1.4.2 Вибір типу схеми і транзисторів для вихідного каскаду

У якості кінцевих каскадів підсилювачів низької частоти (підсилювачів потужності) можна використовувати як однотактні, так і двотактні схеми. Схема вихідного каскаду визначається призначенням підсилювача і вимогами, пропонованими до нього.

Якщо потужність, що віддається, не повинна перевищувати 40 —50 мВт, то можна застосовувати однотактні вихідні каскади, що працюють у режимі класу А на малопотужних транзисторах універсального призначення типів МП-40, МП-41, ГТ-108, ГТ-109 і т.д.

При потужностях до 0,2 Вт доцільно застосовувати двотактні каскади в режимі класу АВ на цих же транзисторах.

Для одержання потужностей від одиниць до сотень ватів варто використовувати спеціальні потужні транзистори типів КТ315Ж.

Вибір транзисторів здійснюється, виходячи з наступного:

1. Гранично припустима потужність розсіювання на один транзистор Р_{к макс} повинна перевищувати потужність, що розсіюється на колекторі, Р_к, яку можна обчислити по наступних формулах:

при роботі в режимі класу А

P_н=(2×Р’_н)/ _(1.94)

при роботі в режимах класів АВ і В

P_к=(0,4×Р’_н)/ _(1.95)

де Р'_н — номінальна потужність, задана по технічних умовах і приходиться на один транзистор;

Р_к — потужність розсіюється на колекторі;

— кпд вихідного трансформатора, значення якого береться в межах 0,7 - 0,8;

— коефіцієнт використання колекторної напруги, який можна приймати рівним 0,8 - 0,95.

2. Напруга колектора Е_к повинна бути:

Е_к =(0,3 0,4) _(1.102)

де Е_{к макс}— гранично допустима напруга колектора.

1.4.3 Вибір транзисторів для попередніх каскадів підсилювача низької частоти

У більшості випадків попередні каскади підсилювача низької частоти можуть бути виконані на малопотужних транзисторах. При цьому, якщо посилювані частоти не перевищують одиниць кілогерців, вибір транзисторів виробляється по низькочастотних параметрах з наступних міркувань:

• мінімальної вартості;

• найбільшої величини коефіцієнта підсилення транзистора по струму В в схемі з загальним емітером.

Ескізний розрахунок підсилювача

1. РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧА ПОТУЖНОСТІ

Основною задачею ескізного розрахунку вихідного каскаду підсилювача низької частоти є визначення струму бази, необхідного для одержання на виході номінальної потужності при заданих коефіцієнтах нелінійних і частотних перекручувань. Оскільки визначення нелінійних і частотних перекручувань у схемах на транзисторах є досить складною справою, це питання повинне зважуватися при повному електричному розрахунку вихідного каскаду.

1. Амплітуда струму колектора, що забезпечує задану вихідну потужність кінцевого каскаду,

,мА _(1.103)

де Е_к – напруга на колекторі , В ;

_т – ККД=1 ;

 – коефіцієнт використання колекторної напруги ;

Р_н – номінальна вихідна потужність, Вт

При цьому максимальна амплітуда струму колектора повинна бути:

у режимах класів А Імк ≤ 0,5×Ік макс;

у режимах класів АВ і В Імк ≤ Ік макс.

2.Амплітуда струму бази кінцевого каскаду:

_(1.104)

В_min – мінімальний коефіцієнт підсилення по струму в схемі з загальним емітером обраного типу транзистора.

3. Постійна складова струму колектора одного транзистора:

, _(1.105)

де І_mк – амплітуда струму колектора кінцевого каскаду.

Через малий вхідний опір каскадів підсилювача низької частоти на транзисторах, що приводить до шунтування попередніх каскадів, необхідно визначати необхідне посилення по струму бази.

1. Визначається опір навантаження детектора.

При цьому вважаегься, як було прийнято в § 2.5, вхідний опір детектора дорівнює вхідному опору каскаду УПЧ. Тоді опір навантаження детектора:

а) при детектуванні малих сигналів (звичайно в переносному і кишеньковому транзисторному приймачах, при U_{д вх}=0,1-0,3 В)

послідовного однопівперіодного детектора

_(1.106)

де – вхідний опір підсилювача низької частоти ,

– коефіцієнт передачі

двополуперіодного детектора з подвоєнням напруги

_(1.107)

б) при детектуванні великих напруг (порядку 1,5—5 В)

R_звор.>> R_{н (1.108)}

послідовного детектора

_(1.109)

паралельного детектора

_(1.110)

послідовного детектора при R_звор.≈ R_н

_(1.111)

2. Визначається амплітуда струму бази першого транзистора:

а) при роботі від детектора

, мА _(1.112)

де U_{д вих} – вихідна напруга детектора, В ,

R_н – опір навантаження детектора, Ом,

Оскільки необхідність забезпечення малих частотних перекручувань при детектуванні, викликаних відмінністю опору навантаження детектора постійному і перемінному струму, вимагає зразкової рівності опору входу першого транзистора підсилювача низької частоти і опору R₂ навантаження детектора;

б) при роботі від звукознімача

, мА _(1.113)

оскільки для усунення шунтування звукознімача низьким вхідним опором першого каскаду підсилювача низької частоти послідовно в ланцюг бази першого каскаду і звукознімача необхідно включити опір 500 кОм, що і визначає струм бази. З двох значень формул (1.112) і (1.113) вибирається менше і приймається за струм бази першого каскаду.

3.Необхідне посилення по струму тракту підсилювача низької частоти

; _(1.114)

де І_mб – амплітуда струму бази кінцевого каскаду, мА

І_{m б1} – амплітуда струму бази при роботі від детектора, мА

Рисунок 1.21. Схема напівпровідникового діодного детектора.

При застосуванні негативного зворотного зв'язку

_(1.115)

де А — фактор зворотного зв'язку, що показує у скільки разів зменшуються посилення і перекручування на виході приймача.

Необхідне посилення з запасом

, (1.116)

де – необхідне підсилення по струму,

Якщо в проектованому підсилювачі передбачається мати регулювання тембру, то варто передбачати запас посилення 5 -10 разів.

4.Для визначення необхідного числа каскадів попереднього підсилювача низької частоти приймають, що всі каскади однотипні. Тоді необхідне число каскадів

, _(1.117)

де В_min – мінімальний коефіцієнт підсилення по струму в схемі з загальним емітером обраного типу транзистора.

Приклад 1.7. Визначити число підсилювальних каскадів після детектора транзисторного переносного приймача.

Вихідні дані

номінальна вихідна потужність — Р_и=0,7 Вт;

ККД вихідного трансформатора – η_т =0,7;

коефіцієнт використання колекторної напруги — ξ=0,8;

вихідна напруга детектора — U_{д вих}=58 мВ;

коефіцієнт передачі детектора — К_д=0,7;

вхідний опір каскаду підсилювач проміжної частоти — К_{вх упч}⁼4,6 кОм; напруга звукознімача — U_зв=0,25 В

Потрібно визначити

типи, режим транзистора і число каскадів підсилювача низької частоти

Розрахунок

1.Оскільки необхідна потужність перевищує 200 мВт, те вихідний каскад виконується двотактною схемою в режимі класу АВ на транзисторах середньої потужності.

2.Потужність розсіювання на один транзистор [ (1.100 – 1.101)]

P’_н=Р_н/ 2= 0,35 Вт P_к=(0,4×Р’_н)/ = (0,4×0,35)/(0,7×0,92)=0,247 Вт

3.Розгляд параметрів транзисторів показує, що найбільш придатним транзистори КТ315Ж параметри:

Р_кmax = 0,15 Вт ;

В_min = 30 ;

Е_{к мax} = 35 В ;

І_кmax = 0,5 А ;

І_бmax = 0,05 А ;

4.Граничнодопустима напруга колектора для обраного транзистора [ (1.108)

Е_к =(0,3 0,4) = В

5.Визначаю амплітуду струму колектора, що забезпечує задану вихідну потужність кінцевого каскаду (1.109)

мА

мА <І_кmax = 0,5 А ;

6. Визначаю амплітуду струму бази кінцевого каскаду (1.110)

мА;

7. Постійна складова струму колектора [(1.111)]

мА

8. Вибирав схему послідовного однотактного детектора, що працює в режимі малих напруг, для якого [(1.112)]

(кОм) ,

9. Амплітуда струму бази [(1.113)]

а) при роботі від детектора

А = 0,0018 (мА)

б) при роботі від звукознімача ((1.114)]

Приймається для подальших розрахунків

,

10. Визначаю необхідне підсилення по струму [(1.115)]

Необхідне підсилення з запасом : (1.116)

,

11. Вибираю для попередніх каскадів підсилювача низької частоти транзистор КТ315Ж , що має високий мінімальний коефіцієнт підсилення по струму

В_min = 10 .

Необхідне число каскадів попереднього підсилювача [(1.117)]

Отже число потрібних каскадів попереднього підсилення .