2. Пример выполнения расчетно-графической работы
Усилитель напряжения Усилитель мощности
Рис.1. Схема двухкаскадного усилителя переменного тока
1. Расчет однотактного усилителя мощности на биполярном транзисторе с общим эмиттером
1.1. Примем следующие исходные данные для расчета (берутся из табл. 2 согласно номеру варианта):
- выходная мощность каскада Pвых .м= 2 Вт;
- сопротивление нагрузки ;
- граничная частота ;
- коэффициент частотных искажений на низкой частоте ;
- напряжение питания .
Из справочника берем входные и выходные характеристики и выписываем параметры заданного транзистора (транзистор усилителя мощности указан в табл. 3):
- тип транзистора – n-p-n;
- допустимый ток коллектора Iк доп=5 А;
- допустимое напряжение на коллекторе ;
- наибольшая рассеиваемая мощность на транзисторе.
- наименьший коэффициент усиления по току ;
- начальный ток коллектора Iкн0,2 мА;
- тепловое сопротивление rтт= 20С/Вт;
- наибольшая допустимая температура коллекторного перехода Ттм=700С.
1.2. Порядок расчета
1.2.1. Определяем мощность Ро, которая будет выделяться на транзисторе:
,
где - коэффициент использования транзистора (; чем больше Ек, тем больше);
- мощность, отдаваемая транзистором, где- КПД транзистора. В нашем примере:Вт, (Вт).
У заданного транзистора .
Если условие не выполняется, т.е. , то выбрать более мощный транзистор.
1.2.2. Определяем наибольшее возможное напряжение на транзисторе:
, где,
где - падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора;
- падение напряжения на сопротивлении.
В нашем случае:
;.
1.2.3. Определяем положение точки покоя на выходных характеристиках транзистора:
- напряжение на коллекторе при :;
- ток покоя коллектора: .
Через точки ;ипроводим на выходных характеристиках нагрузочную прямую (рис.2).
Для определения рабочего участка нагрузочной прямой задаются величиной остаточного напряжения (часто принимают) и наименьшим током коллектора, где- начальный ток коллектора:. По величинена характеристиках определяют(точка 2). В нашем случае(из рис.2).
Наибольшее значение амплитуды выходного напряжения:
Такой амплитуде напряжения выходного сигнала будут соответствовать напряжения:
Для этих напряжений находим: ,. Тогда удвоенная амплитуда тока выходного сигнала.
Проверим правильность выбора режима:
При правильно выбранном режиме должно быть наоборот. Следовательно, необходимо выбрать новую точку покоя и изменить наклон нагрузочной прямой. Так как велик, то перемещая точку покоя по данной нагрузочной прямой вправо вниз, будем увеличивать, при этом возрастетДля нового положения точки покоя принимаем.
Тогда
;;
.
Рис.2. Построение нагрузочной прямой 1-4 на выходных характеристиках транзистора усилителя мощности
Проверяем новый режим: , что вполне достаточно.
Определим наибольшее и наименьшее значения входного тока:
1.2.4. Фиксируем полученные токи на входной характеристике схемы с общим эмиттером (рис.3). По точкам 1, 2 входной характеристики находим наибольшее и наименьшее напряжения: . Находим амплитудные значения входного сигнала:
Находим мощность входного сигнала:
Находим входное сопротивление транзистора переменному току:
.
1.2.5. Сопротивление цепи эмиттера определяется по падению напряжения на нем. Приняв, получаем:
.
1.2.6. Емкость конденсатора определяется из выражения:
.
Так как требуемая емкость велика (более 100 мкФ), то ее не ставят.
1.2.7. Сопротивление делителя напряжения по переменному току
должно удовлетворять условию:.
Тогда ;
.
1.2.8. Коэффициент усиления каскада по мощности:
.
Рис.3. Входная характеристика транзистора с общим эмиттером для усилителя мощности
1.2.9. Для расчета параметров трансформатора определим величину сопротивления коллекторной нагрузки переменному току:
.
Тогда коэффициент трансформации будет равен:
.
1.2.10. Сопротивления обмоток выходного трансформатора:
;
.
1.2.11. Индуктивность первичной обмотки:
.
1.2.12. При необходимости определяем площадь поверхности охлаждающего радиатора для транзистора:
,
где - наибольшая допустимая температура коллекторного перехода;
- наибольшая возможная температура окружающей среды (порядка 25-300С). Так как в нашем случае, то необходим радиатор: