7. Расчет двухтактного усилителя мощности

По заданной мощности и нелинейным искажениям выбирают тип транзистора и схему его включения. Транзистор выбирают так, чтобы мощность на коллекторах рассеяния была для класса В, примерно в 1,5 раза меньше заданной выходной мощности, а для класса АВ в 1,3 раза. Тогда схема усилителя может быть следующей (рис.14) .

Исходными данными для расчетов будут:

-         мощность в нагрузке P _н;

-         диапазон частот f н ; f в;

-        коэффициенты частотных искажений Мн, Мв;

-        коэффициент нелинейных искажений γ%.

Рис.14. Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности

Выбор транзисторов для класса АВ.

При расчете по постоянному току напряжение питания выбирается из условия Е_к≤U_кmax , I_km+I_кmin≤ I_кmax і E_к= U_kдоп/2. Для режима В I_kmin= I_ко , а для режима АВ на (10÷15)% больше I_ко, и строят линии нагрузки по постоянному и переменному току. Расчет ведут по одному плечу, считая, что они одинаковые. Так как плечи работают поочередно, то каждое плечо должно отдавать по первичной обмотке мощность:

P₁= P₂= P_н/2·η_тр

Для режиму АВ рассчитывают мощность :

P= P_н/η_тр= (I_km· U_кm)/2

Мощность, которую потребляет усилитель от источника питания:

P₀=2·Е_ко·( I_кср+ I_кmin)

Мощность P_н должна на 10÷20% больше заданной мощности. Сопротивление обмотки выходного трансформатора:

R_к=_∆U_к/_∆I_k= (Е_к– U_кmіn)/ I_кmax

Выходные данные для расчета трансформатора как и для режима А, по постоянному току определяют сопротивления R ₁ и R _2.

При расчете по переменному току в рабочей точке определяют параметры транзистора и усилитель представляют эквивалентным генератором по отношению к первичной обмотки трансформатора. При расчете усилителя в режимах АВ или В применяют параллельную эквивалентную схему, которая может учесть асимметрию плеч (рис.15).

Для класса В можно проводить расчет одного плеча, считая что второе плечо такое же. В этом случае схема рис.15 не используется.

Рис.15. Эквивалентная схема, которая может учесть асимметрию плеч

Для этой схемы пересчитанное до первичной обмотки сопротивление нагрузки по переменному току будет равны:

R_к= R_нn²,

где n= ω₂/(ω₁/2)=(2·ω₂)/ ω₁ , а R_к= R_н′+r₁+r'₂ ;

η= R_н/ R_к= R_н′/( R_н′+r₁+r₂)

Необходимая индуктивность половины первичной обмотки выходного трансформатора L_n=(R_e/ω)(M_n/√1– M_n).

R_e=((R_вих+r_1n)·(r₂′+R_н′))/(R_вих+r_1n+r₂′+R_н′)

Для расчета нелинейных искажений строят проходную характеристику тока в цепи коллектора одного плеча от входного напряжения приложенного к нему I_к=f(U_с). При R₂=const, R₂=(3÷8)R_вх, проходная характеристика строится как и для класса А U_c=I_б·R_е+e_бе , по этой характеристике находят токи I_km′ , I₁, I_кmin, для напряжений U_2m, ½(U_2m), U_2min, при классе В U_2min=0. Пять значений находят I_km, I₁, I_А, I₂, I_кmin. При асимметрии в одном плече проходит ток в (1+ b), а во втором в (1 - b) раз отличается от номинального, а ток второго плеча имеет обратное направление тогда:

I_km=(1+b) I_km′ I₁=(1+b)·I₁′ І_A=(1+b)·I_кmin′–(1–b) I_kш1=2b, I_кmin

I₂=–(1–b)·I₁′ I_кmin=–(1–b) I′_кmin ,

где b – коэффициент асимметрии плеч усилителя, его принимают равным 0,050,15.

І_км1=2/3(І’_км+І’₁), І_км2=b/2(І’_км–2І’_кмін), І_км3=1/3(І’_км–2І’₁),

І_км4=b /6 (І’_км–4І’₁+6І’_кмін)

Подставив в соответствующие формулы метода пяти ординат, получим коэффициенты по гармоникам и общий коэффициент нелинейных искажений: