вт.

10. Визначаємо опір резистора R4

.

Приймаємо, що номінальна потужність розсіювання для резистора R4 дорівнює 0,125 Вт.

11. Обираємо номінальний опір резистора R1 в діапазоні від 500 до 1000 Ом. Визначаємо потужність розсіювання для даного резистора

.