6. Расчет нелинейных искажений.

Нелинейные искажения определяем по амплитудам гармоник коллекторного тока, используя сквозную динамическую характеристику I_к(E_ист) и метод пяти ординат.

Сопротивление источника находим по формуле:

R_ист=1,5*h_11э=1,5* (U_бэ / I_б) | _Uкэ=const

На входных ВАХ (рис. 2.3.) рассмотрим треугольник BCD, который был построен путем проведения касательной в рабочей точке А.

Получаем U_бэ=0,7-0,5875=0,1125 В, I_б=0,075 А. h_11э=0,1125/0,075=1,5 Ом.

R_ист=1,5*1,5≈2,3 Ом.

Далее, перенося точки на нагрузочной прямой с выходной ВАХ на входную, рассчитываем э.д.с. эквивалентного источника питания по формуле:

Е_ист = U_бэ * I_б + R_ист,

которая вытекает из модели оконечного каскада по переменному току (рис. 2.5)

Рис. 2.5 – Модель 2-хтактного трансформаторного усилителя мощности

для полупериода входного синусоидального сигнала.

Накопленные данные заносим в табл.2.2:

Таблица2.2

Iк, А	Iб, А	Uбэ, В	Eист, В
1	0,02	0,61	0,67
1,75	0,04	0,645	0,74
3,6	0,1	0,68	0,91
4,8	0,14	0,705	1,05
5,4	0,17	0,71	1,101

Строим сквозную динамическую характеристику I_к(E_ист) (рис. 2.6).

Рис. 2.6 – Сквозная динамическая характеристика оконечного каскада.

По сквозной динамической характеристике находим номинальные токи:

Iк’_m=5,4 А

I₁’=2,83 А

I₀’=1 А

Пять значений токов Iк_mах, I₁, I₀, I₂, Iк_min определяем, предполагая, что в одном плече каскада протекает ток в 1+b, а в другом в 1-b раз отличающийся от номинального, причем токи второго плеча имеют обратное направление. Здесь b – коэффициент асимметрии плеч, который равен b=0,1 ... 0,15. (MN=NK.)

Выбираем b=0,1. Тогда получаем

Далее определяем амплитуды гармоник тока

Находим коэффициент нелинейных искажений для транзистора, работающего в режиме АВ по формуле:

.

Должно выполняться условие: γ < 4% (3,46 < 4). Если это условие не выполняется, необходимо смещать рабочую точку. А вверх.

Для получения наименьшего значения коэффициента нелинейных искажений при максимальной расчетной величине I’к_m смещение целесообразно брать таким, чтобы получить I₁’=0,5 I’к_m. При этом амплитуда третьей гармоники равна 0.

7. Расчет элементов температурной стабильности.

По входным и выходных ВАХ определяем следующие исходные данные:

• Максимум коллекторного напряжения U_кэm=Е_к-U_кэmin =18-10,2=7,8 В

• Максимальный коллекторный ток I_кm=I’_кm-I_к0=5,4-1=4,4 А

• Максимальный ток базы I_бmах= I’_бmax- I_б0=0,17-0,02=0,15 А

• Максимальное напряжение на базе транзистора

U_бэmах=U’_бэmах­- U_бэ0=0,71-0,61=0,1 В

• Напряжение покоя на базе U_бэ0=0,61 В

• Ток покоя коллектора I_к0=1 А

• Ток покоя базы I_б0=0,02 А

1) Сопротивление в цепи делителя базы:

R_б2 = (0,10,5) *2,5=(0,25…1,25)Ом

Выбираем R_б2 =0,3 Ом

Верхняя граница диапазона рабочих температур составляет +50 ^оС. На практике при температурах до +80 ^оС, чаще используют следующую схему:

Общее сопротивление цепочки:

R_б2 = R_p || R_T

Требуемое значение напряжения смещения обеспечивается для двух значений температуры t΄ и t˝. Погрешности для других значений температуры получаются наименьшими, если:

,

где t_max и t_min – предельные значения температуры окружающей среды.

Зная t_max=+50 ^оС и t_min=+10 ^оС, определим:

Находим

,

где В выбирается по справочнику радиолюбителя в зависимости от требуемого класса точности терморезистора. Чаще всего В=2500 К. Т΄=t΄+273 K=289 К; T˝=t˝+273 K=317 К.

Далее, приняв t_o=+20 ^oC и с=2.2·10^-3 В/1 ^оС, рассчитаем:

.

R_р= 0,285 Ом. P_Rp= U²_бэ0 / R_р= 1,31 Вт.

Выбираем намоточный резистор R_р=0,3 Ом.

Рассчитываем номинальное значение термосопротивления для t=t_o=+20 ^oC

,

где T_o=t_o+273 K=293 K.

Ом.

До температуры среды +50˚С допустимо применять диоды, которые компенсируют температурные изменения транзистора VT1. Число диодов равно количеству шунтируемых им p-n-переходов транзистора, т.е. ставим диод, у которого прямое сопротивление (0,251,25) Ом, падение напряжения ≈0,61 В.

По справочнику выбираем VD1: КД202В, параметры которого:

U_пр.ср.=0,9 В;

U_обр.max=70 В;

I_{пр.ср.max}=3,5 А;

I_обр=0,8 мА;

R_пр=0,257 Ом

2) Рассчитываем ток делителя

I_д = 5*I_б0 =5*0,02=0,1 А.

3) Рассчитываем сопротивление резистора R_б1:

R_б1 = (E_к  U_б0) / (I_д+I_б0)=(18-0,61)/0,12=145 Ом.

P_Rб1=(I_д+I_б0)² R_б1=0,0144*145=2 Вт.

Выбираем R_б1=150 Ом.

Тогда тип R_б1: ОВС-2-150±5%.

4) Рассчитываем конденсатор С1 на f_н:

Хс(f_н) << R_б1||R_б2

, отсюда

Выбираем С1=1000 мкФ.

Тогда тип С1: К50-3-1000±20%-25.

8. Определение коэффициента трансформации выходного трансформатора.

Унифицированные согласующие трансформаторы (УСТ) предназначены для согласования сопротивлений источника входного сигнала и нагрузки. Межкаскадные УСТ типа ТМ/Т (милливаттные / ватные) применяются для согласования 1-но тактного и 2-х тактного каскадов. Они обозначаются как ТМР_тр-i / ТР_тр-i,

где Р_тр – номинальная мощность в ВּА (0,002; 0,005; 0,01; 0,5; 0,7; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 25,0),

i – номер типономинала 1, 2, … , m (14; 54; 69; 59; 69; 59; 45; 19; 30; 10 – m для соответствующей номинальной мощности).

Выходные УСТ типа ТОТ обеспечивают заданную Р_н и выпускаются 6 сериями (всего 207 типономиналов). Они обозначаются ТОТi,

где i – номер типономинала 1, 2, … , 189, 202, … , 219 и выпускаются на типовые мощности 0,025 – 25 Вт.

В таблицах [Приложения А и Б] даны параметры этих трансформаторов.

Конкретный типономинал трансформатора выбирается по:

• мощности в нагрузке с учетом η_тр:

Р_тр ≥ Р_н/η_тр

• коэффициенту трансформации n_тр=W₂/W₁:

n_тр ≥ n_расч.

Рекомендуется при выборе УСТ по коэффициенту трансформации n_тр иметь в виду возможность последовательного соединения первичных и вторичных обмоток, что позволяет расширить дискретный ряд их значений.

Для трансформаторов ТОТ36 – ТОТ105 число витков равно:

W1=W2; W1’=W1’’=W2’=W2’’=0,5*W1.

Для трансформаторов ТОТ105 – ТОТ189 число витков равно:

W2=1,4*W1; W1’=W1’’=0,5*W1; W2’= W2’’=0,3*W1;

Для трансформаторов ТОТ202 – ТОТ219 число витков равно:

W2=0,7*W1; W2’= 0,14*W1; W2’’=0,26*W1.

Рассмотри пример выбора выходного УСТ.

.

В таблице (Приложение Б) необходимо учитывать следующие данные:

• входное сопротивление трансформатора R_вх.тр;

• сопротивление обмоток по постоянному току, Ом:

первичной – r₁ х 2;

вторичной – r₂ х 2;

• максимальное напряжение первичной обмотки, В U₁ х 2;

• число витков первичной обмотки W₁ х 2;

• коэффициент трансформации n_тр.

Из этих данных можно получить сопротивление полуобмоток: W₁’→r₁/2; W₂’→r₂/2.

По значениям R_вх.тр = r₁+r₂/n²_тр+R_н/n²_тр и U₁ можно найти типовую мощность трансформатора Р_тр:

.

Очевидно, что мы имеем различные варианты применения одного и того же трансформатора (даже при одинаковых коэффициентах n, мы имеем разные величины сопротивлений обмоток).

Отметим, что выбор типа межкаскадного трансформатора проще, т.к. в справочной таблице [Приложение А] приводится типовая мощность УСТ (как и в самом обозначении трансформатора). При этом также возможны вариации коэффициентов трансформации.

Находим сопротивление коллекторной цепи транзистора VT1 по переменному току (наклон желаемой нагрузочной прямой – рисунок 3.2):

R_~=Uкэ_m/Iк_m=7,8/4,4=1,77 Ом.

Коэффициент трансформации находим по формуле:

Если активные сопротивления первичной и вторичной обмоток Тр2 определить по следующим соотношениям [подробнее см. лит. 20 стр. 90]:

r_1п=0,58ּ R_~(1-η_тр)=0,58*1,77(1-0,85)=0,154 Ом.

Ом.

Максимальное напряжение первичной обмотки равно: U₁=0,78 х 2 В.

По полученным данным выбираем типовой выходной согласующий трансформатор ТОТ213, параметры которого:

1)Входное сопротивление: R_вх.тр = 3,7 Ом;

2) Сопротивления обмоток по постоянному току:

r_1п=0,5 х 2 Ом. r_2п= 49 Ом.

3) Максимальное напряжение первичной обмотки: U_1­=22 х 2 В.

4) Число витков первичной обмотки W1=90 х 2;

5) Коэффициент трансформации:

Находим типовую мощность трансформатора: ;

Данный трансформатор обеспечивает необходимую мощность в нагрузке.