Практическая работа 5 Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности

Цель работы:

• изучение схемы двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности;

• выполнение расчета элементов усилителя.

Задние

• определить тип транзистора,

• данные режима по по­стоянному и переменному току;

• токи, напряжения и мощность входной цепи;

• фактически полученную мощность в нагрузке;

• мощность, рассеиваемую на коллекторе.

Исходные данные

Таблица 1

№ варианта	Рвых	Rн	ДРЧ	Мн
1	10 Вт	220кОм	20 – 25кГц	0,3
2	10 Вт	16Ом	31,5 – 20 кГц	0,4
3	10 Вт	120кОм	40 – 16 кГц	0,7
4	10 Вт	150кОм	250 – 6,3 кГц	1
5	10 Вт	8 Ом	20 – 20 кГц	0,6
6	10 Вт	180кОм	40 – 12,5 кГц	0,5
7	10 Вт	4Ом	31,5 – 22кГц	0,15
8	10 Вт	10кОм	31,5 – 18 кГц	0,1
9	10 Вт	12кОм	40 – 14 кГц	0,05
10	10 Вт	120Ом	63 – 8 кГц	0,2

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Таблица с параметрами заданного режима работы усилителя (таблица 1).

3. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности.

4. Расчет параметров двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности.

Краткие теоретические сведения

Для получения высокого КПД и большой выходной мощности используют двухтактные схемы.

Двухтактные схемы содержат два усилительных элемента, образующих два плеча схемы и работающих на общую нагрузку. На вход каждого плеча двухтактной схемы подается два одинаковых напряжения в противофазе.

Самый высокий КПД помогают обеспечить трансформаторы, включенные в двухтактные схемы, такие каскады называются двухтактными трансформаторными каскадами усиления мощности. Трансформатор выполняет функцию согласования большого выходного сопротивления усилительных элементов с сопротивлением нагрузки.

Основным достоинством трансформаторных выходных каскадов является возможность согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением усилительного элемента. Трансформатор является громоздким и сравнительно дорогостоящим элементом, а так же источником частотных, фазовых нелинейных искажений. Эти недостатки и обусловили появление бестрансформаторных схем выходных каскадов, которые получили широкое распространение и обеспечивают высокий КПД и возможность согласования выходного сопротивления каскада с сопротивлением нагрузки. Помимо этого такие каскады имеют малые габариты, более высокие качественные показатели, имеют простую фазоинверсную схему при использовании комплиментарных пар выходных транзисторов.

Однако следует ввиду ряд недостатков:

• наличие большой емкости связи с нагрузкой;

• трудности подбора комплиментарных пар с близкими параметрами, поэтому применяют составные транзисторы в плечах двухтактной схемы.

Расчет ведется для схемы каскада, выполненного на комплементарной паре.

Транзисторы работают в режиме, близком к режиму В.

1. Определяем требуемую амплитуду переменного напряжения на каждое плечо схемы Uкэm = 2Рвых*Rн

2. Определяем напряжения источника питания для каждого плеча схемы Ек1 = Uкэm + Uкэост, где Uкэ.ост — напряжение в режиме насыщения. Учи­тывая, что транзисторы VT2 и VT3 включены последовательно по постоянному току, суммарное напряжение источника Е=2Ек1.

3. Определяем необходимую амплитуду тока коллектора для каждого плеча Iкm = Uкэ/ Rн

4. Определяем среднее значение тока, потребляемое от источника в режиме В:

Iср = Iкm / 

5. Определяем мощность, потребляемую от источника питания каждым из транзисторов VT2 и VT3:

Ро1 = Е1*Iср

6. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзисторов VT2 н

VT3:

Рк1 = Ро1 – Рвых1, где Рвых1 = Рвых /2

7. Определяем требуемую предельную частоту транзистора

fh21э тр ≥ fв / √М² - 1

8. Выбираем комплементарную пару транзисторов, у которых

Ркmax ≥ Рк, Uкэ max ≥ Е, Iкmax ≥ Iкm, h21э > h21 э треб.

и выписываем основные параметры транзисторов.

9. Для уменьшения нелинейных искажений задаемся током покоя

Iro ≈ 0,05 Iкm

10. На семействе статических выходных характеристик строим нагрузочную Прямую. В данном случае R~ = Rн, Uкэо = Ек1

На оси напряжений откладываем точку, в которой Uкэ = E1 и находимую точку покоя, соответствующую Eк1 и току Iко. На оси токов откладываем точку в которой ток I = Ек1/Rн. Через точку покоя и точку на оси токов, соответ­ствующую току I, проводим нагрузочную прямую.

11. Определяем остаточное напряжение Uкэост. Для этого на оси токов отмечаем точку Iкm и проводим прямую, параллельную оси напряжений, до пе­ресечения с нагрузочной прямой. Из точки пересечения проводим перпендикуляр на ось напряжения. В точке пересечения этого перпендикуляра с осью напряже­ния Uкэ = Uкэост. Находим ток базы, соответствующий току Iкm: Iб = Iбm . Выписываем значения Uкэос и Iбm.

12. Найдем ток базы в точке покоя, соответствующий току Iко по характеристике.

13. На входной характеристике отмечаем токи Iбо и Iбmax, проекции этих точек па ось напряжений соответствуют напряжениям Uбэо и Uбэmax.

14. Определяем амплитуду тока базы Iбm = Iбmax – Iбо и амплитуду напряжения Uэбm = Uбэm - Uбэо

15. Определим входную мощность каждого плеча

Рвх = 0,5Iбm Uбэm

16. Определяем амплитуду входного напряжения, учитывая, что транзисторы выходного каскада собраны по схеме с ОК

Uвхm = Uбэm + Uкэm

17. Определяем емкость разделительного конденсатора в цепи нагрузки

Cр ≥ 1/2 fн Rн √М²н – 1 и выбираем стандартный конденсатор.

18. Определяем мощность в нагрузке

Рвых = 0,5Uкm Iкm, где Uкm = E1 – Uкэост, Рвых ≥ Рвых зад≥

19. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзисторов каж­дого из плеч

Рк = 0,101 U²кэо / Rн.