Розрахунок вихідного двотактного трансформаторного підсилювача потужності в режимі роботи класу А або ВДжерело живлення – джерело керуючої енергії, яка петворються підсилювальним елементом в енергію підсилювальних сигналів. Найчастіше в якості джерела живлення використовують гальванічні елементи. Підсилювачі класифікують за такими ознаками: За характером підсилювального сигналу: - підсилювачі гармонічних сигналів; - підсилювачі дискретних сигналів. По діапазону підсилювальних частот: - підсилювачі постійного струму; - підсилювачі змінного струму. За видом електричних параметрів підсилювального сигналу: - підсилювачі струму; - підсилювачі напруги; - підсилювачі потужності. По типу підсилювальних елементів: - транзисторні; - ІМС; - електровакуумні. По типу підсилюваних сигналів: - аперіодичні; - резонансні. По призначенню: - телевізійні; - радіомовні; - радіотрансляційні; - вимірювальні. Властивості підсилювачів характеризуються технічними показниками, які регламентуються відповідними стандартними. Число технічних показників визначається пизначенням підсилювача. До основних технічних показників відносяться: вхідні/вихідні праметри; ККД і споживана потужність; коефіцієнт підсилення; амплітудна характеристика і динамічний діапазон; лінійні і нелінійні спотворення; перехідні спотворення; шуми. Підсилювачем потужності називається підсилювач в якому вихідна потужність підсиленого сигналу співрозмірна з потужністю, яка підводиться до колекторного кола підсилювача від джерела живлення. Підсилювальний каскад – це сукупність підсилюваль-них елементів з усіма додатковими елементами, які забезпечують заданий режим роботи. Принцип підсилення підсилювальним каскадом на біполярних транзисторах полянає в тому, що підсилення напруги, струму або вихідної потужності відбувається за рахунок частини енергії або потужності джерела живлення по постійному струму. Потужнім каскадом прийнято вважати каскад в якому транзистори віддають в навантаження потужність, близьку до максимально можливої. Основними вимогами, які ставляться до потужних вихідних каскадів, є одержання необхідної потужності в навантаженні і її максимальний коефіцієнт корисної дії при допустимих спотвореннях сигналу. Вимога максимального ККД має найбільше значення для підсилювачів з живленням від автономних джерел. Максимальне підсилення – другорядна вимога, оскільки необхідне підсилення може бути одержане в інших каскадах. Транзистори, які стоять в підсилювачах потужності можуть працювати в режимах класів А, В, АВ. Режим А – це такий режим, при якому робоча точка знаходиться по середині лінійної частини прохідної характеристики. Амплітуда вихідного струму змінюється напротязі повного періоду підсилювального сигналу. Тобто кут відсікання =180 ° Режим В – режим з такою відсічкою, при якій вихідний струм тече практично тільки напротязі півперіода сигналу =90 ° . При цьому робоча точка лежить на початку прохідної характеристики. Режим АВ – проміжний режим, при якому вихідний струм протікає напротязі більш, як одного півперіоду. Кут відсікання лежить в межах 30 ° ° Вибір режиму здійснюється прикладенням відповідної напруги між базою та емітентом. В режимах класів АВ і В можуть працювати тільки двотактні каскади. Однотактні вихідні каскади застосовуються деколи в підсилювачах з малою вихідною потужністю, оскільки їх ККД не перевищує 40% Трансформаторні двотактні вихідні каскади в основному використовуються в режимі АВ, при якому ККД перевищує 50%. В цьому режимі втрати енергії джерелом живлення досить малі при відсутності сигналу і підвищується з підвищенням рівня сигналу, а рівень нелінійних спотворень більший, ніж при роботі в режимі класу А.
 І. Вибір типу транзистора : 1) Вихідна (коливальна) потужність сигналу в колекторному колі трансформатора:  [ Вт ], де т =0,8 – ККД вихідного трансформатора. 2) Потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора:  де А =0,45 – ККД колекторного кола транзистора в режимі роботи А (лежить в межах 0,4 0,45). 3) Максимальна потужність яка розсіюється на колекторі транзистора з врахуванням температури навколишнього середовища:  де Р kmaxp. – максимально допустима розрахункова потужність транзистора, який вибирається. Т рмах =+85 0 С – максимальна температура колектор-ного переходу для германієвих транзисторів. Т р ном =+20 0 С – номінальна температура, при якій значення потужності, яка розсіюється на колекторі транзистора максимальна. Т дс =+33 0 С – температура довколишнього середовища 4) Розрахункове значення граничної частоти транзистора для схеми з спільним емітером:  ] , де М в – визначається у відносних одиницях:М в =М н (дБ)=20 lg М в М в =М н =  5) Вибираємо тип транзистора виходячи з умов:  Вибрав транзистор ГТ403А: f h21e =1000 к Гц; P k max =4 Вт (з тепловідводом). Так, як умова P k maxр P k max виконується тільки при наявності тепловідводу, то проводжу розрахунок поверхні охолодження радіатора:  2 ] , де R TT =15 0 С/Вт — величина теплового опору колекторного переходу. 6) Тип вибраного транзистора та параметри вибраного транзистора: P k max =4 Вт (з тепловідводом); f h21e =1000 кГц; U ke max =30 В; h 21e =20 60; I k max =1,25 А; R TT =15 0 С/Вт ІІ. Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному струму: 1) Напруга на колекторі транзистора в режимі спокою: U ke0 =(0.3 0.5)U ke max = 0,3 20 = 6 [B] 2) Напруга джерела живлення: E k =2.25U ke0 = 2.25 6 = 13.5 [B] 3) Величина колекторного струму в режимі спокою:  [A] 4) Побудова ЛН_ на вихідних статичних характеристиках транзистора і визначчення координати робочої точки : {I k0 ; U ke0 ; І б 0 }( див. графічну частину РИС.1): U ke0 =6 B; I k0 =0.46 A; I б 0 23 mA. 5) Величинаемітрного струму в режимі спокою: I e0 =I k0 +I б 0 =0.46+23=23 10 -3 +0.46=0.483 [A] 0.5 [A] ІІІ. Розрахунок режиму роботи транзистора по змінному струму: 1) О пір колекторного навантаження по змінному струму для одного плеча схеми :  м ] 2) Спад напруги на R к ~ : U Rk~ =Ik0 R к ~ = 0.46 14.4 = 6.6 [B] 3) Напруга між колектором і емітером транзистора: U ke~ =U k0 +U Rk~ = 6+6.6 = 12.6 [B] 4) На РИС.1 наносимо точки {0, U ke~ } та {I k0 , U ke0 }. 5) За графіком на РИС.1 визначаємо м інімальне і максимальне значення вихідного струму та напруги транзистора : I k min = 2.0 mA; I k max =0.88 A; U ke max =12.6 B; U k min =2.0 B IV. Визначення потужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи: 1) П отужність, яку віддає транзистор у вибраному режимі роботи: P k~ =0.125 (I k max - I k min ) 2 R k~ = =0.125 (0.88-2) 2 14.4 = 2,26 [B т] 2) П еревір ка виконання умови: P k~ P ~ . 2.26>1.25 [ Вт ] ( умова виконується) V. Визначення коефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності: 1) На вхідній динамічній характеристиці транзистора відкладаємо відповідні координати робочої точки і граничних точок (див графічну частину РИС.2): {I б 0 ;U б e0 }, {I б max ;U б e max }, {I б min ;U б e min } I б 0 = 23 mA; U б e0 = 0.47 B; I б max = 64 mA; U б e max = 0.68 B; I б min = 2 mA; U б e min = 0.17 B. 2) Ам плітудні значення вхідного струму та напруги:   3) В хідний опір транзистора по змінному струму:  4) П отужність на вході підсилювача:  5) К оефіцієнт підсилення по напрузі:  K UдБ = 20lg K U =26,19 [дБ] 6) Коефіцієнт підсилення по потужності:  K P дБ =10lgK P =27,49 [дБ] VI. Розрахунок коефіцієнта нелінійних спотворень сигналу: 1) Ф ормуємо наскрізну динамічну ВАХ підсилювального елемента за сім'єю вхідних і вихідних статичних характеристик і навантажувальної прямої змінного струму каскаду І к = f(E i ) : для цього визначаємо значення U ke для трьох точок (А, Р, В) по вхідних і вихідних статичних характеристиках транзистора (див. графічну частину РИС.3). 2) Д ані заносимо в табл ицю і будуємо наскрізну динамічну ВАХ транзистора по табличним даним.
 [(I k max -I k min )+(I k2 -I k1 )]= I km2 =  [(I k max +I k min )-2I k c ер ]= I km3 =  [(I k max -I k min )-2 (I k2 -I k1 )] = -2*(0.56-0.36)]=0 A I km4 =  [(I k max +I k min )-4 (I k2 +I k1 )+6 I k c ер ] = -4 0.92+6 0.46]=0 A 5) П еревіряємо правильність розрахунків амплітудних значень гармонік колекторного струму^ I k max = I km1 +I km2 +I km3 +I km4 +I k c ер , де I k c ер = [ I k max +I k min +2I k2 +2I k1 ]= I k max =0.46+0.2=0.66 (Умова виконується). 6) О бчислюємо значення К Г р % : К Г р %  7) П еревіряємо виконання умови: К Гр% К Г % . 0 ( умова виконується). VII. Розрахунок елементів схеми підсилювача: Елементи ланки емітерної т ер мо стабілізації транзистора : 1) З начення резистора R e : R e =  2) З начення резисторів R e1 R e2 звичайно приймають рівним 1 Ом: R e0 =  R e1 =R e2 =1 [ Oм ] 3) В иб и р аємо стандартн е значен ня опорів R е1ст =R5 1 ст = 1 Ом; R е2с т =R5 2 ст = 1 Ом; R е0ст =R5 ст = 3,6 Ом.
Елементи розв'язуючого фільтра R ф і С ф : 1) З начення резистора R ф : U R ф =(0.1 0.3)E k U R ф =0.2 E k =0.2 13.5=2.7 [B] I П =(3 10)І б0 I П =7 І б0 =7,23 10 -3 161 mA
  Типова схема двотактного трансформаторного підсилювача та транзисторах включених по схемі з спільним емітером
Максимальні значення колекторного і базового струмів не перевищують заданих для даного транзистора в довіднику. Розрахував, що попередній каскад повинен бути інверсний і забеспечувати вихідну напругу 0,26 В і потужність 4,03 mВт . При цьому вихідна потужність буде рівна заданій, а коефіцієнт підсилення по потужності буде складати 27,49 д Б . Розрахунковий коефіцієнт гармонік рівний 0, що не перевищує заданого. Тому каскад вносить допустимі нелінійні спотворення і не потребує введення від’ємного зворотного зв’язку. Також були розраховані елементи емітерної термостабілізації, елементи подільників напруги зміщення робочої точки фіксованою напругою бази, роздільні конденсатори, що служать для затримання постійної складової попереднього каскаду і частковий розрахунок електричних параметрів вихідного трансформатора. Список використаної літератури 1) Цыкина Г.В. Проэктирование транзисторних усилителей низкой частоты «Связь», 1978. 2) Гершунский Б.С. Справочник по расчету електрон-ных схем «Вища школа», 1983. 3) Транзисторы широкого использования. Справочник Под ред. Перельмана. 1981. 4) Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. Под ред. Горюнова Н.Н. 5) Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства» Справочник кадиолюбителя. К.-«Наукова думка», 1987. 6) . П ід ред. Горюнова Н.Н. «Справочник по полупро-водниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам» «Энегния» – Москва – 1976. 7) П ід ред. |
Розрахунок вихідного двотактного трансформаторного підсилювача потужності в режимі роботи класу А або В
2) В ибір стандартн ого значення R ф ст =R6 ст =9.1 Ом 3) Є мність розв'язуючого фільтру С ф С ф 
[ Ф ] 4) В иб і р стандартного значення С Ф ст =СЗ с т : С Ф ст =СЗ с т =3 10 -3 [ Ф ] 5) Виб і р р обоч ої напруг и на С Ф =СЗ . Вибирається з умови: U C фр 1.5 (E k -U R ф ) U C фр 1.5 (13.5-2.7)=16.2 [B] Елементи подільника напруги: 1) З начення резисторів R2=R4, R1=RЗ , при умові, що R2=R4 (3 5)R вх VT : R2=R4 = 
[ Ом ] R1=RЗ= 
[ Ом ] 2) В иб і р стандартн ого значення опорів: R1 ст = RЗ с т =16 Ом R 2 ст = R 4 ст =51 Ом Потужність, яка розсіюється на резисторах: P Re0 =2 
eocm =2 (0.5) 2 3.6 1 [B т] P R ф =2 (I П +I б0 ) 2 R фcm =2 ((161+23) 10 -3 ) 2 9,1=0,62 [ Вт] P R e = P R e1 =(I П +I б0 ) 2 R e1cm =(0.5) 2 1=0.25 [ Вт] P R 1 = P R 3 =(I П +I б0 ) 2 R1 cm =(184 10 -3 ) 2 16=0.54 [ Вт] P R 2 = P R 4 =(I П ) 2 R2 cm =(161 10 -3 ) 2 51=0.98 [ Вт] Виб і р тип у резисторів: (Див. специфікацію) Роздільні конденсатори : 1) З начення ємностей роздільних конденсаторів С1 і С2: С1 і С2= 
[ Ф ] 2) В иб и р аємо стандартн е значення конденсаторів С1 с т , С2 с т : С1 с т = С2 с т =4,3 [ мкФ] 3) Р обоча напруга на роздільних конденсатора х С1 і С2 : U C1p,C2p 1.5 E k U C1p,C2p =1.5 13.5=20.25 [В] Виб и р аємо тип конденсаторів : (Див. специфікацію) VIII Розрахунок вихідного трансформатора: 1) К оефіцієнт трансформації. n= 
2) О пір первинної і вторинної обмоток трансформатора . r 1 = 
] r 2 = 
] C=0.5 – коефіцієнт, який врахохвує наявність в первинній обмотці трансформатора постійної складової струму і лежить в межах (0,2 0,7) 3) І ндуктивніст ь первинної обмотки трансформатора. L 1 = 
Гн ] 
