Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Тогда Х. =(1+Ь)1»-1 =(Х+Ь)Хь Хе»=(1+Ь)1. ь — (1 — Ь)1'. Хз = — (1 — Ь) Хь 1,„~, = — (1 — Ь) 1'„~. Далее определяют амплитуды гармоник тока коллектора: 2,, Ь 1»л = — (1'„,„+ ХЦ, Х„з = — (Х' — 21 ь), 1,, Ь Хкз = (1»»в — 213)» Хк4 = (Хкв 41» + бХ ппь)' й 5.З. ВЕСТРАПСФОРМАТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОХЦНОСТХХ В настоящее время большое распространение получили бестрансформаторные усилители мощности. Преимушествами таких усилителей являются их небольшие габариты, возможность использования разработанных ИМС, малые частотные искажения. Простейшим бестрансформаторным усилителем мощностгс работающим в режиме А, может служить эмиттерный повторитель с дополнительным источником питания (рис. 5.9). Максимальный размах напряжения на нагрузке в случае симметричного питания ~ Е„~ = ~ — Е„~ ограничивается амплитудой отрицательной полуволны и определяется по формуле К„Ев.К„ в»» ! п!К +К К +К (5Л9) при этом мощность в нагрузке (Хг ЕзК 2 К, 2(К„+ К,) Максимальное значение мощности будет достигаться при вы- полнении условия К„= К: Р = Е»»Х(ЗК ) (5.21) Коэффициент гармоник рассчитывают по формуле (5.П), как и в случае однотактного усилителя с режимом А.
Для получения наименьшего значения К, при максимальной расчетной величине 1' смещение целесообразно брать таким, чтобы получить 1', = 0,51„. При этом амплхпуда третьей гармоники Хм равна нулю. Мощность, потребляемая от источника питания, Ро = 2Ез/Я„ (5.22) тогда коэффициент полезного действия ц = Ращу/Ре = /зе ге 6,25%. (523) Мощность Рт РО Рв Ряь рассеиваемая на транзисторе, максимальна в режиме покоя (Р„= О): Рт = Ез/Иэ = ЬРк и . (5.25) Рассмотренная схема обладает двумя особенностями, характернымн для режима А. Во-первых, ток через транзистор никогда не равен нулю„во-вторых, мощность, потребляемая от источника питания, постоянна В эмиттерном повторителе с дополнительным источником латания мощность в нагрузке ограничена конечным значением тока, протекающего через резистор К,.
Существенно болыпей мощности в нагрузке и более высокого коэффициента полезного действия можно достнгнуть в двухтактном усилителе мощности. Схема двухтактного эмиттерного ловторнтеля на транзисторах противоположного типа проводимости, образующих так называемую комплементарную пару, приведена на рис. 5.10. Прн положительных входных сигналах транзистор Т, работает как эмнттерный повторитель, а транзистор Т, закрыт. При отрицательных входных напряжениях ситуация меняется на противоположную. Таким образом, транзисторы работают попеременно, каждый в течение одного полупериода входного напряжения.
При (7 = 0 оба транзнстора заперты. Следовательно, схема имеет малый ток покоя, что характерно для режима В. Максимальный размах напряжения на нагрузке при симметричном питании ~ +Е„! =! — Е ! постигает значения и (5.26) если учесть, что напряжение межлу коллектором н эмиттером транзистора, работающего на границе режима насыщения, близко к нулю. При полном размахе напряжения на нагрузке мощность в нагрузке = Е:/(2К ) Мощность, потребляемая от источников питания обоими тра нзисторамн, Ро = 2Еп1,/я (5.28) где 1 = У К„вЂ” максимальная амплитуда тока в нагрузке, Коэффициент полезного действия ц = Р, Зро = я/4 = 78.5 Х.
(5.29) Максимальная мощность рассеивается на транзисторе не при полной амплитуде напряжения на нагрузке, а при 2 ~'н = — Ег, (5.30) в этом случае на каждом транзисторе рассеивается мощность Ег р П (5.31) гпвг г Для уменьшения нелинейных искажений, возникающих нз-за большой кривизны начального участка входных характеристик, двухтактный эмиттерный Повторитель часто используется в режиме АВ. Для этого через транзисторы Т, и Т, задается ток покоя, составляющий незначительную часть максимального тока в нагрузке: 1о = (О 05+ 0 15) 1н На рис. 5Л1 приведена схема двухтакгного каскада, работающего в режиме АВ.
Для обеспечения малого значения тока покоя следует приложить постоянное напряжение порядка 1,4 В между базами транзисторов Т, и Т,. Если напряжения Уг и (Уг раВны между СОбОЙ, тО ВыхОДКОЙ пОтенциал пОкОЯ равен входному потенциалу покоя. Дополнительные резисторы Кг и Кг, создающие отрицательную обратную связь по току, обеспечивают стабилизацию тока покоя в широком диапазоне рабочих температур. Вместе с тем резисторы К, и Кг включены последовательно с К и поэтому они снижают мощность, отдаваемую в нагрузку.
Для нормальной работы двухтакпюго бестрансформаторного усилителя мощности необходимо включение предоконечного каскада. На рис. 5.12 приведена схема усилителя мощности, в которой в качестве предоконечного каскада используется каскад на транзисторе Т,. При расчете такого усиюштеля мощности обычно заданы мощность Р„и сопротивление нагрузки В,. Мощность, которую должны вьщелить транзисторы обоих плеч усилителя, можно определить с некоторым запасом: Р > 1,1Р, Переменные составляющие коллекторного тока и напряжения равны соответственно 2„= р2Р(Я„, У„= 2Р)2 Минимальное напряжение в цепи коллектор — эмнттер транзисторов Тх и Тз находят из выходных характеристик транзисторов. Напряжение У, должно отсекать нелинейную часть выходных характеристик в области малых коллекторных напряжений (рис. 5.13).
Выделяемую оконечным каскадом мощность Р = У„1, /2 определяют графически как плопьздь треугольника АВС. Напряжение источника питания на основании рис. 5.13 удовлетворяет неравенству Е„ > У + У ~ (0,4 †: 0,5) П Начальный ток 1„„через транзисторы обеспечивают соответствующим выбором величин резисторов Кь Яз, Кз и К4. С одной стороны, для повышения экономичности этот ток должен быть по возможносги меньшим. С другой стороны, при малых у„„увеличиваются нелинейные искажения сигнала (искажения хипа «ступеньки»).
Рост начального тока у„х приводит к увеличению среднего значения тока, потребляемого тран- зистором от источника питания и приближенно определяемого по формуле Х, =Х /я. Потребляемая каскадом номинальз ная мощи осп, Ре — 2ЕеХке, 1 коэффициент полезного действия каскада т1 = Р/Р,„ Для расчета входной цепи усилителя необходимо располагать входными характеристиками транзисторов 2з и 23. Исходный и максимальный то- рос 5.13 ки базы определяют как Хех = =Х,.ч/Ры Хь, = Х Д~ ь Исходное и максимальное значения напряжения базы ХХеА и ХУе„находят по входной характеристике при средней величине ХХ Затем определяют величину ХХ = ХХе,„+ Х/,„,„подсчитывают входную мощность Р,„= 1 = — У,„Хе„н коэффициент усиления по мощности Кр —— = Р, /Ряь 5.1.
Рассчитать однотакгный транзнсгорный усилитель мощности, изображенный на рис. 5.1, если заданы величина сопротивления нагрузки К„= 5 Ом и мощность в нагрузке Р„= 2 Вт. Напряжение источников питания Е„= — 15 В и Е,=+15 В. Решение 1. Определим мощность, которую должен отдавать транзистор, выбрав КПД выходного трансформатора т1 = 0,8: Р = Р /з1 = 2/0,8 = 2,5 Вт. 2. Примем, что падение напряжены на сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора ЛЕ„= 0,1Е„= = 1,5 В и что напряжение ХХ„.
= 0,5 В (см. рис. 5.2). Определим величину амплитуды переменной составляющей напряжения на коллекторе: ХХ = ń— Аń— 1У„. = 15 — 1,5 — 0,5 = 13 В. 3. Максимальное напряжение на коллекторе транзистора ХХ„,, ж 26 В примерно в два раза болыпе величины 1Х„ 4. По величинам Р и ХХ„выбираем подходящий транзистор, например транзистор П202Э, имеющий максимальную мощность рассеяния с внешним радиатором Р =10 Вт, допустимое напряжение коллектор — эмиттер Укэ„= 30 В, () . =20.
5. Амплитуду переменной. составляющей коллекгорного тока определим нз формулы (52): 1 ' и " ' 0384 А — 384 А (У, 11,„13 б. Сопропиление нагрузки коллекторной цепи переменному току и„)3 1„0,384 отсюда коэффициент трансформации выходного трансфор- матора ~ цй'„~( 0,8.34 7.
Координаты точки покоя (точка О на рнс. 52) находим из соотношений 1ю=1 +1, н в1 =384 мА, Уме = Уи + Укщь = 13 + 0.5 = 13,5 В1 отсюда КПД каскада Р 2,5 1, и, 0,384.13,5 8. Ток смещения в змиттерной цепи 1,~ определим через коэффициент ол ~ ь 20 1ю 483 и ь- — = — — 0,954, тогда 1,э = — = = — 507 мА. =Р..+1=20+1= ' * = ..=0,954= По входной характеристике находим У,р= О,б В. Тогда, приняв ЬЕ, = 0,1 Е„получим Е» — ЬЕэ — У;е 15 — 0 б — ),5 1,э 0,507 9.
Определим среднее за период входное сопротивление усилителя и необходимую входную мощность ~ем. формулы (5.9) и (5.10)1: (СУэ + Уэп)(1 +1~в) (01б+0~34)(0~507+01507) 8 8 — 0,125 Вт. 10. Коэффициент усиления по мощности каскада Р „ 2„5 0,125 20 5.2. Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, изображенный на рнс. 5.12, если заданы мощность в нагрузке Р„=2 Вт и сопротивление нагрузки Е„= 10 Ом. Усилитель работает от источника сигнала с параметрами Е„= 600 мВ и Е, = 10 Ом. Рещение 1. Определим с небольшим запасом мощность, которую должны выделять транзисторы обоих плеч каскада: Р ~ >1,1Р„= 2,2 Вт. 2. Требуемое максимальное значение коллекторного тока 1„= — = = 0,66 А. 3.
Минимальное напряжение в цепи коллектор — эмнттер определим по выходным характеристикам транзисторов. Остаточное напряжение 17 должно отсекать нелинейную часть характеристик. Примем П, ж1 В. 4. Требуемую амплитуду напряжения ги нагрузке 17 найдем из формулы 2Р 2 ° 22 1„0,66 — — 6,6 В. 5. Необходимое напряжение источника питания Е„> П, + + 17„я = 6,6 + 1 = 7„6 В. Возьмем с запасом Е„= 8 В.
6. Выбираем мощные транзисторы Тг и Т, по значению отдаваемой мощности Р и максимальному напряжению на коллекторе. Подходящими транзисторами с противоположным типом проводимости (так называемой комплеменгарной парой) являются транзисгоры типа КТ814А и КТ815А. Примем, что среднее значение коэффициентов усиления по току р= 25. Тогда 1 =1 р= 0,6/25=0,015 А=15 мА. 7. Рассчитаем цепь базового делителя Е,— Ев.
Потенциал базы транзистора Т, в состоянии покоя выберем, исходя из необходимого начального тока через транзисторы Т, и Тз и вида входных характеристик. Пусть 1 „,„ = 10 мА, тогда 1в„„= =0,4 мА. Из нходных характеристик находим 17еь, = 0,45 В. Примем ток делителя 1„равным 0,8 мА, тогда ń— б'е „„8 — 0,45 1„+ 1к 0,8+ 0,4 (Уг 0.45 Ез =Из — — " — — ' —— 0,56 кОм. 1„ 0,8 8. Рассчитаем каскад предварительного усиления на транзисторе Т,. Коэффициент усиления каскада на Т, определяется выражением ОФм (Е з Ен!! Фэй. + Ез) Кс Я, + Е ~ Е,/0~+ ги + Ен где Я, =гм+(ги+Ян)(1+ ~)~). Е,„з герчЕ„+Аз прн Условии достаточно высокоомных резисторов Е н Лм рз = 25— коэффициент передачи тока базы транзисторов Тз и Т..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
