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 Р_Н задается величина КПД трансформатора (h_Т). Значения h_Т для трансформаторов с различной мощностью сигнала во вторичной обмотке Р_Н 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_» = Р_Н/h_Т.

2. Определяется Р_kmax = (2,5 ¸ 3)Р_». Эта мощность рассеивается на коллекторе транзистора при U_ВХ = 0. Для ОТУМ Р_kmax  = Р_О.

3. Выбирается напряжение питания схемы Е_К. 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 Е_К, его следует выбирать как можно большим, при этом требуемая Р_» обеспечивается за счет большего размаха напряжения U_КЭ при меньшем размахе тока I_К. Уменьшение размаха I_К позволяет уменьшить необходимое для управления УМ U_ВХ, т.е. увеличивается К_Р УМ.

Задаются падения напряжения на первичной обмотке трансформатора в режиме покоя   и на сопротивлении в цепи эмиттера  R_Э  U_ЭП = 0,1Е_К. Тогда напряжение U_КЭП =  0,8Е_К.

Определяется U_КЭmax с некоторым запасом:   U_КЭmax  = 2,5U_КЭП.

4. Выбирается транзистор из условий:  U_КЭДОП  ³ U_Кэmax; Р_КДОП ³ (1,1 ¸ 1,2)Р_Кmax; f_h21Э > (3 ¸ 5)f_В.

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 R_Н». Мощность тогда

Нагрузочная прямая проходит через точку покоя П с координатами U_КЭП,  и пересекает ось напряжений в точке  На нагрузочной прямой находят точку А с координатой U_КЭА = DU_КЭ, определяют ее координату по току I_КА = I_Kmax. Далее на нагрузочной прямой находят точку В с координатой по току I_КВ = I_Kmin = 2I_КП – I_Kmax.

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

6. Определяются I_б1 = I_бmax, I_б2 = I_бП, I_б3 = I_бmin, как токи, соответствующие выходным ВАХ, проходящим через точки А, П и В. На входной ВАХ, снятой при U_КЭ = U_KЭП, находят точки А¢, П¢ и В¢, определяют U_бЭmax, U_бэп и U_бЭmin, соответствующие этим точкам (см. рис. 13.6, б). Точки А¢, П¢ и В¢ должны располагаться на линейном участке входной ВАХ.

7. Задается ток I_Д  = (3 ¸ 5)I_бП.  Рассчитываются сопротивления R_Э
, R₁ и R₂ по формулам (13.5 – 13.7):

Напряжения в формулах берутся по абсолютной величине.

8.   Определяется R_ВХ каскада по формуле (13.4):

R_BX = R₁ || R₂ || h_11Э.                                                 (13.4)

        Параметр h_11Э транзистора может быть определен по входной ВАХ (13.5):

По входной ВАХ определяется . Величины R_ВХ и U_ВХm являются исходными данными для расчета предоконечного каскада.

9. Рассчитывается h_УМ по формуле 

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

            10.       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 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.