10.5 Визначення нелінійних спотворень

Оскільки основним режимом роботи каскаду кінцевого підсилен­ня є режим великих сигналів з використанням практично всієї наванта­жувальної характеристики до нелінійних областей, то за рахунок дії на вході каскаду гармонічного сигналу його вихідний сигнал буде містити й вищі гармоніки. Це спричиняє появу значень коефіцієнта нелінійних спотворень , які більші за нуль.

Коефіцієнт нелінійних спотворень визначається розрахунковим шляхом та графічним побудуванням наскрізної характеристики (рис. 10.8).

Для визначення :

• будується динамічна характеристика змінного струму, за якого визначаються значення та проміжні значення базових струмів та (рис. 10.8, а, б);

• за вхідною характеристикою транзистора та раніше визначеними значеннями струму бази визначають значення (рис. 10.8, б), потім , де — опір джерела, та будують наскрізну характеристику (рис. 10.8, в).

Наприклад, .

Рисунок 10.8 – Наскрізна характеристика двотактніого підсилювача потужності

Наскрізну характеристику поділяють на чотири части­ни та визначають значення струмів , ,,,.

Теоретичну основу методу п’ятьох ординат становить той факт, що якщо наскрізна динамічна характеристика не має різких зломів, її можна подати у вигляді ряду з невеликим числом членів

Підставляючи , записуємо вихідний струм у ви­гляді

Послідовно задаючи величині значення,,,,дістаємо п’ять рівнянь

, ; , ; , ; , ; , .

(10.10)

Ці значення струмів визначаються з наскрізної характеристики для випадків ,,,,.

Після розв’язування системи рівнянь (10.10) дістанемо значення амплітуд струмів гармонік

,	(10.11)
,	(10.12)
,	(10.13)
.	(10.14)

Здобуті значення амплітуд використовуються для визначення кое­фіцієнта нелінійних спотворень .

Для попередніх розрахунків може використовуватись спрощений метод визначення тільки з урахування другої гармоніки , де

,	(10.15)
.	(10.16)

За визначення у двотактному підсилювачі слід пам’ятати, що в зазначеній схемі непарні гармоніки підсумовуються, а парні віднімаються, тому для ідеального випадку повної симетріїможе бути визначений з виразу

.

(10.17)

За наявності асиметрії, яка оцінюється її відповідним коефі­цієнтом , де та — струми першого та другого плечей, розрахунковий вираз для двотактного каскаду, має вигляд

.

(10.18)

Для того щоб скористатися цим методом для оцінки нелінійних спотворень підсилювача, працюючого в режимі В, треба заздалегідь струми одного плеча, що відповідають розрахунковій амплітуді вхід­ного сигналу та її половині, позначити та , аналогічні струми другого плеча — відповідно та(рис. 10.7). Потім визначити,,,,та з виразів

; ;;;.

10.6 Вибір транзисторів для каскаду кінцевога підсилення

Транзистори для роботи в каскаді кінцевого підсилення вибирають з урахуванням енергетичних співвідношень. Якщо вважати, що струм транзистора одного плеча має вигляд напівсинусоїди (тобто каскад пра­цює в режимі В), то постійна складова його струму . Два плеча споживають від джерела струмі відповідно потужність.

Амплітуда пропорційна вхідному сигналу, томулінійно зростає зі збільшенням амплітуди сигналу. Корисна потужність у наван­таженні, тому ККД підсилювача

.

(10.19)

Максимальне значення коли. Щоб вибрати тран­зистор такого каскаду, необхідно знати, яка потужність розсіюється на їх колекторах. Для обох плечей ця потужність

.

Замінюючи ната виносячи, дістаємо

;

За умовою потужністьмаксимальна, коли;та.

Підставляючи здобуваємо

.

(10.20)

Виходячи з цього вибір транзистора необхідно здійснювати з умови

,

(10.21)

де .

Через те що в практичних умовах має місце не «чистий» режим В, а енергетично близький до нього режим АВ, то і тоді .

Якщо підсилювач працює у режимі А, то і в цьому випадку.

Вибір транзистора (транзисторів) ККП здійснюється на основі попереднього визначення потужності витрат Р_к, максимальної напруги на переході колектор-емітер, та максимального колекторно­го струму, окрім цього необхідно врахувати і частотні можливості транзистора.

Для двотактного безтрансформаторного ККП, вибираючи тран­ зистор, необхідно забезпечити виконання умови

де - коефіцієнт корисної дії ККП; Р_{К max Доп} - максимально допустима потужність втрат обраного транзистора.

Орієнтовані значення коефіцієнта корисної дії ККП залежать від класу режиму його роботи:

- для режиму класу А - 20...25 % ;

- для режиму класу АВ - 40. .50 % ;

- для режиму класу В - 50...60 % ;

Для забезпечення необхідної вихідної потужності, живлення двотактного безтрансформаторного каскаду повинно здійснюватися напругою Е_к

В свою чергу

де U_зал - залишкова напруга, яка визначається сімейством вихідних характеристик транзистора ККП (див. рис.4 ); U_ке.доп - максимальна допустима напруга між відповідними елек­тродами транзистора.

При невиконанні вказаної умови, транзистор необхідно замінити на інший з більш високою напругою U_ке.доп.

Максимальне значення колекторного струму буде дорівнювати сумі струмів

де

- амплітуда імпульсу колекторного струму;

I_к.о = (0,05-0,15) I_к.m – струм в робочій точці;

I_{К. max. ДОП} – максимально допустимий струм колектора.