15.5. РАСЧЕТ МОЩНОГО ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

Для более подробного ознакомления с последовательностью расчета мощного оконечного каскада рассмотрим пример расчета усилителя с выходной мощностью схема которого приведена на рис. 15.17. За его основу взята схема усилителя мощности, изображенная на рис. 15.15.

На сопротивлении нагрузки равном 5 Ом, усилитель должен обеспечить синусоидальную мощность Пиковое значение выходного напряжения в этом случае будет составлять 22,4 В, а максимальный ток Для расчета напряжения источника питания определим минимальное падение напряжения на транзисторах и резисторе Суммарное напряжение база-эмиттер транзисторов при токе должно составлять около 1,8 В. Если в качестве применить светодиод с красным свечением, прямое напряжение которого равно 1,6 В, падение напряжения на резисторе будет составлять 1 В. Напряжение коллектор-эмиттер транзистора при максимальном входном сигнале не должно превышать 0,8 В. Для питания усилителя применим нестабилизированный источник напряжения, снижение напряжения которого при полной нагрузке не должно превышать 3 В. Используя эти данные, определим напряжение питания при отсутствии сигнала

Поскольку схема симметрична, отрицательное напряжение питания должно иметь такую же величину. Теперь рассчитаем предельные параметры транзисторов и Их максимальный коллекторный ток составляет 4,48 А. Для надежности выберем Максимальное

Рис. 15.17. Оконечный каскад усилителя мощности (синусоидальная мощность 50 Вт).

напряжение коллектор-эмиттер выходного транзистора достигается при полной раскачке и составляет Выберем . С помощью формулы из разд. 15.2.1

получим На основании изложенного в разд. 4.10 запишем соотношение между рассеиваемой мощностью и тепловым сопротивлением:

Максимальная допустимая температура перехода для кремниевых транзисторов в общем случае составляет около Температура окружающей среды в корпусе устройства не должна превышать Тепловое сопротивление радиатора равно Подставим эти значения в соотношение для расчета теплового сопротивления между полупроводником и корпусом транзистора:

Отсюда

Часто для мощных транзисторов задается максимальное значение рассеиваемой мощности при температуре корпуса, равной Ее можно рассчитать, зная параметры и по следующей формуле:

Коэффициент усиления по току выходных транзисторов при максимальном выходном токе составляет 30. С учетом этого значения рассчитаем параметры предоконечных транзисторов и Максимальный коллекторный ток этих транзисторов равен

Это значение тока, однако, относится только к сигналам низкой частоты. Для частот, превышающих коэффициент усиления по току мощных низкочастотных транзисторов значительно меньше. Поэтому при резком возрастании тока предоконечный транзистор в течение короткого отрезка времени будет пропускать большую часть выходного тока. Для получения возможно большей полосы пропускания усилителя выберем Заметим, что имеющиеся в продаже транзисторы с такими параметрами и частотой пропускания порядка довольно дорогие.

В разд. 15.4 было показано, что лучше ток покоя задавать только в предоконечных транзисторах и обеспечить падение напряжения на резисторах порядка Для этого использованы кремниевые диоды падение напряжения на

которых составляет 2,2 В. Их можно заменить светодиодом с зеленым свечением. Для того чтобы получить достаточно низкий уровень переходных искажений, выберем ток покоя, равный Тогда сопротивления будут равны

Мощность, рассеиваемая на предоконечных транзисторах при отсутствии сигнала, равна а при полном входном сигнале Следовательно, для предоконечного каскада усилителя могут быть использованы маломощные транзисторы в корпусе со звездчатым радиатором. Коэффициент усиления по току этих транзисторов составляет 100. Учитывая это, рассчитаем максимальный базовый ток предоконечных транзисторов:

Ток источников на транзисторах должен быть большим по сравнению с этой величиной. Выберем его равным

Эмиттерный повторитель склонен к паразитной генерации вблизи максимальной частоты пропускания выходных транзисторов. Для подавления такой генерации можно включить параллельно нагрузке последовательную ЯС-цепь (например, 1 Ом, При этом, конечно, снизится коэффициент полезного действия на высоких частотах. Другой способ подавления генерации состоит во включении в базовые цепи предоконечных транзисторов последовательных резисторов и конденсаторов, параллельных переходам коллектор-база. Выберем, как показано на рис. Ом. Падение напряжения на этих резисторах составляет 0,2 В. При этом уменьшение максимальной выходной мощности будет незначительным.