Расчет каскада однотактного транзисторного

усилителя мощности

Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

На Error: Reference source not found дана принципиальная схема каскада однотактного усилителя мощности.

Исходные данные: 1) мощность на выходе каскада P_вых ; 2) сопротивление нагрузки R_н; 3) нижняя граничная частота f_н ; 4) коэффициент частотных искажений каскада на нижних частотах M_н; 5) напряжение источника питания E_п.

Примечание. Принимая T_мин = +15⁰С и T_м = +25⁰С, влиянием температуры на режим работы транзистора пренебрегаем.

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление в цепи эмиттера R_э; 4) емкость конденсатора С_э; 5) сопротивления делителя R₁ и R₂; 6) коэффициент усиления каскада по мощности К_р; 7) коэффициент трансформации трансформатора К; 8) сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора r_т1 и r_т2; 9) индуктивность первичной обмотки трансформатора L₁; 10) площадь поверхности охлаждающего радиатора, если необходим, S_ох.

Порядок расчета

1. Для выбора типа транзистора необходимо определить мощность P₀, которая будет выделяться на транзисторе: , где η_к – коэффициент использования транзистора (η_к =0,0350,45; чем больше напряжение питания E_п, тем больше η_к); P_~ –мощность, отдаваемая транзистором: . К.п.д. трансформатора η_т принимают равным 0,70,9.

Ориентировочно определяют падения напряжений на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора r_т1 и на сопротивлении R_Э:

Тогда наибольшее возможное напряжение на транзисторе . По найденным значениям P₀ и U_кэ.м подбирают транзистор.

Рис. 7

Примечание. Для выбранного транзистора выписать из справочника: а) допустимый ток коллектора I_к.доп.; б) допустимое напряжение на коллекторе U_кэ.доп.; в) наибольшую рассеиваимую мощность на транзисторе P_0доп.; г) наименьший коэффициент усиления по току _мин; д) начальный ток коллектора I _к.н.; е) тепловое сопротивление r_т.т.; ж) наибольшую допустимую температуру коллекторного перехода T_т.м.

2. На выходных статических характеристиках (для ОЭ) находят положение точки покоя т.0 (Error: Reference source not found), для этого определяют напряжение на коллекторе при U_вх = 0 и ток покоя коллектора:

;

Через т.0 и 1(U_кэ = U_кэ.м; I_к = 0) проводят нагрузочную прямую. Для определения рабочего участка нагрузочной прямой задаются величиной остаточного напряжения U_ост. (часто принимают U_ост. = 1 В) и наименьшим током коллектора I_к.мин  I_к.н. (I_к.н. – начальный ток коллектора, дается в справочнике). По величине U_ост. Определяют I_к.м. (т. 2); необходимо, чтобы I_к.м.  I_к.доп. Без существенной ошибки можно принять I_к.мин  0. Таким образом, рабочий участок находится между т. 2 и 3. Наибольшая возможная амплитуда напряжения выходного сигнала U_к.m = U_кэ.0 – U_ост.

Наибольшая амплитуда тока I_к.м. определяется т. 1 и 3. После этого проверяют, обеспечит ли выбранный режим заданную мощность P_вых.

В соответствии с построенной нагрузочной прямой находят

.

При правильно выбранном режиме . Если это условие не выполняется, то увеличивают наклон нагрузочной прямой (значение I берут большим).

Необходимо иметь ввиду, что нагрузочная прямая не должна выходить из области, ограничиваемой гиперболой допустимых мощностей:

(P_к.доп берется из справочника).

Затем рассчитывают наибольшее и наименьшее значения входного тока: ; и фиксируют их величину на входной статической характеристике (для U_кэ = 5 В) схемы ОЭ (Error: Reference source not found).

По т. 1 и 2 входной характеристики находят наибольшее и наименьшее напряжения на базе (U_бэ.мин и U_бэ.м.) и наибольшую амплитуду напряжения входного сигнала. Далее определяют мощность входного сигнала и входное сопротивление транзистора переменному току

3. Сопротивление цепи эмиттера R_э определяется по падению напряжения на этом сопротивлении. Приняв , получаем .

4. Емкость конденсатора, шунтирующего R_э, определяется из выражения (при блокировочный конденсатор можно не ставить).

5. Сопротивление делителя переменному току должно удовлетворять условию , тогда ; .

6. Коэффициент усиления каскада по мощности .

7. Для расчета коэффициента трансформации трансформатора по наклону нагрузочной прямой (см. рис. 2) определяют величину сопротивления коллекторной нагрузки переменному току: . Тогда коэффициент трансформации трансформатора будет равен .

8. Сопротивления обмоток выходного трансформатора: ;

.

9. Индуктивность первичной обмотки: .

10. При необходимости определяют площадь поверхности охлаждающего радиатора из уравнения:

где Т_т.м. – наибольшая допустимая температура коллекторного перехода (дается в справочнике); Т_ср.м. – наибольшая возможная температура окружающей среды; r_n-k – тепловое сопротивление переход-среда.

4