2 Электрический расчет оконечного каскада

2.1 Расчет режима оконечного каскада

Так как мощность в нагрузке значительная (25Вт), в качестве выходного каскада нужно использовать двухтактный каскад. Для упрощения схемы выходного каскады, снижения вносимых им искажений, выберем двухтактный бестрансформаторный выходной каскад на комплиментарной паре транзисторов. С целью увеличения коэффициента усиления по току в каждое плечо схемы включим составные транзисторы (дарлингтоновские пары).

Рис. 2.1 – Схема оконечного каскада

Для снижения искажений типа «ступенька» используем экономичный режим АB. Напряжение «раздвижки» обеспечим за счет включения диодов в цепь делителя смещения. С целью повышения входного сопротивления оконечного каскада включим в каждое плечо делителя смещения генератор стабильного тока (ГСТ). Таким образом, схема оконечного каскада примет вид, приведенный на рисунке 2.1

Из схемы видно, что используется двухполярный источник питания. Это позволяет использовать гальванические связи и тем самым исключить искажения на НЧ.

Исходя из частотных свойств усилителя (), требуемой средней мощности, требуемого выходного тока (2.5 А) в качестве оконечных транзисторов выберем кремниевые транзисторы КТ837А и КТ805АМ (комплиментарная пара). Их основные параметры (для КТ837А; параметры КТ805АМ считаем такими же) указаны в таблице 1.

Таблица 1 – Основные параметры транзистора КТ837А

Наименование	Обозначение	Значение
Обратный ток коллектора, мА	IКБО	0.15
Граничное напряжение транзистора, В	UКЭОгр	69
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В	UКЭнас	0.9
Напряжение насыщения база-эмиттер, В	UБЭнас	1.5
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ	h21Э	Не менее 15
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц	fгр	3
Постоянный ток коллектора, А	IК MAX	8
Постоянный ток базы, А	IБ MAX	1
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В	UКЭ MAX	70
Постоянное напряжение эмиттер-база, В	UБЭ MAX	15
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт	PК MAX	30
Температура перехода	TП MAX	125
Допустимая температура окружающей среды	TC	-60…+100
Тепловое сопротивление с теплоотводом,	RПК	3.33

Так как VT1 и VT2 включены по схеме с ОК, их коэффициенты передачи по напряжению меньше единицы. С учетом сказанного выше, примем их равными 0,9. Тогда амплитуда сигнала на базе VT1 (и VT3 соответственно) будет

Резисторы на схеме рис.1 служат для обеспечения нормального режима (уменьшение обратного тока через базу) транзисторов VT2 и VT4 и выбираются в 3…5 раз большими по сравнению со входным сопротивлением VT1 и VT3 соответственно (рис.2.1).

Ток базы VT1 и VT3 найдем по формуле:

где (данные транзистора КТ837А)

Входное сопротивление VT1

Тогда =(3…5)=(3…5)130.6 = 391.8…653 Ом. Остановимся на стандартном значении 650 Ом.

Ток сигнала через R

Таким образом, ток сигнала, который должен обеспечивать транзисторы VT2 и VT4

С учетом этого тока и частотных свойств по справочнику выберем в качестве VT4 и VT2 комплиментарную пару BC327 и BC337.

Напряжение источника питания должно быть таким, чтобы обеспечивать необходимое напряжение сигнала на нагрузке. Приняв, что =0.9 и остаточное напряжение VT2 1.5…2В, получим

Выберем =27 В, принимая во внимание возможность использования операционного усилителя в качестве предоконечного каскада.

Итак, с учетом допустимого напряжения коллектор-эмиттер окончательно выберем транзисторы:

VT1 и VT3 КТ805АМ-КТ837А

VT2 и VT4 ВС337-ВС327

Из справочника находим некоторые параметры транзистора ВС327 (таблица 2).

Таблица 2 – Основные параметры транзистора ВС327

Наименование	Обозначение	Значение
Обратный ток коллектора, мкА	IКБО	0.1
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В	UКЭнас	0.6
Напряжение насыщения база-эмиттер, В	UБЭнас	1.2
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ	h21Э	100…250
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц	fгр	100
Постоянный ток коллектора, мА	IК MAX	800
Постоянный ток базы, мА	IБ MAX	100
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В	UКЭ MAX	50
Постоянное напряжение эмиттер-база, В	UБЭ MAX	5
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора, мВт	PК MAX	625
Температура перехода	TП MAX	150
Допустимая температура окружающей среды	TC	-65…+150

Последующий расчет ведем для одного плеча схемы за полупериод сигнала (второе плечо двухтактной схемы работает во второй полупериод сигнала). Расчет ведем графоаналитическим способом, так как транзисторы работают в режиме большого сигнала.

Построим динамическую выходную характеристику (нагрузочную характеристику – это прямая, так как нагрузка чисто активная). Для этого на семействе выходных характеристик транзистора КТ837А проводим прямую с координатами:

Рис. 2.2. Выходная характеристика КТ837А

Построение показано на рисунке 2.2. По данной характеристике найдем, что выходному размаху в 20 В соответствует ток базы I_б=40 мА, при этом остаточное напряжение составляет 7 В, то есть транзистор далеко не полностью используется по напряжению (напряжение источника питания выбрано повышенное).

Так как используется режим АВ, то ток покоя выходных транзисторов выбирается в интервале . Остановимся на значении покоя 50 мА (это еще не большой ток с точке зрения экономичности, с другой стороны, искажения типа «ступенька» будут невелики).

Току коллектора 50 мА соответствует ток базы 1 мА. По входной вольт-амперной характеристике транзистора КТ837А (рис. 2.3) определяем напряжение база-эмиттер в точке покоя – 0.6 В и напряжение на базе для обеспечения размаха тока в 40 мА

Рис. 2.3 – Входная характеристика КТ837А

Из рисунков 2.2 и 2.3 видно, что для «раскачки» оконечного транзистора необходимо напряжение сигнала на его базе (относительно общего провода):

Входное сопротивление транзистора (среднее значение за полупериод сигнала):

Для транзистора VT2 нагрузкой будет входное сопротивление транзистора VT1 с учетом шунтирующего действия резистора R, ток сигнала через который находится как:

Ток сигнала транзистора VT2 находим как:

Отсюда, сопротивление нагрузки для VT2 будет:

Теперь на семействе статических выходных характеристик транзистора BC327 построим нагрузочную прямую по точкам:

Рис. 2.4 – Выходные характеристики BC327

Из рисунка 2.4 видно, что для обеспечения сигнала в 40.46 мА нужен ток базы VT2 0.15 мА. Ток покоя эмиттера VT2 найдем как:

По выходной динамической характеристике транзистора BC327 (рис. 2.4) находим, что току покоя в 1.923 мА соответствует ток покоя базы 0.025 мА.

По проходной характеристике BC327 (рис. 2.5) найдем напряжение покоя и соответствующее току базы в 0.15 мА .

Найдем напряжение на базе VT2 в точке покоя:

Это половина напряжения «раздвижки», тогда напряжение раздвижки:

Рис. 2.5 –Проходная характеристика BC327

Входное сопротивление VT2 (т.е. нагрузка для предоконечного каскада):

Коэффициент передачи составного транзистора VT1-VT2:

где:

Мощность сигнала, необходимая для раскачки составного транзистора: