Условные обозначения:

B – коэффициент передачи цепи обратной связи.

– емкость конденсатора, шунтирующего резистор.

– емкость конденсатора фильтра.

− емкость разделительного конденсатора.

− внешняя емкость, нагружающая усилитель.

− действующее и амплитудное значение ЭДС сигнала во входной цепи транзистора.

– напряжение источника питания.

– ЭДС источника питания.

– глубина обратной связи по сигналу.

– граничная частота передачи тока транзистора.

– средняя частота рабочего диапазона.

– параметры транзистора схем ОЭ при усилении слабого сигнала.

– токи покоя транзистора.

– максимально-допустимый ток коллектора.

− амплитуда значения переменных х составляющих токов транзистора.

– обратный ток коллектора.

− ток потребляемый от источника питания.

– коэффициент усиления.

− коэффициент гармонии.

− индуктивность рассеяния.

− коэффициент частоты искажений.

числа витков обмоток трансформатора.

число каскадов усилителя звуковой частоты.

коэффициент трансформации.

мощность потребляемая от источника питания.

максимально-допустимая мощность рассеяния на коллекторе.

выходная мощность.

входная мощность.

выходная (колебательная мощность параметра).

выходная мощность усилителя.

сопротивления цепи и элементов базового смещения.

сопротивление коллекторной нагрузки.

сопротивление в цепи эмиттера для постоянного тока.

выходное сопротивление.

входное сопротивление.

сопротивление резистора фильтра.

сопротивления источника сигнала и нагрузки усилителя.

температура окружающей среды.

напряжения покоя на электродах транзистора.

амплитудные значения напряжений на электродах транзистора.

крайне рабочие значения базового и коллекторного напряжения.

Индексы:

окружающая среда.

база.

коллектор.

эмиттер.

выход.

f − фильтр.

i – внутренний.

вход.

L – нагрузка для постоянного тока.

~, е – нагрузка для переменного тока.

max, max – максимально-допустимое и максимальное значения.

min, min – минимальное значение ( допустимое и фактическое).

m – амплитудное значение.

о – общий провод.

TV – трансформатор.

VT – транзистор.

1.1. Выбор схем каскадов и режимов работы транзисторов усилителя низкой частоты.

Проектирование усилительного устройства выполняется покаскадно в направлении от выхода ко входу усилителя. Иначе, сначала выбирается схема оконечного каскада и режим работы оконечных транзисторов, затем аналогичные вопросы решаются для предоконечного каскада. В дальнейшем в такой последовательности выполняется и расчет каскадов. Это объясняется тем, что условия работы каждого предшествующего каскада определяются данными следующего каскада (схема, режим, входная мощность).

В условиях звуковых частот оконечный каскад выполняется при включении транзисторов по схеме ОЭ или ОК. При этом использование схемы ОЭ является более желательным, так как вследствие большего усиления снижается величина мощности, требуемая от предоконечного каскада. Повышенные значения коэффициента гармоник и нестабильности компенсируются применением обратных связей и цепей нелинейной стабилизации.

Схема ОБ, требующая большой входной мощности, несмотря на обеспечиваемые ею линейность и стабильность, как правило, в усилителях звуковых частот не применяется.

В современных транзисторных усилителях (за исключением самых малых мощностей усилителя) используются двухтактные оконечные каскады с транзисторами, работающими в режимах В и АВ. При этом применяется отрицательная обратная связь, снижающая нелинейные искажения до допустимой величины. В связи с этим следует применять: при мощности усилителя однотактный оконечный каскад; при двухтактный оконечный каскад в режиме А; при двухтактный оконечный каскад в режиме АВ; при двухтактный оконечный каскад в режиме В.

Если оконечный каскад является двухтактным ( , то должен быть решен вопрос о выборе трансформаторной схемы двухтактного каскада.

Трансформаторный двухтактный каскад имеет следующие преимущества:

− может быть осуществлено оптимальной согласование сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением усилителя;

− обеспечивается симметричность выходной цепи усилителя;

− цепь нагрузки изолируется в отношении постоянных напряжений, действующих в цепях усилителя.

Недостатками его являются:

− ухудшение частотной характеристики каскада;

− относительно большие габариты выходного трансформатора;

− часто значительно превышающие размеры трансформаторов остальных деталей усилителя;

− технологическая сложность изготовления трансформаторов.

В бестрансформаторном каскаде это отсутствует, что и определяет целесообразность его применения. В то же время этот каскад не обеспечивает перечисленных выше преимуществ трансформаторного каскада и, кроме того, имеет следующие недостатки:

− необходимость обеспечения различных потенциалов по постоянному току на базах оконечных транзисторов с одинаковыми типами проводимости, что усложняет цепи смещения и стабилизации оконечного каскада;

− необходимость применения дополнительных обратных связей для стабилизации режимов и снижения искажений.

Таким образом, схема этого усилителя получается сложнее, чем при наличии выходного трансформатора.

Однако, преимущества, получаемые при исключении из схемы выходного трансформатора, настолько существенны, что в настоящее время бестрансформаторный каскад находит широкое применение.

При малых мощностях (до =1Вт) целесообразно применение бестрансфарматорного каскада с использованием оконечных транзисторов с различными типами проводимости. При этом транзисторы могут использоваться в режимах А, АВ или В. Если мощность усилителя превышает 1Вт, то может быть применён бестрансформаторный каскад с оконечными транзисторами одинаковой проводимости. В этом случае должны быть образованны составные транзисторы или использован трансформаторный предоконечный каскад.

Для управления транзисторами оконечного каскада может быть применён обычный резистивный каскад ОЭ, резистивный или трансформаторный фазоинверсивный каскад.

Резистивный предоконечный каскад ОЭ применяется в случае однотактного оконечного каскада ( ≤30Вт или при использовании двухтактного бестрансфарматорного оконечного каскада – любой мощности.

При наличии трансформаторного двухтактного оконечного каскада мощностью =(0,1÷0,25)Вт может быть рекомендована наиболее простая схема фазоинверсного каскада с раздельной нагрузкой. При мощности выходного каскада =(0,25÷3)Вт следует применять трансформаторный предоконечный каскад.

В последнее время в каскадах предварительного усилителя, наряду с биполярными транзисторами, применяют униполярные (полевые) транзисторы, позволяющие получить весьма большое входное сопротивление каскада.

Первый, входной каскад усилителя, в зависимости от заданного внутреннего сопротивления источника сигналов, может представлять собою резистивный каскад ОЭ; если приведенное ко входу транзистора сопротивление источника <1кОм, этот каскад применяется с резистором , не шунтированным или частично шунтированным конденсатором.

В настоящее время в транзисторных усилителях звуковых частот всегда предусматривается отрицательная обратная связь по напряжению, снижающая величину искажений и шумов в усилителе, а также обеспечивающая стабильность его технических показателей.

Для дополнительного сглаживания пульсаций питающего напряжения и ослабление обратной связи, образующейся за счёт общего источника питания, в усилителе должны применяться развязывающие фильтры.

Для составления структурной схемы усилителя проводится эскизный расчёт усилителя. В эскизном расчёте определяется общий коэффициент усиления схемы мощности:

, 1.1

где: - мощность выходная заданная,

- мощность источника сигнала.

Способ включения транзистора оконечного каскада и тип транзистора выбирается в соответствии с ( см. соответствующий параграф). Затем находятся: напряжение питания , амплитуда переменной составляющей выходного тока; входной ток и выходное напряжение. Определяется коэффициент усиления оконечного каскада по мощности

1.2

По значению выбирается схема и транзистор предоконечного каскада. Определяются его входные данные (см. соответствующий параграф). Коэффициент усиления по мощности:

≈5 − для трансформаторного каскада,

≈0,3 − для резистивного каскада.

Затем выбирается схема и транзистор каскада предварительного усиления (см. соответствующий параграф), определяется коэффициент усиления по мощности:

=0,3 − для включения ОЭ;

=0,7 − для включения ОК;

Выбранные каскады должны вместе обеспечить коэффициент усиления по мощности:

1.3

= 1.4

Частотные искажения, вносимые каждым каскадом, ориентировочно определяют следующим образом: полагают, что основные искажения вносят частотные искажения , на долю трансформатора относят:

Тогда каждый из остающихся каскадов вносит частотные искажения , величину которых можно определить из выражения:

1.5

где: n − общее число каскадов, m- число трансформаторных каскадов, − заданный коэффициент частотных искажений. Если коэффициент определяется суммой частотных искажений:

1.6

Значения коэффициентов частотных искажений на низких частотах ориентировочно берут из таблицы №1.

Таблица №1

Наименование цепей каскадов
Трансформатор	1÷1,5
Цепочка эмиттерной стабилизации	0,3÷1
Цепочка межкаскадной связи	0,2÷0,6

По результатам эскизного расчёта составляется структурная схема усилителя, которая в результате детального расчета каждого каскада может быть несколько изменена. Необходимо заметить, что последующий детальный расчет каждого каскада основывается на расчётных данных, полученных в процессе эскизного проектирования. Выбор транзистора и его режим работы не производится; производится расчёт цепей стабилизации, уточняются выходные данные каскада, тока, напряжения, мощность а также коэффициент каскада детального расчета.