Расчет входных параметров каскада.

а) Входное сопротивление двухтактного каскада:

R_вх= h_11э=1,5 Ом

б) Входная мощность двухтактного каскада:

P_вх = u_бm *I_бm/2= (0,1*0,15) / 2 = 0,0075 Вт

в) Коэффициент усиления по мощности:

K_P = P_н / P_вх = 12,5/0,0075=1667

г) Коэффициент усиления по напряжению:

=

д) Коэффициент усиления по току:

K_I=K_P/K_U=1667/167= 10

ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Исходными данными для расчета однотактного усилителя мощности являются входные параметры двухтактного усилителя мощности:

1) Р_н= 7,5 мВт

2) R_н= 1,5 Ом

3) Частота сигнала f _н=5,5 кГц

4)

Риc. 3.1 – Схема однотактного усилителя мощности на биполярном транзисторе.

 

Расчет каскада производится аналогично расчету усилителя с общим эмиттером, но необходимо учитывать, что подключение сопротивления нагрузки R_н к коллекторной цепи транзистора VT1 происходит через трансформатор Тр1. По переменному току напряжение коллектора VT1 U_k и напряжение нагрузки U_н связаны через коэффициент трансформации n:

n=W2/W1= U_н/U_k

1. Выбор КПД трансформатора осуществляем по таблице 2.1:

η_тр= 0,65

Выбор типа транзистора VT1.

Рассчитываем необходимую допустимую мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора.

P_к.доп.=(1,1¸1,2)*P_н / (h_тр*h_к), где h_к – КПД каскада.

Для транзисторов, работающих в режиме A h_к = (0,25¸0,3)

P_к.доп.=1,2* 0,0075 / (0,65*0,25) = 55,4 мВт.

1) Рассчитываем граничную частоту, которая должна быть в 5¸10 раз больше частоты сигнала в нагрузке

f_гр= (5¸10)*f_н = (27,5¸55) кГц.

3) U_кэ.max≥ 1,2*(2+2*U_н/n) – неравенство зависит от коэффициента n, который нам неизвестен, поэтому его выполнение проверим позже.

Исходя из полученных данных выбираем транзистор КТ-201Б, параметры которого:

U_кэ.max=20 В; U_кэ.отс.=2 В; f_гр=3 МГц; I_к.max=20 мА; h_21э=90 (min 30);

P_к.max=150 мВт при температуре окружающей среды Т_с=(-60¸+90) ˚С.

Рис. 3.2 – Выходные ВАХ VT1.

Рис. 3.3 – Входные ВАХ VT1.

Выбор положения рабочей точки VT1 по постоянному току.

Рабочую точку А необходимо выбирать так, чтобы выполнялись следующие условия:

1. Напряжение питания каскада должно иметь стандартное значение E_к={9,12,18,24 и т.д.} В, причем должны выполняться неравенства:

1. Рабочая точка в режиме A обычно находится в середине активной области работы транзистора VT1.

Пользуясь входными и выходными ВАХ выбираем положение рабочей точки транзистора VT1, работающего в режиме А. Исходя из этого, выбираем:

Е_к=0,9·U_кэmax =0,9· 20=18 В.

Строим кривую

Р_кmax= U_кэּI_к

Положение рабочей точки: I_к0 = 11,875 мA, U_кэ0=E_к/2=9 В, I_б0 = 150 мкA,

Uбэ0 = 0,78 В.

4. Расчет резисторов R_э, R_ф.

Положение рабочей точки А по постоянному току обеспечивается резисторами R_э, R_ф, и ЭДС Е_к: Е_к ≈ I_k* R_ф + U_кэ + I_э*R_э и так как I_э ≈ I_k получим окончательное соотношение:

Е_к = I_k(R_ф + R_э)+ U_кэ.

Данное соотношение описывает в координатах I_k,U_кэ уравнение нагрузочной прямой по постоянному току =I, которая на координатных осях отсекает отрезки:

U_кэ= Е_к , при I_k=0 и

I_k.з=Е_к/(R_ф + R_э), при U_кэ=0.

I_k.з=24 мА, Е_к= 18 В, тогда

R_ф + R_э=

Выбирая падение напряжения на резисторе R_э равным

U_Rэ=(0,05¸0,15)·Е_к=(0,05¸0,15)·18=(0,9¸2,7) В,

Получим величину данного резистора:

R_э=

Выбираем R_э=200 Ом. P_Rэ=I_эо²* R_э=(12,05)²10^-6*200=0,029 Вт.

Тогда тип R_э: МЛТ-0,125-200±10%.

Отсюда R_ф=750-200=550 Ом. Выбираем R_ф=560 Ом.

P_Rэ=I_ко²* R_ф=(11,9)²10^-6*560=0,0793 Вт.

Тогда тип R_ф: МЛТ-0,125-560±10%.

Наклон нагрузочной прямой по переменному току.

Также как и для двухтактного каскада коэффициент передачи n Тр1 обеспечивает любое положение нагрузочной прямой по переменному току ~I. Поворачивая нагрузочную прямую ~I вокруг рабочей точки А, выбираем наиболее ”высокомощный” режим. Но в заданном случае транзистор VT1 выбран с большим запасом по мощности и практически при любом положении ~I мы можем обеспечить требуемую мощность в нагрузке.

 

Расчет мощности, выделяемой в коллекторной цепи VT1.

Для этого воспользуемся соотношением связывающем мощность переменного тока Р_~1, поступающей от коллекторной цепи каскада в первичную обмотку трансформатора Тр1 и мощность, отдаваемую в нагрузку Р_н

Р_~1=Р_н/η_тр

На выходных ВАХ выбираем U_кm и I_кm. Используя U_кm и I_кm находим мощность переменного тока Р_~2, поступающую от каскада в первичную обмотку трансформатора: Р_~2=1/2 U_кэmּI_кm.

Необходимо, чтобы выполнялось условие: Р_~1≈ Р_~2.

Находим Р_~1=0,0075/0,65=0,012 Вт; Р_~2=0,5*(I’_кmax-I_к0)*(U’_кэ0-U_кэmin)=

=0,5*(18,125-11,875)(9-2)=21,88 мВт.

Условие Р_~1≈ Р_~2 выполняется (Р_~2 можно выбирать с запасом).