1.8.4.2. Расчёт бестрансформаторных выходных каскадов

Если тип транзистора не задан, то вначале определяют максимальную амплитуду напряжения на нагрузке U_{m Н}0,5E–U_{K min}, гдеЕ – напряжение источника питания;U_Kmin– напряжение на коллекторе, соответствующее началу прямолинейного участка статических характеристик коллекторного тока и зависящее от максимального тока коллектора и типа транзистора (обычно для транзисторов средней и большой мощностиU_{K min}= 0,51,5 В).

Максимальная мощность в нагрузке определяется по формуле ,где R_Н – сопротивление нагрузки;

максимальный ток коллектора – по формуле;

максимальное значение среднего тока (потребляемого от источника питания) – по формуле ;

коэффициент полезного действия каскада – по формуле;

максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе, – по формуле. [8]

Если напряжение источника питания не задано, то его можно рассчитать следующим образом: . [8]

По значениям P_K, I_{K m}, I_CP и U_KЭ  Евыбираются типы транзисторов. [8]

Если заданы типы транзисторов, напряжение источника питания не должно превышать максимально допустимого напряжения коллектор – эмиттер U_{КЭ max}. Динамическую характеристику каскада строят так же, как для трансформаторного (см. выше), принявU_K0 = E/2. ОпределяютI_{K m}, U_Кmin, U _m=U_K0 - U_Кmin. Далее расчёт выполняют так же, как и в случае когда тип транзисторов не задан. [8]

1.8.5. Особенности выходных каскадов на пт

Применение ПТ в выходном каскаде УЗЧ позволяет упростить усилитель, поскольку не требуется усиление мощности в предыдущих каскадах. При использовании мощных МДП-транзисторов изменяется характер нелинейных искажений (меньше высших гармоник, чем при использовании БТ), резко снижаются динамические искажения, существенно ниже уровень интермодуляционных искажений. Выходной каскад на мощных МДП-транзисторах не требует применения термостабилизации. При повышении температуры крутизна характеристики ПТ уменьшается, поэтому саморазогрева их не происходит. Кроме того, ПТ в выходном каскаде выдерживают короткое замыкание в цепи нагрузки. Однако режим короткого замыкания не должен быть длительным, поскольку в этом режиме на ПТ рассеивается значительно большая мощность, чем на БТ. Недостатки выходных каскадов на ПТ – меньший коэффициент использования напряжения источника питания и необходимость применения более эффективных теплоотводов, что обусловлено большим, чем у БТ, напряжением насыщения. [8]

1.8.6. Схемы усилителей мощности на основе имс

Схемы усилителей мощности на основе ИМС приведены на рис.18. Такие усилители целесообразно применять в носимой аппаратуре. Их основные параметры определяются параметрами микросхем. На рис.18а показано типовое включение ИМС с использованием ПОС по питанию (см. выше). Глубину ООС по переменному току можно регулировать, изменяя сопротивление резистора R₁. При увеличении этого сопротивления уменьшаются чувствительность усилителя и коэффициент гармоник. Схемы усилителей, которые приведены на рис.18б и в, отличаются ль типовых. В цепь питания транзисторов предвыходного каскада включён стабилизатор тока на ПТ. При этом коэффициент гармоник уменьшился в несколько раз, а выходная мощность менее чем на 10 %. Кроме указанных на схеме, можно использовать и другие ПТ – КП103И, КП103К, КП103М. Сопротивление резистора в цепи истока подбирают так, чтобы ток стока находился в пределах 22,5 мА (для ИМС типа К174УН7). Коэффициент гармоник усилителя, схема которого приведена на рис.18б, можно отнести до 1,52% , если увеличить сопротивление резистораR₂до 82100 Ом. Неравномерность АЧХ в области низших частот можно уменьшить, увеличивая ёмкости конденсаторовС₃иС₇, а области высших частот – уменьшая ёмкости конденсаторовС₄, С₅иС₆. Однако в последнем случае при чрезмерном уменьшении ёмкости конденсаторов усилитель может самовозбудиться. Соотношение ёмкостей конденсаторовС₄, С₅иС₆должно оставаться неизменным. [8]

Усилитель мощности можно собрать на двух микросхемах одного типа (рис.19). Одна из ИМС включена по типовой схеме. Сигнал с её вывода (вывод 12) через цепьR₅C₁₀подаётся на вывод6ИМСDA2. При этом выходные сигналы обеих ИМС получаются противофазными, что необходимо для сложения их на нагрузке, включенной между выходами. Выходная мощность такого усилителя не превышает 6 Вт при нагрузке 8 Ом и коэффициенте гармоник 1,5 %. КонденсаторыС₆иС₈можно исключить, если постоянное напряжение между выходами ИМС окажется менее 50 мВ. [8]

На рис.20 приведены схемы усилителей мощности, в которых на ИМС выполнены все каскады, кроме предвыходного и выходного или только выходного. В первом усилителе (рис.20а) выходной каскад собран на составных транзисторах, включённых по схеме с ОК, причём используются комплементарные пары. Применяемая ИМС позволяет использовать в выходном каскаде режим работы без начального смещения, что обусловливает высокую температурную стабильность усилителя при малом токе покоя и достаточно низкий уровень нелинейных искажений как при малых, так и при больших напряжениях сигнала. Основные параметры усилителя следующие: номинальная выходная мощность 0,5 Вт при нагрузке 6,5 Ом и коэффициенте гармоник не более 0,3 %, чувствительность 1530 мВ, неравномерность АЧХ не более 6 дБ в диапазоне частот 6010000 Гц, максимальное выходное напряжение не менее 2,2 В.

Во втором усилителе (рис.20б) выходной каскад выполнен на транзисторах одного типа, предвыходной каскад – на комплементарной паре. Основные параметры усилителя следующие: номинальная выходная мощность 3 Вт при нагрузке 3,9 Ом и коэффициенте гармоник не более 1%, чувствительность 2550 мВ, неравномерность АЧХ не более 6 дБ в диапазоне частот 5015000 Гц, ток покоя не более 9 мА. [8]