3.7.Расчёт необходимого усиления и количества предварительных каскадов бестрансформаторных усилителей звуковых частот.
.
1.Требуемое
напряжение сигнала на входе схемы
при
параллельной по входу общей отрицательной
обратной связи будет таким же, как и
напряжение сигнала без обратной связи
:
[1,(3.100)]
2.Требуемый ток
сигнала на входе этих схем из-за влияния
параллельной по входу общей обратной
связи
будет больше рассчитанного без обратной
связи
на величину тока цепи обратной связи
[1,(3.101)]
где
;
[1,(3.102)]
Следовательно
3. Входное сопротивление схемы из-за влияния параллельной по входу обратной связи будет меньше чем без обратной связи
[1,
с.52]
4. Входная ёмкость схемы из-за влияния параллельной по входу ООС будет больше чем без ООС.
[1,(3.104)]
где
- входная динамическая ёмкость транзистора
VT1
-входная
статическая ёмкость VT1;
-сопротивление
эмиттерного перехода;
-предельная
частота VT1;
-граничная
частота VT1;
-проходная
ёмкость VT1;
-коэффициент усиления по напряжению
каскада на VT1;
-проходная ёмкость резистора RБ1;
- общий коэффициент
усиления напряжения предвыходного и
выходного каскадов.
Следовательно
Подставляя полученные значения в формулу [1,(3.104)], получим
5. Амплитуда тока
сигнала
и амплитуда напряжения сигнала
,
развиваемые источником сигнала на входе
схемы
[1,(3.105)]
[1,(3.106)]
Так как условия
и
не выполняются, то в схему введём предварительный каскад с резисторно-гальванической связью.
Необходимые общие коэффициенты усиления по току и по напряжению предварительных каскадов с учётом запаса соответственно будет
[1,(3.108)]
[1,(3.109)]
Здесь амплитуды
входного тока сигнала
и входного напряжения сигнала
определяется выражениями, где
[1,(3.110)]
[1,(3.111)]
Следовательно:
Так
как предварительный каскад будет на
биполярном транзисторе, то число
предварительных каскадов определим по
формуле:
[1,(3.113)]
где n-число предварительных каскадов.
[1,(3.114)]
Выбранный транзистор должен удовлетворять параметрам
а) по
б) по
в) по
г) по
Выбираем следующий транзистор:
транзистор VT КТ817В (n-p-n)
Для выбранного транзистора определяем по формуле [1,(3.114)]
Подставляя полученное значение в формулу [1,(3.113)] получим
Так как, необходимый
коэффициент усиления по току
вычисленный по формуле [1,(3.113)] ниже, чем
вычисленный по формуле [1,(3.108)]
,
то в схеме необходимо применить несколько
предварительных каскадов.
3.8. Расчёт схемы предварительного каскада бестрансформаторного усилителя звуковых частот.
В качестве предварительного каскада выберем каскад с резисторно-конденсаторной связью на биполярном транзисторе, включённом 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 УМЗЧ получается очень малым и в этих условиях сквозной коэффициент усилия ЭП может оказаться больше, чем у каскадов с ОЭ. Кроме того при использовании ЭП будут лучше АЧХ и ФЧХ на верхних частотах вследствие того, что у ЭП очень малые выходные сопротивления и входная ёмкость.
На (рис.5) приведена принципиальная схема однотактного ЭП в режиме «А» с фильтром RФСФ. Резисторы RБ и R служат для обеспечения требуемого смещения в цепи базы транзистора. Конденсаторы СР.ВХ.ПР. и СР.ВЫХ.ПР. служат для связи VT1 с источником сигнала и с внешней нагрузкой по переменному току и разделения их по постоянному току. RФСФ. служат для развязки каскадов по цепям питания и дополнительного сглаживания пульсации питающего напряжения ЕВ. Резистор RЭ. 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). Поэтому
в ЭП его нельзя шунтировать по переменному
току конденсатором большой ёмкости СЭ.
Рисунок 5. Принципиальная схема однотактного ЭП в режиме «А»
Порядок расчёта.
1. Выберем постоянный
коллекторный ток
и постоянное коллекторное
напряжение
,
постоянный ток базы
и постоянное напряжение на базе
транзистора VT.
а)
б)
.
По условию,
(условие
выполнено)
в)
г)
2.Выбираем
сопротивление резистора
Резистор в ЭП выбирают с точки зрения обеспечения необходимой стабилизации постоянного коллекторного тока по формулам:
[1,(3.133)]
где
в соответствии, с
чем
оказывается достаточным для обеспечения
требуемой сквозной глубины ООС по
постоянному току
и стабильности тока
.
Следовательно
[ГОСТ
]
3. Рассчитаем
резисторы делителя смещения
и
в
цепи базы транзистора VT
по соотношениям, где
-ток
делителя смещения.
-потери
питающего напряжения
на RФ
фильтра RФСФ
в общей питающей цепи каскада.
[ГОСТ
]
[ГОСТ
] [1,(3.138)]
4. Рассчитаем входное сопротивление транзистора VT.
а) сначала без ООС по формуле
[1,(3.140)]
б) с учётом действующей в ЭП местной последовательной по выходу ООС
[1,(3.168)]
где
-сопротивление
нагрузки VT
по переменному току (по сигналу);
-коэффициент
усиления по коллекторному току транзистора
VT
Следовательно
5. Коэффициент
усиления тока VT
в ЭП по эмиттерной цепи и по выходу ЭП
не изменяются последовательной по входу
ООС в ЭП и соответственно будут:
[1,(3.169)]
[1,(3.170)]
Коэффициент усиления напряжения ЭП с учётом местной
последовательной
по входу ООС будет близким к единице:
[1,(3.171)]
6. Входное
сопротивление ЭП с учётом делителя
смещения будет определятся параллельным
соединением входного сопротивления
транзистора VT
с учётом последовательной по входу ООС
и сопротивлений делителя
и
[1,(3.172
7. Входная ёмкость ЭП с учётом последовательной по входу ООС будет
[1,(3.173)]
где
-входная
ёмкость транзистора с учётом
последовательной по входу ООС
-входная
ёмкость транзистора VT
без ООС;
-проходная
ёмкость транзистора VT.
Следовательно
Подставляя полученные значения в формулу [1,(3.173)] получим
8. Рассчитаем требуемый уровень сигнала на входе ЭП. Требуемая амплитуда напряжения сигнала на входе ЭП с учётом последовательной по входу ООС в ЭП будет
[1,(3.176)]
Амплитуда тока на входе транзистора VT. и амплитуда тока на входе всего ЭП соответственно будут:
[1,(3.177)]
[1,(3.178)]
9. Рассчитаем
ёмкость конденсатора
с точки зрения отводимого на выходную
цепь ЭП коэффициента частотных искажений
[1,(3.179)]
где
-выходное
сопротивление ЭП;
-выходное
сопротивление транзистора VT
с учётом параллельной по выходу ООС;
-эквивалентное
сопротивление тракта сигнала
предшествующего транзистору VT
ЭП.
Следовательно
Подставляя
полученные значения в формулу [1,(3.179)]
получим
[ГОСТ
]
10.Расчёт фильтра RФСФ
Сопротивление RФ рассчитаем по выражению:
[ГОСТ
]
[1,(3.153)]
Ёмкость СФ рассчитывается по формуле
; [1,(3.154)]
откуда
[ГОСТ
]
11. Проверяем,
обеспечивает ли источник сигнала
ЕИСТ.,RИСТ.
на входе предварительного каскада
требуемые значения амплитуды входного
и входного напряжения
сигнала:
[1,(3.155)]
[1,(3.156)]
(условие
выполнено)
12. Оценим коэффициент частотных искажений входной цепи на верхней частоте сигнала
[1,(3.157)]
где
-эквивалентная
ёмкость, шунтирующая входную цепь
каскада на верхних частотах.
-эквивалентное
сопротивление входной цепи предварительного
каскада на верхних частотах;
Следовательно
13. Определяем
ёмкость
с
точки зрения отводимого на входную цепь
на нижней рабочей
частоте коэффициента частотных искажений
[1,(3.158)]
[ГОСТ
]