2.3 Однотактный трансформаторный каскад 03.

Известны входные данные каскада:

заданная выходная мощность усилителя в нагрузке.

сопротивление нагрузки.

∆f – диапазон усилительных частот.

коэффициент частотных искажений.

допустимый коэффициент гармоник.

Для расчёта каскада используем графоаналический метод. Схема каскада приведена на рис. 3.

Мощность, которую отдавать транзистор:

где: .

Мощность, на коллекторном переходе:

где:

выбираем транзистор, исходя из условия:

Для выбранного типа транзистора по величине находят исходное напряжение между коллектором и эмиттером:

Если требуемая мощность значительно меньше величины, которую можно получить от выбранного транзистора, то для увеличения КПД каскада целесообразно уменьшать величину напряжения , исходя из его выражения:

где:

Амплитуда напряжения в коллекторной цепи:

где: выбирается ток, чтобы из рабочей области исключить нелинейный участок выходных характеристик.

Амплитуда коллекторного тока:

Максимальное значение коллекторного тока:

Используя (6) и принимая:

Получаем:

Значение постоянной составляющей коллекторного тока:

Выходная динамическая характеристика строится по точкам с координатами ( и ( , (см. рис. 4).

Вносимое в коллекторную цепь сопротивление нагрузки для переменного тока:

Мощность отдаваемая транзистором, определяется графически площадью треугольника ONP, так как , то величина колебательной мощности уточняется после расчета амплитуды первой гармоники по методу пяти ординат.

Требуемое напряжение источника питания при использовании эмиттерной стабилизации:

где: падение напряжения на резисторе.

)

где: падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора.

Потребляемая каскадом мощность (без учета потерь в цепях смещения и стабилизации):

Коэффициент полезного действия:

η =

Значения токов базы находятся на выходной динамической характеристике, в соответствии с током значения напряжений определяются по входной динамической характеристике, заменяемой статической входной характеристикой при (см. рис.5)

Амплитуда входного напряжения:

Амплитуда входного тока:

Входное сопротивление:

Желательно принять запас по требуемой входной мощности при значении как указано в справочнике и тогда:

где: коэффициент усиления каскада по напряжению:

По току:

По мощности:

При работе оконечного каскада в режиме А целесообразно применить эмиттерную стабилизацию.

Сопротивление резистора определяется из (2.16):

значение выбирается в соответствии с ГОСТом.

Задаваясь коэффициентом нестабильности S = 4 7, находят необходимую величину сопротивления цепочки делителя:

где:

для германиевых транзисторов:

для кремниевых транзисторов:

где: коэффициент передачи по току в схеме с ОБ.

Сопротивление плеч делителя определяются:

Значения сопротивлений выбираются в соответствии с ГОСТом.

Входное сопротивление каскада с учётом потерь в делителе:

Требуемая входная мощность с учётом рассматриваемых потерь:

где: коэффициент усиления по мощности каскада:

Коэффициент трансформации выходного трансформатора необходимый для внесения в коллекторную цепь найденного сопротивления (см. 10)

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

C=1 обеспечивает минимальный расход проводникового материала при данном КПД трансформатора, С указывает целесообразность некоторого уменьшения , и увеличения при наличии в первичной обмотке постоянного тока.

Расчёт реактивных параметров трансформатора и см. 2.16.

Расчёт коэффициента гармоник производится методом пяти ординат. Для этого строится сквозная динамическая характеристика представляющая собой зависимость т.е. зависимость выходного тока от ЭДС источника сигнала. Для её построения вычисляют для точек пересечения нагрузочной прямой со статическими выходным и характеристиками значения ЭДС источника сигнала выходной цепи по выражению:

где: выходное сопротивление предыдущего каскада для переменного тока.

входные напряжения и ток для взятых точек пересечения.

Если неизвестно, им можно задаться:

Две крайние точки сквозной динамической характеристики соответствующие минимальному и максимальному значениям выходного тока проектируется на горизонтальную ось (рис.6). Разделив этот отрезок на четыре равные части находят токи . После этого вычисляют гармонику тока и его среднее значение по формулам:

Правильность определения токов гармоник проверяется по формуле:

Коэффициент гармоник:

Тепловой расчет производится, если при выборе транзистора учитывается мощность при наличии радиатора и в том случае, если к этому транзистору отсутствует стандартный радиатор. При подборе стандартного радиатора рекомендуется использовать нормаль НГО.865.000.