Расчет оконечного каскада

Низкое сопротивление нагрузки 3 Ома требует большого усиления в оконечном каскаде. Усиление возможно будет достигнуто в предварительных каскадах, однако входные каскады работают в режиме А, который не должен работать на низкоомные нагрузки из-за низкого КПД. Для создания большого коэффициента усиления по току воспользуемся схемой Дарлингтона.

Рисунок 6 – составной транзистор Дарлингтона

Тогда оконечный каскад может выглядеть следующим образом:

Рисунок 7 – оконечный каскад

Сопротивление R служит для улучшения частотных свойств транзисторов в момент закрывания. Им часто пренебрегают, однако в идеализированном случае транзисторы вообще не могут закрыться полностью при оборванной базе.

Описываем математически данный каскад. Транзисторы еще не выбраны, поэтому значения усиления выбираются приблизительно. После выбора конкретных изделий требуется вторая итерация.

%%%%Pre_iterate

H21_op4_min=10;

H21_op3_min=15;

%%%%absolute maximum

I_op4_max=(Ucc/2)/R_load; %Ток выходных транзисторов в пике

R_in_op4_=R_load*H21_op4_min; %Входное сопротивления op4 без учета подпорки

R9=R_in_op4_; %Подпорочный резистор

R_in_op4=(R9*R_in_op4_)/(R_in_op4_+R9); %Сопротивление нагрузки op3/ полное входное op4

I_op3_max=(Ucc/2)/R_in_op4; %Выходной ток op3

R_in_op3_=R_in_op4*H21_op3_min; %Входное сопротивление op3 без учета делителя

P_diss_op4=((1/pi^2)*((Ucc/2)^2)/R_load)*2; %Максимальная рассеиваемая мощность op4

P_diss_op3=((1/pi^2)*((Ucc/2)^2)/R_in_op4)*2; %Максимальная рассеиваемая мощность op4

P_out_max=((Ucc/(2*sqrt(2)))^2)/R_load; %Мощность RMS

Полученные значения:

I_op4_max =5

I_op3_max =1

P_diss_op4 =15.1982

P_diss_op3 =3.0396

P_out_max =37.5000

Приведем графики зависимости рассеиваемой и выходной мощности:

Рисунок 8 – Рассеиваемая, полезная и требуемая мощности

Syms t;

for i=1:Ucc/2

U_out=i-1;

P_diss(i)=int(((Ucc/2-U_out*sin(t))*(U_out*sin(t))/R_load),t,0,pi)/pi;

P_out_plot(i)=int(((U_out*sin(t))*(U_out*sin(t))/R_load),t,0,pi)/pi;

P_nom_plot(i)=2.5;

End;

plot(0:Ucc/2-1,P_diss,0:Ucc/2-1,P_out_plot,0:Ucc/2-1,P_nom_plot);

Напряжение приложенное к транзисторам будет равно напряжению питания 30 вольт. В результате поиска в каталогах фирмы Fairchild были найдены комплиментарные пары:

BD244 BD234

BD135 BD136

BC547 BC557

Даташиты в приложении А.

Произведем на основании данных из документации вторую итерацию:

%%%%Second_iterate

H21_op4_min=40;

H21_op3_min=70;

Uke_op4=1;

Uke_op3=1;

Ube_op4=1;

Ube_op3=1;

I_op4_max=((Ucc/2-Uke_op4-Uke_op3-Ube_op4-Ube_op3))/R_load; %Ток выходных транзисторов в пике

R_in_op4_=R_load*H21_op4_min; %Входное сопротивления op4 без учета подпорки

R9=R_in_op4_; %Подпорочный резистор

R_in_op4=(R9*R_in_op4_)/(R_in_op4_+R9); %Сопротивление нагрузки op3/ полное входное op4

I_op3_max=(Ucc/2-Uke_op3-Ube_op3)/R_in_op4; %Выходной ток op3

R_in_op3_=R_in_op4*H21_op3_min; %Входное сопротивление op3 без учета делителя

P_diss_op4=((1/pi^2)*((Ucc/2)^2)/R_load)*2; %Максимальная рассеиваемая мощность op4

P_diss_op3=((1/pi^2)*((Ucc/2)^2)/R_in_op4)*2; %Максимальная рассеиваемая мощность op4

P_out_max=((((Ucc/2-Uke_op4-Uke_op3-Ube_op4-Ube_op3))/sqrt(2))^2)/R_load; %Максимальная выходная мощность RMS

Результат пересчета:

I_op4_max =3.6667

I_op3_max =0.2167

R_in_op3_ =4200

P_diss_op4 =15.1982

P_diss_op3 =0.7599

P_out_max =20.1667

Мощности рассеивания показаны суммарно для обоих плеч. Как видно реальный усилитель может дать значительно меньше максимальную мощность. Усиление реальных транзисторов оказалось больше, поэтому снизились потери и увеличилось входное сопротивление.

Дата добавления: 2015-10-29