Для увеличения коэффициента увеличения по мощности применяют каскадное включение транзисторов. На Рис. 5.8. показаны варианты плеч двухтактного каскада собранного на двух транзисторах с одинаковым и разными типами электропроводности.
Рис. 5.8. Каскадное включение транзисторов (схема Дарлингтона) с одинаковым (а, в) и разным (б, г) типом электропроводности
Коэффициентом усиления по току составного транзистора:
, (5.10)
где 
– статические коэффициенты усиления транзисторов в схеме ОЭ по току.
Входные сопротивления составных транзисторов:
. (5.11)
Составные транзисторы применяют в случае недостаточного усиления по току транзисторов оконечного каскада или отсутствия комплементарной пары выбранному транзистору.
Так как бестрансформаторные каскады обычно работают с большими токами, то в схемах следует предусматривать улучшенную термостабилизацию. Ее обеспечивают или за счет введения достаточно глубокой отрицательной ОС по постоянному току, или с помощью термозависимых сопротивлений.
При построении усилителя мощности с использованием ОУ, как правило, весь усилитель охватывают цепью общей отрицательной обратной связи. Это позволяет уменьшить коэффициент гармоник, а также обеспечить стабильность рабочего режима и параметров усилителя.
Выбор ОУ производят, руководствуясь следующими основными критериями:
– ОУ должен обеспечить необходимые ток и напряжение на входе оконечного каскада (они для ОУ должны быть не меньше максимальных значений амплитуд входного тока и напряжения каскада).
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ Vmax должна быть не менее:
Vmax > 2πfв· Uвх. max. ок , (5.12)
где fв – верхняя граничная частота усилителя (по заданию);
Uвх. max. ок – максимальная амплитуда напряжения на входе оконечного каскада.
Если предельный выходной ток ОУ Iвых. мах не достаточен для «раскачки» транзисторов выходного каскада, то подыскивают другой ОУ или ставят дополнительный усилительный каскад на биполярных транзисторах.
На Рис. 5.9. показана одна из схем усилителя выходного тока ОУ.
Рис. 5.9. Пример использования ОУ в качестве предоконечного каскада с коэффициентом усиления, равном единице.
Выходной ток такой схемы возрастает в 
раз:
(5.13)
где Iвых. оу – максимальный выходной ток ОУ;
– минимальный статический коэффициент усиления по току комплементарных биполярных транзисторов.
6. Расчёт бестрансформаторного двухтактного каскада усиления мощности, работающего в режиме В (АВ)
6.1. Выбор типа транзисторов
Выбор транзисторов осуществляется по допустимой мощности рассеивания на коллекторном переходе и других параметров с использованием справочной литературы [6] и Приложения 1.
6.1.1. Определяем мощность, рассеиваемую в коллекторном переходе биполярного транзистора, работающего в двухтактном бестрансформаторном каскаде усилителя мощности:
(6.1)
где 
– заданная мощность в нагрузке;
– угол сдвига фаз между напряжением и током в цепи нагрузки на средних частотах (согласно заданию);
– коэффициент полезного действия оконечного каскада. В зависимости от режима работы транзисторов величину 
в зависимости от режимов работы выбирают в следующих пределах: 
, 
;
– коэффициент, учитывающий длительность проводящего состояния транзистора. Имеет различные величины при заданных значениях угла сдвига фаз 
:
; 
;
; 
. (6.2)
По найденной величине 
, пользуясь справочными данными в разделе «Предельные параметры» (Приложение 1), выбираем комплементарную пару биполярных транзисторов. При выборе необходимо учитывать, что применение радиаторов (охладителей) транзисторов позволяет увеличить допустимые мощности рассеивания транзисторов в несколько раз. Допустимую мощность рассеивания перерассчитывают с учётом заданной температуры окружающей среды tmax°C:
, (6.3)
где 
– приводимое в справочниках значение постоянной рассеиваемой мощности выбранного транзистора при температуре среды t = (20÷25)°C.
В результате должно выполняться условие:
(6.4)
В случае использования радиаторов (охладителей) транзисторов выполняется тепловой расчёт по методике п. п.6.3.
6.1.2. Наименьшее допустимое значение граничной частоты , при котором частотные искажения на высших частотах не превышают (0,5 – 1,0) дБ, у выбираемого транзистора должно удовлетворять условию:
, (6.5)
где 
– верхняя частота диапазона частот усилителя.
Если граничная частота 
в справочниках для рассматриваемого транзистора отсутствует, то её можно найти через граничную частоту 
:
(6.6)
где 
– граничная частота усиления транзисторов, включенных по схеме с общей базой.
Если в справочниках для рассматриваемого транзистора приводится не граничная частота , на которой соответствующий коэффициент усиления падает до уровня 0,707 от своего значения на низких частотах, а предельная частота 
, на которой статический коэффициент усиления тока при включении с общим эмиттером равен 1, тогда определяется по приведённому выше соотношению с учётом:
(6.7)
где 
– предельная частота.
В случаях, когда частотные свойства транзистора характеризуются минимальным значением модуля коэффициента усиления 
на частоте 
, значительно превышающей 
, величина определяется в соответствии с выражением:
(6.8)
где 
– максимальное значение статического коэффициента усиления тока рассматриваемого транзистора на средних частотах.
6.1.3. При выборе транзистора следует учитывать:
а) Величина максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора 
в справочниках приводится для температуры окружающей среды tC = 20° или 25°. При повышении температуры он уменьшается приблизительно на 0,01/1°C, поэтому в расчётах следует принимать:
(6.9)
где 
– максимальная температура окружающей среды (по заданию).
б) Биполярные транзисторы в зависимости от буквы в последнем элементе маркировки (А, Б, В …) имеют различные значения 
(коэффициента передачи транзистора по току), поэтому коэффициент усиления 
у выбираемого транзистора желательно иметь по возможности большим, так как при этом растёт коэффициент усиления по мощности, входное сопротивление каскада, уменьшаются входные токи. Однако следует иметь в виду, что при увеличении снижается граничная частота усиления по току .
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)