13.4.2. Расчет двухтактного трансформаторного каскада усиления мощности

Принципиальная схема ДТУМ представлена на рис. 13.7.

В качестве  предоконечного каскада используется КПУ по схеме ОТУМ. Расчет схемы производится для одного плеча в следующей последовательности.

1. По величине РН задается величина КПД выходного трансформатора hТ (см. табл. 13.2), определяется требуемая мощность

2. Выбирается напряжение питания схемы ЕК из тех же соображений, что и ЕК ОТУМ  (см. главу 13.4.1, п. 3). Определяется UKmax с некоторым запасом:                    UKmax = 2,5Ек (при формировании полуволны напряжения на одной половине первич

ной обмотки выходного трансформатора на второй половине первичной обмотки трансформируется равное ему напряжение, которое, суммируясь с ЕК, определяет напряжение на закрытом транзисторе. Оно может составлять 2ЕК).

3. Выбирается транзистор из условий: UКЭДОП ³ UКэmax; РКДОП ³ Р»ПЛ; fh12Э > (3 ¸ 5)fВ.    

4. Дальнейший расчет производится с использованием ВАХ транзистора, как показано на рис. 13.8. Задаются падением напряжения на половине первичной обмотки выходного трансформатора в режиме покоя  Тогда напряжение UКЭП = 0,9ЕК.

Для входной характеристики (рис. 13.8, б), снятой при UКЭ = UКЭП, проводится касательная к ее линейной части, находится точка пересечения касательной с осью UбЭ. Восстанавливается перпендикуляр из этой точки на ВАХ, находится положение точки покоя входной цепи транзистора П¢ с координатами IбП, UбЭП. Точка покоя выходной цепи П лежит на ВАХ, соответствующей Iб = IбП, и имеет координату UКЭ = UКЭП. Через точку П и точку на оси напряжений UКЭ = EК проводится нагрузочная прямая по постоянному току (показана на рис. 13.8, а штриховой линией).

Особенностью ДТУМ является то, что нагрузочная прямая по переменному току не проходит через точку покоя. Магнитный поток, создаваемый в магнитопроводе выходного трансформатора от протекания тока IКП, компенсируется магнитным потоком, создаваемым от протекания IКП другого плеча, поэтому при переходе UВХ через нуль магнитный поток в магнитопроводе трансформатора отсутствует, сопротивление коллекторной цепи переменному току бесконечно большое, изменение переменной составляющей коллекторного тока происходит от 0 до IKmax.

5. На семействе выходных ВАХ строится нагрузочная прямая по переменному току (показана на рис. 13.8, а сплошной линией). Она проходит через точку на оси напряжений UКЭ = ЕК и пересекает ось токов в точке  Требуемое RH»ПЛ определяется по формуле

На нагрузочной прямой находится точка А, как точка пересечения с началом линейного участка выходной ВАХ, определяется ее координата по току IKmax.

6. Далее производится проверка отдаваемой плечом мощности  . Эта величина должна быть больше или равна требуемой Р»ПЛ, определенной в п. 1, в противном случае необходимо уменьшить RH»ПЛ и повторить расчет.              

7. Производится проверка РKmax. Необходимость этого расчета вызвана тем, что в двухтактных УМ режимов В и АВ PО и Р»ПЛ зависят от UВХ. При усилении сигнала происходит перераспределение РО между рК и Р»ПЛ, причем в режиме В РKmax наблюдается при критическом коэффициенте использования напряжения источника питания  Для режима В

Формула (13.6) используется и для УМ режима АВ. Мощность РKmax не должна превышать (0,8 ¸ 0,9)РКДОП, в противном случае необходимо выбрать транзистор с большей РКДОП и повторить расчет.

8. Определяется Iб2 = Iбmax,
как ток, соответствующий выходной ВАХ, проходящей через точку A; на входной ВАХ находится точка А¢ и определяется UбЭmax, соответствующее этой точке.

9. Определяются RВХ каскада относительно зажимов вторичной обмотки входного трансформатора и требуемая для управления каскадом мощность РВХ

Для ДТУМ RВХ = h11Э + R2, где h11Э определяется по формуле (13.5), в которую для рассматриваемого случая подставляют IбП = 0.

Мощность РВХ определяется по формуле

Величины RВХ и РВХ (13.7) являются исходными данными для расчета предоконечного каскада.

10. Рассчитываются сопротивления входного делителя R1 и R2. Для этого задается ток IД = (0,5 ¸ 2)Iбmax, искомые сопротивления определяются по формулам

11. Рассчитывается hУМ по формуле

его величина должна быть близка к максимально возможной для ДТУМ режима АВ hmax = (0,6¸0,7).

12.         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 половины 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.