3. Выбор, обоснование и расчет электрической схемы усилителя мощности

Бестрансформаторные выходные каскады характеризуются более широким диапазоном рабочих частот, меньшими габаритными размерами и массой. Недостатки этих каскадов – меньшие выходная мощность и коэффициент усиления по мощности и больший уровень нелинейных искажений, если не применяется отрицательная обратная связь. В бестрансформаторных схемах легко осуществлять непосредственную связь между каскадами (без разделительных конденсаторов) и гальваническую обратную связь, при которых число элементов уменьшается и стабилизируется режим работы по постоянному току.

Бестрансформаторные двухтактные выходные каскады, реализованные на комплиментарных транзисторах, управляются однофазным напряжением и имеют предельно простые схемы. Схема такого усилителя приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема выходного каскада

При выборе транзисторов для такого оконечного каскада воспользуемся неравенством

где – максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора.

Определим максимальное значение коллекторного тока транзистора:

Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора должна в 5 раз превышать рабочую частоту

Выбираем транзисторы КТ816А и КТ817А с до 25 Вт (с использованием теплоотвода), = 25 В,

= 3 МГц, = 3А.

Напряжение источника питания с учетом максимального КПД для двухтактной схемы, работающей в режиме В

где - напряжение насыщения коллектор – эмиттер, для КТ816А (КТ817А) равное 0,6 В.

Напряжение на выходе оконечного каскада при максимальной выходной мощности

Используя выходные характеристики транзистора КТ816А (см. приложение), проводим нагрузочную прямую через точки U_КЭ = Е_П / 2 =10В и А

Выбираем по входной характеристике для КТ816А и КТ817А

I_Б0 = 0,1 мА, U_БЭ0 = 0,6 В

Определим параметры элементов смещения транзисторов VТ1 и VТ2 – R1, R2, VD1, VD2- для выбранных значений I_Б0 и U_БЭ0 .

Выберем в качестве VD1 и VD2 кремниевые диоды КД512А. Из ВАХ диода следует, что для обеспечения напряжения на нем U_БЭ0 = 0,6 В ток через диод должен быть 0,25 мА. При этом выполняется условие I_д = (2-3)I_Б0 .

Найдем теперь сопротивления R1 и R2 по формуле

Выбираем по ГОСТу резисторы с номиналами 20 кОм.

Определим глубину обратной связи в данном каскаде. Для этого воспользуемся расчетной формулой , где - усредненная крутизна характеристики транзистора. Итак, глубина обратной связи

Входное сопротивление каскада , где - усредненная входная проводимость транзистора, определяемая по его входной характеристике; - сопротивление делителя переменному току.

Коэффициент усиления оконечного каскада по напряжению

Необходимое для обеспечения требуемой мощности напряжение на входе оконечного усилителя равно:

.

Соответственно, входной ток усилителя мощности равен .

Емкости разделительных конденсаторов найдем из условия обеспечения заданных частотных искажений на нижней граничной частоте. На усилитель мощности приходится 3 дБ частотных искажений. Допустим, что частотные искажения распределяются между входной и выходной цепью усилителя по 1,5 дБ, или М = 0,7.

В соответствии с ГОСТом выбираем значение

Здесь , - выходное сопротивление предварительного усилителя.

Выбираем по ГОСТу ближайшее, большее значение

Оценим нелинейные искажения по второй гармонике выходного напряжения. Так как пара транзисторов КТ816А и КТ817А является специально разработанной комплиментарной парой, то для нее можно принять коэффициент асимметрии плеч равным 0,2.Тогда коэффициент гармоник без учета ООС будет

С учетом действия ООС коэффициент гармоник будет равен , что не превышает заданного по ТЗ уровня.