Выходные каскады усилителей
Основным назначением выходного каскада усилителя является отдача в нагрузку заданной или максимально возможной мощности. Наиболее важными (основными) показателями выходного каскада являются: отдаваемая в нагрузку полезная мощность и КПД, уровень нелинейных искажений и полоса пропускания. При расчете выходного каскада обычно задаются: выходная мощность Рвых = Рн, сопротивление нагрузки Rн, допустимый К.Н.И, fн.гр и fв гр. и пределы изменения температуры окружающей среды. При расчете необходимо выбрать напряжение источника питания, начальное положение рабочей точки (ток покоя коллектора), определить смещение входной цепи, приведенное к коллекторной цепи сопротивление нагрузки (для трансформаторного каскада), отдаваемую каскадом мощность, амплитуды входных тока и напряжения, входное сопротивление каскада, коэффициент нелинейных искажений, рассчитать элементы цепей смещения и стабилизации. Иногда необходимо произвести электрический и конструктивный расчет выходного трансформатора (n, L1, R1, R2, Ls, и др.) и расчет радиатора охлаждения транзистора. Расчеты выходных каскадов производят графоаналитическим методом. Однотактные выходные трансформаторные каскады Режима класса А Принципиальная электрическая схема выходного каскада для схемы с ОЭ и трансформаторным включением нагрузки показана на рис. 8.30, а. а б Рис. 8.30 В однотактной схеме транзистор отдает колебательную мощность Р = Рн / , где – коэффициент полезного действия трансформатора. Отдаваемая транзистором максимальная мощность зависит от амплитуды переменных составляющих напряжения и тока коллектора (рис. 8.30, б): . (8.93) Для прикидочных расчетов можно считать, что на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора падение напряжения составляет величину ΔЕ' ≈ 0,1Ек. Если в схеме с ОЭ применена стабилизация обратной связью по постоянному току, то на сопротивлении RЭ создается дополнительное падение напряжения ΔЕ'' ≈ (0,1…0,2)ЕК; Поэтому U0К = EК − ΔЕК, где ΔЕК = ΔЕ'+ ΔЕ''. U0К целесообразно брать не более 0,4UКМ; Тогда максимальная амплитуда: (8.94) Максимальное напряжение на коллекторе: (8.95) Тогда ограничение для максимальной амплитуды выходного сигнала: UКМ < 1 / 2 UК МАКС. Максимальная амплитуда тока коллектора: ; 8 ; . Точка А определяет координаты Iкм и I0к. Через точки А и О проходит нагрузочная прямая по переменному току. Оптимальная нагрузка, при которой транзистор отдает максимальную мощность, . (8.96) Сопротивление ; ; ; – коэффициент трансформации. КПД трансформатора ; (8.97) Коэффициент трансформации: . (8.98) Коэффициент полезного действия (8.99) В схеме с ОБ ηА = 40…50 %, с ОЭ несколько меньше. Полный КПД ≈ ≈ 30÷35 %. Выделяемая на коллекторе мощность: РК = Р0 – РН. В режиме покоя РН = 0 и РК – максимальное. При выборе транзистора необходимо, чтобы мощность, рассеиваемая на коллекторе, была меньше предельной мощности, которая может быть рассеяна на коллекторе.
8.8.2. Искажения в выходном каскаде класса "А" Нелинейные искажения выходного каскада зависят от схемы включения транзистора и от соотношения RГ и RВХ. В схеме с ОЭ нелинейное искажение выше, чем в схеме с ОБ. Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью входной характеристики и непостоянством коэффициента передачи тока при изменении амплитуды сигнала, что особенно сильно проявляется у мощных транзисторов. Пользуясь передаточной характеристикой, нелинейные искажения удобно рассчитывать методом пяти ординат ( ). При практических расчетах можно учесть только четыре первых гармоники рис. 8.31.
Рис. 8.31
Амплитуды гармоник рассчитываются следующим образом: ; (8.100) ; (8.101) ; (8.102) ; (8.103) ; (8.104) Таким образом, можно найти КНИ: ; (8.105) ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|