Расчет бестрансформаторных усилителей сигналов звуковых частот

    С учетом полученных значений электрических величин выбирают транзистор VТ1 с малым напряжением насыщения по следующим параметрам, причем из схемы (рис.1) видно, что он должен быть структуры n-р-n:

    

    

    

    

Всем этим требованиям отвечает транзистор КТ815Б .

    Сопротивление      коллекторной      нагрузки      по      переменному      току предвыходного каскада

Из-за отсутствия выходных характеристик найдем токи из соотношений:

 

Рисунок 2. Входные характеристики транзистора КТ815Б

    По  входной характеристике транзистора VT1 при U=5в находим:

    U_ко1=0,86 В;

    U_бмакс1=0,95 В;

    U _бмин1=0,72 В;

    U′_nб1=0,81 В;

    U″_nб1=0,815 В; 

Нахожу   входное   сопротивление транзистора VT1 по переменному току

    

    Мощность, отдаваемая транзистором

    Должно выполняться условие: , то есть (1,053>0,0,339). 

    2.3 Расчет элементов  схем смещения  и стабилизации  выходного и предвыходного каскадов

    В схеме на рис. 1 сопротивление R_ш и термосопротивление R_Т соединены параллельно, и поэтому они имеют общее эквивалентное сопротивление R _ТШ: 

    Максимальное  относительное уменьшение напряжения на сопротивлении R_тш при максимальной температуре: 

    

    Из  справочника выбираем терморезистор ММТ-8 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления а_т=2,5% на 1°С, тогда уменьшение его сопротивления при нагреве:

    И выполняется условие m_н >m_т , то есть 0,968 > 0,25.

    Теперь  у нас есть все данные для определения  R_ш и R_Т по формулам: 

       [ГОСТ ]

          [ГОСТ ]

    Рассчитаем  элементы схемы получения смещения и стабилизации постоянного коллекторного тока i_К01 транзистора предвыходного каскада. Расет начнем с выбора сопротивления резистора R_э1: 

                      [ГОСТ ] 

Найдем цепи Rб1 и R1 базы транзистора VТ1. Пусть , тогда

                        [ГОСТ ] 

          [ГОСТ ]

    2.4 Расчет требуемой глубины общей отрицательной обратной связи УМЗЧ для обеспечения заданного коэффициента гармоник

    Наибольшая  требуемая глубина общей отрицательной  обратной связи будет определяться заданным коэффициентом сброса нагрузки Н:

    

    2.5 Расчет коэффициентов  частотных искажений  с учетом общей  отрицательной обратной  связи УМЗЧ

    Как известно, частотные искажения в  области высоких частот вызываются инерционными свойствами транзисторов и влиянием монтажных емкостей схем. В большинстве случаев из-за малости монтажных емкостей их влиянием пренебрегают. С учетом этого коэффициент частотных искажений схемы рис.1 на высшей рабочей частоте будет определяться транзисторами выходного и предвыходного каскадов

    

   Где

    

- коэффициент  частотных искажений транзистора  предвыходного каскада;

    

- коэффициент частотных искажений транзисторов одного плеча    двухтактного выходного каскада с учетом включения их по схеме с общим коллектором, где К_вых - коэффициент передачи напряжения выходного каскада.

    Коэффициент частотных искажений М_воэвых транзисторов одного плеча двухтактного выходного каскада при включении их по схеме с общим эмиттером определяется по выражению:

    

    

    Общий коэффициент искажений  М_воб   =1.03*1.00081 = 1.031 будет уменьшаться общей отрицательной обратной связью, охватывающей выходной и предвыходной каскады. Ее глубина была рассчитана по формуле

    С точки зрения обеспечения заданного коэффициента гармоник. При такой глубине общей отрицательной обратной связи коэффициент частотных искажений на высшей рабочей частоте fв будет 

    

    Необходимо   чтобы   выполнялось   условие   М_{в общ оос} < М_{в зад},то есть (1,0018<1,41).

    В области нижних частот рабочей полосы частот частотные искажения вызываются конденсаторами Ср вх, Ср вых и Сэ. Они обуславливают на низшей частоте fн коэффициенты частотных искажений соответственно М_нс_{р вх}, М_нс_{р вых}

и М_н сэ.

  

    Общий коэффициент частотных искажений  будет

    

    Где

    

-   коэффициент частотных искажений из-за Сэ1 с учетом влияния общей отрицательной обратной связи.

    Пусть М_{нСр вх}=1,01,    М_{нСр вых}=1,01 и   М_{н Сэ} =1,3, тогда

    М _{н общ оос} =1,01*1,01*1,0176 = 1.038

    И обязательно должно выполняться условие М_{нобщ оос} < М_нзад , то есть (1,038≤1,41) (условие выполнено)

    2.6 Расчет цепей общей отрицательной обратной связи в двухкаскадном УМЗЧ 

    С точки зрения обеспечения заданных коэффициентов частотных искажений на высшей и низшей рабочих частотах. Для этого цепь общей отрицательной обратной связи должна рассчитываться на обеспечение этой глубины обратной связи.

    Проверим,   обеспечивается   ли   данная   глубина   общей   отрицательной  обратной связи по переменному току резисторами Rб1 и R1. 

    

Где

    результирующее      сопротивление     по

переменному току между базой транзистора VТ1 и общим проводом схемы 

 
      общий коэффициент усиления напряжения. 

      

    Тогда 

      

    Так как  то есть (9,3 ≥ 17,67) не выполнено, а это значит что расчет цепи общей отрицательной обратной связи по переменному напряжению при ранее рассчитанных значениях R_Б1 и R₁ недостаточен. В данном случае невыполнение этого пункта можно исключить заменив резистор R_Б1 на два резистора и введя конденсатор развязки С_ф (обратная, связь по постоянному напряжению при этом остается), а в схему введем общую отрицательную обратную связь по переменному напряжению требуемой глубины с помощью резистора R_СВ  и разделительного конденсатора С_{Р CВ} . Так как:

    

    Где:    и отсюда принимаем:

      и  в итоге

    Сопротивление R_СВ находим по формуле F_общ , но с заменой R_Б на R_СВ

    

    [ГОСТ ]

    Емкость же конденсатора С_р.св рассчитывается по формуле:

      

    Подставляя  найденные значения в формулу F_общ,  получим

    

    Так как условие  ,т.е. (17,97 ≥ 17,67) выполнено, значит, что расчет цепи общей отрицательной обратной связи можно считать законченным.

    2.7 Расчет необходимого усиления и количества предварительных  каскадов бестрансформаторных усилителей звуковых частот

 
    Вопрос  о необходимости предварительных  каскадов решается следующим образом. Сначала находят входные данные с учетом имеющейся общей отрицательной обратной связи по переменному напряжению. Потом оценивают входное напряжение и входной ток, которые может обеспечить источник сигнала при подключении его ко входу этим схем. Затем сравнивают развиваемые источником сигнала значения напряжения и тока сигнала с требуемыми значениями напряжения и тока сигнала на входе схемы.

    Требуемое напряжение сигнала на входе схемы  при параллельной по входу общей  обратной связи будет таким же, как и напряжение сигнала без обратной связи U_т61 :

    

    Требуемый ток сигнала на входе схемы  из-за влияния параллельной по входу  общей обратной связи

    

     ;

     ;

    

Тогда

    

    Входное сопротивление схемы из-за влияния  параллельной по входу обратной связи  будет меньше чем без обратной связи, и оно может быть рассчитано по выражению:

    

    Входная емкость схемы из-за влияния параллельной по входу ООС будет больше чем без ООС:

    

    Где 

    Входная динамическая емкость транзистора VT1:

     - входная статическая емкость  VT1;

     - сопротивление эмиттерного перехода;

     - предельная  частота VT1;

     - граничная частота VT1;

      - проходная емкость VT1;

     - коэффициент усиления по напряжению

    каскада на VT1;

      - проходная емкость резистора R_СВ;

      - общий коэффициент усиления

напряжения  предвыходного и выходного каскадов.

    

    

    Следовательно:

     

    Амплитуда тока сигнала и амплитуда напряжения сигнала, развиваемые источником сигнала на входе схемы, будут

    

 
    

    Так как условия  и не выполняются, то в схему (рис.1) введем предварительный каскад с резисторно-гальванической связью.