Схема усилительного каскада

Схема двухтактного усилительного каскада – усилителя мощности на транзисторах представлена на рис. 6.1.

Задача расчета

Определить параметры и сделать выбор транзисторов; определить параметры выходного трансформатора (E₁, I₁, E₂, I₂); рассчитать величину мощности входного сигнала (Р_вх) и коэффициента усиления каскада по мощности (К_Р).

Исходные данные для расчета

Основными исходными данными для расчета являются параметры нагрузки (U_н, I_н, P_н, R_н), напряжение источника питания Е_к, частота усиливаемого сигнала f₀.

Для выполнения примера расчета задаемся следующими исходными данными: E_к = 12 B; P_н = 40 Вт; R_н = 100 Ом.

Нагрузка носит чисто активный характер.

Условия расчета

Существенным условием, принятым в исходных данных для расчета, является чисто активный характер нагрузки. В действительности нагрузка усилителей мощности, применяемых в системах автоматики, обычно носит активно – индуктивный характер (обмотки электродвигателей, реле и др.), что приводит к появлению реактивных составляющих тока в выходной цепи усилителя и увеличивает токовые нагрузки на транзисторы.

Во избежание этих дополнительных нагрузок применяют компенсацию реактивного тока нагрузки с помощью конденсатора, включенного параллельно нагрузке. В случае полной компенсации сопротивление нагрузки становится чисто активным, как это принято при расчете.

Следует иметь в виду, что зачастую полная компенсация реактивной мощности невозможна, т.к. с изменением нагрузки усилителя (например, момента сопротивления на валу электродвигателя) величина реактивной составляющей тока нагрузки также изменяется.

Порядок расчета

6.5.1 Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

б) напряжение на нагрузке

6.5.2 Определяем электрические параметры выходного трансформатора:

а) к.п.д. трансформатора определяется по графику (рис. 6.2):

;

б) мощность условной первичной обмотки трансформатора

в) амплитудное значение напряжения первичной обмотки

где ∆U_кэ – минимальное остаточное напряжение на транзисторах, принимаем равным 0.5 В;

г) амплитудное значение тока первичной обмотки

д) коэффициент трансформации выходного трансформатора

n_вых =

6.5.3 Определяем электрические параметры транзисторов:

а) мощность, рассеиваемая на коллекторах

Р_{к наиб} = 0.2; Р₁ = 0.2 ∙ 44.5 = 8.9 Вт;

б) амплитудное значение тока коллектора

I_кm = I_1m = 6.95 A;

в) максимальное напряжение на транзисторах

U_{кэ m} = 2 E_к = 2 ∙ 12 = 24 B.

6.5.4. Производим выбор транзисторов.

Для установки в схему выбираем транзистор типа П210В со следующими основными параметрами.

Максимально допустимый ток коллектора I_{к макс. доп.} = 12 А.

Максимально допустимое напряжение

коллектор – эмиттер U_{кэ макс. доп.} = 40 В.

Коэффициент усиления β ≥ 10.

Тепловой ток коллектора I_{к 0} ≤ 15 мА (20⁰ С).

6.5.5 Определяем параметры входной цепи каскада:

а) амплитуда входного тока транзисторов

б) амплитуда входного напряжения, соответствующего I_бm, определяется по входной характеристике транзистора (если входная характеристика отсутствует, приближенно полагаем U_{эб m} = 0.5 В):

U_{эб m} = 0.5 В;

в) мощность входного сигнала усилителя

Р_вх =

6.5.6 Определяем коэффициент усиления каскада по мощности

К_Р =

Задание

Произвести расчет двухтактного усилителя мощности на транзисторах. Исходные данные для расчета приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1 - Исходные данные для расчета двухтактного усилителя мощностина транзисторах

Сопротивление нагрузки принять согласно табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Сопротивление нагрузки

Контрольные вопросы:

1. Усилители электрических сигналов. Структура. Основные понятия. Показатели качества.

2. Классы мощности усилителей электрических сигналов.

Литература: [2, 3, 4, 5].