Опір звукових котушок гучномовців повинен бути таким, щоб при вибраному з'єднані (послідовне, паралельне та змішане) забезпечувався необхідний розподіл потужності сигналу між ними. ВЧ гучномовці вмикаються через розділовий конденсатор, а НЧ гучно­мовці - через дросель, рис. 3.

1.1.3. В підсилювачах запису магнітофона, при виборі опору на-вантаження, необхідно:

- підібрати тип головки з даними: опором R_r, індуктивністю L ;

та струмом запису І₃;

- для стабілізації струму запису послідовно з головкою під'єдна­
ти опір R, значення якого повинно відповідати умові

R4F_BL,

де F_B - верхня частота діапазону,

- визначити загальний опір навантаження каскаду

R_Н = R_r+ R;

- визначити необхідну амплітуду напруги запису

U₃ = I₃R_H.

При виборі іншого типу навантаження, зумовленого експлуатаційнним призначенням підсилювача, можна використовувати дані [1], [2].

1.2. Вибір схеми каскадів кінцевого підсилення

Вибір схеми ККП зумовлено кількома факторами, основними з яких є:

- вихідна потужність;

- значення частотних, нелінійних спотворень;

- особливості експлуатації (стаціонарний, переносний).

Вихідна потужність пристрою не визначає однозначно тип схеми ККП. Однак, для одержання коливальної потужності на виході біль­ше ЗО...50 мВт, слід використовувати двотактну схему ККП.

Важливе значення також має схема ввімкнення транзистора (транзисторів) ККП. В схемі з спільним емітером забезпечується найбільший коефіцієнт підсилення по потужності, але нелінійні спотворення (Кн) мають значення 4...6 %.

В схемі з спільною базою, внаслідок дії від'ємного зворотного зв'язку, лінійність вихідних характеристик краща, тому коефіцієнт нелінійних спотворень Кн зменшується і приймається від 2 до 4 %, але коефіцієнт підсиленя по потужності такого каскаду зменшується.

В схемі з спільним колектором коефіцієнт нелінійних спотво­рень малий (1.3 %), але коефіцієнт підсилення по потужності мен­ший, ніж в схемі з спільним емітером .

Тому, покладаючись на задані в технічному завданні нелінійні спотворення (Кн), необхідно вибрати потрібну схему ввімкнення транзистора (транзисторів) ККП з таким розрахунком, щоб

К_{н. сх}  К_{н. тз.}

При значних вимогах до коефіцієнта нелінійних спотворень необхідно використовувати від'ємний зворотний зв'язок, коли

де А= (1+.К) - коефіцієнт зворотного зв'язку, який вибирається в межах А = 1,5..5.

Частотні спотворення Мн та Мв визначаються схемою каскаду та типом транзистора.

В області високих частот до частотних спотворень, зумовлених елементами схеми, додаються частотні спотворення, що вносяться транзистором (порядка 0,2...З дБ) Тому при заданих частотних спот­вореннях М  2 дБ обов'язково застосовується від'ємний зворотний

зв'язок. Тоді

При великих значеннях коливальних потужностей слід викорис­товувати схеми безтрансформаторних підсилювачів потужності з додатковою симетрією плеч, в яких транзистори кінцевого каскаду однакового типу і провідності. Транзистори в безтрансформаторних каскадах ввімкнені з спільним колектором, що розширює їх частот­ний диапазон.

Вибір інших схем ККП можна здійснити на підставі [2], [3], [11].

1.3. Визначення корисної потужності, що забезпечується

транзистором ККП

В безтрансформаторних двотактних ККП коливальна потужність
транзистора одного плеча дорівнює

д е Р_вих - вихідна потужність пристрою.

В підсилювачах запису магнітофона коливальна потужність транзистора дорівнює

Для однотактного трансформаторного каскаду

для одного плеча двотактного трансформаторного каскаду, відповідно

де _тр - коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Значення ККД трансформаторів наведені в табл. 1.

Таблиця 1

1.4. Вибір типу транзисторів ККП

1.4.1. Вибір транзистора (транзисторів) ККП здійснюється на основі попереднього визначення потужності витрат Р_к, максимальної напруги на переході колектор-емітер, та максимального колекторно­го струму, окрім цього необхідно врахувати і частотні можливості транзистора.

Для двотактного безтрансформаторного ККП, вибираючи тран­
зистор, необхідно забезпечити виконання умови:

Де - коефіцієнт корисної дії ККП;

Р_{К max Доп} - максимально допустима потужність втрат обраного транзистора.

Орієнтовані значення коефіцієнта корисної дії ККП залежать від
класу режиму його роботи:

- для режиму класу А - 20...25 % ;

- для режиму класу АВ - 40. .50 % ;

- для режиму класу В - 50...60 % ;

Для забезпечення необхідної вихідної потужності, живлення
двотактного безтрансформаторного каскаду повинно здійснюватися
напругою Е_к

В свою чергу

Де U_зал - залишкова напруга, яка визначається сімейством вихідних характеристик транзистора ККП (див. рис.4 );

U_ке.доп - максимальна допустима напруга між відповідними елек­тродами транзистора.

При невиконанні вказаної умови, транзистор необхідно замінити на інший з більш високою напругою U_ке.доп

Максимальне значення колекторного струму буде дорівнювати сумі струмів

де

- амплітуда імпульсу колекторного струму;

I_к.о = (0,05-0,15) I_к.m – струм в робочій точці;

I_{К. max. ДОП} – максимально допустимий струм колектора.

Для однотактного ККП, підсилювача запису магнітофона, що працює в режимі класу А, необхідні значення струму робочої точки І_к.о і напруги U_КЕ.0 вибираються з співвідношень:

І_К.0 = (2-3)І₃;

U_КЕ.0 = (0,3-0,4) U_кe.доп.;

Для обраного транзистора повинні виконуватися умови:

І_К.0 + І₃  І_{К.max. ДОП} ;

U _КЕ.0  (1,5-2,0) U3;

І_К.0 x U_KE.0  (0,5-0,6) Р_{K.max.ДОП.}

Амплітуда струму вхідного кола ККП, що дозволяє визначити положення робочої точки транзистора на його вхідній характеристиці, а

також забезпечує вибір транзисторів каскадів попереднього
підсилення за струмом, відповідно дорівнює:

-для схеми з спільним емітером

-для схеми з спільною базою

-для схеми з спільним колектором

Передкінцевий каскад повинен мати максимальне значення колекторного струму, що в 2...З рази більше за максимальний базо­вий струм кінцевого каскаду.

1.4.2. Частотні властивості біполярного транзистора, в різних схемах ввімкнення, прийнято характеризувати граничними частота­ми, значення яких не повинні перевищувати верхню граничну часто­ту пристрою:

для схеми з спільним емітером F_B  fh_21E

для схеми з спільною базою F_B  fh_21Б

для схеми з спільним коллектором F_B  fY_21E(1+S₀R_ГМ)

де fh_21E та fh_21Б - граничні частоти передачі струму відповідно в схемах з спільним емітером та спільною базою;

fy_21E - гранична частота транзистора за крутістю в схемі з спіль­ним емітером;

S₀ - крутість транзистора в робочій точці.

Значення fh_21E та fh_21Б для більшості транзисторів наведено в
довідниковій літературі [5], [9].

Величини fY_21E та S₀ можуть бути розраховані

де г^’_Б - об'ємний опір бази.

Наведені в довідниках значення граничних частот, наприклад, f_гр-гранична частота передачі струму в схемі з спільним емітером, на якій модуль коефіцієнта передачі струму дорівнює 1 (визначається добутком, інколи наведеної в довіднику частоти на величину модуля h_21е на цій частоті), або f_{r max} - максимальна частота генерації тран­зистора, може бути перерахована у необхідні значення за виразами

та

де m = 1,6 - для дрейфових дифузійних транзисторів

С_к - ємність колекторного переходу транзистора

= к - стала часу, також є довідниковою величиною,

Інші корисні вирази для розрахунку частот, можуть бути отри­мані з [1].

Оскільки відомо,що f h_21Б = f h_21E (h_21E min +1) легко знайти будь-яке значення граничної частоти біполярного транзистора для будь-якої схеми ввімкнення транзисторів.

Значення крутості біполярного транзистора в робочій точці 80 можна визначити з його вихідних І_к = f(U_КЕ) (рис.4,б) та вхідних характеристик І_Б = f(U_БЕ) (рис.4,а), оскільки S₀=_І_к / _ U_БЕ

За вихідними характеристиками, при номінальному значенні напруги на колекторі, визначають величину _І_к та _І_Б = І_Б2 - І_Б1 а тоді за вхідними характеристиками _ U_БЕ = U_БЕ2 -U_БЕ1

Рис.4

Для вибору конкретних транзисторів можна використовувати
дані [2], [5], [9] та ін. Дозволяється використовувати транзистори як
вітчизняного, так і закордонного виробництва. на

1.5. Визначення загального коефіцієнта підсилення
пристрою по потужності К_р

Для визначення величини К_р використовується вираз

де Р_вих - коливальна потужність, яку забезпечує пристрій;

Р_дж - потужність джерела сигналу ;

U_вх - амплітуда вихідної напруги джерела сигналу;

R_вих -номінальний вихідний опір джерела сигналу;

а₁, а₂, а₃ - коефіцієнти.

Дані параметрів джерел сигналу можуть бути отримані з [1], [2].

При роботі від декількох джерел сигналу розрахунок коефіцієнта підсилення К_р слід вести по найменшому за потужністю джерелу.

При наявності в підсилювачі від'ємного зворотного зв'язку, регу­лятора форми АЧХ та інших факторів, котрі зменшують коефіцієнт підсилення, у виразі (1.2) використовують коефіцієнти а₁, а₂, а_3.

При введені від'ємного зворотного зв'язку з глибиною А = 1+К і при умові, що коло зворотного зв'язку не охоплює весь пристрій, коефіцієнт а₁= А².

Коефіцієнт а₂ враховує вплив регуляторів форми АЧХ (тембра):

-якщо регулятор тембра забезпечує лише "завал", то згасання
сигналу N_рт не враховується (оскільки розрахунок структурної схеми
ведеться на середніх частотах);

якщо регулятор тембра забезпечує як "завал", так і "підйом"
частотної характеристики, то згасання сигналу можна розраховувати
користуючись виразом

N_р.т(дБ) =N_+(дБ)+(2...3)_(дБ)

де N_+(дб) - необхідний "підйом" частотної характеристики у відповід­ності з технічним завданням.

Наявність згасання N_Р.Т потребує додаткового підсилення по потужності, тому загальний коефіцієнт підсилення повинен бути збільшений в N_Р.Т раз. При умові забезпечення "підйому" та "завалу" АЧХ регулятором тембра, величина а₂ = N_Р.Т

В підсилювачах відтворення магнітофона, окрім усіх переліче­них факторів, що впливають на коефіцієнт підсилення, слід враху­вати запас підсилення (а_з ≈ 20 дБ), необхідний для виконання коре­кції його частотної характеристики у відповідності з вимогами (див. рис. 5)

Корекція частотної характеристики повинна проводитись і в підсилювачах запису магнітофона.

1.6. Визначення кількості каскадів підсилення

Кількість каскадів підсилення визначається виходячи з загально­го коефіцієнта підсилення по потужності К_{Рзаг(дБ)}

К_{рзаг(дБ)} = К_{р1 (дБ)} + К_{р2 (дБ)} +...+ К_{рn (дБ)} + К_{р ККП(дБ)} (1.3)

де К_р1, К_р2, К_рn, К_{р ККП} - коефіцієнти підсилення по потужності від­повідно 1-, 2-, n-го каскадів попереднього підсилення та ККП.

Для резистивного каскаду підсилення:

- з спільним емітером

(1.4)

• з спільним колектором

(1,5)

• з спільною базою

(1.6)

де - мінімальний коефіцієнт передачі струму обраного тран­зистора з спільним емітером.

При застосуванні уніполярних транзисторів коефіцієнт підсилен­ня по потужності може бути розрахований за виразом ,

(1,7)

Для уніполярного транзистора з спільним витоком величина К_U

може бути розрахована за виразом

де - опір навантаження змінному струму, вибирається в залежнос­ті від вхідного опору наступного каскаду, при низькоомному вході настуаного каскаду (наприклад, схема з спільним емітером) не більше 200...500 Ом, при високоомному вході (наприклад, схема емітерного повторювача або інший каскад на уніполярному транзис­торі)- 2...5кОм;

S - середнє значення крутості уніполярного транзистора;

R_вх - вхідний опір каскада на уніполярному транзисторі, вибира­ється в межах 200. .500 кОм ;

R_вих - вихідний опір, приблизно .

Для каскаду на уніполярному транзисторі з спільним стоком (ви-токовий повторювач) К_u ≈ (0,6...0,8); R_вх ≈ 1...1,5 МОм; R_Вих ≈ 1/S

Визначений за виразом (1.3) загальний коефіцієнт підсилення по потужності не повинен перевищувати розрахункове значення К_р, за виразом (1.2), на 15. .20% .

Коефіцієнт підсилення потужності трансформаторного ККП виз­начається типом біполярного транзистора, схемою його ввімкнення, напругою живлення:

- з спільним емітером

- з спільною базою

- з спільним колектором

де U_КЕі U_КБ - сталі напруги відповідно на переходах колектор-емітер або колектор-база, В;

U_{вх.m. ккп} - амплітуда напруги вхідного сигналу ККП для визна­ченого значення амплітуди вхідного струму сигналу, (визначається по вхідній характеристиці транзистора).

Коефіцієнт підсилення по потужності фазоінверсного каскаду з розділеним навантаженням:

(1.8)

Якщо в ККП застосовані транзистори великої або середньої потужності, стає економічно та конструктивно недоцільним застосу­вання аналогічних транзисторів для каскадів попереднього підсилен­ня. Можливість застосування малопотужних транзисторів в передкінцевому однотактному каскаді необхідно перевірити за величиною його максимальної потужності втрат на колекторі:

Необхідно також здійснити перевірку обраних транзисторів за напругою, струмом та частотними властивостями, згідно з п. 1.4.

Особливу увагу необхідно звернути на вибір схеми першого кас­каду пристрою. При наявності високоомного джерела сигналу (R_дж ≥ 8..10 кОм), а також у випадках коли необхідно виключити вплив пристрою на джерело сигналу, в якості першого каскаду слід засто­совувати емітерний повторювач. Оскільки вхідний опір емітерного повторювача залежить від його навантаження за змінним струмом (R_{вх. е.п} ≈ h_21ER_H~), то при застосуванні наступного каскаду, з низьким опором, і при наявності високоомного джерела сигналу, з R_джер ≥ ЗО...50 кОм, бажано використовувати емітерний повторювач на складених транзисторах або каскад на уніполярному транзисторі, що виконаний за схемою з спільним витоком (при R_дж  1 МОм) або з спільним стоком (при R_дж > 1 МОм).

1.7. Розрахунок відношення сигнал / шум

При проектуванні багатокаскадних пристроїв розраховують на­пругу шуму лише першого каскаду. Рівень шуму першого каскаду визначає і мінімальний рівень вхідного сигналу при заданому відно­шенні сигнал / шум на вході. Як правило, для каскаду на біполяр­ному транзисторі, розраховується мінімальна напруга на вході при заданому відношенні сигнал/шум  = U_сиг / U_шум, яке визначає чутливість пристрою.

Мінімальна вхідна напруга в режимі узгодження каскаду з дже­релом сигналу дорівнює:

де R_вх - еквівалентний опір вхідного кола пристрою (визначається як паралельне з'єднання опору джерела сигналу і вхідного опору вхід­ного каскаду), кОм;

_F - смуга робочих частот пристрою, кГц;

F_ш - відносний коефіцієнт шума біполярного транзистора першого каскаду (довідникова величина).

Для нормальної роботи пристрою необхідно, щоб напруга дже­
рела сигналу U_вх була більше визначеної U_вх.min (U_вх > U_вх.min), в
іншому випадку необхідно обрати транзистор з меншим коефіцієн­
том шуму.

Для вхідного каскаду на уніполярному транзисторі напруга шуму
визначається двома основними складовими: