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 Р_Н задается величина КПД выходного трансформатора h_Т (см. табл. 13.2), определяется требуемая мощность

2. Выбирается напряжение питания схемы Е_К из тех же соображений, что и Е_К ОТУМ  (см. главу 13.4.1, п. 3). Определяется U_Kmax с некоторым запасом:                    U_Kmax = 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 Е_К, определяет напряжение на закрытом транзисторе. Оно может составлять 2Е_К).

3. Выбирается транзистор из условий: U_КЭДОП ³ U_Кэmax; Р_КДОП ³ Р_»ПЛ; f_h12Э > (3 ¸ 5)f_В.    

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 U_КЭП = 0,9Е_К.

Для входной характеристики (рис. 13.8, б), снятой при U_КЭ = U_КЭП, проводится касательная к ее линейной части, находится точка пересечения касательной с осью U_бЭ. Восстанавливается перпендикуляр из этой точки на ВАХ, находится положение точки покоя входной цепи транзистора П¢ с координатами I_бП, U_бЭП. Точка покоя выходной цепи П лежит на ВАХ, соответствующей I_б = I_бП, и имеет координату U_КЭ = U_КЭП. Через точку П и точку на оси напряжений U_КЭ = E_К 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 I_КП, компенсируется магнитным потоком, создаваемым от протекания I_КП другого плеча, поэтому при переходе U_ВХ через нуль магнитный поток в магнитопроводе трансформатора отсутствует, сопротивление коллекторной цепи переменному току бесконечно большое, изменение переменной составляющей коллекторного тока происходит от 0 до I_Kmax.

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 U_КЭ = Е_К и пересекает ось токов в точке  Требуемое R_H»ПЛ определяется по формуле

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

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 R_H»ПЛ и повторить расчет.              

7. Производится проверка Р_Kmax. Необходимость этого расчета вызвана тем, что в двухтактных УМ режимов В и АВ P_О и Р_»ПЛ зависят от U_ВХ. При усилении сигнала происходит перераспределение Р_О между р_К и Р_»ПЛ, причем в режиме В Р_Kmax наблюдается при критическом коэффициенте использования напряжения источника питания  Для режима В

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

8. Определяется I_б2 = I_бmax,
как ток, соответствующий выходной ВАХ, проходящей через точку A; на входной ВАХ находится точка А¢ и определяется U_бЭmax, соответствующее этой точке.

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

Для ДТУМ R_ВХ = h_11Э + R₂, где h_11Э определяется по формуле (13.5), в которую для рассматриваемого случая подставляют I_бП = 0.

Мощность Р_ВХ определяется по формуле

Величины R_ВХ и Р_ВХ (13.7) являются исходными данными для расчета предоконечного каскада.

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

11. Рассчитывается h_УМ по формуле

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

12.         Определяются параметры выходного трансформатора. Он должен обеспечить мощность во вторичной обмотке Р₂ = Р_Н, 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 L_S. Эти параметры определяются при расчете всей схемы усилителя в области низких и высоких частот по величинам выделенных на трансформатор допустимых частотных искажений.