буется мощный предоконечный каскад, то его лучше сделать трансформа­ торным. В этом случае он рассматривается как каскад мощного усиления на необходимую мощность сигнала входной цепи оконечного каскада.

При реостатной схеме предоконечного каскада транзистор выбирают по требуемой амплитуде тока сигнала и верхней граничной частоте. Если выбранное напряжение питания при этом слишком велико, его снижают включением в выходную цепь гасящего сопротивления (фильтра) или де­ лителя напряжения. Для трансформаторного варианта предоконечного каскада транзистор выбирают по требуемой мощности сигнала входной цепи оконечного каскада и граничной частоте.

Дальнейший эскизный расчёт ведётся по предложенной методике. По завершении эскизного расчёта, составления блок-схемы и прин­

ципиальной схемы всего усилителя переходят к детальному электрическо­ му расчёту оконечного каскада и предоконечного каскада, если его необ­ ходимость обоснована.

Оконечные каскады усиления

Оконечные каскады УНЧ, обеспечивающие большую выходную мощность на нагрузке, чаще всего выполняют по трансформаторной схеме, так как заданное фактическое сопротивление нагрузки каскада обычно от­ личается от того сопротивления, при котором транзистор имеет оптималь­ ный режим работы. Транзисторы должны работать в режиме больших сиг­ налов, близких к предельно допустимым. Поэтому такие каскады рас­

считывают графоаналитическим методом по входным и выходным статическим и динамическим характеристикам транзисторов, заимст­ вованным либо из справочников, либо из заводских ТУ на транзисто­ ры.

Транзисторы и способы их включения, схему каскада и режим рабо­ ты выбирают в основном из условий обеспечения заданной выходной ко­ лебательной мощности и высокого КПД при допустимых нелинейных и частотных искажениях. Уровень искажений особенно важно учитывать при организации источника питания от различных элементов питания или аккумуляторов, так как оконечный каскад чаще всего является главным потребителем энергии. Оконечные каскады могут быть собраны по одно­ тактной или по двухтактной схеме.

Однотактная схема позволяет сэкономить один транзистор и полу­ чить достаточно малый коэффициент гармоник Кг = 2-7 %, однако она ра­ ботает только в режиме А и теоретически не может дать КПД выше 50 % (практически до 48 %). При этом нужно учесть, что в режиме «молчания» усилитель потребляет большую энергию.

Двухтактная схема в режиме В теоретически может обеспечить КПД до 78 % (практически до 75 %). Минимальный коэффициент гармо­ ник Кг при этом примерно равен 6-10 %. Габариты выходного трансфор­ матора из-за отсутствия тока подмагничивания значительно уменьшаются. Выходная мощность достигает величины, в 1,5 раза большей, чем мощ­ ность, рассеиваемая на коллекторах триодов.

Двухтактный каскад в режиме АВ обеспечивает меньшие нелиней­ ные искажения, чем в режиме В, но имеет меньший КПД и меньшую вы­ ходную мощность (но всё же в 1,3 раза больше рассеиваемой на коллекто­ рах триодов).

Двухтактные схемы на транзисторах большой мощности можно вы­ полнять и без выходных трансформаторов, так как сопротивление нагруз­ ки, при котором транзистор имеет оптимальный режим работы, можно по­ лучить равным или близким к заданному фактическому. Эти каскады де­ лают только двухтактными, чтобы исключить протекание постоянной со­ ставляющей коллекторного тока через нагрузку. Такие каскады мощного усиления позволяют значительно уменьшить габаритные размеры, вес и стоимость усилителя, повысить его надёжность и избавиться от нелиней­ ных и частотных искажений, вносимых трансформатором. В таких схемах опасны короткие замыкания нагрузки. В бестрансформаторных каскадах можно применить транзисторы с различной проводимостью (дополнитель­ ная симметрия). Для обеспечения малых нелинейных и частотных искаже­ ний транзисторы в плечах двухтактного усилителя подбирают так, чтобы их граничные частоты и коэффициенты усиления отличались не более чем на 20 %.

В оконечных каскадах транзисторы могут быть включены любым, как уже говорилось выше, из трёх известных способов. Напомним об этом.

Схема с общей базой обеспечивает наименьшие нелинейные искаже­ ния и сравнительно малое усиление мощности. Параметры каскадов при этом мало зависят от температуры окружающей среды и замены транзи­ сторов, поэтому в двухтактных схемах при данном включении транзисто­ ров их коэффициенты усиления могут отличаться до 30 %.

Схема с общим эмиттером обеспечивает наибольшее усиление, но вносит сравнительно большие нелинейные искажения.

Схема с общим коллектором чаще применяется в бестрансформатор­ ных двухтактных усилителях, обеспечивает примерно такое же усиление, как схема с ОБ, и несколько меньшие нелинейные искажения, чем схема с ОЭ. При этом входное сопротивление каскада - самое высокое. Параметры же каскада мало зависят от изменения температуры окружающей среды и замены транзисторов.

Овыборе транзистора для оконечного каскада

Вэскизном расчёте уже говорилось, что транзистор должен удовле­ творять трём условиям:

1.Допустимая мощность рассеяния на коллекторе должна быт больше рассеиваемой мощности при заданной максимальной температуре

среды. Формулы для Рктах приводятся в справочниках для всех типов транзисторов. Рекомендуется в первую очередь построить в семействе вы­ ходных статических характеристик выбранного транзистора кривую мощ­ ности на заданную при проектировании усилителя максимальную темпера­ туру. Это избавит от многих неприятностей при построении линии нагруз­ ки и выборе максимальной колебательной мощности данного транзистора.

мощность транзистора с радиатором уменьшается несколько быстрее, чем указывалось выше, а именно на 1,5-1,6 % при повышении температуры на 1 °С:

PiС 7-тах* Летах [1 - (0,015 - 0,16) (Г тах - 25 °С)].

2. Граничная частота транзистора /р в схеме с ОЭ или / а в схемах с

ОБ и ОК должна быть выше Г’в, чтобы частотные искажения, вносимые транзистором, были малы. Она определяется заданными частотными иска­ жениями Мв. Полагая, что из-за низкой граничной частоты мощных тран­

зисторов и трансформаторов половина частотных искажений на высшей частоте приходится на оконечный каскад, определяют

К

h -

Отметим, что при выборе мощных транзисторов, включаемых по схемам с ОБ или с ОК, частотными искажениями, вносимыми транзистором на высшей частоте, можно пренебречь (так как /р * / а/р). В настоящее время отечественная промышленность выпускает мощные транзисторы СЧ и ВЧ с высокой граничной частотой, для которых данное условие выполняется автоматически.

3. Транзистор должен вно­ сить небольшие нелинейные ис­ кажения, но в усилителе они оп­ ределяются в основном искаже­ ниями, вносимыми оконечным каскадом, так как он работает при наибольшей амплитуде сиг­ нала. При этом заданные нели­ нейные искажения между каска­ дами не распределяют, считая, что все искажения вносит око­ нечный каскад усилителя.

Величина коэффициента

гармоник Кг зависит от исполь- рис 2 Коэффициент гармоник в зависимости ЗОВЭНИЯ транзистора ПО МОЩНОот использования транзистора по мощности

сти (рис. 3).

Если заданный Кг мал, то транзистор следует выбирать на мощность, в 1,5-2 раза больше, чем рассчитанная по формулам предложенной ниже методики эскизного расчёта УНЧ. Нелинейные искажения, вносимые вы­ ходным трансформатором, можно считать пренебрежимо малыми.

Нелинейные искажения, вносимые транзисторами оконечного каска­ да, зависят от нелинейности их выходных и входных характеристик.

Влияние нелинейности можно уменьшить путём соответствующего выбора выходного сопротивления предоконечного каскада Rc, пересчитан­ ного во вторичную обмотку межкаскадного трансформатора. При этом изза неполного согласования выхода предоконечного и входа оконечного каскада несколько уменьшается усиление оконечного каскада. Кроме того, иногда целесообразно применять схемы с ОБ, ОК или снимать мощность, меньшую, чем может дать транзистор.