Рассчитать и выбрать элементы однотактного каскада усилителя мощности

На рис.1.1 приведена схема усилительного каскада.
\s
Рис. 1.1. Схема каскада усиления
Дано:
Рвых = 8 Вт; RН = 10 Ом; fн – fв = 1,2 кГц; fн = 300 Гц; МН = 1,12; ЕП = 11 В.
1. Распределяем по цепям частотные искажения.
.
Выходной трансформатор:MН = 1,14.
Цепь эмиттерной стабилизации:MН = 1,1.
Цепь связи RC между каскадами:MН = 1,05.
2. Вычисляем мощность сигнала, отдаваемую транзистором
тр - КПД выходного трансформатора.
КПД выходного трансформатора из таблицы 1.1 принимаем равным
тр = 0,82.
Р≈ = Рвых/тр = 8/0,82 = 9,8 Вт.
3. Находим мощность, выделяемую на транзисторе при kA= 0,035…0,45. Принимаем коэффициент использования транзистора kA = 0,45.
= 9,8/ 0,45 = 21,8 Вт.
4. Ориентировочно определяем падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на сопротивлении RЭ
U=URт.1+UR.Э = (0,2…0,3)Eп = 0,25 ∙11 = 2,75 В.
5. Наибольшее возможное напряжение на транзисторе
UКЭ.М = (Eп – U)/(0,4…0,45) = (11 – 2,75)/0,42 = 19,6 В.
По двум параметрам P0 и Uкэ.м выбираем транзистор p-n-p КТ835А с Uкэ.м = 30 В; Iк.м = 3 А; PК.доп. = 30 Вт; β = 10…100; fh21э = 3 МГц из таблицы: «Параметры транзисторов».
Проверяем транзистор по частоте, при этом:
= 1,2 / 2,4 кГц.
где FВ - верхняя граничная частота усилителя;
МВ - коэффициент частотных искажений на данной частоте (МВ = МН = 1,12).
Рис. 1.2. Выходные характеристики условного транзистора
6. Определяем положение точки покоя на выходных статических характеристиках транзистора (рис . 1.2).
Uк.э.о= EП – U = 11 – 2,75 = 8,25 В,
Iк.о= Р0 / Uк.э.о = 21,8/ 8,25 = 2,6 А.
Т.к. в справочниках отсутствуют выходные характеристики выбранного транзистора строим нагрузочную характеристику по аналогии с рис. 1.3 (прямая 1).
7. Определяем рабочий участок нагрузочной прямой 1.
Для чего задаемся величиной остаточного напряжения (Uост = 2 В). Наименьший ток коллектора из рис. 3 Iк.min = 2,2 А (получился из условия симметрии c IKM относительно точки О, рис. 1.3).
Рис. 1.3. Нагрузочные прямые.
8. Из построения определяем:
Uк.m= Uкэ.о – Uост = 8,25 – 2 = 7,25 В - амплитуда выходного напряжения;
Iк.m= IКМ − IK0 = 3 – 2,6 = 0,4 А - амплитуда выходного тока.
9. Вычисляем мощность сигнала, отдаваемую транзистором
PТ = 0,125 (Iк.m– IК.m)2 ∙Rкп,
Rкп = UКЭ.М/I = 19,6 / 4,5 = 4,4 Ом - сопротивление нагрузки переменному току;
I - точка пересечения нагрузочной прямой с осью ординат.
PТ = 0,125 (4,4 – 0,4)2 ∙4,4 = 8,8 Вт.
Что меньше, чем Р≈ = 9,8 Вт.
Увеличиваем наклон нагрузочной прямой (увеличиваем I до 5 А - прямая 2, рис. 1.3) и вычисляем PТ с новыми параметрами.
RКП = UКЭ.М/I =19,6 / 5 = 3,90 Ом;
PТ = 0,125 (4,95 – 0,45)2 ∙3,9 = 9,9 Вт.
Теперь PТ> Р≈(PТ не должна превышать Р≈ более чем на (20…30) %).
Условие выполняется.
Нагрузочная прямая не должна выходить из области допустимой мощности. При UКЭ0 = 8,25 В и IK0 = 2,9 А
PКМ ≈ PК0 = UКЭ0 IK0 = 8,25 ∙ 2,9 = 23,9 Вт.
PКМ<PК.доп