где Ек -напряжение питания рассчитываемого каскада;

/ф-постоянная составляющая тока, текущего через /?ф; в схеме рис. 4.1 ток /ф равен току через сопротивление Ri. Значения коэффициентов при Ек в формулах для н Рэ выбирают такими, чтобы напряжение коллектор-эмиттер Uksq, равное разности Ек и падений напряжения на указанных сопротивлениях, составляло (0,3-f-0,4) Ек . Величина Ек не должна превышать кэдоп Для примененного транзистора. Сопротивления Ri и R2 рассчитывают по указаниям стр. 30-33 и, если необходимо, проверяют работу схемы стабилизации. Коэффициент усиления каскада по току находят по выражению

в\ тр сл

где /?вхТрс1 - входное сопротивление переменному току транзистора следующего каскада; /?к- - сопротивление нагрузки переменному току цепи коллектора рассчитываемого каскада, равное параллельному соедпнспию Rk , РвхТрсл и других сопротивлений, включенных по переменному току параллельно Рвчтрст . Значение Кл- можно найти и более простым способом, как отношение

lax т С1 К /вч/и --йг рассчнтывасмого каскада. Расчетную амплиту-

д\ входного папрялчення сигнала находят по формуле

B4,v:~ / (4.4)

знамепче /?вчтр определяют по касательной, провел,е!!ной к точке покоя на входной статической характеристике транзистора рассчитываемого каскада для включения с общим эмиттером. Коэффициент усиления напряжения К, если он нужен, можно найти из выралчсння

К = . (4.5)

Емкость конденсатора межкаскадной связи рассчитывают по формуле

0,159

исходя из допустимых частотных искажений М„, вносимых ми на низшей рабочей частоте. Прн этом считают:

г, В1.\ Тр к D I? в\ Тр 11 дел 1.Л / л у\

tXuwx - 73- TIT ~ А ь , в\ п - --\-п- / (.I- ;

m,i\ lp 1 вчТрсл -ютсл

1ле Рвых - выходное сопротивление каскада,

Рвых Гр - выходное сопротивление транзистора рассчитываемого каскада,

Римл-входное сопротивление следующего каскада с учетом его цепей смещения и стабилизации.

Если в схеме имеется конденсатор Сэ, его емкость и вносимые м частотные искажения на нижних частотах определяют по )-лам (3.23) и (3.24). Полный коэффициент частотных искажений каскада на нижних частотах определится в этом случае совмест-1ЫМ воздействием Сс и Сэ ; Ж„каск=М„сМнэ . Коэффициент частот-1ых искажений М^ на нижней рабочей частоте / можно рассчи-ать по формуле

(4.8)

Расчет коэффициента частотных искажений каскада на верх-гей рабочей частоте /в производят по формуле

Mb=J. yi + {6,28/вСоАэкв) (4.9)

Полагая нагружающую каскад емкость Cq равной:

Cg СвыЧ оэ Ь Сэдст . (4.10)

Значения Свыхоэ и С эдс. находят по ф-лам (1.5) и (1.7), одна-со o6fj4Ho Сьыхоэ с С^д с1 И МОЖНО считзть Со Сэдсл . Значение I экв представляет собой параллельное соединение /?выхтр и Rk ; эднако в обычных случаях /выхтр^к^ и можно считать

экв ~ R к,-,.

Пример 4.1. Рассчитаем транзисторный реостатный каскад предварительного усиления для однотактного каскада мощного усиления примера 3 I со следующи-,1И данными f 90 гц, f = 5000 гц, Л1 с1,06, М„э 1,12, М^ 1,26, Гокр макс =-f 30°С, Г окр. мни =--10°С, напрялсенне питания каскада £к = Не, коэффициент усиления желательно иметь наибольшим Каскад доджей нормально заботать при установке в него любого исправного экземпляра трапзнсгора выбранного тина. Данные каскада мощного усиления и использованного в нем транзистора П202 таковы /вхт<л =12,9 ла, (Уп\ m 1л =0,13 в, Тр 11 =10, ом.

К,я = ==73,3, /грминоб =200 кгц. Ск м^кс =500 пф, Яа бс-, -=0,288 ом,

/?1с, -360 ом, Rici =68 ом

Так как каскад должен быть рассчитан на установку в него любого экземпляра транзистора, применим эмиттерную схему стабилизации режима, дтя развязки и дополнительного сглаживания пульсации источника ннташ! в цепь делителя включаем развязывающий фильтр Сф /?ф . Схечд рассчитываемого каскада изображена на рнс 4.2 Найдем значение /кш , просуммировав токи сигнала, (текущие через сопротивтенне /?в\Трсл , гсл, R[ci, Rk

кт - 1

III \ 111 \ I fi

-вхтсл \ I -ттсл \ I в\тсл

Ргсл I \ Ri l.t I \ Rkop

.....- . 1 с; 7 ,j

68 360 288

= И,9.10-.+ Л1 ,JW +413 , 5.7.а,

где ориентировочное значение R находим, положив падение напряжении на нем равным 0,4 Ек :

Rk op

0,4/:;

= 228 ом.

Рис. 4 2 Схема реостатного каскада к примеру 4 1

Таким образом, минимальный ток покоя коллектора [ранзистора реостатного каскада составит

/ко=(1,05ч-1,2)/кт=1,1 15,7 17л< . Выбираем для каскада транзистор Г115Л, для которого:

/комакс=20.а,р„ -50(а„ = 0,98),р„ ,= 100(%, ,=0,99), t/кэдо.,-15й. /г = 2 Л1гч, /к„с^10 .яла, Ртт~-0,2°С/мвт, С50 пф. По граничной частоте транзистор П1.5А подходит, так как

/.рмп„ б = 2 Л4гч> 3/ \р = 3 5000 75=1,13Жгг^.

Найдем Rk и /?э взяв падение паггряжения па них равш.гми 0,4 Е^ н 0,2 Ек соответственно:

Rk =

о,2£;-

0,4 17 .

10~ 11

7 10-

= 259 ом (стапд. 270 ом), \29 ом (етанд. 130 ом).

10-3 .270-17 -10-3 . 130 = 4,2 в.

Для UhM =4,2 в и /кО =17ла по статическим выходным и входной характеристикам П15А находим (УбэО =0,24 в, /?вхо= =258 ом (рис. 4.3, точка /).

Взяв ггадение напряжения па Rф равпьгм 1,5 в, получим напряжение, подводимое к долителю смещения Е'к = 11 - 1,5 = 9,5 в, кото1)ое и используем для расчетгг Rt и /кОмсс . Максимальную температуру коллекторного перехода считаем равной

R.

При ЭТО'

t/к эо = £к-/кО/?к--/кО Рэ = И - 17

= Гокрмакс -I- /ко t/k,oPxx =+30+17- IQ- 4,2 0,2 10-45°С

Задавшись значением Л2 = 6/?вмоэ =--1356 ом (станд. 1300 ом) и найдя по )-лам (1.16) и (1.17) t/бэОмакс =0,262в, f бэОмип =0.185 в,/кн маю =Ъ6Амка, эпределим, что /?i = 2960 ом (станд. 3000 ом). Расчет /кО макс и Ukm мип дает значения 19,5 ма н 3,2 в, что допустимо.

Рис. 4.3. Входная характеристика транзисторов П13-П15А, включенных с общим эмиттером, к примерам 4.1, 4.2 и 4.3

Сопротивление нагрузки цени коллектора неременному току равно

RkRka слРях Трсл

/?к~ --

/?к/?делсл t /к^пхТрсл дел слвх Трсл

270 . 57,1 10.1

где

270 57,1+270 10,1+57,1 10,1 R1R2 68 360

8,31 ом.

дел сл

= 57,1 ОМ.

.делсл ,+2 68 + 360

Амплитуда входного тока сигнала и коэффициент усиления каскада составят;

Дх т hm

6т

15,7 50 12,9

= 0,314 ма,

= 41.

1бт 0,314

Амплитуда напряжения входного сигнала и коэффициент усиления напряжения каскада равны:

0 хт = бэт = hxm /?вхТр = UmR.xo. =0,314 IQ- . 258 = 0,078 ,

и вхтсл 0,13 и гп 0,078

= 1,69.

Емкость конденсатора связи С с найдем по формуле

0,159 0.159

/ (Роых + /?н.,с.,)1/Л^-~1 90 . 278,5 . У 1,062-1 = 1,81 10-5=18,1 мкф,

где

Рвь,х-г^.,сл-Рк + /-~ 270+1 =278,5 ом.

ХвхТрсл-Г-Кделсл lU,l-+-0/,l

Конденсатор берем электролитический с емкостью не менее найденного значения и рабочим напряжением не ниже 13 в. Сопротивлением источника сигнала для рассчитываемого каскада R ет является выходное сопротивление предыдущего каскада, соединенное параллельно с сопротивлениями Ri н /?2 делителя смещения данного каскада;

о' 2 3000 1300 о

- ~Ж;ТГ2 зоооТТзоГ

/? РкРдел . 3900 906

Рк л- Р.ел ~ 3900-f 906

(R к определяется в примере 4.2).

Необходи.мая емкость блокировочного конденсатора Сл составит:

fnRb V vW,3--l 90.1301/ 1,122-1

= 0,00038 0 = 380 мф,

/? с.-ЬА , ~ 735 + 258

Конденсатор Сэ берем электролитический с емкостью не менее найденного значения и рабочим напряжением не ниже падения напряжения на . Емкость, нагружающая рассчитываемый каскад предварительного усиления, и его коэффициент частотных искажений па высшей рабочей частоте равны

0 эд сл 7 р сл (1 rc.i) ~

Угр мин А вх об сл

0,16

200 000 0,288 тогда

-500 10-2(1 +73,3) =2,82 1О- 0 = 2,82 мкф.

Л/в- у--VI К6,28ЛС R ,y

В

уГ+{6,28 5000 2,82 10- . 8,31) =1,24,

что не превосходит заданного значения.

Пример 4.2. Рассчитаем реостатный каскад предварительного усиления для каскада примера 4,1 с транзистором того же типа (П15А) и теми же условиями эксплуатации, имеющий: fn =90 гц, fa =5000 гц, Л1 с<1,03, Mm < 1,06, напряжение питания каскада Ек =9,5 в.

Так как условия работы рассчитываемого каскада те же, что п в примере 4.1, е[0 схема не будет отличаться от схемы рис. 4.2.

Значеьне 1кт для рассчитываемого каскада составит

кП! ~ Afx т сл

и

. тсл\ I I и а\ т сл 2 сл . \ Rl 0.1

Расчетный ток покоя цепн коллекгора равен

/, =(1,051,2)/ =1,1 0,5 = 0,55

Так как полученное значение тока покоя меньше рекомендуемою минимального тока коллектора, равного 1 ма для транзистора П15Л, берем =1 ма. Тогда Рк , Rb н и кэо составят:

0 4/ 0 4.45

7 =3800 ом (станд. 3900 ом),

/кп 1 10

о 2F О Q 5

1900 ОМ (станд 1800 ом),

/[со 1 I и

и^эо- F,~I ,R,~ I,oR, =9,5-1 10-3- 3900-1 -10 * 1800 = 3,8 я

Для Uioii --3.8 в и /кн =1 ма по статическим выходным п входным характеристикам П15А. для включения с общим эмиттером находим б'оэо =0,1,3 в, /?1)М)э =1170 ом (рис. 4.3, точка 2). При падении напряжения на R,p , равном 1,5 н, подводимое к делителю смещения напряжение Е'к =9,5-1,5=8 я, которое н используем для расчета Ri н /ко ып . Максимальная температура коллекторного перехода равна

/ .КС .КС I 1коУ..<Ял=0+1 \0 3,8 0,2 . 103 30Х.

Задавшись значением /?2= Ю/? .,ч э = 10 1170= 11 700 ол1 (станд 12000 o.w), также, как и в примере 4.1, найдем: l/fisn m.iht =0,152 в, LojO м.,.. =0,108 в, /ки \ыьс =20 -чк-с, /?1=32200ож (станд. ЗЗОООол). Значение Ri округляем в большую сторону, так как ток /ьо взят с запасом Расчет /ко mjkc и Окэ мил Да-Of значснни 1,18 .кч н 2,8 я, что допустимо ( опротивлсипе нагрузки г1,ен[! коллектора переменному току равно

R к чел сл R I р с 1

сл R к Rii\ Т]1 сл I R лел сл i р с

3900 906 . 258

.3900 906 + 3900 258 + 900 258

= 191 ОМ,

где

.3000 1300 г.,.

/<.к.лсл- j f - ;JQ00+1300

11(1 тем же формулам, что и в примере 4.1, найдем: /ош =0.01 ма. Кг =31,4, L/(,!,m - 0,0117 -=11,7 ж . К =6,65 Для нам.юниого значения (Rkux +Rv\cj ) = -j4100 ом H.iyo iHM емкость конденсатора связи С^. =1,74 мкф. Конденсатор берем э.-н'ктролитическнн с емкостью не менее расчетной и рабочим напряжением

не ниже 13 в. Если сопротивление источника сигнала для рассчитываемого каскада Лист =860 ом, Saz =0,05 а/в (для Рмакс =100), ТО необходимая емкость блокировочного конденсатора Сэ составит: Сэ =0,000258 ф=258 мкф.

Емкость Со, нагружающая рассчитываемый каскад, и его коэффициент частотных искажений на высшей рабочей частоте М в , найденные по тем же формулам, что н в примере 4.1, равны 0,024 мкф и 1,01 соответственно (в расчете Cq значение /?вхобсл =3.5 ом определено по входной статической характеристике транзистора П15А, включенного с общей базой для /эсл ~/кО сл =17 ма).

4.3. Расчет трансформаторного каскада предварительного

усиления

Расчет транзисторного трансформаторного каскада предварительного усиления начинают с выбора принципиальной схемы, удовлетворяющей заданным условиям. При этом решают вопрос о необходимости применения той или иной схемы стабилизации, введения цепочки фильтра Ссь^фИ т. д.; транзистор для такого каскада берут маломощный (П6, П13, П15 и т. д.) и обычно включают его с общим эмиттером, так как это позволяет получить от каскада наибольшее усиление

Режим работы транзистора выбирают экономичный (ток покоя коллектора /ко порядка 1 ма, напряжение коллектор-эмиттер Uv.3u - порядка 5-=-7 в в зависимости от типа транзистора и напряжения питания). У транзисторных трансформаторных каскадов предварительного усиления звуковой частоты коэффициент усиления обычно зависит от размеров трансформатора, возрастая с увеличением размеров последнего. Поэтому при расчете такого каскада исходят из размеров сердечника допустимых в проектируемом усилителе. Выбрав по нормали или спроектировав сердечник допустимых размеров, рассчитывают размещающееся на нем количество витков первичной обмотки coi, ее индуктивность L\ и ее активное сопротивление Г] [см. ф-лы (7.7) и (7.20)], отведя на эту обмотку около 0,75 полезной площади окна и беря для нее провод не тоньше 0,05 мм с эмалевой изоляцией (из соображений механической прочности и устойчивости против коррозии). После этого определяют /?эн по формуле:

Рэн = 6,28/ L, УЖ2 Т ~\, (4.И)

находят Р( транзистора в рабочей точке по семейству статических выходных характеристик и определяют необходимый коэффициент трансформации трансформатора по выражению

и - 1 / Рвхсл ( /?1-ЬГ1-Рэн) 12)

Частотная характеристика каскада в области нижних рабочих частот может быть рассчитана по формуле

М

а в области верхних рабочих частот (при активной нагрузке трансформатора, что нередко имеет место) по выражению

(4.14)

где

и Ls - индуктивность рассеяния трансформатора, найденная из конструктивного расчета.

Пример 4.3. Рассчитаем трансформаторный инверсный каскад предварительного усиления, имеющий следующие данные: f =100гч, /в -=5000 г^, Л1 т< 1,12, Л1н9< 1,06, £к =10 в, каскад предназначен для работы в комнатных условиях (Гокрмин =-1-10°С, Гокр макс =-1-30°С). Нагрузкой рассчитываемого каскада служит в.ходная цепь оконечного двухтактного каскада, работающего в режиме А (рис. 3.18), аналогичного рассчитанному в примере 3.3, и имеющая входное сопротивление плеча переменному току, равное 10 ом (Яв\сл =2-10=20 ож), Явх^сл =0,5 жег.

В соответствии с указаниями § 4.3 и условиями задания, выбираем схему каскада (рис. 4.4); схему стабилизации применим комбинированную. Для однотипности применим в рассчитываемом каскаде транзистор П14А, данные которого приведены в примере 3.3; напряжение коллектор-эмнттер t/кзо возьмем равным 5 в, что вполне допустимо, так как (Укэдоп Для П14А составляет 30 в. Минимально допустимый ток покоя цепи коллектора найдем, полагая кпд каскада Т1д в режиме А, при включении с общим эмиттером, порядка 0,45 и кпд трансформатора г\ т- =0,7:

ко мин -

Ро Р~ 0,5 10-3 А т кэо 0,45 0,7 -5

= 3,18 . 10- = 0,318 ма.

Так как ток покоя получился много меньше рекомендуемого минимального значения в 1 ма, это показывает, что каскад следует рассчитывать не как каскад мощного усиления, а как кас-

кад предварительного усиления, что и делаем, взяв /ко = = 1 ма.

По семейству выходных и входной статическим характеристикам П14А для включения с общим эмиттером находим напряжение смещения 1/бэО = =0,16 в, Rexob =770 ом (рис 4,3, точка 3) и Яъы\оз = =30 ком. Расчет трансформатора производим, исходя из максимально допустимого размера сердечника, считая таковым Ш-4Х6, имеющий: ух = = 4 мм, 1/2=6 мм, уз=2,5 мм, h=l4мм, Ь^5 мм, q =0,21 сж2, с =3,9 сл, /о = 3,6сж (см. прн-

-Г

Рис. 4.4. версного

Схема трансформаторного ии-каскада предварительного усиления, к примеру 4.3

ложение 8) Использовав для сердечника 45-г50% пермаллой толщиной 0,3 мм, применим для первичной обмотки медный провод марки ПЭЛ с диаметром без изоляции 0,05 мм {d =0,065 мм), что допустимо с точки зрения механической

прочности и устойчивости от коррозии (см стр 160) Для сердечника .Ш-4ХЬ сечение намотки Q составляет примерно 52 мм- (расчет сечения иамотки см в п 7), отведя для первичной обмогки 0,75 сечения намотки, найдем мeньшaю-щееся на каркасе число витков первичной обмотки.

0,75 Q к, 0,75 52 0,53 --d;,- -67065- =900

где Кз-коэффнаисит заполнения первичной обмотки, равный 0,53 для намотки в разброс проводом 0,05 мм с бумаж(гыми прокладками (см табл 7 5). Активное сопротивление первичной обмогки Г| составит

/-! = Ш1/оГо = 4900 3,6 10-2 . 8,92 = 1580 ом,

где lo - средняя длина витка для Ш-4Х6;

Го - сопротивление 1 м выбранного провода, равное 8,92 ом. Найдем ампер-витки постоянного подмагничивания на 1 см длины сердечника

/коил I 10-3 . 4900 ,

= -з:9-=2-

При этом согласно рис 7 5 магнитная проницаемость цэи 45% пермаллоя равна 1000 гс/з, и индуктивность первичной обмотки и значение эн составят.

hMcWi 1,26 . 1000 . 0,21 4900 Li- ц^в^ - зд -16,3 гн.

/?эн = 6,28/ Li Ум\т - 1 =6,28 100 . 16,ЗУ 1,12-1 =5130 ом.

г трансформач из выражени{

Коэффициент трансформации трансформатора и числа витков вторичной обмотки опреде!им из выражений-

,P,H+4riP,H-3r,/?,-3r,2

2Т1о7зГбШТТт=Тз

30000-5130 + 4 1580-5130 -3- 1580 30 000-3-15802 тег nw 0,12 4900 -= 588 витков.

Диаметр провода вторичной обмотки подбирают таким, чтобы а оставшееся свободное место на каркасе умесгиось найденное число витков oij Падение напряжения на возьмем равным 1 о, ттда падение ианряжешш иа Ra составит

£з=/?к-кэо-£ф-/коГ, = 10--5 -1-1 10-3 . 15802,4 в.

Величины Rф , Ra , R2 найдем из выражений-

Еф 1 Еа Еа 2,4

* = 7 -1:10==Т^--и. - Ы0--2400 ои.

/?2=(5-+10)/?в,оэ= 7 770 = 5390 ом (станд. 5100 ом)

Комбинированную стабилизацию рассчитаем на смену транзистора при максимальной температуре коллекторного перехода

Т'пмачс^- окрм.кс + /коУкэо/?гт-=30-Ц 10-3 . 5 0,2 Ю^ЗОХ,

/кнмакс=20 !0-Sa = 20 ж/са; ПО ф-лам (1.17) найдем Обэомакс =

= 0,182 в,

Ушшт =0,138 8 И

[мин (к ~ бэо макс) (/?э /?ф) 7ко мип]-->

( э 2) /кОмни

ф (чни бэо mjkc ~1~ Домин) мнн (До мнн R бэО макс)

- 5100 [0,952(Ю-0,182)-(2400-j-1000) 1 Щ-з]-->

(2400 + 5100) 1 10-3--

--1000(0,952-0,182 + 2400-ЫО-з)

/ макс {Ек R4 ВЦ мин) 1~ .Дн макс

/ко макс - А п Р Р ~

-fi макс А 1 А2

0,976(10 5100-16 100 0,138)+94 740 ООО 20 lO-s

94 740 000-0,976-10 000 5 100 -М^/а,

где Л=/?,(/?1 + /?2 + /ф) 4/?2(/?1 + Лф) =2400(10000 +

+ 5100 + I ООО) + 5100 (10 ООО + 1 ООО) = 94 740 ООО,

Б = /?, + /?2 + /? ф = i О ООО + 5100 + 1 ООО = 16 100,

II I г До макс-4н мчкс/ , .RaRA /?ф

с^ комки -Ск-/ко чакс1- А - ф- --- --г-С'бэОмии

макс \ R-i I R-i

1 1 . Щ-З -20 . 10-е/

= 10-1,1 . 10-3 1580---2400+1000 +

0,976

2400 1000 \ 1000

5100 I 5100

0,138 = 4,56 в,

что вполне достаточно. Необходимую емкость конденсатора Сэ рассчитывают по ф-ле (3 23) так же, как и в примере 3 1, расчет конденсатора Сф производят, исчодя из необходимого сглаживания и развязки; он рассмотрен в гл. 6.

Бестрансформаторные инверсные каскады, как, например, каскад с разделенной нагрузкой, инверсный каскад с эмиттерной связью, являющиеся каскадами предварительного усиления, в которых имеет место отрицательная обратная связь, рассмотрены в следующей главе.