4.6. Расчёт каскадов мощного усиления

4.6.1. Задачи расчёта

Для расчёта транзисторного каскада мощного усиления необходимо иметь следующие данные: выходную мощность Р_вых, сопротивление нагрузки R_н (R₂), допустимый коэффициент гармоник К_г, низшую и высшую рабочие частоты F_н и F_в, допустимые коэффициенты частотных искажений М_н и М_в, низшую и высшую температуры окружающей среды, т. е. диапазон температуры от t _мин до t _макс. Кроме того, должен быть известен тип источника питания и конечно же назначение проектируемого усилителя мощности.

В расчёт каскада мощного усиления входит: выбор напряжения источника питания, если оно не задано, выбор точки покоя (тока покоя выходной цепи), тока и напряжения смещения входной цепи, сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом колебательной мощности  Р, определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности) и входного сопротивления каскада, расчёт коэффициента гармоник каскада К _г, расчёт сопротивлений, задающих смещение, и цепи стабилизации, если она необходима. К расчёту каскада мощного усиления также относится расчёт электрических данных выходного трансформатора (L₁, L_S, n, r₁, r₂), его конструктивный расчёт (при необходимости) и расчёт радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.

Расчёт каскадов мощного усиления в режимах А , В и АВ производится различно и рассматривается в примере расчёта усилителя низкой частоты данного пособия после методики эскизного расчёта всего усилителя и методики расчёта каскадов мощного усиления.

5. Методика эскизного расчёта

Составить блок-схему и принципиальную схему усилителя низкой частоты по следующим исходным данным:

• требуемая мощность в нагрузке Р _н;

• сопротивление нагрузки R _н;

• коэффициент нелинейных искажений К _г;

• полоса усиливаемых частот F_н – F_в;

• частотные искажения в крайних точках диапазона частот М _н – М _в;

• рабочий диапазон температур t _мин – t _мак .

Уровень напряжения источника питания усилителя определяется режимом работы выбранного по справочнику транзистора оконечного каскада (то есть зависит полностью только от проектирующего), параметры источника сигнала на входе проектируемого усилителя в каждом варианте заданы (см. табл.1).

1. Выбор транзистора по справочнику, определение способа его включения, а также обоснование режима усиления оконечного каскада. При этом транзисторы, количество которых зависит от схемы оконечного каскада, должны удовлетворять трём условиям:

а) допустимая мощность рассеяния на коллекторе Р _{к доп} (по справочнику) должна быть больше рассеиваемой мощности при заданной максимальной температуре среды (см. исходные данные):

Р _{к доп}  Р _{к (t мак)} .

б) граничная частота f _ - в схеме с ОЭ или в схемах с ОБ и ОК должна быть выше F _в (см. исходные данные), чтобы частотные искажения, вносимые транзистором, были малы.

в) транзистор должен вносить небольшие нелинейные искажения (см. рис. 1 рекомендаций к проектированию).

Для реализации первого условия величину Р _к, в зависимости от режима работы выбранного транзистора, раньше при проектировании определяли по эмпирическим выражениям:

для однотактного каскада

, (1)

для двухтактного трансформаторного в режиме В

, (2)