3. Расчет предварительных каскадов усиления

1. Выбор транзисторов предварительных каскадов усиления

Выходная цепь каждого последующего каскада многокаскадного усилителя мощности является нагрузкой предыдущего, что иллюстрируется структурой усилителя, показанной на рис. 3.1, где приняты следующие обозначения: ОУ – операционный усилитель; УК₁, …, УК_i – каскады предварительного усиления; УМ – усилитель мощности (оконечный каскад усиления).

Рис.3.1

Таким образом, для расчета каждого предыдущего каскада необходимо знать параметры последующего, а именно:

• максимальное значение входного тока каскада следующего за рассчитываемым, который для последнего является током нагрузки;

• входное сопротивление каскада следующего за рассчитываемым, которое для последнего является сопротивлением нагрузки.

Обычно все каскады многокаскадного усилителя запитываются от одного источника питания, следовательно, выбор транзисторов всех каскадов усиления должен производиться с учетом обязательного выполнения условия

в случае двухтактных схем при симметричном источнике питания.

Кроме того, как показано в п.2, транзисторы должны удовлетворять условиям (2.6). При этом для проверки требования к максимально допустимым значениям тока можно использовать приближенное значение тока нагрузки (входного тока последующего каскада), который в основном определяется максимальным значением тока базы последующего каскада. В результате

где N – число параллельно включенных транзисторов в одном плече каскада усиления, следующего за рассчитываемым; , – максимальное значение тока и минимальное значение коэффициента передачи тока транзистора i-го каскада усиления.

Если же в ходе расчетов ток нагрузки очередного каскада окажется меньше, чем допустимый ток нагрузки операционного усилителя, который предполагается использовать в качестве предварительного усилителя-сумматора, то необходимость во включении промежуточных каскадов усиления, построенных на транзисторах, отпадает, и компоновка принципиальной электрической схемы всего усилительного устройства на этом завершается.

Сопротивлением нагрузки (i-1)-го каскада является входное сопротивление i-го каскада, величина которого зависит от схемы соответствующего каскада усиления.

Так для оконечного каскада усиления входное сопротивление определяется в соответствии со схемой, показанной на рис.2.7. В этом случае эквивалентная расчетная схема будет иметь вид (рис.3.2), тогда входное сопротивление будет

где R_вхVT – входное сопротивление транзистора.

Рис.3.2

Поскольку при параллельном включении все транзисторы одного плеча имеют одинаковые входные сопротивления, а в эмиттерные цепи включаются одинаковые уравнительные резисторы, то

где N – число параллельно включенных транзисторов.

Пример. Допустим, что мощный каскад рассчитан, как это сделано в предыдущих примерах. При этом полагаем, что I_{н max} = 2,4 А; R_н = 3,5 Ом; R_э = 2,0 Ом; R_б = 874 Ом. В параллель включены два транзистора КТ816А (КТ817А), входное сопротивление которых R_вхVT = 5 Ом. Тогда ток нагрузки каскада предварительного усиления будет

а входное сопротивление

Максимальное значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, будет

Значение U_{кэ max доп.} ≥ 21 В получено в предыдущих расчетах. Тогда, исходя из условий (2.6), выбираем комплиментарную пару транзисторов, например, КТ502Б и КТ503Б, параметры которых приведены в табл.3.1