Статическая выходная характеристика для этого случая в справочнике может огсут-ствовзть. Поэтому она проводится условно (пунктиром) между характеристиками, соответствукицими 1 а 1).

9. Переносим найденное значение /рр щах входную статическую характе[)и.--тику транзистора, снятую прн U О (рис. 4.14). Из указанной точки на входном характеристике опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим значение напряжения (Урэ п,ах - максимальную величину напряжения между базой н эмиттером TpaH3HCTopd в рабочем режиме К

10 Рассчитываем входное сопротирлемие:

Рис. 4.13 Haffiv3i"iii;ifl п(1ямая в сойеисгве вы.ч.ияых статвчески.х x-ipaKTcpircTHK rfian3HCTopHnro каскада, ра5огак)1легп в режиме кл.к-са В

УйЗрти, Us ,

14. Оп[)еделение (/эртя. по в.чод-н х[)актерист11Ке транзистора

а) одного плеча

б) каскада в цеЛ

Ыр г

П. Находим мощность сигнала на входе каскада

12. Определяем коэффициент усиления каскада по мощности

р = .ых,«.ск Р.,:

л»

"/ЧДБ1

= 10 1гЛ-»

(4.72) (4.73)

И-74)

(4 75) (4 76)

Полученное значение Кр должно удовлетворять требованиям предварительного расчета усилителя.

13. Находим величины сопротивлений резисторов R1 н R2 а цепи дедытелз напряжения (рис. 4.7, й). Принимаем ток делителя

д="врр.а,- (4.77)

Обычно напряжение смещения (Уд , снимаемое с резистора RI, выбирается порядка (0,1,..0,2) В, Поэтому

«. = (я./д: (4.78) Д. = (£к-(7„,) д. (4.79)

* Проведенные графические построения являются упрощенными, однако в боль-шинстве случаев нх точность оказывается достаточной для практических расчетов.

Выбран номинальные значения резисторов и рассчитав мощность, рассеиваемую ва чих (Р;. l\R;: Рf, = лК VTCiiL-..cM 11111Ы рсзисторов ДСЛИТСЛЯ.

14. Определяем коэффициент нелинейных искажений каскада. Для этого необ* хпднмо построит!:, сквозную динамическую характеристику -график зависимости тона коллектора от ЭДС эквивалентного генератора входного сигнала. Построение ведем в такой последовательности:

а) задаемся внутренним сопротивлением эквивалентного генератора входного сигнала /?„ ~ R-

б) пользуясь выходными и входными характеристиками транзистора (рис. 4.13 и 4.14). определяем для нескольких точек (например, 2, 4 w 7) значения цэ. к

в) определяем величины ЭДС эквивалентного генератора для различных значений С/э и /ц, соответствующим выбранным точкам (2, 4, 7), по фир.муле Е = + -f- /5 Rh- Данные расчетов сводим в таблицу;

г) по полученным данным в прямоугольной системе координат строим график зависимости /[ = / {Е). Примерный вид сквозной динамической характеристики каскада показан на рис. 4.12.

д) определив по графику максимальное, среднее н минимальное значение тонов коллектора (/f g, I и ,„). находим амплитудные значения гармонически» составляющих тока коллектора по формулам

= 1(1 + ) к п,,, + (I - ) к т.х + (1 + ) кср + (1 кср1/3: (*Щ

Кш2 = (1 к max -".S С " к max - Ы roinlft С*)

/к™3 = [(1 + к max + (1 - к max - 2 (1 + кср -2(1-) к.р1/6; (4.82) кг = 1(1 +•) к шах - (1 -Д:) к max - 1 (1 + ) кср + 4 (1 - д:) +

-f 12»/,(„1„1/12, (4.83)

где lyjnX кт2 КтЗ К/п4- амллитуды гармонических составляющих тока коллектора; кср- кр (Р"*- 4-12); X - коэффициент асимметрии (обычно г = 0,1 ...0,2); ej коэффициент нелинейных искажений находим по формуле

г.р.с, = 1/(к™2 + к™. + к»й)/к».1 100 /«

(4.84)

Необходимо, чтобы Я,, рдч г. Ч- е. чтобы полученное в результате расчета эначение коэффициента гармоник не превышало заданного допустимого значения.

15. Необходимую поверхность охлаждения радиатора каждого транзисгора находим по формуле (4.49).

16. Определяем коэффициент трансформации входного трансформатора (рис. 4.7, б). Для этого вначале находим выходную мощность предоконечиого каска-

Р.ых.ррвд-вх/Пт.ах. Где T).gjj - КПД входного трансформатора (порядка 0.7...0.8).

Выбираем транзистор предоконечиого каскада, у которого Р > Р„ых.пред-Коэффициент трансформации Til входного трансформатора определяем по формуле

"1 = -2 max/(0.»- -O-S) Т],.,,С/кЭп,в.. пред. Сб»

где C/jmajc - напряжение на всей вторичной об.мотке входного трансформатора при максимальной раскачке выходного каскада; для двухтактной схемы с общим эмитте ром C/j mas 2БЭ max БЭтах - максимальное напряжение между базой и эмиттером транзистора выходного каскада); tj „рд - максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером предоконечиого каскада (определяется по Табл. 4.3 для выбранного типа транзистора).

Полученное значение tii представляет собой отношение числа витков всей вторичной обмоткн входного трансформатора к числу витков первичной обмотки.

17. Находим коэффициент трансформации выходного трансформатора для одного плеча каскада

(4 87)

18. Определяем активное сопротивление первичной обмотки выходного трансформатора (для одного плеча схемы)

г;ж0.6/?„(1~Лг.выхЬ (4.881

19. Рассчитываем активное сопротивление вторичной обмотки

r,*0.4/?„(t-n,,b„.)/n..Bbu- И-89)

20. Находим индуктивность половины первичной обмотки выходного трансформатора

21. Производим конструктивный расчет выходного и входного трансформаторов и составляем схему рассчитанного каскада.

4.2.3. Расчет выходного бестрансформаторного каскада. Выходные каскады с бестрансформаторным выходом широко используются в современных транзисторных усилителях. Появление мощных транзисторов и электролитических конденсаторов с емкостями в несколько тысяч микрофарад привело к разработке мощных УНЧ. способных работать без выходных трансформаторов даже на такую низкоомную нагрузку, какой являются современные динамические громкоговорители. Включение нагрузки непосредственно в выходную цепь усилительных элементов без выходного трансформатора позволяет устранить вносимые трансформатором частотные и нелинейные искажения. Появляется возможность охватить усилитель глубокой отрицательной обратной связью без опасности самовозбуждения, т. е. повысить качество работы усилителя. Бестрансформаторные выходные каскады экономичны, имеют малые габариты и массу, широкий диапазон частот. Недостатки этих каскадов - небольшие выходная мощность и коэффициент усиления по мощности (по сравнению с трансформаторными каскадами), а также относительно невысокая термостабнль-ность.

Известно большое количество разнообразных схем бестрансформаторных выходных каскадов, отличающихся по типу проводимости транзисторов, способам их включения, режиму работы (АВ и В), а также по виду связи выходного каскада с предыдущим каскадом и с нагрузкой [28, 30, 40, 4Ii. Высокие качественные показатели имеют каскады, в которых используются транзисторы различного тнпа проводимости {р - л - pan - р - п) с достаточно близкими значениями параметров (комплементарные пары). Возможно также применение транзисторов одного типа проводимости, однако при этом следует принимать специальные меры для устранения возможной несимметрни плеч каскада [41, с. 231-239].

Исходными данными для расчета бестранеформатного каскада служат; мощность на выходе Р; сопротивление нагрузки диапазон частот /н---/в> допустимые

значения коэффициентов частотных искажений Л1„ и М; допустимый коэффициент нелинейных искажений Яр; интервал рабочих температур окрт1п"окрmax-

Особенности расчета выходного бестрансформаторного каскада рассмотрим применительно к схеме, приведенной на рис. 4.8 [28], предполагая, что параметры соответствующих транзисторов различных плеч одинаковы

Расчет производим в следующем порядке:

1. Определяем величину напряжения источника питания

£„ = j/8P„/?„ + l.

(4.91)

2. Находим максимальное значение коллекторного тока оконечных транзисторов

т„рас, = к/2/?„. (4.92)

3. Выбираем значение тока покоя (тока в рабочей точке) оконечных транзисторов

/к,(0.01...0,02)/к„,,р,еч* (4-93)

При нспальзованни мощных низкочастотных транзисторов (табл. 4.3) коллекторный ток покоя должен быть не менее 5 мА,

4. Определяем максимальную мощность, рассеиваемую коллекторным переходом каждого из оконечных транзисторов,

к ™х рас, = f (-S)

5. По полученным значениям £«, Рц так рвсч Ктакрасч и заданному значению fe выбираем тип оконечных транзисторов 13 и V4. Прн этом необходимо, чтобы мак* снмально допустимые значения соответствующих параметров транзисторов превышали расчетные, т. е.

КЭгаак>«: Кгпах>Кша.расч-. ("б)

/к т.. >/к max рае.- f)

Обратный ток коллектора /jgo выбранного транзистора должен быть минимален. Предельная частота усиления транзистора должна превышать верхнюю частоту заданного частотного диапазона не менее чем в 2 раза

fh,,>2/e, (4.98)

При выборе типа оконечных транзисторов следует учитывать снижение предельной мощности, рассеиваемой транзистором прн повышении температуры окружающей среды.

Предельная мощность, рассеиваемая коллекторным переходом транзистора, определяется по формулам: без теплоотвода

max расч = (п max ~окр)?т.п-с

с теплоотводом

(4,99) (4.100)

* В случае большого различия параметров транзисторов расчет ведется аналО гично нижеописанному, но для каждого плеча отдельно.

хрвс. = (пшах-)(?т.п-к+?т., где - максимальная температура перехода, "С; - температура окружа-

ющей среды, °С; ?г.п-с - тепловое сопротивление переход - окружающая среда. "С/Вт, - тепловое сопротивление переход - корпус, "С/Вт.

При установке транзистора на изолирукаден прокладке следует учитывать ухудшения отвода тепла через радиатор. При этом предельная мощность, рассеиваемая коллекторным переходом транзистора, уменьшается.

6. Находим максимальное значение коллекторного тока предоконечных тран-

SHCTOpOB

к max расч.пред = max расч21) mm- (4. lOl)

"Ле /ктахрасч ~ "3**"*3-ьное значение коллекторного тока оконечных транзисторов; ftjb raiti минимальное значение коэффициента передачи тока оконечных тран-

SHCTOpOB.

Сопротивления резисторов Ri = ff выбираются в пределах (I00,..i0O0) Ом и уточняются прн настройке усилителя .

Большой разброс величины сопротивлений резисторов R2 и /?3 объясняется различными эначеннямн параметров /ii и /,бо У транзисторов разных типов.

7. Определяем мощность, рассеиваемую каждым аз прс-доконечиыт тралзлс-торов,

к та. рас.пред = max расчЫэ min С - 0,9/Vk ma р,„ „рад)- (4-102)

8. По полученным значениям р,с,.пред " max рас, пред выбираем предо-конечные транзисторы: VI типа р - п - р. а V2 ~ типа п ~ р ~ п. При этом необходимо, чтобы максимально допустимые значения параметров выбранных транзисторов превышали расчетные значения этих параметров, т. е. j,

f „,-----> £„: <

-....... -jA (4.103)

ктах„рад> Рктахраспред! (-К<)

ктах пред > ктах расч.лред- i,- (4,105)

Обратный ток коллектора предварительных транзисторов Iq „ должен быть ин-инмален. Предельная частота усиления предоконечных транзисторов должна превы-- шать верхнюк> частоту заданного частотного диапазона не менее чем в 6 раз

21,.„р«>5-

9. Находим емкость разделительного конденсатора С1

С1>]/я/„/?н. (4,107)

Чем больше емкость С1, тем лучше работает усилитель в области нижних частот диапазона.

10. Сопротивление резистора HI обычно не рассчитываем, а подбираем опЫ1но-эксп ери ментально при настройке каскада (первоначально можно выбрать /?, f= 10 кОм).

П. Определяем частотные искажения каскада в области низких и высоких частот

(4.108) (4.109)

Полученные значения Л4„ » К.рсч не должны превышать заданной ве-личины.

12. Коэффициент нелинейных искажений бестрансформаторного выходного каскада определяем по методике и формулам, приведенным в 4.2.2 дня двухтактного выходного трансформаторного каскада.

4.3. Расчет предварительных каскадов УНЧ на биполярных транзисторах

Для расчета предварительных каскадов УНЧ должны быть известны следующие исходные данные, полученные в результате эскизного расчета усилителя и окончательного расчета последующего (например, выходного) каскада: напряжение питания, подводимое к каскаду (напряжение, приложенное к делителю напряжения в цепи базы пос1едующего каскада) диапазон частот зсилителя /„ ../„; амплитуда переменной состаатяющен тока на входе последующего каскада 1.. входное сопротивление по. следующего каскада /?вх.сл допустимые значения коэффициентов частотных искажений Мн и элеленты делителя напряжения в цепи базы последующего каскада Ю ** сл, транзистора (найденный в результате предварительного расчета усилителя).

4.3.1. Расчет резистивного каскада предварительного усиления. Порядок расчета предварительного каскада УНЧ рассмотрим на примере наиболее распространен-иой резистивной схемы при включении транзистора с общим эмиттером (рис. 4.5).

1. Проверяем правильность предварительного выбора транзистора. Для иормаль-

[OIU режима работы Tpan3HCT0>j нилбходимо. чтобы допус1имое напряжение между коллектором и эмиттером выбранного транзистора превышало напряжение питания, подводимое к каскаду

а величина допустимого тока коллектора превышала входной ток последующего каскада ие менее чем в 1,5...2 раза

/Кт.>.>0.5. 2)/,„„.,. (4.111)

Параметры некоторых маломощных низкочастотных транзисторов приведены в табл. 4.4.

2. Определяем величину тока токоя в цепи коллектора по формуле

(4.1121

3, Находим сопротивление нагрузки в цепи коллектора (рис. 4.5). При выборе величины сопротивления /?3 в цепи коллектора необходимо удовлетворять двум противоречивым требованиям: с одной стороны, желательно, чтобы сопротивление Ro было возможно больше по сравнению с величиной входного сопротивления последующего каскада. С другой стороны, увеличение R3 при заданном токе коллектора приводит к тому, что падение напряжения иа этом сопротивлении увеличивается, а напряжение между коллектором и эмиттером Ui уменьшается до недопустимо малой величины (в течение той части периода усиливаемого напряжения, когда коллекторный ток возрастает, напряжение [Уцд может упасть до нуля и транзнстор перестанет усиливать).

С учетом этих требований расчетная формула для определения R3 имеет вид

(4.113)

Мощность, рассеиваемая иа резисторе R3, составляет Pj = [(рз-

4. Определяем сопротивление резистора /?4 в цени термостабилизацин по формуле

/?,0.2£k jp. (4.114)

Мощность, рассеиваемая на резисторе R4, равна P; = IRi- При этом принимают ток эмиттера в режиме покоя 1 примерно равным /,,р, С учетом найденных значений R3, R4, Рд и Pjf выбираем стандартные значения и тип резисторов R3 и Ri.

5. Находим емкость конденсатора СЗ (рнс. 4.5)

Сз= \0y2nfn0ARi, (4-П5)

где fa выражается в герцах, R1 ~ в омах, СЗ - в микрофарадах. Рабочее напряжение конденсатора СЗ дол}хно превышать максимальное напряжение Hae3H<;jope R4. В транзисторных УНЧ обычно используются электролитические коиЯенсаторы типа К50-6, К50-7, КоО-Э, К50-12, К50-15 и др.

6. Находим напряжение между коллектором н эмиттером транзистора в режиме покоя

кэр = £к-кр«з-/эр«.- «-"в*

7. В семействе выходных статических характеристик выбранного транзистора, включенного по схеме с общим э.мнттером (рис. 4.1Г], а), отмечаем положение рабочей точки Р с координатами t/sp Ыр- Найдекиому положению рабочей точки соответствует ток базы /gp. Полученное значение тока базы позволяет определить положение рабочей точки Р на входной характеристике транзистора, снятой при кэ

Напряжение питания любого предварительного каскада равно разности между напряжением питания всего усилителя и падением напряжения на сопротивлениях резнсторов развязывающи. фильтров, используемых в последующих каскадах.