4. Однотактный усилитель мощности на полевом транзисторе

Исходными данными для расчета однотактного усилителя мощности являются входные параметры двухтактного усилителя мощности:

1. Р_н = 14,8 мВт;

2. R_н = 78 Ом;

3. Частота сигнала f_н=1 кГц;

4. ;

5.   4%.

Рис. 4.1. Принципиальная схема однотактного усилителя на полевом транзисторе

Рис. 4.2. Схема замещения однотактного усилителя на полевом транзисторе по переменному току в области СЗЧ

Расчет каскада производится аналогично расчету усилителя с общим истоком, но необходимо учитывать, что подключение сопротивления нагрузки R_н к стоковой цепи транзистора VT1 происходит через трансформатор Тр. По переменному току напряжение стока VT1 U₁ и напряжение нагрузки U_н связаны через коэффициент трансформации n:

n=W2/W1= U_н/U_1.

Рис. 4.3. Схема замещения трансформатора Тр в области СЗЧ.

.

1. Выбор КПД трансформатора осуществляем по таблице 2.1 [стр. 21]:

η_тр= 0,65.

2. Выбор типа транзистора vt1.

Рассчитываем необходимую допустимую мощность, рассеиваемую на стоке транзистора.

P_с.доп.=(1,11,2)*P_н / _тр.

P_c.доп.=1,1* 0,0148 / 0,65 = 25 мВт.

2. Рассчитываем граничную частоту, которая должна быть в 510 раз больше частоты сигнала в нагрузке:

f_гр= (510)*f_н = (510) кГц.

3. Примем E_c равным одному из стандартных значений (с учетом напряжения питания 2-хтактного усилителя мощности).

E_c = 18 В.

Рассчитываем максимальное напряжение U_си:

U_си=(1,11,2)·E_c=1,1·18=20 В

Исходя из полученных данных выбираем транзистор КП302,Б, параметры которого:

U_си.max = 20 В;

P_с.max= 300 мВт при температуре окружающей среды Т_с=(-60+90) ˚С.

Рис. 4.4. Выходные ВАХ VT1.

3. Выбор положения рабочей точки vt1 по постоянному току.

Рабочую точку А необходимо выбирать так, чтобы выполнялись следующие условия:

1. Напряжение питания каскада должно иметь стандартное значение E_с={9,12,18,24 и т.д.}В и удовлетворять неравенству:

,

2. Рабочая точка в режиме A обычно находится в середине активной области работы транзистора VT.

Пользуясь выходными ВАХ выбираем положение рабочей точки транзистора VT, работающего в режиме А. Исходя из этого, выбираем:

Е_с=0,9·U_сиmax =0,9·20=18 В.

Строим кривую

Р_сmax= U_си·I_с = 0,3 Вт.

Положение рабочей точки:

I_с0 = 20 мA,

U_си0 = (E_с+U_синас)/2  12 В,

U_зи0 = 0,6 В.

4. Расчет по постоянному току.

1. Величина сопротивления истоковой цепи определяется по формуле:

R_и = U_зи0 / I_c0 =0,6/20·10^-3 = 30 Ом.

Примем R_и = 33 Ом.

Рассчитаем мощность, выделяемую на этом резисторе:

P_и = (I_c0)²·R_и = (0,02)²·30 = 0,013 Вт < 0,125 Вт.

Тогда тип R_и : МЛТ-0,125-33±10%.

2. Величина сопротивления резистора RC – фильтра:

;

.

P_ф = (I_c0)²·R_ф = (0,02)²·270 = 0,108 Вт < 0,125 Вт.

Тогда тип R_ф : МЛТ-0,125-270±10%.

3. Величина сопротивления затвора:

R_з = (0,51,5)МОм = 0,5МОм = 500 кОм.

Примем Rз = 470 кОм.

Тип R_з: МЛТ-0,125-470±10%.

5. Положение нагрузочной прямой по переменному току.

Также как и для двухтактного каскада коэффициент передачи n Тр1 обеспечивает любое положение нагрузочной прямой по переменному току I~. Поворачивая нагрузочную прямую I~ вокруг рабочей точки А, выбираем наиболее “высокомощный” режим. Но в заданном случае транзистор VT1 выбран с большим запасом по мощности и практически при любом положении I~ мы можем обеспечить требуемую мощность в нагрузке.