3 Методика розрахунку підсилювача потужності

Вихідні дані до розрахунку підсилювача потужності наведені у таблиці 1.1 та містять наступні величини:

P_н — потужність навантаження, Вт;

R_н — опір навантаження, Ом;

M_н— коефіцієнт нелінійних викривлень на низьких частотах, в.о.; M_в — коефіцієнт нелінійних викривлень на високих частотах, в.о.; f_н — нижня частота підсилюваного сигналу, Гц;

f_в — верхня частота підсинюваного сигналу, Гц;

Таблиця 1.1 Вихідні дані

Pн, Вт	Rн, Ом	Mн= Mв	fн, Гц	fв, Гц
40	4	1.2	60	20103

Згідно зі схемою, наведеною на рисунку 1.1, підсилювач потужності

складається з трьох каскадів:

• вхідного каскаду, виконаного по схемі підсилювача з спільним еміте-

ром (VT1);

• каскаду попереднього підсилення, виконаного по схемі фазоінверсно-

го каскаду (VT2, VT3);

• вихідного двотактного каскаду (VT4, VT5).

Розрахунок підсилювача виконується покаскадно у зворотній послідов-ності та має таку структуру:

• розрахунок вихідного каскаду;

• розрахунок каскаду попереднього підсилення;

• розрахунок вхідного каскаду;

• обрання елементів схеми.

11

3.1 Розрахунок вихідного каскаду

1) Амплітуда змінної складової напруги на навантаженні дорівнює амплі-туді змінної складової на колекторі транзистора VT4

U _кm4  2  P_н  R_н  2  40  4 17.9В

2) Для розрахунку величини напруги джерела живлення (ДЖ) треба ви-значити величину залишкового падіння напруги „ колектор-емітер” на тран-зисторі кінцевого каскаду. Це визначення виконується по вихідним статич-ним характеристикам для схеми спільний емітер (СЕ) орієнтованого транзис-тору для вихідного каскаду таким чином, щоб робоча точка не виходила в нелінійну частку характеристики. Орієнтовно можна вважати, що залишкова напруга в залежності від ступеню насичення складає U _кеmin  0.5  2 В. [7]

Тоді напруга джерела живлення

E_к  2  (U _{кm 4}  U _{ке4 min} )  2  (17.9  2)  39.8  40В

3) Амплітуда змінної складової струму колектора транзисторів вихідного каскаду (VT4,VT5)

I _{кm 4}  ^{U кm 4}  ^17.9  4.5А

R_н 4

4) Для подальших розрахунків треба попередньо обрати тип транзисторів вихідного каскаду. Це можна зробити за наступними величинами:

- амплітудою змінної складової струму колектора I _{кm 4}  4.5A (при об-ранні транзистора за струмом треба враховувати, що при відсутності

змінної складової є початковий струм колектора для реалізації режиму класу АВ);

- напругою колектор-емітер, яка дорівнює E_к / 2  20B ;

• потужністю розсіювання на колекторі (буде розрахована і перевірена далі)

За вказаними розрахунковими даними обираємо кремнієвий транзистор p-n-p типу КТ818А з наступними параметрами :

12

- потужність розсіювання з тепловідводом P_к  60Bт

- постійний струм колектора I_к  10 A

• постійна напруга колектор-емітер U _ке  40B

• за вказаною в довіднику [9] залежністю коефіцієнта передачі струму ба-зи в схемі СЕ від струму колектора транзистора h_21e  f (I _к ) , знаходимо

величину h_{21e min} , приймаючи, що максимальне значення струму колектора дорівнює амплітуді змінної складової струму колектора. Тоді за графіком,

зображеним на	рисунку	2.1,	для	струму	Iк	 Iкm 4  4.5 A	знаходимо
h21e min VT 4  25 .

Рисунок 3.1 — Залежність статичного коефіцієнта передачі струму

від струму колектора

5) Обчислимо амплітуду змінної складової струму бази

Iбm4 	I	кm 4		4.5	 0.18А
	VT 4			25

6) Для реалізації роботи вихідного каскаду в режимі класу АВ треба зада-ти початкове значення струму бази транзистора 4, тим самим завдаючи поча-тковий струм колектору. Як відомо з [7], для зменшення нелінійних викрив-лень треба таким чином змістити вхідні характеристики транзисторів вихід-ного каскаду, щоб результуюча вхідна характеристика мала майже лінійний вигляд. Однак бажання вийти на початок лінійної частки вхідної характерис-тики транзистора призводить до суттєвого збільшення втрат та зниження ко-ефіцієнта корисної дії каскаду. Окрім того, ліквідувати нелінійні викривлен-

13

ня тільки зміщенням характеристик неможливо, тому схема підсилювача має від’ємний зворотній зв’язок.

За рекомендаціями, вказаними у [4,7,11] обираємо струм колектору спо-кою таким, щоб він дорівнював зворотному струму колектор-емітер обраного транзистору. Зворотній струм база-колектор для КТ818А знаходимо з [9] (обираємо найбільшу величину, яка відповідає більшій температурі) — при температурі 100С дорівнює I_к0  10 10^3 А. Перераховуючи в струм колек-тор-емітер отримуємо

I_к0(е)  (1  _{VT 4} )  I_к0  (1  32) 10 10^3  330 10^3 А

Отримана величина узгоджується з критеріями іі вибору, вказаному у [4]. 7) Розраховуємо струм бази спокою

Iб04 	I	к04		0.33	 0.0103А
		max		32
		VT 4

8) Середнє значення струму, який споживається від джерела живлення ви-

хідним каскадом

I₀₄  _¹ I_{кm 4}  I _к04 ( 1) _¹ 4.5  0.33( 1) 1.66 A

9) Потужність, яка споживається вихідним каскадом при номінальній по-

тужності у навантаженні

P₀₄  E_к  I₀₄  40 1.66  66.3Вт

10) Потужність розсіювання на колекторі одного транзистору вихідного

каскаду (VT4)
P	 0.5  I		U			66.3  0.5  4.5 17.9
Pк4  04		кm4		кm4			13.5Вт
	2					2

Перевіряємо потужність розсіювання на колекторі обраного транзистору КТ818А — за довідниковими даними вона становить 60 Вт при установці транзистора на охолоджувач, тому вважаємо, що тепловий режим роботи транзистора не порушується.

14

11) За вхідною характеристикою транзистора визначаємо його диферен-ційний вхідний опір на робочому участку. Для цього проводимо дотичну до участку, де присутня змінна складова сигналу та обчислюємо зміни напруги база-емітер та струму бази за графіком.

Відмічаємо на характеристиці (рисунок 3.2) струм бази спокою I_б04 і до-даємо до нього амплітуду змінної складової I_бm4 . По точках перетину знахо-димо напругу бази спокою U_б04  0.62В та амплітуду змінної складової на-

пруги на базі U _бm4  1.18  0.62  0.56В

Рисунок 3.2 — Вхідна характеристика КТ818

та величини базових струмів і напруг

					15
Тоді вхідний опір
U	U			1.1  0.9
rвхVT 4  I вхVT 4  I		бэVT 4			 2.2Ом
				0.15  0.057
вхVT 4		бVT 4
12) Визначаємо опір резисторів,		на яких утворюється падіння напруги у

режимі спокою транзисторів вихідного каскаду.

R₄  R₅  (5 10)  r_{вхVT 4}  10  2.2  22Ом

З ряду Е24 обираємо номінальну величину опору, що дорівнює 22 Ом. 13) Уточнюємо значення змінної складової вхідного струму вихідного ка-

скаду з урахуванням шунтуючої дії резисторів R4 та R5:

Iб/m4 	U	бm4				0.56		 0.3А
	rвхVT 4  R4					2.2  22
	rвхVT 4  R4					2.2  22

14) Таким чином розрахунок вихідного каскаду закінчено, отримані дані для розрахунку проміжного каскаду. Струм бази спокою транзистора кінце-вого каскаду дорівнює I_б04  0.0103А, змінна складова вхідного струму кін-цевого каскаду I_б^/_m4  0.3А