Расчет бестрансформаторных усилителей сигналов звуковых частот

    Необходимые коэффициенты усиления по току и по напряжению предварительных каскадов с учетом запаса соответственно будет: 

      

    

 
    Здесь амплитуды входного тока сигнала и входного напряжения сигнала определяются выражениями, где = 1 кОм

    

    

Тогда

 
    

      

    Дальше  определим число предварительных  каскадов, для этого выберем из справочника маломощный транзистор с подходящими значениями h_21э.

    

    где n – число предварительных каскадов

    

    Выбранный транзистор должен удовлетворять параметрам:

    

       

    

    

    Выбираем  следующий транзистор:

    Транзистор  VT КТ3102Б    (n-p-n)

    Для выбранного транзистора определяем :

    

    Подставляя полученное значение в формулу :

    

    Так как, необходимый коэффициент усиления по току вычисленный по второй формуле выше, чем по первой , то в схеме можно применить один предварительный каскад. 

    2.8 Расчет схемы предварительного каскада бестрансформаторного усилителя звуковых частот 

    В качестве предварительного каскада  выберем каскад с резисторно-конденсаторной связью на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором (рис.4) т.е. эмиттерные повторители (ЭП).

    Применение  ЭП непосредственно перед входом двухкаскадного УМЗЧ, имеющего малое входное сопротивление из-за параллельной по входу общей ООС, может оказаться более целесообразным по сравнению с каскадом с ОЭ. Так как коэффициент усиления напряжения каскада с ОЭ при работе на малое входное сопротивление EVPX получается очень малым и в этих условиях сквозной коэффициент усиления ЭП может оказаться больше, чем у каскадов с ОЭ. Кроме того при использовании ЭП будут лучше АЧХ и ФЧХ на верхних вследствие того, что у ЭП очень малые выходные сопротивления и выходная емкость.

    На (рис.4) приведена принципиальная схема  однотактного ЭП в режиме «А» с  фильтром R_ФС_Ф. Резисторы R_Б и R служат для обеспечения требуемого смещения в цеп базы транзистора. Конденсаторы С_Р.ВХ.ПР и С_{Р.ВЫХ.ПР} служат для развязки каскадов по цепям питания и дополнительного сглаживания пульсации питающего напряжения E_В. Резистор R_Э в ЭП не только обеспечивает эмиттерную стабилизацию постоянного коллекторного тока, но и является элементом связи транзистора VT1 с внешней нагрузкой, т.е. входит в связку VT по переменному току (по сигналу). Поэтом в ЭП его нельзя шунтировать по переменному току конденсатором большой емкости С_Э. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

Рисунок 4. Принципиальная схема однотактного ЭП в режиме «А»

    Порядок расчета.

    Выберем постоянный коллекторный ток  и постоянное коллекторное напряжение , постоянный ток базы и постоянное напряжение на базе транзистора VT1.

    a)

    б)

    По  условию,

    

    (условие  выполнено)

    в)

    г)  

    Выбираем  сопротивление резистора  :

    Резистор  в ЭП выбирают с точки зрения обеспечения необходимой стабилизации постоянного коллекторного тока по формулам:

    

    где

      в соответствии, с чем оказывается достаточным для обеспечения требуемой сквозной глубины ООС по постоянному току и стабильности тока .

    Следовательно:

              [ГОСТ ]

    Рассчитаем  резисторы делителя смещения  и в цепи базы транзистора VT1 по соотношениям, где

      - ток делителя смещения.

     - потери  питающего напряжения  на фильтра в общей питающей цепи каскада.

         [ГОСТ ]

        [ГОСТ ] 
 

    Рассчитаем  входное сопротивление транзистора  VT.

    а) сначала без ООС по формуле:

    

    б) С  учетом действующей ЭП местной  последовательной по выходу ООС:

    

    Где - сопротивление нагрузки VT по переменному току(по сигналу);

     - коэффициент  усиления по коллекторному току  транзистора VT

    Где - средний статический коэффициент усиления тока транзистора VT/

    Следовательно

    

    Коэффициент усиления тока VT в ЭП по эмиттерной цепи и по выходу ЭП не изменяются последовательной по входу ООС в ЭП и соответственно будут:

      

      

    Коэффициент усиления напряжения ЭП с учетом местной последовательной по входу ООС будет близким к единице:

    

    Входное сопротивление ЭП с учетом делителя смещения будет определяться параллельным соединением входного сопротивления  транзистора VT с учетом последовательной по входу ООС и сопротивлений делителя и  :

    

    Входная емкость ЭП с учетом последовательной по входу ООС:

    

    Где - входная емкость транзистора с учетом последовательной по входу ООС

     - входная  емкость транзистора VT без ООС;

     -проходная  емкость транзистора VT/

    Следовательно

    

    Подставляя  полученные значения в формулу для нахождения , получим:

      

    Рассчитаем  требуемый уровень сигнала на входе ЭП. Требуемая амплитуда  напряжения сигнала на входе ЭП с  учетом последовательной по входу ОООС в ЭП будет

    

    Амплитуда тока на входе транзистора VT. И амплитуда тока на входе всего ЭП соответственно будут:

    

    

    Рассчитаем  емкость конденсатора с точки зрения отводимого на выходную цепь ЭП коэффициента частотных искажений

    

    Где:

      - выходное сопротивление ЭП

     - выходное  сопротивление транзистора VT с учетом параллельной по выходу ООС

     - эквивалентное  сопротивление тракта сигнала  предшествующего транзистору VT ЭП.

    Следовательно:

    

    

    Подставляю  полученные значения и получаю:

    

    [ГОСТ ]

    Расчет фильтра и

    Сопротивление рассчитаем по выражению:

    

    [ГОСТ ]

    Емкость рассчитывается по формуле:

    

    Откуда      [ГОСТ ]

    Проверяем, обеспечивает ли источник сигнала  , . На входе предварительного каскада требуемые значения амплитуды входного и входного напряжения сигнала:

    

      (условие выполнено)

    

      (условие выполнено) 

    Оценим  коэффициент частотных искажений  входной цепи на верхней частоте сигнала:

    

    Где - эквивалентная емкость, шунтирующая входную цепь каскада на верхних частотах.

     - эквивалентное  сопротивление входной цепи предварительного каскада на верхних частотах;

    Следовательно:

    

    Определяем  емкость с точки зрения отводимого на входную цепь на нижней рабочей частоте коэффициента частотных искажений:

    

                                                                                                [ГОСТ ] 

    2.9 Расчет емкостей переходных конденсаторов С_рвых и С_рвх и блокировочного конденсатора

    1) С точки зрения допустимых частотных искажений на нижней частоте сигнала  емкость этого конденсатора должна быть:

    

    где выходное сопротивление транзистора VT2 с учетом параллельной по выходу местной ООС в выходном каскаде и с учетом параллельной по выходу общей ООС, охватывающий предвыходной и выходной каскады.

    Определяется  выражением:

      

    где    - выходное сопротивление

    транзистора VT2 обратной связи.

     - петлевое усиление местной

 отрицательной  обратной связи, вычисленное при  холостом ходе со стороны    выхода схемы.

     - петлевое  усиление общей 

отрицательной обратной связи, вычисленное при  холостом ходе со стороны выхода схемы, причем с учетом влияния и местной обратной связи

    Петлевое  усиление местной обратной связи  и общей обратной связи вычисляется по формулам: