Бестрансформаторный усилитель мощности звуковых частот

Нагрузкой транзистора VT2 теперь уже не является резистор, а генератор стабильного тока (ГСТ) на транзисторе VT4 с элементами термокомпенсации тока покоя в виде диодов VD1, VD2 и выходное сопротивление оконечного каскада. Сопротивление VТ4 для постоянного тока много меньше, чем для переменного. На рис.8 для примера приведено семейство выходных характеристик транзистора, на котором отмечена точк

а покоя при В, мА. Тогда внутреннее сопротивление VT4 для постоянного тока составит . Для переменного тока , где и – достаточно малые приращения напряжения и тока. В конкретном случае . В рассмотренном примере не учтен резистор R10. За счет него незначительно увеличивается сопротивление нагрузки VT4 по постоянному току и существенно по переменному. За счет R10 будет действовать местная ООС по току, существенно увеличивающая выходное сопротивление VT4, т.е. сопротивление нагрузки VT2.

Сопротивление резисторов R11 и R12 составляют десятые доли Ома. Они ставятся не только для некоторого симметрирования плеч выходного каскада за счет введения местной ООС, но и несколько ограничивают ток VT5, VT6 при перегрузке каскада.

Стабильность потенциала в точке соединения резисторов R11 и R12, равного 0,5Ео, увеличивается при охвате всего усилителя по постоянному току через резистор R6 ООС по напряжению (последовательная по входу). Глубина ООС по переменному току задается резисторами R5, R6.

Описанная схема УМЗЧ широко применяется в усилителях, работающих от одного источника питания. Можно предложить следующий примерный порядок ее расчета.

4) Расчет выходного каскада УМЗЧ

По заданным мощности в нагрузке Рн и сопротивлению нагрузки Rн и определяются амплитуды напряжения и тока:

Umn=2Pн Rн, Umn=2*6*16=13,856(В)

Imn= Umn/ Rн=13,856/16=0,866(А)

Сопротивление резисторов Rэ=R11+R12 в цепи эмиттеров выбирается много меньше Rн(иначе сильно падает КПД).

Пусть:

Rэ=0,05 Rн , Rэ=0,05*16=0,8(Ом)

Рассчитывается напряжение источника питания :

Е0≥2[I(Rэ+ Rн)+1.5Uнас] , Е0≥2[0.866(0.8+16)+1.5*1.5] ≥ 33.5976

где Uнас - напряжение насыщения транзистора , которое для кремниевых транзисторов составляет порядка 1В, а 1,5- коэффициент запаса.

Окончательно величина Е0 выбирается согласно ряду ГОСТа в сторону большего номинала.

Тогда напряжение покоя и рассеиваемая мощность на выходных транзисторах будут равны:

Uк=0,5Е0; Uк=0,5*33.5976=16.7988(В)

Рк=0,101 U2к/ Rн, Рк=0,101*(16.7988)2/16=1,781(Вт)

Выбор транзистора производится при соблюдении следующих условий:

Ркmax≥1.3 Рк; Ркmax≥1,3*1,781=2,3(Вт)

UКЭmax≥1.2Е0; UКЭmax>=1.2*33,5976=40,3171(В)

IKmax≥1.2 Imn; IKmax≥1.2*0,866=1,0392(А)

fh21К≈ fh21Э≥(3…5)fв; fh21К≈ fh21Э≥ (24…40)

где Ркmax ,UКЭmax,IKmax, fh21Киfh21Э- соответственно предельная рассеиваемая на коллекторе мощность, предельные напряжения коллектор-эмиттер и ток коллектора , верхняя граничная частота транзистора в схеме включения с общим эмиттером и общим коллектором , а fв- верхняя рабочая частота сигнала.

Иногда в справочниках вместо частоты fh21Э, указывается частота fh21Били fТ. fh21Б-это предельная частота коэффициента передачи тока h21Бв схеме с общей базой , т.е. частота на которой этот коэффициент уменьшается до уровня 0,7 по сравнению с областью нижних частот.

После того, как было произведено часть расчетов, происходит выборка транзистора по полученным параметрам, из выше приведенных формул. В моем случае подходит германиевый транзистор: ГТ403, для которого h21Э=30.

Частота fТ- граничная частота транзистора в схеме с общим эмиттером при которой h21Э=1.

Взаимосвязь между названными частотами определяется с помощью следующих выражений:

fh21Э* h21Э≈ fh21Б≈1,3 fТ ;

h21Э=h21Эmax* h21Эmin;

h21Э – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ , h21Эmaxи h21Эmin- справочные параметры : пределы технологического разброса.

В других случаях в справочниках указывается величина модуля коэффициента передачи тока на определенной частоте f.Тогда можно воспользоваться выражением:

fТ≈│ h21Э │* f.

При прочих равных условиях выходные транзисторы желательно выбирать с большим -h21Э.

Максимально возможная отдаваемая в нагрузку мощность:

Рн.max=(UК-Uнас)2Rн/(Rн+RЭ)2

Рн.max=(16,7988-1,5)2*16/(16+0,8)2=13,27(Вт)

Ток покоя окончательного каскада, ток покоя базы и амплитуда базового тока:

Ik5=0.05Imn; Ik5=0.05*0,866=0,0433(А)

IB5=Iкз/h21Э;

IBm5=1.1 Imn/ h21Э; IBm5=1,1*0,866/30=0,031(А)

Коэффициент усиления и входное сопротивление оконечного каскада:

К3=КЭН=(1+ h21Э)R11/r1Б+(1+ h21Э)(rэ+ Rэ+ Rн)

r1Б-можно пренебречь , R11= Rэ=0,8(Ом)

rэ=0,026π/ Imn =0,026*3,14/0,866=0,09(Ом)- среднее сопротивление эмиттера для транзистора , работающего в режиме класса В.

 Скачать реферат