Как и в любом другом случае вы можете записать расчетные формулы на бумаге, а вычисления сделать с помощью калькулятора. Но не думаю, что вам удастся с первого раза достичь желаемого результата, и почти уверен, что после второй или третьей попытки вы забросите это надолго. А напрасно. Попробуем провести расчеты, касающиеся тех тем, которые были рассмотрены ранее. Я старался не загружать рассказ формулами и расчетами с тем, чтобы посвятить им отдельную главу. Ее можно пропустить при первом чтении. Она не дает ничего нового. Но если вам захочется рассчитать, можно воспользоваться тем, что есть в этой главе.

Пример расчета максимальной выходной мощности

(двухтактного УМЗЧ по материалам книги П. Шкритека «Справочное руководство по звуковой схемотехнике»).

Рис. 14.7. Схема для расчета мощности

Максимальная мощность выходного каскада при усилении синусоидального сигнала достигается при полном размахе (сумма амплитуд положительной и отрицательной полуволн) выходного напряжения равном напряжению питания. Но этому препятствует эффект «насыщения» транзисторов, когда напряжение эмиттер-коллектор полностью открытого транзистора не равно нулю.

Расчетные формулы (при условии, что напряжение насыщения для биполярных выходных транзисторов равно 1.5 В):

Vr = V1 /2 – 1.5 = (V1 – 3)/2 – амплитудное значение выходного напряжения. Vr.eff = (V1 – 3)/2*1.41 – действующее значение для синусоидального сигнала. Ir = Vr/R1 – амплитудное значение выходного тока.

Ir.eff = Vr/R1*1.41 – действующее значение для синусоидального сигнала. Pr = Vr2/R1 – пиковое значение мощности в нагрузке.

Pr.eff = Vr2/R1*2 – действующее значение. Для режима А:

Pт = Vr.eff2/R1 = Vr2/2R1 = Vr*I0/2 – мощность, рассеиваемая на транзисторе в отсутствии сигнала, где I0 = Vr/R1 определяет рабочую точку.

Для режима B:

Pт.max ~ 0.1Vr2/R1 – максимальная рассеиваемая на транзисторе мощность.

Формулы достаточно просты, чтобы разместить их в электронной таблице. Подобный шаг, казалось бы, не более, чем прихоть ярого приверженца виртуального компьютерного мира. Нормальный человек может это подсчитать в уме. И это так. И не так.

Сегодня вы помните эти формулы, завтра забыли – первая причина для создания таблицы.

Вы задумали усилитель мощности. Рассчитали напряжение питания и получили нужную мощность на выходе усилителя. Но напряжение питания оказалось несколько отличным от расчетного. Что произошло с вашей расчетной мощностью? - вторая причина.

Вы задумали и рассчитали усилитель мощности, но решили сделать систему трехканальной. Разделить полностью низкие, средние и высокие частоты. По меньшей мере для высокочастотного усилителя вам потребуется пересчитать усилитель с учетом другого сопротивления нагрузки – третья причина.

Но, вместе с тем, я согласен, как только все начинаешь перекладывать на компьютер, так сам все начинаешь забывать, и я не уверен, что смогу извлечь квадратный корень из числа без помощи компьютера – минус одна причина.

Рис. 14.8. Пример расчета УМЗЧ в электронной таблице

Пример расчета схемы стабилизатора

(по материалам книги Э.Н. Воронкова и Ю.А. Овечкина «Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах»).

где Uстаб – рабочее напряжение стабилитрона D1.

9.Предельно допустимая мощность рассеивания транзистора Т3: Pк.макс3 > Iк.макс3*(Uвых – Uстаб).

Примечание: с увеличением коэффициента усиления по току регулирующего и усилительного транзисторов коэффициент стабилизации возрастает.

Порядок расчета схемы:

•Определение значения R1: R1 = Uрез1/Iрез1 ~ (Uкэ.макс1* βмин1* βмин2)/Iн.макс, где выбор резистора определяется, с одной стороны, стремлением обеспечить максимальное усиление каскада, а с другой, желанием получить максимальный ток регулирующего каскада. Отысканию оптимального значения помогают следующие соотношения: Iрез1 ~ Iб.макс2 ~ Iн.макс/(βмин1*βмин2).

•Определение значения R2: R2 = Uрез2/Iрез2 ~ Uвых/(2÷3)Iк.обр, где для определения величины резистора используются соотношения Uрез2 = Uвых – Uэб1, Iрез2 = (2÷3)Iк.обр (Iк.обр см. п.4 выше).

•Определение значения резисторов делителя R3 и R4 начинается с учетом того, что ток через делитель должен более чем на порядок превосходить ток транзистора сравнивающего каскада, и составлять порядка 10% от максимального тока нагрузки. Задаваясь, с учетом вышесказанного, током через делитель Iдел, рассчитывается общее сопротивление делителя R3 + R4 = Uвых/Iдел. Напряжение на резисторе R4 определяется как Uрез4 ~ Uстаб, а резистор R4 = Uстаб/Iдел. Соответственно R3 = (Uвых – Uстаб)/Iдел.

•Определим R5: R5 = (Uвых – Uстаб)/0.005, где 0.005 – оптимальный ток через стабилитрон, равный 5 мА.

•Окончательно определяем коэффициент стабилизации и выходное сопротивление: Кс ~ (β3 * rк1 *rк2)/rэкв(rк1 + rк2); Rвых ~ rэкв/(β1* β2* β3), где rэкв = rд + rб3 + β3 rэ3.

Используемые в последних формулах:

rд – сопротивление диода, как я полагаю, дифференциальное сопротивление в рабочей точке, которое можно взять из справочника. Например, для стабилитрона КС447А при рабочем токе 43 мА и нормальной температуре rд = 18 Ом.

rэ, rб, rк – дифференциальные сопротивления эмиттера, базы и коллектора, насколько я понимаю, эквивалентной Т-образной схемы транзистора. Эти данных в справочнике найти не всегда можно, но ориентироваться можно на следующее:

rэ – дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, включенного в прямом направлении, обычно составляет десятки Ом.

rб – сопротивление базы, обычно составляет несколько сотен Ом.

rк – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении, обычно составляет сотни тысяч Ом.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона можно получить по его статическим рабочим характеристикам зависимости тока от напряжения, взяв малые приращения напряжения и тока в рабочей точке: rд = ∆U/∆I. Или можно измерить эти значения. Аналогично можно поступить и с дифференциальными сопротивлениями эмиттера и коллектора.

Не буду приводить вид таблицы, поскольку формулы мало отличаются от предыдущих по