2. Пример выполнения расчетно-графической работы

Усилитель напряжения Усилитель мощности

Рис.1. Схема двухкаскадного усилителя переменного тока

1. Расчет однотактного усилителя мощности на биполярном транзисторе с общим эмиттером

1.1. Примем следующие исходные данные для расчета (берутся из табл. 2 согласно номеру варианта):

- выходная мощность каскада P_{вых .м}= 2 Вт;

- сопротивление нагрузки ;

- граничная частота ;

- коэффициент частотных искажений на низкой частоте ;

- напряжение питания .

Из справочника берем входные и выходные характеристики и выписываем параметры заданного транзистора (транзистор усилителя мощности указан в табл. 3):

- тип транзистора – n-p-n;

- допустимый ток коллектора I_{к доп}=5 А;

- допустимое напряжение на коллекторе ;

- наибольшая рассеиваемая мощность на транзисторе.

- наименьший коэффициент усиления по току ;

- начальный ток коллектора I_кн0,2 мА;

- тепловое сопротивление r_тт= 2⁰С/Вт;

- наибольшая допустимая температура коллекторного перехода Т_тм=70⁰С.

1.2. Порядок расчета

1.2.1. Определяем мощность Р_о, которая будет выделяться на транзисторе:

,

где - коэффициент использования транзистора (; чем больше Е_к, тем больше);

- мощность, отдаваемая транзистором, где- КПД транзистора. В нашем примере:Вт, (Вт).

У заданного транзистора .

Если условие не выполняется, т.е. , то выбрать более мощный транзистор.

1.2.2. Определяем наибольшее возможное напряжение на транзисторе:

, где,

где - падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора;

- падение напряжения на сопротивлении.

В нашем случае:

;.

1.2.3. Определяем положение точки покоя на выходных характеристиках транзистора:

- напряжение на коллекторе при :;

- ток покоя коллектора: .

Через точки ;ипроводим на выходных характеристиках нагрузочную прямую (рис.2).

Для определения рабочего участка нагрузочной прямой задаются величиной остаточного напряжения (часто принимают) и наименьшим током коллектора, где- начальный ток коллектора:. По величинена характеристиках определяют(точка 2). В нашем случае(из рис.2).

Наибольшее значение амплитуды выходного напряжения:

Такой амплитуде напряжения выходного сигнала будут соответствовать напряжения:

Для этих напряжений находим: ,. Тогда удвоенная амплитуда тока выходного сигнала.

Проверим правильность выбора режима:

При правильно выбранном режиме должно быть наоборот. Следовательно, необходимо выбрать новую точку покоя и изменить наклон нагрузочной прямой. Так как велик, то перемещая точку покоя по данной нагрузочной прямой вправо вниз, будем увеличивать, при этом возрастетДля нового положения точки покоя принимаем.

Тогда

;;

.

Рис.2. Построение нагрузочной прямой 1-4 на выходных характеристиках транзистора усилителя мощности

Проверяем новый режим: , что вполне достаточно.

Определим наибольшее и наименьшее значения входного тока:

1.2.4. Фиксируем полученные токи на входной характеристике схемы с общим эмиттером (рис.3). По точкам 1, 2 входной характеристики находим наибольшее и наименьшее напряжения: . Находим амплитудные значения входного сигнала:

Находим мощность входного сигнала:

Находим входное сопротивление транзистора переменному току:

.

1.2.5. Сопротивление цепи эмиттера определяется по падению напряжения на нем. Приняв, получаем:

.

1.2.6. Емкость конденсатора определяется из выражения:

.

Так как требуемая емкость велика (более 100 мкФ), то ее не ставят.

1.2.7. Сопротивление делителя напряжения по переменному току

должно удовлетворять условию:.

Тогда ;

.

1.2.8. Коэффициент усиления каскада по мощности:

.

Рис.3. Входная характеристика транзистора с общим эмиттером для усилителя мощности

1.2.9. Для расчета параметров трансформатора определим величину сопротивления коллекторной нагрузки переменному току:

.

Тогда коэффициент трансформации будет равен:

.

1.2.10. Сопротивления обмоток выходного трансформатора:

;

.

1.2.11. Индуктивность первичной обмотки:

.

1.2.12. При необходимости определяем площадь поверхности охлаждающего радиатора для транзистора:

,

где - наибольшая допустимая температура коллекторного перехода;

- наибольшая возможная температура окружающей среды (порядка 25-30⁰С). Так как в нашем случае, то необходим радиатор: