9. Расчёт оконечного усилителя мощности в режиме ав

Расчёт производится по схеме на рис. 19 и исходным данным аналогичным примеру расчёта усилителя оконечного каскада в режиме В для того же типа транзистора П4АЭ с тем же током и напряжением на коллекторе. Это позволит получить представление не только о порядке расчёта данного усилителя в режиме АВ, а также выявить разницу в расчётах по сравнению с режимом В и понять причины падения кпд каскада и развиваемой им выходной мощности.

1. На рис. 20 построены :

• допустимая кривая мощности в семействе выходных характеристик транзистора П4АЭ при t = 40  C;

• линия нагрузки аб;

• выбрана рабочая точка и показаны входные и выходные амплитуды токов и напряжений на входных и выходных характеристиках транзистора.

Рис. 19 Схема двухтактного каскада с транзисторами, включёнными с ОЭ в режиме АВ.

2. В рабочей точке на выходных характеристиках определяем:

I _кп = 0,52 А, U _кп = 19,8 В.

3. Определяем колебательную мощность Р_н, отдаваемую транзисторами в нагрузку,

Р _н = (U _{к макс} – U _{к мин} ) (I _{к макс} – I _{к мин}) / 2 =

(19,8 – 1,25) (3,32 – 0,52) / 2 = 25,97 Вт

3. Определяем оптимальное нагрузочное сопротивление R _к между концами первичной обмотки выходного трансформатора:

R _к = 4 (U _{к макс} – U _{к мин} ) / (I _{к макс} – I _кп ) =

4 (19,8 – 1,25 ) / (3,32 – 0,52) = 26,5 Ом

5. Определяем мощность, потребляемую каскадом,

Р ₀ = 2 Е _кп ( I _{к макс} + I _кп (  - 1 ) ) /  =

2  19,8 ( 3,32 + 0,52 (3,14 – 1 ) ) / 3,14 = 55,9 Вт

6. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторах,

Р к = Р ₀ – Р _н = 55,9 – 25,97 = 29,93 Вт,

откуда на один транзистор приходится

Р _к = Р_к / 2 = 29,93 / 2 = 14,965 Вт  20 Вт

7. По входной динамической характеристике определяем в рабочей точке I _бп, U_бп, амплитуды возбуждающего напряжения (U _{m вх} ) и тока (I _{m вх} ), входную мощность Р _вх, а также среднее за период входное сопротивление каскада переменному току ( рис. 20 б):

I _бп = 0,05 А, U _бп = 0,53 В,

U _{m вх} = 1,225 – 0,53 = 0,695 В,

I _{m вх} = 0,45 – 0,05 = 0,4 А,

а)

б)

Рис. 20. Характеристики транзистора П4АЭ в режиме АБ:

а) входные, б) выходные.

Р _вх = U _{m вх}  I _{m вх} / 2 = 0,695  0,4 / 2 = 0,139 Вт,

8. Выбираем оптимальное сопротивление источника входного сигнала для одного плеча каскада:

9. Строим проходную динамическую характеристику ( рис. 17):

i_к = f (Е_с), Е_с = i_б R_c + U_бэ :

Е_са = 0,45  1,76 + 1,225 = 2,017 В, I_ка = 3,32 A

Е_с1 = 0,3  1,76 + 1,023 = 1,551 В, I_к1 = 2,665 А

Е_с2 = 0,2  1,76 + 0,8722 = 1,2242 В, I_к2 = 2,0312 А

Е_с3 = 0,1  1,76 + 0,682 = 0,858 В, I_к3 = 1,2075 А

Е _{с рт} = 0,05  1,76 + 0,53 = 0,618 В, I_к4 = 0,52 А

10. На проходной характеристике определяем положение рабочей точки и амплитуду эдс возбуждающего сигнала E _{c m}:

Е_сm = Е_{с макс} - Е_{с мин} = 2,017-0,618 = 1,399 В

Е _{с рт} = Е_{с мин} = 0,618 В, I _рт = 0,52 A

11. Методом пяти ординат определяем составляющие коллекторного тока и коэффициент нелинейных искажений К _г (см. рис. 17):

I_{к макс}= I_а - I_рт= 3,32 – 0,52 = 2,8 A

I_к1= I₁ - I_рт = 2,125 – 0,52 = 1,605A

Задаёмся коэффициентом асимметрии  = 0,05,

тогда

12. Уточняем колебательную мощность, отдаваемую каскадом в нагрузку:

13. Определяем мощность, развиваемую транзистором предоконечного каскада:

где I_бм = I_мвх = I_бмакс - I_бмин = 0,45 – 0,05 = 0,4А определяется по входной характеристике (рис. 20б).

14. Определяем полный коэффициент усиления по мощности:

15. Определяем коэффициент трансформации выходного трансформатора:

16. Определяем сопротивление обмоток выходного трансформатора:

17. Определяем индуктивность первичной обмотки:

18. Определяем частотные искажения в области верхних частот, вносимые транзистором:

,042

19. Определяем частотные искажения М _В2 , приходящиеся на долю трансформатора

20. Определяем допустимую индуктивность рассеяния:

где R _вых = U _к / I _к определяется по выходным характеристикам.

21. Определяем падение напряжения на первичной обмотке трансформатора:

22. Уточняем э.д.с. источника питания:

Е`_к = Е_к + U_то = 19,8 + 0,376 = 20,176 В

23. Расчёт элементов цепи термостабилизации:

Принимаем ток делителя R₁ R₂ равным

I_д = ( 5 – 10 ) I _б = 5  0,05 = 0,25 А

Вычисляем сопротивление R ₁

округляем до стандартного 68 Ом.

Рассчитаем сопротивление R ₂

округляем до 2,2 Ом.

24. Уточняем потребляемую мощность:

25. Определяем кпд оконечного каскада:

За счёт введения делителя напряжения во входную цепь, для задания незначительного смещения с целью снижения нелинейных искажений, кпд каскада снизился на 25% по сравнению с режимом В. Поднятие кпд за счёт снижения входного тока покоя может привести к нарушению стабильности рабочего режима каскада, что является нежелательным.

Использование режима АВ в оконечном каскаде предыдущего примера не позволит развить требую мощность в нагрузке ( 30 Вт ), так как отсутствует запас по допустимому напряжению на коллекторе.

В рассмотренном примере расчёта напряжение на коллекторе находится вблизи предельного уровня, следовательно на данном транзисторе в режиме АВ выходная колебательная мощность не сможет превысить уровень больше 27 – 28 Вт.