5. Визначення загального коефіцієнта підсилення пристрою по потужності

Д ля визначення величини підсилення пристрою по потужності К_г використовується вираз

де Р_вих- коливальна потужність яку забезпечує пристрій;

Р_дж- потужність джерела сигналу;

U_вх- амплітуда вихідної напруги джерела сигналу;

R_вих- номінальний вихідний опір джерела сигналу;

|Z|=((2πF_cL_Г)²+R_Г)^1/2=377 (Ом)

Так як значення ЕРС головки відтворення задано для частоти сигналу відтворення 1кГц, то розрахунки значення потужності ведуться для даної частоти.

а₁, а₂, а₃- коефіцієнти

Коефіцієнти а₁, а₂, а₃ використовуються з-за наявності в підсилювачі від'ємного зворотного зв'язку та регулятору АЧХ, що зменшують коефіцієнт підсилення.

Коло від'ємного зворотного зв'язку не охоплює весь пристрій, тому, згідно [1], коефіцієнт а₁=А². А=1+βК

А=10 дБ

Коефіцієнт а₂ враховує вплив регуляторів форми тембру. При забезпеченні як "завалу" так і "підйому" частотної характеристики згасання сигналу розраховується за наступним виразом:

N _р.т.(дБ)=N_+(дБ)+(2...3)_(дБ)

N_р.т.(дБ)=15+3= 18 дБ

Наявність згасання N_р.т. потребує додаткового підсилення по потужності в N_р.т. раз. За умови забезпечення "завалу" і "підйому" АЧХ, величина а₂=N_р.т.(дБ)=18 дБ.

В підсилювачах відтворення магнітофона, окрім усіх перелічених факторів, що впливають на коефіцієнт підсилення, враховується ще й запас підсилення, необхідний для виконання корекції його частотної характеристики у відповідності з вимогами[1].

а₃=20 дБ

З агальний коефіцієнт підсилення пристрою по потужності дорівнює:

6. Визначення кількості каскадів підсилення

Кількість каскадів підсилення визначається виходячи з загального коефіцієнта підсилення по потужності

К_{Рзаг(дБ)}=К_Р1(дБ)+К_Р2(дБ)+...+К_Рn(дБ)+К_{Р ККП}

де К_Р1, К_Р2, К_Рn,К_{Р ккп} - коефіцієнти підсилення по потужності відповідно 1-, 2-, n-ого каскадів попереднього підсилення та ККП.

Для розрахунку кількості каскадів підсилення нашого підсилювача потужності визначимося з типом каскадів підсилення, та приблизно розрахуємо коефіцієнт підсилення для кожного з них.

Кожне плече безтрансформаторного двотактного вихідного каскаду кінцевого підсилення – це реостатний каскад зі спільним колектором

Для резистивного каскаду підсилення зі спільним колектором коефіцієнт підсилення по потужності буде дорівнювати:

К_Р(дБ)≈10lg0,7h_21E.min

Тобто для нашого випадку

К_Р(дБ)≈10lg0,7*50=15,4 (дБ)

Застосування в каскадах попереднього підсилення транзисторів середньої потужності типу КТ819В або транзисторів аналогічного типу конструктивно та економічно недоцільне. Для каскадів попереднього підсилення необхідно обрати транзистори інших типів з меншою розсіюваною на колекторі потужністю та, за можливістю, більшим h_21e. Для подальшого розрахунку визначимося з типом транзисторів використаних в попередніх каскадах. Для цього розрахуємо потужність розсіювання колектору транзистора в каскаді передкінцевого підсилення

P_пер=P_0кас/K₀

P_пер=20/34,6=578 (мВт)

Потужність втрат на колекторі: P_пер=5 P_{Вх макс НК}=578 *5=2,890(Вт)

На основі зроблених розрахунків транзисторами КПП V3 та V2 обираються транзистор серії КТ815В (КТ814В) з такими основними параметрами:

1. коефіцієнт передачі струму h_21E=40

2. гранична частота коефіцієнта передачі f_гр=3 МГц

3. ємність колекторного переходу С_кол=60 пФ

4. максимально допустима напруга колектор/емітер U_max=70 В

5. максимально допустимий постійний струм колектора I_кол=1,5 А

6. максимально допустимий струм бази І_б=0,5 А

7. максимально допустима розсіювана потужність Р_макс=1 Вт

8. структура: n-p-n - КТ815В, p-n-p - КТ814В, матеріал - кремній

Ч астотні властивості біполярного транзистора характеризуються граничними частотами, значення яких не перевищують граничну частоту пристрою. Для схеми зі спільним колектором, де:

fy_21e- гранична частота за крутістю у схемі зі спільним емітером

S₀- крутість транзистору в робочій точці

гранична частота по крутості прямої передачі

д е f_h21Б - гранична частота коефіцієнту передачі струму у схемі із загальною базою

Об'ємний опір бази:

r ^'_Б= τ_К/Ск= 27000/60= 450(Ом)

Г ранична частота транзистора за крутістю в схемі зі спільним емітером:

Г ранична частота передачі струму:

О тже, гранична частота обраного транзистору дорівнює:

Результат задовольняє умови обрання транзистору КПП магнітофону.

Для резистивного каскаду підсилення зі спільним колектором коефіцієнт підсилення по потужності буде дорівнювати:

К_Р(дБ)≈10lg0,7h_21E.min

Тобто для нашого випадку

К_Р(дБ)≈10lg0,7*40=14,4 (дБ)

Розрахунок фазоінверсного каскаду.

P_фік=P_0пер/K_р

P_фік=0,578/27,5=0,021 (Вт)

Потужність втрат на колекторі: P_пер=5 P_{Вх макс НК}=0,021 *5=105(мВт)

На основі зроблених розрахунків транзистором ФІК V1 обирається транзистор серії КТ3102Б з такими основними параметрами:

1. коефіцієнт передачі струму h_21E=200…500

2. гранична частота коефіцієнта передачі f_гр=150 МГц

3. ємність колекторного переходу С_кол=6 пФ

4. максимально допустима напруга колектор/емітер U_max=60 В

5. максимально допустимий постійний струм колектора I_кол=100 мА

6. максимально допустима розсіювана потужність Р_макс=250 мВт

7. стала часу τ_к=100 нс

8. структура: n-p-n, матеріал - кремній

Ч астотні властивості біполярного транзистора характеризуються граничними частотами, значення яких не перевищують граничну частоту пристрою.

f _h21e- гранична частота у схемі зі спільним емітером

де h_21e – статичний коефіцієнт передачі струму у схемі зі спільним емітером

f_h21e=150/(1+200)=0,746(МГц)

Для фазоінверсного каскаду підсилення з розділеним навантаженням коефіцієнт підсилення по потужності буде дорівнювати:

К_Р(дБ)≈10lgh_21E.min

К_Р(дБ)≈23(дБ)

Результат задовольняє умови обрання транзистору ФІК магнітофону.

Так-як каскади попереднього підсилення не будуть розвивати потужність більшу за ФІК то в даних каскадах використаємо аналогічні транзистори та схему включення зі спільним емітером. Тобто коефіцієнт передачі потужності такого каскаду буде дорівнювати:

K_p(дБ)=10lg0,3*h²_21emin=10*4=40(дБ)

Розрахунок кількості каскадів попереднього підсилення.

• Загальний коефіцієнт підсилення всього тракту складає 111 дБ

• Коефіцієнт підсилення підсилювача потужності складає:

К_р= К_рККП+ К_рКПП+ К_рФІК= 15,4+14,4+23=52,8 (дБ)

• Коефіцієнт підсилення каскадів попереднього підсилення відповідно складатиме К_р1= 111-52,8= 58,2 (дБ)

Звідси кількість каскадів попереднього підсилення буде: N = 58,2/40 = 1,45  2

Тобто дані каскади необхідно буде охопити ВЗЗ для зниження загального коефіцієнту підсилення попередніх каскадів.