3. Расчет усилителя мощности в режиме класса а.

Исходными данными для расчетов будут:

-         мощность в нагрузке P _н;

-         диапазон частот f н ; f в;

-         коэффициенты частотных искажений Мн, Мф;

-         коэффициент нелинейных искажений γ%.

Рис.2. Принципиальная схема усилителя мощности

Можно рекомендовать следующий порядок расчета.

3.1. По заданной мощности и нелинейных искажениях выбирают транзистор и схему его включения. Допустимая мощность транзистора должна быть на (15÷ 20)% больше мощности в нагрузке P_Тдоп P_н, при нормальном режиме работы по постоянному току. Если усилители имеют выходной трансформатор, то максимальное напряжение на коллекторе состоит из постоянной составляющей и напряжения первичной обмотки и составляют схему (рис.   2).

_max +

Выходные и входные ВАХ транзистора из справочника (рис. 3, рис. 4). На выходных ВАХ транзистора определяют рабочую область, которая ограничивается I_{к 0}=I_{к min} , I_{к max} , U_{к min} , U_{к max} , P _{т max}= U_к I_к .U_{к min} в схеме с общим эмиттером составит U_{к min}=(0,1÷1)В.Проводят расчет по постоянному току. Для упрощения расчета принимают, что активное сопротивление первичной обмотки трансформатора R _ТР и Rэ равны нулю, затем уточняют. Тогда линия нагрузки по постоянному току будет перпендикуляр на оси напряжений с точки U_к = E , E =U_0. На этой прямой выбирают рабочую точку по постоянному току и проводят линию нагрузки по переменному току ав (рис.   3).По линии нагрузки по переменному току рассчитывают мощность, которую может отдать транзистор. , или через амплитуды -

Рис.3. Выходные вольт-амперные характеристики транзистора

Рис.4. Входные вольт-амперные характеристики

Если транзистор удовлетворяет требованиям, то проводят расчеты элементов схемы, которые обеспечивают работу транзистора в выбранной рабочей точке. Принимают падение напряжения на сопротивлении фильтра равным U_Rф=0,1Е_к, тогда U₀₂=E_к – 0,1E_к=0,9E_к. Ззадаются током делителя напряжения I_д≈10I_бА и определяют величину сопротивления резистора R₂ . U₀₁=U_бА+( I_бА+I_кА) R_e ,

R_e принимают равным (10÷20) Ом. Определяют сопротивления R1 и Rф

U₁₂=U₀₂–U₀₁,

полученные сопротивления выбирают из таблицы.

4. Расчет по переменному току

Для расчета по переменному току в рабочей точке транзистора определяют h - параметры и составляют эквивалентную модель (рис.5.).

Рис.5. Эквивалентная схема в h - параметрах

Трансформатор представляют эквивалентной схемой (рис.6) и определяют его основные параметры и приводят к первичной обмотки с коэффициентом трансформации n. =n

Рис.6. Эквивалентная модель трансформатора

В схеме должен выполняться закон сохранения энергии

.

находим , .

По отношению к нагрузке и входу усилитель можно представить эквивалентным четырехполюсником (рис.7).

При расчете усилителя мощности коэффициент трансформации определяется как отношение тока вторичной обмотки к току первичной.

n=I2/I1

Примем, что h ₁₂ << 1, тогда:

= ; ; ;

.

Эквивалентная схема будет иметь следующий вид: (рис.7):

Рис.7. Эквивалентная схема усилителя

Определяют параметры трансформатора. По линии нагрузки по переменному току определяют R _к = Rк для области средних частот. Когда ωL_s<R_н` ωL>> R<sub>н</sub>` получают схему (рис.8):

Рис.8. Эквивалентная схема для области средних частот

R_к= r₁+r₂`+R<sub>н</sub>`

Коэффициент полезного действия:

В зависимости от мощности усилителя коэффициент полезного действия η принимают в пределах =(0,75÷0,9). В нормально изготовленном трансформаторе r₁≈r₂`

R_к= R_н`/ откуда находят