13.4.1. Расчет однотактного трансформаторного каскада усиления мощности

Принципиальная схема ОТУМ представлена на рис. 13.5. Расчет схемы производится в следующей последовательности.

1. По величине РН задается величина КПД трансформатора (hТ). Значения hТ для трансформаторов с различной мощностью сигнала во вторичной обмотке РН представлены в табл. 13.2.

Таблица 13.2 Коэффициенты полезного действия трансформаторов

РН, Вт

hТ

РН, Вт

hТ

< 1

1 ¸ 10

0,60 ¸ 0,75

0,70 ¸ 0,85

10 ¸ 100

100 ¸ 1000

0,85 ¸ 0,93

0,93 ¸ 0,96

Определяется требуемая Р» = РН/hТ.

2. Определяется Рkmax = (2,5 ¸ 3)Р». Эта мощность рассеивается на коллекторе транзистора при UВХ = 0. Для ОТУМ Рkmax  = РО.

3. Выбирается напряжение питания схемы ЕК. Рекомендуется выбирать следующие значения напряжений ИП в вольтах: 5, 6, 12, 20, 24, 27, 48, 60, 80, 100, 150, 200, 250. Для трансформаторных УМ имеется возможность выбрать любое ЕК, его следует выбирать как можно большим, при этом требуемая Р» обеспечивается за счет большего размаха напряжения UКЭ при меньшем размахе тока IК. Уменьшение размаха IК позволяет уменьшить необходимое для управления УМ UВХ, т.е. увеличивается КР УМ.

Задаются падения напряжения на первичной обмотке трансформатора в режиме покоя   и на сопротивлении в цепи эмиттера  RЭ  UЭП = 0,1ЕК. Тогда напряжение UКЭП =  0,8ЕК.

Определяется UКЭmax с некоторым запасом:   UКЭmax  = 2,5UКЭП.

4. Выбирается транзистор из условий:  UКЭДОП  ³ UКэmax; РКДОП ³ (1,1 ¸ 1,2)РКmax; fh21Э > (3 ¸ 5)fВ.

5.  Дальнейший расчет производится с использованием ВАХ транзистора, как показано на рис. 13.6. На семействе выходных ВАХ (рис. 13.6, а) строится нагрузочная прямая по переменному току. Для ее построения определяется требуемое RН». Мощность тогда

Нагрузочная прямая проходит через точку покоя П с координатами UКЭП,  и пересекает ось напряжений в точке  На нагрузочной прямой находят точку А с координатой UКЭА = DUКЭ, определяют ее координату по току IКА = IKmax. Далее на нагрузочной прямой находят точку В с координатой по току IКВ = IKmin = 2IКП – IKmax.

Производится проверка отдаваемой транзистором мощности  Эта величина должна быть больше или равна требуемой Р», определенной в п. 1, в противном случае необходимо уменьшить RН»  и повторить расчет.

6. Определяются Iб1 = Iбmax, Iб2 = IбП, Iб3 = Iбmin, как токи, соответствующие выходным ВАХ, проходящим через точки А, П и В. На входной ВАХ, снятой при UКЭ = UKЭП, находят точки А¢, П¢ и В¢, определяют UбЭmax, Uбэп и UбЭmin, соответствующие этим точкам (см. рис. 13.6, б). Точки А¢, П¢ и В¢ должны располагаться на линейном участке входной ВАХ.

7. Задается ток IД  = (3 ¸ 5)IбП.  Рассчитываются сопротивления RЭ
, R1 и R2 по формулам (13.5 – 13.7):

Напряжения в формулах берутся по абсолютной величине.

8.   Определяется RВХ каскада по формуле (13.4):

RBX = R1 || R2 || h11Э.                                                 (13.4)

        Параметр h11Э транзистора может быть определен по входной ВАХ (13.5):

По входной ВАХ определяется . Величины RВХ и UВХm являются исходными данными для расчета предоконечного каскада.

9. Рассчитывается hУМ по формуле 

Этот параметр должен быть близок к максимально возможному для ОТУМ hmax = 0,5.

            10.       Определяются параметры выходного трансформатора. Он должен обеспечить мощность во вторичной обмотке Р2 = РН, иметь коэффициент трансформации где w1 и w2 – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно; активное сопротивление первичной обмотки  Кроме этих параметров, трансформатор должен иметь определенные величины индуктивностей первичной обмотки L1 и рассеяния LS. Эти параметры определяются при расчете всей схемы усилителя в области низких и высоких частот по величинам выделенных на трансформатор допустимых частотных искажений.