Расчет однотактного каскада усилителя мощности

РАСЧЁТ ОДНОТАКТНОГО КАСКАДА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Данные для проектирования

Pвых           - выходная мощность каскада,

Rн            - сопротивление нагрузки,

fн-fв         - диапазон усиливаемых частот,

Mн            - коэффициент частотных искажений на нижней частоте,

Еп            - ЭДС источника питания.

На рис.1.1 приведена схема усилительного каскада.

[pic 1]

Рис. 1.1. Схема каскада усиления

Дано:  Рвых = 4 Вт;  RН = 14 Ом;  fн – fв = 3,4 кГц;   fн = 16 Гц;  МН = 1,1;  

ЕП =  4,5 В.

1.1. ПОРЯДОК РАСЧЕТА

1. Распределяют по цепям частотные искажения.

[pic 2].

Выходной трансформатор:                MН = 1,14.

Цепь эмиттерной стабилизации:          MН = 1,08.

Цепь связи RC между каскадами:         MН = 1,05.

2. Вычисляют мощность сигнала, отдаваемую транзистором

[pic 3]

ηтр - КПД выходного трансформатора.

КПД выходного трансформатора из таблицы 1.1 принимаем равным

ηтр = 0,82.

Р≈ = Рвых / ηтр = 4 / 0,82 = 4,88 Вт.

3. Находим мощность, выделяемую на транзисторе при  kA = 0,035…0,45. Принимаем коэффициент использования транзистора  kA = 0,2.

[pic 4] = 4,88/ 0,4 = 12,2 Вт.

4. Ориентировочно определяют падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на сопротивлении RЭ

ΔU=URт.1+UR.Э = (0,2…0,3)Eп = 0,25 ∙3,4 = 0,85 В.

5. Наибольшее возможное напряжение на транзисторе

UКЭ.М = (Eп – ΔU)/(0,4…0,45) = (4,5 – 0,85)/0,42 = 8,7 В.

По двум параметрам P0 и Uкэ.м выбираем транзистор p-n-p КТ818ВМ с Uкэ.м = 60 В; Iк.м = 15 А; PК.доп. = 100 Вт; β = 20;  fh21э = 3 МГц из таблицы: «Параметры транзисторов».

Проверяем транзистор по частоте, при этом:

[pic 5] = 4,5 / [pic 6]9,82 кГц.

где  FВ - верхняя граничная частота усилителя;

        МВ - коэффициент частотных искажений на данной частоте (МВ = МН = 1,1).

[pic 7]

Рис. 1.2. Выходные характеристики условного транзистора

6. Определяют положение точки покоя на выходных статических характеристиках   транзистора (рис. 1.2).

Uк.э.о = EП – ΔU = 4,5 – 0,85 = 3,65 В,

Iк.о= Р0 / Uк.э.о = 12,2/ 3,65 = 3,34 А.

При отсутствии в справочниках выходных характеристик выбранного транзистора строим нагрузочную характеристику по аналогии с рис. 1.3 (прямая 1).

7. Определяем рабочий участок нагрузочной прямой 1.

Для чего задаемся величиной остаточного напряжения (Uост = 2 В). Наименьший ток коллектора из рис. 3  Iк.min = 1 А (получился из условия симметрии c IKM относительно точки О, рис. 1.3).

[pic 8]

Рис. 1.3. Нагрузочные прямые: 1 – исходная; 2 – скорректированная.

8. Из построения определяем:

   Uк.m= Uкэ.о – Uост = 3,65 – 2 = 1,65 В - амплитуда выходного напряжения;  

   Iк.m= IКМ − IK0  = 4,8 – 3,34 = 1,46 А - амплитуда выходного тока.

Соблюдается условие IК.М ≤ Iк.доп = 15 А.

9. Вычисляют мощность сигнала, отдаваемую транзистором

[pic 9]

  Rкп = UКЭ.М/I = 8,7 / 5 = 1,74 Ом - сопротивление нагрузки переменному току; I  - точка пересечения нагрузочной прямой с осью ординат.

PТ = 0,125 (4,8 – 1)2 ∙1,74 = 3,1 Вт.