Расчет бестрансформаторного усилителя мощности
Задание 2
Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель с заданными параметрами (табл. 2.1.). Выбрать транзисторы. Определить напряжение питания, параметры элементов схемы, кпд и коэффициент гармоник спроектированной схемы
Методические указания
На практике часто возникает необходимость подключить к усилителю низкоомную нагрузку. Известно, что схема с общим коллектором – эмиттерный повторитель имеет низкое выходное сопротивление. Используемый в качестве выходного каскада усилителя или каскада согласования сопротивлений эмиттерный повторитель может быть рассчитан аналогично усилительному каскаду с ОЭ.
Поскольку в каскаде
имеется глубокая отрицательная обратная
связь по току эмиттера
,
то коэффициент усиления
,
где
.
Входное и выходное сопротивления каскада равны
,
при
.
Для
нормальной работы схемы с общим
коллектором необходимо обеспечить
режим малого сигнала
Рис. 2.1.. Эмиттерный повторитель
Рис. 2.2. Схема замещения эмиттерного повторителя
Порядок расчета эмиттерного повторителя
1)
;
;
;
2)
< 1
3)
4)
,
где
и
5)
6)
7). Расчет эмиттерного резистора
Недостатком этого решения является то, что такой усилитель работает в режиме класса А, и ток начального смещения должен быть по крайней мере таким же большим, как максимальный выходной ток при пиковых значениях сигнала. Это приводит к тому, что КПД каскада очень низкий, кроме того, нагрузку приходится подключать через конденсатор, что снижает коэффициент передачи на низких частотах.
Двухтактный эмиттерный повторитель класса в
Решить эти проблемы позволяет двухтактный эмиттерный повторитель, или двухтактный выходной каскад.
Обычно необходимо рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, изображенный на рис. 2.3, если заданы значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора при температуре окружающей среды Pк, максимальная температура перехода tпmax и сопротивление нагрузки Rн. Среднее значение коэффициентов усиления по току можно принять равным β.
Рис.2.3. Двухтактный усилитель мощности
с предварительным каскадом
Предварительный расчет.
1. Рассчитаем номинальную мощность:
.
2. Определим с небольшим запасом мощность, которую должны выделять транзисторы, из условия:
3. Требуемое максимальное значение коллекторного тока:
4. Выберем рабочую точку:
5. Произведем проверку по допустимому коллекторному току:
.
Расчет по ВАХ
Построим нагрузочную линию на выходных характеристиках транзистора. Минимальное напряжение в цепи коллектор – эмиттер определим по выходным характеристикам транзисторов. Остаточное напряжение Uост должно отсекать нелинейную часть характеристик.
Рис. 2.4. Нагрузочная линия на выходных ВАХ
Выбор элементов схемы
1. Требуемая амплитуда напряжения на нагрузке Uвых
2. Необходимое напряжение источника питания:
Напряжение источника рекомендуется взять с запасом, но в разумных пределах.
3. Выбираем мощные транзисторы с одинаковыми параметрами и противоположным типом проводимости (комплементарную пару) по значению отдаваемой мощности P и максимальному напряжению на коллекторе.
4. Находим амплитуду базового тока и входное сопротивление:
,
,
где величина Uбm находится из входной ВАХ транзистора.
5. Резисторы смещения в цепи базы:
могут быть заменены на схему термостабилизации на основе диодов [6] рис.17