10 Усилители мощности

10.1 Трансформаторный выходной каскад в режиме класса а

При проектировании выходных каскадов усилителей, которые часто называют усилителями мощности, стремятся максимально полно использовать напряжение и ток источника питания с целью обеспечения более высокого коэффициента полезного действия. Главное назначение выходного каскада – получение требуемой мощности P_Н в заданной нагрузке R_Н. Оно обеспечивается прежде всего выбором соответствующего транзистора.

Повышение КПД возможно за счет использования трансформаторной связи с нагрузкой, а также режимов усиления классов В, АВ и С.

На рис. 10.1, а приведена схема трансформаторного усилителя мощности с ОЭ в режиме класса А.

Выбор положения точки покоя прежде всего ограничен условиями:

;

;

P_К = U₀ I₀ < P_Кдоп,

где I_{К доп}, U_{КЭ доп}, P_{К доп} – предельно допустимые для данного транзистора значения тока коллектора, коллекторного напряжения и мощности рассеяния на коллекторном переходе. Графическое представление этих неравенств выделят рабочую область на выходных характеристиках транзистора. Рабочая точка А выбирается на нагрузочной прямой постоянного тока, проходящей вертикально при U_КЭ = U₀ = E. Через точку А проведена нагрузочная прямая переменного тока.

(10.1)

Мощность сигнала в коллекторной цепи транзистора графически соответствует площади заштрихованных треугольников (на рис. 10.1, а)

где – КПД трансформатора

Амплитуда переменного напряжения на коллекторе

Амплитуда переменной составляющей тока коллектора

Сопротивление выходной цепи переменному току

Коэффициент трансформации выбирают таким, чтобы пересчитанное к первичной цепи сопротивление нагрузки соответствовало рассчитанной выше величинеобеспечивающей требуемую мощностьP_Н:

откуда (10.2)

Ток коллектора в рабочей точке I₀ = I_m+I_min.

Полная мощность, потребляемая от источника питания P_S = =I₀E.

Коэффициент полезного действия каскада

(10.3)

где – коэффициент использования транзистора по току;

–коэффициент использования транзистора по напряжению.

Максимальное теоретическое значение КПД трансформаторного каскада в режиме А равно 50 % (при В практических схемах удается реализовать

Самым тяжелым для транзистора является режим покоя, когда на коллекторе рассеивается мощность При подаче входного сигнала она уменьшается до значения

Соотношения для выбора транзистора:

Суммарная поверхность пластинчатого радиатора, на который надо установить транзистор, чтобы при максимальной температуре окружающей среды T_{с mах} температура перехода не превышала допустимого значения T_{п mах} определяется выражением

(10.4)

где – тепловое сопротивление участка «переход – корпус» транзистора, являющееся справочным параметром используемого транзистора.

Трансформатор TV1 в каскаде работает с постоянным подмагничиванием сердечника. Ток I₀ должен быть меньше тока намагничивания. Сердечник обычно выполняют с зазором.

Другой недостаток рассматриваемой схемы – трудность температурной стабилизации режима работы транзистора. С этой целью в качестве R_Б можно использовать нелинейное сопротивление, значение которого растет с ростом температуры окружающей среды.