1.2. Вибір схеми каскадів кінцевого підсилення

Вибір схеми ККП зумовлено кількома факторами, основними з яких є:

- вихідна потужність;

- значення частотних, нелінійних спотворень;

- особливості експлуатації (стаціонарний, переносний).

Вихідна потужність пристрою не визначає однозначно тип схеми ККП. Однак, для одержання коливальної потужності на виході біль­ше ЗО...50 мВт, слід використовувати двотактну схему ККП.

Важливе значення також має схема ввімкнення транзистора (транзисторів) ККП. В схемі з спільним емітером забезпечується найбільший коефіцієнт підсилення по потужності, але нелінійні спотворення (Кн) мають значення 4...6 %.

В схемі з спільною базою, внаслідок дії від'ємного зворотного зв'язку, лінійність вихідних характеристик краща, тому коефіцієнт нелінійних спотворень Кн зменшується і приймається від 2 до 4 %, але коефіцієнт підсиленя по потужності такого каскаду зменшується.

В схемі з спільним колектором коефіцієнт нелінійних спотво­рень малий (1.3 %), але коефіцієнт підсилення по потужності мен­ший, ніж в схемі з спільним емітером .

Тому, покладаючись на задані в технічному завданні нелінійні спотворення (Кн), необхідно вибрати потрібну схему ввімкнення транзистора (транзисторів) ККП з таким розрахунком, щоб

К_{н. сх}  К_{н. тз.}

При значних вимогах до коефіцієнта нелінійних спотворень необхідно використовувати від'ємний зворотний зв'язок, коли

де А= (1+.К) - коефіцієнт зворотного зв'язку, який вибирається в межах А = 1,5..5.

Частотні спотворення Мн та Мв визначаються схемою каскаду та типом транзистора.

В області високих частот до частотних спотворень, зумовлених елементами схеми, додаються частотні спотворення, що вносяться транзистором (порядка 0,2...З дБ) Тому при заданих частотних спот­вореннях М  2 дБ обов'язково застосовується від'ємний зворотний

зв'язок. Тоді

При великих значеннях коливальних потужностей слід викорис­товувати схеми безтрансформаторних підсилювачів потужності з додатковою симетрією плеч, в яких транзистори кінцевого каскаду однакового типу і провідності. Транзистори в безтрансформаторних каскадах ввімкнені з спільним колектором, що розширює їх частот­ний диапазон.

Вибір інших схем ККП можна здійснити на підставі [2], [3], [11].

1.3. Визначення корисної потужності, що забезпечується

транзистором ККП

В безтрансформаторних двотактних ККП коливальна потужність транзистора одного плеча дорівнює

де Р_вих - вихідна потужність пристрою.

В підсилювачах запису магнітофона коливальна потужність транзистора дорівнює

Для однотактного трансформаторного каскаду

для одного плеча двотактного трансформаторного каскаду, відповідно

де _тр - коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Значення ККД трансформаторів наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Потужність трансформатора, Вт	ККД трансформатора
До 1 1-10 10-100	0,7...0,8 0,75...0,85 0,84...0,93

1.4. Вибір типу транзисторів ККП

1.4.1. Вибір транзистора (транзисторів) ККП здійснюється на основі попереднього визначення потужності витрат Р_к, максимальної напруги на переході колектор-емітер, та максимального колекторно­го струму, окрім цього необхідно врахувати і частотні можливості транзистора.

Для двотактного безтрансформаторного ККП, вибираючи тран­ зистор, необхідно забезпечити виконання умови:

Де - коефіцієнт корисної дії ККП;

Р_{К max Доп} - максимально допустима потужність втрат обраного транзистора.

Орієнтовані значення коефіцієнта корисної дії ККП залежать від класу режиму його роботи:

- для режиму класу А - 20...25 % ;

- для режиму класу АВ - 40. .50 % ;

- для режиму класу В - 50...60 % ;

Для забезпечення необхідної вихідної потужності, живлення двотактного безтрансформаторного каскаду повинно здійснюватися напругою Е_к

В свою чергу

Де U_зал - залишкова напруга, яка визначається сімейством вихідних характеристик транзистора ККП (див. рис.4 );

U_ке.доп - максимальна допустима напруга між відповідними елек­тродами транзистора.

При невиконанні вказаної умови, транзистор необхідно замінити на інший з більш високою напругою U_ке.доп

Максимальне значення колекторного струму буде дорівнювати сумі струмів

де

- амплітуда імпульсу колекторного струму;

I_к.о = (0,05-0,15) I_к.m – струм в робочій точці;

I_{К. max. ДОП} – максимально допустимий струм колектора.

Для однотактного ККП, підсилювача запису магнітофона, що працює в режимі класу А, необхідні значення струму робочої точки І_к.о і напруги U_КЕ.0 вибираються з співвідношень:

І_К.0 = (2-3)І₃;

U_КЕ.0 = (0,3-0,4) U_кe.доп.;

Для обраного транзистора повинні виконуватися умови:

І_К.0 + І₃  І_{К.max. ДОП} ;

U _КЕ.0  (1,5-2,0) U3;

І_К.0 x U_KE.0  (0,5-0,6) Р_{K.max.ДОП.}

Амплітуда струму вхідного кола ККП, що дозволяє визначити положення робочої точки транзистора на його вхідній характеристиці, а

також забезпечує вибір транзисторів каскадів попереднього підсилення за струмом, відповідно дорівнює:

-для схеми з спільним емітером

-для схеми з спільною базою

-для схеми з спільним колектором

Передкінцевий каскад повинен мати максимальне значення колекторного струму, що в 2...З рази більше за максимальний базо­вий струм кінцевого каскаду.

1.4.2. Частотні властивості біполярного транзистора, в різних схемах ввімкнення, прийнято характеризувати граничними частота­ми, значення яких не повинні перевищувати верхню граничну часто­ту пристрою:

для схеми з спільним емітером F_B  fh_21E

для схеми з спільною базою F_B  fh_21Б

для схеми з спільним коллектором F_B  fY_21E(1+S₀R_ГМ)

де fh_21E та fh_21Б - граничні частоти передачі струму відповідно в схемах з спільним емітером та спільною базою;

fy_21E - гранична частота транзистора за крутістю в схемі з спіль­ним емітером;

S₀ - крутість транзистора в робочій точці.

Значення fh_21E та fh_21Б для більшості транзисторів наведено в довідниковій літературі [5], [9].

Величини fY_21E та S₀ можуть бути розраховані

де г^’_Б - об'ємний опір бази.

Наведені в довідниках значення граничних частот, наприклад, f_гр-гранична частота передачі струму в схемі з спільним емітером, на якій модуль коефіцієнта передачі струму дорівнює 1 (визначається добутком, інколи наведеної в довіднику частоти на величину модуля h_21е на цій частоті), або f_{r max} - максимальна частота генерації тран­зистора, може бути перерахована у необхідні значення за виразами

та

де m = 1,6 - для дрейфових дифузійних транзисторів

С_к - ємність колекторного переходу транзистора

= к - стала часу, також є довідниковою величиною,

Інші корисні вирази для розрахунку частот, можуть бути отри­мані з [1].

Оскільки відомо,що f h_21Б = f h_21E (h_21E min +1) легко знайти будь-яке значення граничної частоти біполярного транзистора для будь-якої схеми ввімкнення транзисторів.

Значення крутості біполярного транзистора в робочій точці 80 можна визначити з його вихідних І_к = f(U_КЕ) (рис.4,б) та вхідних характеристик І_Б = f(U_БЕ) (рис.4,а), оскільки S₀=_І_к / _ U_БЕ

За вихідними характеристиками, при номінальному значенні напруги на колекторі, визначають величину _І_к та _І_Б = І_Б2 - І_Б1 а тоді за вхідними характеристиками _ U_БЕ = U_БЕ2 -U_БЕ1

Рис.4

Для вибору конкретних транзисторів можна використовувати дані [2], [5], [9] та ін. Дозволяється використовувати транзистори як вітчизняного, так і закордонного виробництва. на