3.2.2. Нагрузочная линия по переменному току

Следует иметь в виду, что из исходных данных имеются только R_н и P_н. ВеличиныR^'_ниN еще необходимо определить. Для этого сначала на выходные характеристики выбранного транзистора наносят нагрузочную линию ВС для переменного тока. Предварительно на выходные характеристики желательно нанести ограничительные линии, обозначающие максимально допустимые для транзистора ток коллектораI_доп, напряжение коллектора U_доп, мощность рассеяния P_доп. Рабочая точка не должна выходить за эти ограничительные линии.

Прежде всего транзистор ставят в режим максимального использования по напряжению. Для этого выбирают точку Сс координатамиU_{кэ max}, I_{к min}:

U_{кэ max} <U_доп. (3.7)

Затем находят точку Вс координатами U_{кэ min},I_{к max}. Для нахождения величиныI_{к max}возможны два условия:

1. Получение максимальной мощности на выходе каскада для выбранного транзистора, для чего нужно взять максимально возможную величину I_{к max}, учитывая толькоI_доп:

I_{к max}< I_доп. (3.8)

Условия (3.7), (3.8) должны выполняться с запасом (до 20 %).

2. Получение заданной мощностиP_~переменного тока в коллекторной цепи транзистора, так как транзистор почти всегда имеет запас по мощности и получение максимально возможной мощности не требуется. В этом случаеI_{к max}вычисляется из условия получения заданной мощностиP_~при выбранной величинеU_{кэ max}:

. (3.9)

U_{кэ min},I_{к min}определяются по характеристикам (см. рис. 3.3). Для увеличениякпдони должны быть малыми. Но это ведет к увеличению нелинейных искажений, поэтому выбор U_{кэ min},I_{к min}всегда является компромиссным.

Через точки ВиСпроводят нагрузочную линию (прямую) по переменному току. Наклон этой линии и будет определять величину того оптимального сопротивленияR_{к опт}, о котором говорилось выше. Оно должно быть равно приведенному сопротивлению нагрузкиR'_н:

.(3.10)

Величина мощности P_~больше мощности в нагрузкеP_нна величину потерь в выходном трансформаторе Тр :

, (3.11)

где _Тр –кпдтрансформатора из табл. 3.1.

Таблица 3.1

P~, Вт	Тр	P~, Вт	Тр
0,1 – 1,0	0,70 – 0,80	100	0,93 - 0,97
1,0 – 10,0	0,80 – 0,85	1000	0,98
10,0 – 100,0	0,83 – 0,93

По величине R_ниR'_н(R_{к опт}) находят коэффициент трансформации выходного трансформатораN:

. (3.12)

После нанесения линии ВС устанавливают координаты режима покоя U_{кэ А},I_кАтак, чтобы получить наибольшие и равные амплитуды напряженияU_m и токаI_m:

(3.13)

Определение R'_н,N и проведение линииВСможно провести и в другой последовательности, например, при заранее заданной величинеE_п, но тогда труднее добиться оптимальности режима в выходной цепи трансформатора.

При правильно выполненном графическом построении (расчете) величин в выходной цепи получаются оптимальные энергетические показатели (соотношения), которым при анализе и расчете УМ уделяется основное внимание.

3.2.3. Энергетические соотношения в ум

При определении энергетических соотношений определяются мощности переменного тока, потребления от источника питания, рассеяния и кпд.

1. Мощность переменного тока P_~ в коллекторной цепи при синусоидальном сигнале определяется амплитудами U_m иI_mи ее величина должна быть больше мощности в нагрузкеP_нна величину потерь в выходном трансформаторе:

(3.14)

где _Тр–кпдтрансформатора Тр из табл. 3.1.

Максимальная мощность P_{~ max} достигается при максимальных амплитудах напряженияU_{m max} и токаI_{m max}, т.е. при полном использовании нагрузочной линииВСотВдоС:

.(3.15)

2. Мощность потребления от источника питания P_потр(в классе А определяется постоянными величинамиE_п иI_кА):

P_потр = E_пI_кА. (3.16)

3. КПД каскада (без учета _Тр) находится как отношение мощностей P_~ и P_потр:

, (3.17)

с учетом (3.1)

. (3.17)

На практике для класса А и схемы ОЭ коэффициенты  ^Аи ^Анаходятся в пределах^А0,8…0,9, ^А 0,8…0,9, поэтому максимальный КПД (при максимальном сигнале)

^А 0,35…0,4.

При непрерывном изменении сигнала средний кпдеще меньше

^А_ср 0,20…0,3.

Для схемы ОБ ^А0,9…1,0, ^А 0,9…1,0 икпдможет достигнуть теоретически максимально возможной величины:

^А_max 0,5.

4. Мощность рассеяния Р_рас. Это – разница междуP_потриP_~ рассеиваемая транзистором в виде тепла в окружающую среду

(3.18)

с учетом ^А_ср:

. (3.18)

Равенства (3.18) являются исходными для выбора транзистора по допустимой мощности рассеяния P_доп:

. (3.19)

Таким образом, в классе А транзистором рассеивается мощность P_расс, в несколько раз превышающая полезную мощностьP_~. Максимальная мощность рассеянияP_{расс max}будет при отсутствии сигнала (P_~ = 0):

(3.20)

Условия (3.7), (3.8), (3.19) налагают ограничения на параметры транзистора и величину E_п:

(3.21)