Трансформаторный усилитель мощности класса А

Схема усилителя мощности класса А показана на рис. 4.12. Нагрузка R _н включена в коллекторную цепь транзистора через трансформатор TV. Делитель на резисторах R 1, R 2 предназначен для задания тока I _0к покоя транзистора. Разделительный конденсатор С_р отделяет вход каскада от источника входного сигнала по постоянному току.

Расчет каскада производят графо-аналитическим методом с использованием линий нагрузки по постоянному и переменному токам. Исходными данными для расчета служат мощность Р_н и сопротивление R _н нагрузки.

В выходную (коллекторную) цепь каскада включена первичная обмотка трансформатора, активное сопротивление которой постоянному току мало. Поэтому линия нагрузки по постоянному току проходит из точки Е_к почти вертикально (рис. 4.9).

Линия нагрузки по переменному току обязательно должна пройти через точку покоя П, которая лежит на линии нагрузки по постоянному току в точке I _к = I _0к . Для определения угла наклона линии нагрузки по переменному току необходимо определить коэффициент трансформации n = w ₁ / w ₂.

Приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки (без учета активных сопротивлений обмоток трансформатора)

R _н~ = n ² R _н.

Для выбора координат точки покоя I _0к, U _0кэ необходимо определить величины I _{к m} , U _{к m} ( U _{вых m} ). Эти параметры находят следующим образом.

Мощность переменного тока Р_вых.к, поступающая от каскада в первичную обмотку трансформатора (мощность коллекторной цепи транзистора), и мощность, отдаваемая в нагрузку Р_н, связаны соотношением

Р_вых.к = Р_н/η_тр,

где - η_тр – к.п.д. трансформатора, равный 0,8 – 0,9 в зависимости от мощности и конкретного исполнения.

В случае синусоидальной формы сигнала выходная мощность каскада равна

Р_вых.к = I _{к m} U _{к m} /2 = U ² _{к m} /2 R _н~ = U ² _{к m} /2 n ² R _н ,

откуда находим

.

Выбор напряжения U _{к m} производят по величине U _0кэ с учетом того, что U _0кэ близко к Е_к.

Для определения I _0к можно использовать очевидное соотношение

I _0к > I _{к m} + I *_ко.

После нахождения точки покоя транзистора через нее проводится линия нагрузки по переменному току под углом, определяемым соотношением ∆ U _кэ /∆ I _к = R _н~ .

Выбор типа транзистора связывают с проводимым расчетом, так как тип транзистора накладывает ограничения на максимальные ток, напряжение и мощность, рассеиваемую в коллекторном переходе:

I _к.доп > I _0к + I _{к m} ; U _кэ.доп > U _0кэ + U _{к m} ; Р_к.доп > Р_к = U _0кэ I _0к.

Коэффициент полезного действия каскада равен произведению к.п.д. коллекторной цепи η_к и трансформатора η = η_к* η_тр. Величину η_к находят как отношение выходной мощности каскада

Р_вых.к = I _{к m} U _{к m} /2

к мощности, потребляемой от источника питания

Р_и = Е_к I _0к » I _{к m} U _{к m}.

К.п.д. коллекторной цепи равен

η_к = Р_вых.к/Р_и = I _{к m} U _{к m} /2Е_к I _0к.

Из последнего выражения следует, что с повышением уровня выходного сигнала к.п.д. коллекторной цепи увеличивается и стремится к предельной величине 0,5 (при I _{к m} = I _0к и U _{к m} = U _0кэ). Учитывая ограничения, накладываемые на предельные режимы работы, к.п.д. трансформатора, реальные значения η не превышают значений 0,35 – 0,45.

Для определения теплового режима работы транзистора необходимо рассчитать мощность Р_к, рассеиваемую в коллекторном переходе транзистора. Мощность Р_к равна разности мощности, потребляемой каскадом от источника питания и отдаваемой в цепь трансформатора

Р_к = Р_и - Р_вых.к = I _{к m} U _{к m} - I _{к m} U _{к m} /2.

Таким образом, мощность Р_к зависит от уровня выходного сигнала и при максимальном его значении стремится к величине 0,5 Р_и, а в отсутствие сигнала равна Р_и. Поскольку при работе каскада возможны перерывы в подаче усиливаемого сигнала, тепловой режим транзистора рассчитывают по мощности Р_и.

 

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: