пего - оконечного) и режимы работы усилительных элементов. Кроме того, проверяется выполнение требовании технического задания в отношении допустимых частотных и нелинейных искажений, рассчитываются основные регулировки, составляется полная принципиальная схема рассчитанного усилителя. Следует отметить, что в процессе расчета ряд вопросов, как, например, эффективность экранировки отдельных каскадов и Bceio усилителя в целом, уровень помех, влияние колебаний иапряжения источников питания, смены транзисторов и т. д,, обычно не решается, так как экспериментальная проверка и испытания усилителя дают более надежные результаты, чем расчет, и зачастую их выполнение занимает меньше временин средств.

4.1.4. Порядок предварительного расчета УНЧ. Предваритетьный расчет УНЧ начинают с разработки технического задания. В первую очередь необходимо уточнить три важнейших показателя: требуемую выходную мощность /*цых напряжение на входе t/gj и сопротивление нагрузки

Величина Р зависит от назначения усилителя и, как правило, задается до начала проектирования. Что же касается значений (7 и ft, то они определяются в зависимости от типа источника входного сигнала и конкретного оконечного устройства, на которое работает проектируемый усилитель.

В табл. 4.1 н 4.2 приведены основные данные некоторых источников входного сигнала и громкоговорителей, используемых в устройствах звукоусиления.

Диапазон частот усилителя определяют путем сравнения полосы частот источника входного сигнала и оконечного устройства. При этом следует стремиться к тому, чтобы усилитель не ограничивал полосу частот усиливаемого сигнала. Например, в соответствии с табл. 4.1 динамический микрофон может воспроизводить полосу частот от 50 до 10 000 Гц. Предположим, что усилитель работает на динамический громкоговоритель типа ЗГД-32 с полосой частот (80...12 500) Гц (табл. 4.2). В этом случае диапазон частот рассчитываемого усилителя может быть принят /н.../в = = (80... 10 ООО) Гц, поскольку частоты ниже 80 Гц не сможет воспроизвести громкоговоритель, а частоты выше 10 ООО Гц - микрофон.

Допустимые значения коэффициентов нелинейных и частотных искажений в усилителе всецело зависят от его назначения. В некоторых случаях эти значения выбираются в соответствии с требованиями действующих стандартов, определяющих электричеснне параметры электронной аппаратуры того или иного вида. Так, для трактов усиления звуковых частот бытовой аппаратуры допустимый коэффициент гармоник должен быть в пределах от 1,5 до 4%. Для усилителей, входящих в радиовещательный тракт высшего класса, неравномерность амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот ((30...16 ООО) Гц) не должна быть больше 2 дБ на весь .усилитель.

Необходимо отметить, что малая величина нелинейных искажений может быть достигнута при использовании в усилителе достаточно глубокой отрицательной обратной связи. При этом одновременно значительно улучшаются и другие показатели усилителя (стабильность работы, равномерность амплитуд ко-частотой характеристики и т. д.) прн относительно небольшом усложнении его схемы [9, 18. 41]. ,

При расчете усилителей, помимо указанных выше параметров, могут быть заданы также пределы изменения окружающей температуры (/окр min •окр твх)> глубина регулировки усиления (Л [дБ]) и другие специальные параметры, обусловленные назначением и условиями эксплуатации проектируемого устройства.

После обоснования исходных данных на проектирование усилителя следует перейти к разработке его структурной схемы. Для этого необходимо выполнить следующие расчеты.

1. Находим мощность сигнала на входе усилителя. При этом учитываем, что наибольшую мощность источник тока отдает в цепь нагрузки в том случае, когда сопротивление нагрузки оказывается равным внутреннему сопротивлению источника. В этом случае

]Тя:>>1-ц0 4.!. Ориентир.1вочные параметры некоторых источников сигнала УНЧ

(4.19)

где Сд. - действующее значение иапряжения источника сигнала; /?н - внутреннее сопротивление источника сигнала (табл. 4.!).

2. Определяем требуемый коэффициент усиления по мощности всего усилителя. В общем случае входное сопротивление первого каскада усилителя отличается от

Таблица 4.2. Основные параметры некоторых элехтродн! громкоговорителей

Таблица 4.3. Основные параметры транзисторов средней и.большой мощности низкой частоты

I средней мощности

ТрВНЭЯСТОрЫ большой МОЩНОСТИ

0,01 0,01 0,01

0,01 0,01 (3)

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Приняты следующие обозиачения: R. „ ,, - тепло.ое сопротивление транзистора (коллекторный переход - окружающая среда); max - "«« сниально допустимая постоянная рассеиваемая «ощность коллектора; „.. - «акси..ально допустимая постоянная рассенааем.я мощность коллектора с теплоотаодом; - температура окружающей среды; max - максимально допустимый постоянны,! ток коллектора: /к,»„„х - "•i™-мально допустимый импульсный ток коллектора; /б max - максимально допустимый постоянный ток бааы; „ max - максимально допустимый импульсный ток базы; (JiBmax-"""™""""" Допустимое постоянное напряжение коллектор - баэв: иБ, я max - ""<=""""° допустимое импульсное напряжение коллектор - база; иэБ max - ""™"»™ «""У"""" постоянное напряжение эмиттер - база; UgB. и max - "™""?»° «""У тимое импульсное напряжение змиттер - база; U max ~ максимально допустимое постоянное напряжение коллектор - эмиттер; (Уцд „ах - максимально допустимое импульсное напряжение коллектор - эмиттер; /цВО - ««Ртный ток коллектора; /эоТХ1К коллектора при ра-90МКНУТ0М выводе базы; /12]э - коэффициент передачи тока биполярного тракаистора в режиме малого сигнала в схеме с общим амитт«ро«; Ajo -

0,05

статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером; th2lu~ предельная частот» коэффициента передачи тока биполярного транзистора в схеме с общей базой; гр - граничная частота коэффициента передачи тока л схеме с общим эмиттером.

сопротивления истотявкэ сигнала (R ф Л„), а оптимальное значение сопротивления нагрузки выходного каскада не равно фактическому сопротивлению нагрузки оконечного устройства (/?„опт в)- Поэтому на входе и выходе усилнтеля не исключено применение согласующих трансформаторов, на которых будет теряться часть мощности полезного сигнала. Кроме того, в усилителях обычно используются регуляторы уровня сигнала, вносящие определенное затухание в передаваемый сигнал. Учитывая эти соображения, коэффициент усиления по мощности в общем случае рассчитываем по формуле

Робщ = Рвых/хЛт.вх1тг, (4-20)

It.bk ~ КПД входного трансформатора (порядка 0,7...0,8); т] - КПД ны-ходного трансформатора (порядка 0,75...0,85); Ар - коэффициент передачи регулятора уровня сигнала (порядка 0,.3,..0,5). . Выражаем коэффициент усиления по мощности в децибелах

Робщ£дБ1= ЮЁРобщ. (4.20

3. Предварительно выбираем схему выходного каскада, тип усилительных приборов и ориентировочную величину коэффициента усиления по мощности для выходного каскада. При этом можно руководствоваться следующими рекомендациями:

а) при расчетной мощности выходного каскада до 50 мВт целесообразно использовать однотактную схему с маломощным транзистором в режиме класса А;

б) при расчетной мощности, превышающей 50 мВт, следует применять двухтактную схему, режим работы которой (АВ или В) и тип транзисторов (малой, средней или. большой мощности) определяются из конкретного значения Р,.

Тип транзистора для выходного каскада выбираем по величине максимально допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе выходного транзистора. Для этого определяем мощность, которую должен отдавать в нагрузку транзистор выходного каскада по формуле

вых.т= выхЛтв... (4.22)

а затем находим мощность, потребляемую коллекторной цепью от источника питания: для однотактного каскада в режиме класса А

К= ых.т/Явь,х.к«ск-. (4.23)

для двухтактного каскада в режиме АВ или В

= в.х.т (1 - Пвь.х.кеск)/2т],«,.«,ек, (4-24)

" 1выя.каск - КД выходного каска да (для однотактного каскада в режиме класса А принимают tjj 0,45; для двухтактного каскада в режиме АВ jih В WKacKU.6...0,7).

По найденному значению Р выбираем тнп транзистора выходного каскада. Основные параметры транзисторов средней и большой мощности низкой частоты приведены в табл. 4.3, а также в справочниках по полупроводниковым приборам 13, 16, 31, 321. При этом необходимо выполнить условие

Кшох > /к. (4.25)

max - максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе для выбранного типа транзистора.

Если усилитель предназначен для работы в области верхних частот низкочастотного диапазона (/н 10-20 кГц), то прн выборе транзистора необходимо, чтобы предельная частота коэффициента передачи тока бипатярного транзистора превышала верхнюю граничную частоту усиливаемого диапазона частот

/Л2)э » /в- (4.26)

4. Определяем ориентировочное число каскадов m и составляем структурную схему усилителя. При этом можно считать, что каждый каскад усилнтеля при включении транзистора по схеме с общим эмиттером может обеспечить усиление мощности

(в .27)

HwpHO 20 -lij Т 1. гда

= Р..б[цдБ1/20.

Т<*-"учсннпе значение т округляется до ближайшего целого числа (в сторону увеличения).

5. На основании структурной схемы составляем ориентировочную принципиальную схему усилнтеля. Для предварительных каскадов могут быть использованы схемы, приведенные на рис. 4.5-4.6, для выходных - схемы на рнс. 4.7-4.8. Для повышения входи<\го сопротивления усилнтеля целесообразно в первом каскаде использовать схему эмиттерного повторителя иа составном транзисторе (см. рис. 4.6, б).

6. Распределяем заданные значения допустимых частотных и нелинейных искаже-ннй по каскадам усилителя. Деление частотных искажений в усилителях с верхней рабочей частотой до 10-20 кГц обычно производится только на нижних частотах, так как прн выполнении условия /21? » /в искажения в области верхних частот и в усилителях на резисторах, я в каскадах с трансформаторной связью обычно незначительны.

Искажения, вносимые на нижней частоте трансформатором (входным, выходным или согласующим выход одного каскада с входом другого), обычно лежат в пределах 1 - 1,5 дБ. Цепь разделительного конденсатора вносит искажения порядка 0.3-0.6 дБ. Участок термостабилизацин работы транзистора дает дополнительные частотные искажения на нижних частотах порядка 0,3-J,О дБ. Сумма всех частотных искажений, выраженных в децибелах, не должна превышать величины, заданной в технических условиях на проектирование. Если сумма подсчитанных частотных искажений окажется больше заданной, то необходимо уменьшить искажения, допустимые для каждой цепи, или применить в усилителе глубокую отрицательную обратную связь.

Степень частотных искажений в области верхних частот проверяется после окончательного расчета, когда будут известны значения параметров всех элементов схемы.

Заданные в технических условиях допустимые нелинейные искажения обычно относят к выходному каскаду усилнтеля, так как в других каскадах, работающих с относительно малым уровнем сигнала, нелинейные искажения незначительны.

Полученные в результате предварительного расчета данные служат основанием для окончательного расчета усилителя.

4.1.5. Общие сведения об окончательном расчете УНЧ. В процессе окончательного расчета усилителя детально рассчитываются элементы каждого каскада, цепи межкаскадных связей, режимы работы транзисторов. Расчет электрической принципиальной схемы усилнт«ля обычно производят в последовательности, обратной прохождению сигнала, т. е. вначале рассчитывают элементы выходного (оконечного) каскада, затем - предоконечиого и далее - каскадь[ предваритель[[ОГО усиления. Такая последовательность расчета обусловлена ориентацией всех расчетных операций на выполнение конечной задачи - обеспечение на выходе усилителя заданной вы.ходной мощности при допустимых значениях не-тннейны.х и частотных искажений сигнала.

Естественно поэтому, что каждый последующий каскад усилителя предъявляет вполне определенные требования к предыдущему. Поэтому помимо получения данных, необходимых для оптимального построения именно этого каскада, должны быть обоснованы исходные данные для расчета режима работы и элементов схемы предшествующего каскада.

Выбор элементов схемы производится с учетом требовании соответствующих стандартов. Так, резисторы выбирают по номинальному значению, ближайшему к расчетной величине сопротивления (табл. 1.18) и по величине мощности, рассеиваемой иа резисторе в рабочем режиме. Выбор конденсаторов осуществляется по номинальному значению, ближайшему к расчетной величине емкости (табл. 1.18), и по рабочему напряжению, действующему между обкладками конденсатора.

Вопрос о необходимости использования в усилителе отрицательной обратной свя-аи решается в зависимости от результатов сравнения заданных и расчетных значений частотных и нелинейных искажений сигнала. Прн введении отрицательной обратной связи частотные и нелинейные искажения существенно уменьшаются (в завнснмостн от глубины обратной связи), однако снижается и величина коэффициента усиления. Это следует учитывать в процессе расчета и прн необходимости компенсировать спад 1силения за счет включения в схему дополнительного усилительного каскада.