Универсальный усилитель сигналов звуковой частоты

.  (2.8)

4. Определяем желаемый  коэффициент усиления по току h₂₁ для выходных транзисторов:

,  (2.9)

где P_П =10…20 мВт – выходная мощность предоконечного каскада, работающего в режиме А. В нашем случае примем P_П =20 мВт.

5. Выбираем транзисторы  оконечного каскада (VT4, VT5 см. рис. 2.1) по следующим параметрам:

(Вт);  (2.10)

(А);  (2.11)

(В);   (2.12)

;     (2.13)

(кГц);  (2.14)

Выбранные транзисторы: VT4 – КТ972Б и VT5 – КТ973Б.

6. Для завершения расчета оконечного  каскада необходимо проверить  смогут ли выходные транзисторы  нормально работать без дополнительного теплоотвода.

Максимально допустимая мощность рассеивания  на коллекторе P_{к доп} при заданной температуре окпужающей среды t_{c max} и отсутствии радиатора определяется выражением:

,   (2.15)

где t_{п max} – максимальная температура перехода коллектор-база, t_{c max} – максимальная температура окружающей среды, R_{t пс} – тепловое сопротивление промежутка переход-среда. Обычно t_{п max} выбирается на 5-10% ниже максимальной температуры, указанной в справочнике для материала, из которого изготовлен транзистор. Тепловое сопротивление радиатора и площадь его поверхности находятся с помощью выражений:

(C/Вт);  (2.16)

(см²),  (2.17)

где R_{t кс} – тепловое сопротивление промежутка корпус транзистора-окружающая среда (радиатора), R_{t пк} – тепловое сопротивление промежутка коллекторный переход-корпус транзистора (справочная величина).

7. Определим постоянный ток и мощность, потребляемые оконечным каскадом от источника питания, и коэффициент полезного действия:

(А);  (2.18)

(Вт);  (2.19)

  (2.20)

На этом расчет оконечного каскада  можно считать оконченным. Результаты расчета отобразим в таблицах:

(мА)  (2.21)

(мА)  (2.22)

Транзисторы

 

	Тип	Pк доп, Вт	Iк доп, А	Uк доп, В	h21 min	h21 max	fh21, МГц
VT4	n-p-n	8	4	45	750	—	200
VT5	p-n-p	8	4	45	750	—	200

 

Режимы

 

	h21	I0б	I0к	Iкм	Iбм	Uкм	Rвх	Pк	S
Разм.	—	мА	мА	А	мА	В	Ом	Вт	см2
VT4	750	0,37	274	2.74	3.7	10.95	3000	8	149

 

4. Расчет предоконечного каскада

 

 

Для расчета необходимо иметь следующие исходные данные:

амплитуду тока базы выходных транзисторов:

(мА);   (2.23)

входное сопротивление оконечного каскада:

(кОм);  (2.24)

напряжение смещения(напряжениями на резисторах R₉ и R₁₀ как правило можно пренебречь):

(В),   (2.25)

где U_бэ4=U_бэ5≈0.5…0.6 В для режима В.

Перейдем непосредственно к расчету.

1. Задаемся током покоя:

(мА),  (2.26)

но при этом в любом  случае I_ок3>(1…2) мА – требование температурной стабильности.

2. Выбираем R₇=(30…50)R_н:

(Ом), из ряда E12 R₇=150 (Ом).

3. Рассчитываем R₆:

(Ом), (2.27)

из ряда E12 R₆=1200 (Ом).

4. Емкость С₃ рассчитывается из соображений, приведенных при описании формулы:

,   (2.28)

где М_н – затухание (в разах), вносимое емкостью С на нижней рабочей частоте f_н при сопротивлении внешних цепей R, выбирается при распределении заданных частотных искажений между емкостями. В качестве сопротивления R принимаем:

(Ом)  (2.29)

Допустимые частотные  искажения 3 дБ.

Емкость С₃ рассчитывается по формуле:

(мкФ)  (2.30)

из ряда E12 C₃=560 (мкФ).

5. Выбираем VT3 по следующим параметрам:

(Вт),  (2.31)

где

(Вт);  (2.32)

(мА),  (2.33)

где

(мА);  (2.34)

(В);  (2.35)

(кГц).  (2.36)

Теперь выбраем транзистор VT3 с возможно большим h_21.

Возьмем транзистор КТ668В.

6. Расчет цепи смещения.

Рассмотрим схему на транзисторе (рис. 2.2).

а) находим ток делителя:

  (мА)  (2.37)

б) выбор VTt практически определяется допустимым током:

(мА)   (2.38)

Возьмем транзистор КТ340Г.

в) определим R_бт (U_бэт≈0.5-0.6 В):

(мОм)   (2.39)

г) определим R_П , учитывая, что номинальный режим соответствует среднему положению движка:

(Ом)  (2.40)

возьмем R_П=560 Ом.

7. Определим входное сопротивление  ПОК. Оно практически определяется  входным сопротивлением транзистора.

(Ом) (2.41)

где  (Ом)  (2.42)

(мА)  (2.43)

(Ом).  (2.44)

8. Определяем коэффициент  усиления каскада по напряжению:

,   (2.45)

где h_21э3 ≈ R_вх3.

Пользуясь результатами расчета, заполним таблицы:

Транзистор

 

VT3	тип	h21	Iк доп, А	Pк доп, Вт	Uк доп, В	fh21, МГц
КТ668В	p-n-p	220…475	0.1	0.5	45	200

 

Режимы

 

	Iок, мА	Iоб, мА	Iбм, мА	Iкм, мА	Rвх, Ом	K
VT3	11.1	0.05	0.07	14.8	597.25	1105

 

 

2.5 Расчет входного каскада

 

 

Исходные данные: R_вх3=597.25 (Ом); I_бм3=I_км3/h_21э3=14.8/220=0.07 (мА)

Сначала рассмотрим входной каскад схемы (рис. 2.1).

1. Задаем постоянный  ток коллектора VT1:

(мА)  (2.46)

2. Выбираем транзисторы VT1 и VT2 по критериям:

(мА)  (2.47)

(кГц)  (2.48)

Возьмем транзистор КТ206А.

3. Рассчитываем R₂:

(Ом),  (2.49)

где U_бэ3=0.6…0.7 (В); I_0б3=I_0к3/h_21э3.

Из стандартного ряда Е12 выбираем R₂=1200 (Ом).

4. Рассчитываем R₃:

(Ом),  (2.50)

где I_0э1=I_0к1+I_0к1/h₂₁=I_0к1+I_0б1=0.54 (мА).

Из стандартного ряда Е12 выбираем R₃=15 (кОм).

5. Расчет цепи обратной связи:

Величина коэффициента обратной связи β определяется выражением:

,  (2.51)

где

(Ом),   (2.52)

(Ом),  (2.53)

(Ом),  (2.54)

(кОм),

(Ом). (2.55)

Из стандартного ряда Е12 выберем R_эг=220 Ом.

,  (2.56)

Зададимся значением R₅:

(Ом),  (2.57)

Сопротивление R₅ должно быть достаточно большим, чтобы не создавать дополнительной нагрузки для оконечного каскада.

Выберем R₅= R₁=7000 Ом. Выбор R₅= R₁ необходим для сохранения идентичности режимов транзисторов VT1 и VT2.

Коэффициент петлевого усиления k_П равен:

,  (2.58)

где   ,   (2.59)

(Ом),  (2.60)

  (2.61)

R_вх3 – входное сопротивление каскада на VT3.

,  (2.62)

Примем k_ок≈1.

Определим R₄:

(Ом),   (2.63)

где значение F=100 (см. (1.2)).

Используя вышеприведенные  выражения и сделав соответствующие  замены и преобразования, получим выражение для глубины ОС:

.   (2.64)

Входное сопротивление  усилителя:

(Ом) (2.65)

Определим емкость С₁ по формуле:

(пФ)  (2.66)

Выбираем номинал емкости  из ряда Е12: С₁=330 (пФ).

Для устранения возможности  самовозбуждения на высоких частотах частотную характеристику коэффициента петлевого усиления ограничивают за счет включения конденсатора С₂, определяемого по выражению:

(пФ)  (2.67)

Выбираем номинал емкости  из ряда Е12: С₂=15 (пФ).

6. Определяем коэффициент  усиления по напряжению рассчитанного  усилителя мощности:

  (2.68)

7. Определяем требуемое входное напряжение при номинальной выходной мощности:

(В).  (2.69)

Пользуясь результатами расчета, заполним таблицы:

Транзистор

 

VT1, VT2	тип	h21	Iк доп, А	Pк доп, Вт	Uк доп, В	fh21, МГц
КТ206А	n-p-n	30…475	0.1	0.5	45	200

 

Режимы

 

	Iок, мА	Iоб, мА	Iбм, мА	Iкм, мА	Rвх, Ом	K
VT3	11.1	0.05	0.07	14.8	597.25	1105

 

 

3. Расчет узлов предварительного  усилителя

 

3.1 Расчет мостового регулятора тембра

 

Схемы усилителя мощности, рассчитанные выше, обладают достаточно высоким входным сопротивлением, что позволяет включать мостовой регулятор тембра на их входе. Следует учесть, что приемлемые величины элементов такого регулятора и его нормальное функционирование достигается, если на его входе включен генератор ЭДС, а на выходе высокоомная нагрузка.

 

Мостовой регулятор  тембра (рис. 3.1) содержит два частотно-зависимых  регулятора коэффициента передачи. Буферное сопротивление R₄ предназначено для того, чтобы один регулятор не влиял на другой.

Левый (по схеме) работает на низких частотах, правый - на верхних. Кратко проанализируем работу схемы.

На средних частотах (СЧ) С₁ и С₂ закорачивают R₂, сопротивления же конденсаторов С₃ и С₄ еще очень велики (много больше R₅). Поэтому коэффициент передачи регулятора тембра на этих частотах (если считать, что R_вхУМ=R_вхвк→∞) равен:

.  (3.1)

На низких частотах (НЧ) сопротивления конденсаторов С₁ и С₂ увеличиваются, и они уже не являются коротким замыканием для R₂, которое начинает работать на этих частотах как обычный регулятор усиления. Глубина регулировки определяется соотношением между сопротивлениями R₂ и R₁+ R₃.