вход Вход Регистрация



Основным назначением усилителей мощности является обеспечение в нагрузке заданной мощности. При этом желательно как можно эффективнее использовать усилительный прибор. Усилитель мощности является выходным каскадом многокаскадного усилителя, работающим на низкоомную нагрузку. Для согласования высокого выходного сопротивления с низким сопротивлением нагрузки применяются трансформаторы. В последнее время широкое использование нашли бестрансформаторные усилители мощности.


Схема усилителя с бестрансформаторным выходом с параллельным управлением однофазным напряжением составных оконечных транзисторов представлена на рис.1.1.

Рис.1.1 Транзисторный бестрансформаторный двухтактный каскад

с симметричным входом и несимметричным выходом

с параллельным питанием.

Транзисторы одной проводимости V4, V5 образуют выходной каскад. На транзисторах V2, V3 собран фазоинверсный каскад, обеспечивающий необходимую амплитуду тока для работы транзисторов оконечного каскада V4, V5, а также необходимый сдвиг по фазе на 1800 входного напряжения оконечного каскада. Резисторы R4 и R5 являются нагрузкой транзисторов V2 и V3.

Транзисторы V2 и V3 разной проводимости включены по схеме ОК и работают в режиме АВ.

Составные транзисторы V2 и V4 представляют собой двойной эмиттерный повторитель (квазикомплементарный каскад Дарлингтона ), охваченный ООС, а составные транзисторы V3, V5 образуют двухтактный усилитель напряжения с обратной связью, коэффициент усиления по напряжению » 1. Оба плеча двухтактного усилителя обеспечивают достаточно большие коэффициенты усиления по току.

Несмотря на не идентичность схемных построений плеч усилителя, их асимметрия не сказывается на нелинейных искажениях сигнала из-за наличия глубокой ООС.

Получение мощных выходных колебаний при высоком КПД исключает возможность использования малосигнальных параметров транзисторов в процессе проектирования, поэтому все основные расчеты ведутся по статическим характеристикам транзисторов на средних частотах.

На транзисторе V1 собран каскад предварительного усилителя по схеме с ОЭ, работающий в режиме А. Каскад предназначенный для обеспечения необходимой амплитуды входного сигнала для раскачки выходного каскада на составных транзисторах.

Температурная компенсация составных транзисторов (V2, V4 и V3, V5) осуществляется с помощью терморезистора RТ с отрицательным ТКС (возможно использование p-n – перехода), через который проходит коллекторный ток V1. Падение напряжения на нем должно быть равным сумме UбэV2 и /UбэV4/.

Резистор R3 и конденсатор Сэ являются элементами эммитерной термостабилизации транзистора V1. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения для задания рабочей точки транзистора V1. Конденсатор Ср1 разделительный, предназначенный для развязки усилителя мощности по постоянному току с предыдущими каскадами.

Расчет производится в такой последовательности.

1. Определяем амплитудное значение переменного напряжения на нагрузке:

2. Находим необходимое напряжение источника питания:

где Uк min – остаточное напряжение на коллекторе открытого транзистора.

3. Определяем амплитуду импульса коллекторного тока транзистора VT4(VT5):

4. Находим среднее значение тока, потребляемого от источника питания оконечным каскадом:

где IК0 – начальный ток коллектора транзисторов VT4, VT5. Принимаем равным 30 мА.

5. Рассчитываем мощность, потребляемую от источника оконечным каскадом, при номинальной выходной мощности:

6. Рассчитаем мощность рассеивания на коллекторе одного транзистора оконечного каскада:

7. По рассчитанным величинам Ек , Iкm , Рк выбирает тип транзистора оконечного каскада VT4(VT5), из условия, чтобы рассчитанные значения ЕК , Iкm , РК не превышали допустимые и граничная частота fb выбранного транзистора должна быть больше fВ.

8. На семействе выходных статических характеристик выбранного транзистора строим нагрузочную прямую, левее строим динамическую характеристику IК = f(Iб).

По выходным и входным статическим характеристикам определяем: Uкm4

Uок4 ; Uбm4 Uоб4 Iкm4 Iок4 Iбm4 Iбm4

9. На основании Iбm4 и Uбm4 находим входное сопротивление транзистора VT4:

10. Сопротивление резисторов R4 и R5 определяем из соотношения:

11. Уточняем значение входного тока оконечного каскада с учетом шунтирующего действия резисторов R4, R5:

12. Определяем ток покоя в рабочей точке транзисторов VT2 и VT3:

13. Выбираем типы транзисторовVT2 p-n-p структуры, VT3 n-p-n структуры, по необходимому значению амплитуды коллекторного тока, равному амплитуде базового тока транзисторов VT4 и VT5,имеющих допустимое коллекторное напряжение не менее Ек. Транзисторы VT2 и VT3 должны иметь близкие параметры. Поскольку режимы работы транзисторов VT2 и VT3 в основном одинаковы, расчет производим для одного плеча. На семействе статических характеристик транзистора VT3 строим линию нагрузки. Затем так же, как и для выходных транзисторов, строим зависимость IК = f(Iб). Из построения определяем значения Uкm ;Uок ; Uбm ; Uоб ; Iкm ; Iок ; Iбm ; Iоm .

14. Определяем значение коллекторного тока мощность, потребляемую от источника питания по формулам:

15. На основании Iбm2 и Uбm2 находим входное сопротивление транзистора VT2:

16. Определяем необходимые амплитудные напряжения возбуждения верхнего (VT2, VT4) и нижнего (VT3, VT5) плеч оконечного каскада:

17. Сопротивление R6 находим из условия обеспечения режима работы транзистора VT1. Для получения в точке «А» (рис.1.1) напряжения равного 0,5Ек , нужно, чтобы:

- постоянное напряжение на коллекторе VT1 было равно Uко1:

(при UR3 = 1 В)

- постоянная составляющая (Iок1)коллекторного тока VT1 должна быть больше Iбm2 .

18. Тогда сопротивление R6 определяется как:

19. Находим мощность рассеяния на коллекторе VT1:

20. По расчетным данным и с учетом максимально допустимого коллекторного напряжения, выбираем тип транзистора VT1.На семействе выходных статических характеристик выбранного транзистора строим нагрузочную прямую. Левее строим динамическую характеристику IК = f(Iб).

По выходным и входным статическим характеристикам определяем:

Uкm1; Iкm1; Uоб1; Iоб1; Iбm1 и Uбm1

21. На основании Iбm1 и Uбm1 находим входное сопротивление транзистора VT1:

22. Определяем элементы схемы температурной стабилизации оконечного каскада. Сопротивление RТШ будет равно:

23. Определим относительное уменьшение напряжение на RТШ при максимальной рабочей температуре (tmax = 60 0C ):

24. Определяем необходимое значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС):

и выбираем тип терморезистора с ближайшим значением ТКС.

25. Определим величину сопротивления резистора в эмиттерной цепи транзистора VT1, задавшись падением на нем UR3 = 1 В:

26. Относительное изменение b при изменении температуры определяем из приближенного соотношения:

27. Определяем максимальное допустимое значение коэффициента температурной нестабильности режима VT1 из выражения:

28. Величины сопротивлений делителя R1, R2 находим из выражений:

29. Определим коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах по формуле:

30. Определим необходимую амплитуду входного напряжения:

31. Общее допустимое значение коэффициента частотных искажений распределяем между схемными элементами, вносящими эти искажения. Для схемы (рис.1.1) в области низших частот искажения вносятся конденсаторами СР1Н1), СЭН2), СР2Н3). С целью уменьшения габаритов конденсатора СР1 принимаем, что он вносит основную часть допустимых искажений, а остальную часть распределяем между остальными конденсаторами:

32. Определяем значение конденсаторов схемы усилителя из допустимых искажений в области низких частот:

33. Оценим коэффициент частотных искажений усилителя вносимый мощными транзисторами оконечного каскада:

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру