Схема однотактного усилителя мощности, в котором используется режим класса А, показана на рис.10.2. В выходной цепи протекают значительные токи, поэтому вводятся ограничения на выбор величины сопротивления RЭ (RЭ = 1…10 Ом). Ввиду малой величины RЭ возникают трудности, связанные с применением блокировочного конденсатора СЭ для исключения отрицательной обратной связи по переменному току, поскольку величина СЭ должна быть достаточно большой (сотни тысяч мкФ). Поэтому СЭ не ставят в цепь эмиттера. Возникающая из-за этого ООС снижает коэффициент усиления, но расширяет полосу пропускания усилителя и уменьшает нелинейные искажения в каскаде. Поскольку сопротивление RЭ мало, то при рассмотрении каскада им можно пренебречь.
Расчет каскада проводят графо-аналитическим методом с использованием линий нагрузки по постоянному и переменному токам. Исходными при расчете считаются выходная мощность РН и сопротивление RН.
В выходной цепи сопротивление по постоянному току относительно мало. Линия нагрузки по постоянному току определяется активным сопротивлением первичной обмотки трансформатора W1, в силу чего она проводится из точки ЕК почти вертикально.
Для определения угла наклона линии нагрузки каскада по переменному току, проходящей через точку покоя, необходимо определить коэффициент трансформации трансформатора n = W1/ W2.
Т.к. сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора (r1 и r2) малы, то сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется приведенным к первичной обмотке сопротивлением RН:
RH~ = n2(RH + r2) + r1 » n2RH. (10.1.)
Для выбора координат точки покоя UКЭП, IКП требуется определить величины UКm, IКm. Эти параметры находятся следующим образом.
Для исключения возможных искажений усиливаемого сигнала параметры режима покоя должны удовлетворять следующим условиям:
Мощность переменного тока РК, поступающая от каскада в первичную обмотку трансформатора, и мощность, отдаваемая в нагрузку РН, связаны соотношением
, (10.2.)
где hТР - КПД трансформатора, составляющий величину 0,8 ¸ 0,9.
При синусоидальных токах и напряжениях мощность, которую дает коллекторная цепь (выходная мощность):
, (10.3.)
откуда с учетом (10.2.) находим
. (10.4.)
Выбор напряжения UKm производят по величине UКЭП с учетом того, что для рассматриваемого каскада UКЭП » ЕК. Величину ЕК может определять выбранный ранее источник питания. В соответствии с этим величину UKm < EK – UKmin и коэффициент трансформации можно считать n известными. Для определения IКП можно воспользоваться линией нагрузки каскада по постоянному току.
После нахождения точки покоя транзистора через нее проводится линия нагрузки по переменному току под углом, определяемым отношением DUKЭ / DIK = RH~.
Тип выбираемого транзистора накладывает ограничения на ток IKm , напряжение UКЭmи мощность РК, рассматриваемую в коллекторном переходе:
(10.5.)
При расчете каскада удобно использовать треугольник мощностей, заштрихованный на рис.10.3., площадь которого UKm×IKm / 2 равна мощности РК, отдаваемой каскадом.
Определим КПД каскада
h = hК×hТР, (10.6.)
где hК - КПД коллекторной цепи, hТР - КПД трансформатора.
Величину hК находят как отношение выходной мощности каскада к мощности Р0 = ЕК×IКП, потребляемой от источника питания, т.е. КПД коллекторной цепи
, (10.7.)
КПД каскада
. (10.8.)
Из выражения (10.7.) следует, что с повышением уровня выходного сигнала hК увеличивается и стремится к предельной величине , равной 0,5, при IKm = IКП, UKm = UКЭП. Положив hТР = 1, заключаем, что предельно возможное значение КПД рассматриваемого каскада составляет 0,5. С учетом того, что реально hТР ¹ 1, реальные значения h не превышают 0,35 ¸ 0,45.
Мощность РК.РАСС., рассеиваемая в коллекторном переходе транзистора характеризуется разностью мощностей, потребляемой и отдаваемой в цепь трансформатора:
РК.РАСС. = Р0 – РК = ЕКIКП – ½IKmUKm. (10.9.)
Согласно (10.9.), мощность рассеивания зависит от уровня выходного сигнала и в отсутствие сигнала (UKm = 0 и IKm = 0) равна Р0, а при максимальном его значении (UKm = ЕК, IKm = IКП) стремится к величине 0,5Р0. Поскольку при работе каскада возможны перепады в подаче усиливаемого сигнала, тепловой режим транзистора рассчитывают по мощности Р0.