 |
|
Тема. Особливості проміжних та кінцевих каскадів на ОП
Традиційно , в 60 і 70- і роки , та й на початку 80- х приймальня ( радіочастотна ) частину саморобних приймачів і трансиверів містила два перетворення частоти і в більшості радіоаматорських конструкцій підсилювачі проміжної частоти (ППЧ ) містили , як правило , 2 -3 каскаду підсилення. Лампові і, згодом , транзисторні або комбіновані приймачі супергетеродинного типу будувалися практично за єдиною структурною схемою. В якості фільтрів основний селекції використовувалися , що з'явилися до того часу і , що одержали широке поширення , електромеханічні фільтри ( ЕМФ ) на частоту 500 кГц. З появою ж вузькосмугових кварцових фільтрів з високими експлуатаційними характеристиками , зокрема , хорошою прямокутністю , порівнянної з прямокутністю ЕМФ , малим загасанням в смузі прозорості і великим загасанням в смузі затримання , велику популярність придбали приймачі та трансивери з одним перетворенням частоти. Цьому сприяло також поява методик і накопичення досвіду з виготовлення в радіоаматорських умовах диференційно - мостових і , особливо , сходових кварцових фільтрів. І , як наслідок , у 80- ті і на початку 90- х років розробка і виготовлення саморобних конструкцій з одним перетворенням частоти стало переважаючим. Якщо згадати основні моделі аматорських трансиверів , які отримали велику популярність і широке поширення серед вітчизняних радіоаматорів , то , без жодного сумніву , лідером є трансивер конструкції UW3DI 1971 року - ламповий і 1974 року - лампово - напівпровідниковий , а також спільні конструкції UA1FA і UA1AB , а потім і самого UA1FA . Також і інші , мало чим відрізняються один від одного конструкції. Багато , у наслідку, намагалися дотримуватися структурного повторення цих моделей. Комутація прийом - предача в радіотракт зводилася , в основному , до реверсу змішувачів і використанню ППЧ повністю або частково , або ж до повного поділу трактів прийому -передачі.
Вхідний аудіосигнал , що подається на підсилювач , спочатку буферіруется і посилюється за допомогою вхідного каскаду підсилювача. Вхідний каскад має високий вхідний і низький вихідний опір , що полегшує узгодження попереднього підсилювача з підсилювачем потужності. Саме опір вхідного каскаду визначає вхідний опір підсилювача. Вимірюється в Омасі , воно являє собою опір електричному струму , що виникає при подачі сигналу з попереднього підсилювача . Хорошим стандартним значенням вхідного опору для несиметричного ЯСА - входу можна вважати опір в 47 кОм.
За вхідним каскадом розташований проміжний каскад (іноді його називають драйверної каскадом ) , тобто схема , де відбувається посилення сигналу перед подачею його на вихідний каскад . Проміжний каскад виробляє сигнал високої напруги , необхідний для вихідних транзисторів . Вхідний і проміжний каскади розташовані на великій платі в центрі підсилювача , показаного на рис. 6- 7а . Вихідні каскади лівого і правого каналів змонтовані на платах , встановлених вертикально уздовж бічних сторін підсилювача. У підсилювачах класу А і В ( описаних у цій главі далі) проміжний каскад може працювати як фазоинвертор , що створює копію сигналу з зворотною полярністю для подачі на двотактний вихідний каскад .
У багатьох підсилювачів між цими каскадами передбачені конденсатори зв'язку . Конденсатор зв'язку , званий також розділовим або перехідним , є бар'єром для постійного струму , але пропускає змінний струм аудіосигналу до наступного каскаду . Через те , що ці конденсатори можуть погіршувати якість звучання підсилювача , деякі розробники не встановлюють їх на шляху проходження аудіосигналу . Підсилювач без конденсаторів зв'язку називається підсилювачем з безпосереднім зв'язком між каскадами . Схеми з безпосереднім зв'язком можуть становити певну небезпеку , так як будь-який постійний струм , що надійшов на їх вхід , буде посилений і поданий на гучномовці. Оскільки навіть малий постійний струм може пошкодити їх , деякі підсилювачі мають автоматичну систему регулювання постійної напруги , перешкоджає появі постійної складової напруги на вихідних клемах . Система регулювання постійної напруги контролює його рівень і налаштовує схему для забезпечення мінімуму постійного струму, що протікає через гучномовець . Ви можете легко виміряти величину постійної напруги на виході підсилювача: досить приєднати вольтметр до клем , службовцям для подачі сигналу на гучномовець . Зазвичай ця величина менше 200 мВ.
Більшість високоякісних підсилювачів потужності використовують дискретні схеми вхідних і проміжних каскадів . Дискретна схема створюється з окремих транзисторів , а не з інтегральних мікросхем ( операційних підсилювачах , або ОУ) . Дискретні схеми зазвичай краще , ніж схеми на ОП . У вхідних каскадах підсилювачів потужності часто застосовуються польові транзистори (ПТ) через притаманного їм високого вхідного опору .
Майже у всіх підсилювачах потужності застосовується негативний зворотний зв'язок. При цьому частина вихідного сигналу повертається на вхід. Це робить схему більш лінійної і знижує частотні спотворення. Однак занадто сильна зворотній зв'язок призводить до погіршення звучання. Багато підсилювачі потужності рекламуються як такі, що "неглибоку зворотний зв'язок". Очевидно, ці підсилювачі мають порівняно більшу величину нелінійних спотворень, але можуть краще звучати завдяки використанню слабкою зворотного зв'язку.
Є два типи зворотного зв'язку: місцева і загальна. Місцева зворотній зв'язок діє в межах одного каскаду підсилювача, загальна зворотній зв'язок - це повернення сигналу від кінцевого вихідного каскаду назад на вхід підсилювача. Нарешті, вхідний і проміжний каскади майже завжди працюють в класі А, тобто один транзистор підсилює обидві напівхвилі сигналу.
. РОЗРАХУНОК КІНЦЕВОГО ПІДСИЛЮВАЧА
Вказані параметри може забезпечити безтрансформаторний двохтактний комплементарний підсилювач. Його схема зображена на мал.49.1
Мал. 49.1 Схема безтрансформаторного двохтактного комплементарного підсилювача
Максимальне значення вихідної потужності, амплітуди вихідної напруги і струму споживання не можуть бути більшими слідуючих величин:
; 
;
; 
;
; 
.
Тип вихідних транзисторів підбираємо із умов:
- потужність розсіювання 
;
- максимально допустимий струм колектора 
;
максимально допустима напруга між колектором і емітером 
.
Вибираємо комплементарну пару транзисторів VT2 - типу КТ817Б (n-p-n), а VT3 - типу КТ816А (p-n-p) в яких:
;
;
.
На сімействі вихідних характеристик транзистора КТ817 будуємо пряму навантаження (рис. 3).
Мал. 49.2 Характеристика для розрахунку кінцевого підсилювача
Для цього на осі абсцис відкладаємо точку із значенням, рівним
.
На осі ординат відкладаємо значення струму
.
З’єднуємо ці точки прямою. Це і буде прямою навантаження.
Вибираємо на прямій навантаження точку 0 (точка спокою). Струм спокою в цій точці складає 
, а напруга 
.
Вибираємо на навантажувальній характеристиці точку 1 - точку максимального струму. Максимальний струм в ній буде складати 
а напруга 
. Визначимо амплітуду напруги і струму вихідного сигналу:
;
.
Визначимо максимальну вихідну потужність каскаду:
.
Постійна складова колекторного струму при максимальній вихідній потужності сигналу:
Це значення менше максимально допустимого струму колектора транзисторів КТ817Б і КТ816Б, рівного 3 А.
Потужність розсіювання на колекторі кожного із транзисторів дорівнює:
що значно менша гранично допустимої потужності вказаних транзисторів - 20 Вт.
Ємність розділового конденсатора С1 вибираємо із умови:
,
Де С1 - ємність розділового конденсатора (мкФ);
- нижня частота робочого діапазону (Гц);
- опір навантаження (Ом).
;
Вибираємо електролітичний конденсатор ємністю 1000 мкФ на робочу напругу 20 В.
В зв’язку з тим, що ємнісний опір конденсатора збільшується при пониженні частоти, тоді на нижній частоті зменшується вихідна потужність на опорі навантаження. Тому необхідно розрахувати коефіцієнт частотних спотворень Мн на нижній частоті відтворюваного діапазону:
,
де
; 
;
.
Коефіцієнт частотних спотворень на верхній частоті, які вносять транзистори VT2 і VT3 кінцевого підсилювача:
,
де
− гранична частота транзисторів КТ817Б и КТ816Б.
.
Визначимо вхідний сигнал, який поступає на бази транзисторів VT2 і VT3 кінцевого підсилювача. Для цього на прямій навантаження визначимо струми бази в точці 0 ( 
) і в точці 1 ( 
). 
, 
.
Відкладемо ці значення по осі ординат вхідної характеристики транзисторів і визначимо відповідне значення 
і 
: 
, 
.
Так як в колі емітера транзисторів VT2 і VT3 кінцевого каскаду діє вихідний сигнал з амплітудою 
, який одночасно є напругою негативного зворотного зв’язку, то на вхід необхідно подати рівень, рівний:
Розрахуємо значення постійних напруг на електродах транзисторів VT2 і VT3. На емітерах постійна напруга в стані спокою повинна задовольняти такі умови:
і 
.
Приймемо 
.
Розрахуємо постійні напруги на базах. Напруга на базі VT2 буде дорівнювати:
.
Напруга на базі VT3 буде дорівнювати:
.
Для нормальної роботи транзистора VT3 постійна напруга зміщення на базі повинно бути більшим амплітуди вхідної напруги 
. Вказана умова виконується ( 
).
Вхідний струм кінцевого каскаду буде дорівнювати максимальному струму бази транзисторів VT2 і VT3, тобто 
. Так як в каскадах попереднього підсилення буде використовуватись операційний підсилювач у якого вихідний струм складає одиниці міліампер, то необхідно застосовувати допоміжний підсилювач - емітерний повторювач, зібраний на транзисторі VT1. підсилювач транзистор колектор повторювач
Робочий струм в робочій точці емітерного повторювача, якай працює в класі А, повинен бути не меншим величини вхідного струму кінцевого каскаду. Приймемо значення постійного струму транзистора VT1 
.
Знаючи напругу на базах транзисторів VT2 і VT3, а також значення струму 
розрахуємо величину резисторів R1 і R2:
;
Приймаємо в якості R2 стандартний номінал 470 Ом.
В якості транзистора VT1 вибираємо транзистор КТ312А. На вихідній характеристиці (рис. 4) будуємо пряму навантаження.
Мал. 49.3 Характеристики для розрахунку емітерного повторювача
Для цього на осі абсцис відкладаємо точку 1 зі значеннями ЕК = 16 В. Потім визначаємо режим транзистора в точці спокою. Напруга на транзисторі в точці спокою буде дорівнювати:
Струм в точці спокою як уже було прийнято . Відкладаємо точку 0 з вказаними вище координатами на вихідній характеристиці. Через точки 0 і 1 проводимо пряму навантаження. Відкладаємо в обидві сторони на осі абсцис від точки 
значення вхідної напруги 
. Визначимо робочу зону характеристики (проміжок між точками 2 і 3).
В точках 0, 2, і 3 визначимо значення струму бази транзистора VT1:
;
;
.
Вказані значення відкладаємо на осі ординат вхідної характеристики транзистора КТ312А. По вхідній характеристиці визначаємо значення напруги між базою та емітером:
;
;
.
Визначимо параметри вхідного сигналу, який подається на базу емітерного повторювача VT1:
Вхідний струм дорівнює ;
Вхідна напруга сигналу буде дорівнювати сумі
і напруги входу кінцевого каскаду ; 
.
Постійна напруга зміщення на базі VT1 дорівнює сумі
Перевіримо, що сума вхідної напруги сигналу і постійної напруги зміщення на базі VT1 не перевищує значення напруги живлення:
Вхідний опір емітерного повторювача дорівнює:
.
Напруга живлення ЕК = 16 В.
СРС № 50