Описание существующих конструкций

1.3 Описание существующих конструкций

Транзисторные усилители низкой частоты могут строиться на одной из двух схем – трансформаторной или бестрансформаторной.

Рассмотрим достоинства и недостатки бестрансформаторного двухтактного каскада усиления мощности.

В схему входят два транзистора разной структуры: транзистор Vl - p-n-p, транзистор V2 - n-p-n. По постоянному току транзисторы включены последовательно, образуя как бы делитель напряжения питающего их источника постоянного тока. При этом на коллекторе транзистора V1 относительно средней точки между ними, называемой точкой симметрии, создается отрицательное напряжение, равное половине напряжения источника питания, а на коллекторе транзистора V2 - положительное, и также равное половине напряжения источника питания. Динамическая головка B включена в эмиттерные цепи транзисторов: для транзистора V1 - через конденсатор С2, для транзистора V2 - через конденсатор С1. Таким образом, транзисторы по переменному току включены по схеме ОК (эмиттерными повторителями) и работают на одну общую нагрузку – головку В.

На базах обоих транзисторов усилителя действует одинаковое по значению и частоте переменное напряжение, поступающее от предоконечного каскада. А так как транзисторы разной структуры, то и работают они поочередно, в два такта: при отрицательной полуволне напряжения открывается только транзистор V1 и в цепи головка В - конденсатор С2 появляется импульс коллекторного тока (график б), а при положительной полуволне открывается только транзистор V2 и в цепи головка - конденсатор С1 появляется импульс коллекторного тока этого транзистора (график в). Таким образом, через головку течет суммарный ток транзисторов (график г), представляющий собой усиленные по мощности колебания звуковой частоты, которые она преобразует в звуковые колебания.

Достоинства схемы:

- нет необходимости использовать трансформаторы, занимающие достаточно много места;

- отсутствие трансформаторов означает отсутствие паразитных высокочастотных резонансов, значительно ухудшающих качество сигнала;

- можно значительно улучшить качество сигнала путем правильного подбора компонентов.

Недостатки:

- тяжело подобрать транзисторы (особенно при использовании транзисторов разной полярности) с характеристиками, близкими на всем диапазоне значений выходного сигнала, это приводит к значительному усложнению схемы;

- бестрансформаторную схему нельзя приспособить к широкому диапазону нагрузок.

Таким образом, трансформаторный каскад усиления мощности лучше бестрансформаторного, так как он обеспечивает наилучшее согласование нагрузки с выходным сопротивлением усилителя, и цепь нагрузки изолируется от действующих в цепях усилителя постоянных напряжений.

1.4 Описание схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная усилителя низкой частоты переносной магнитолы представлена на чертеже ПК 200108.316.23.10 Э3.

Входной низкочастотный сигнал поступает на вход усилителя низкой частоты и далее через разделительный конденсатор С1 на вход каскада предварительного усиления, собранного на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Этот каскад обладает большим коэффициентом усиления как по току, так и по напряжению, что очень важно для входного каскада. Входное сопротивление каскада с общим эмиттером определяется крутизной вольт – амперной характеристики транзистора, поэтому выбираем в первом каскаде транзистор КТ3107Д с большим коэффициентом усиления и малыми собственными шумами.

Напряжение смещения на базе транзистора VT1 снимается с делителя R1, R2. Резистор R4 служит для стабилизации рабочей точки транзистора при изменении температуры окружающей среды. Конденсатор С4 - блокировочный. Он шунтирует резистор R4 по переменному току и тем самым предотвращает снижение коэффициента усиления каскада по напряжению.

Цепочка R5 С2 выполняет роль фильтра низких частот по цепи питания каскада предварительного усиления и не пропускает сигналы свыше частоты 80 Гц.

Без этого фильтра усилитель низкой частоты склонен к самовозбуждению, то есть усилитель может стать генератором низкой частоты и следовательно не выполнять свои функции.

Нагрузкой каскада предварительного усиления служит резистор R3. с него через разделительный конденсатор С3 усиленный сигнал поступает на вход предоконечного каскада, выполненного также по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT2. Резисторы R6, R7, R9 обеспечивают начальное смещение и термостабилизацию схемы. Конденсатор С5 необходим для устранения обратной связи по переменному току. Резистор R8 выполняет роль нагрузки предоконечного каскада.

Усиленный по мощности сигнал с выхода предоконечного каскада поступает на вход двухтактного оконечного каскада, собранного на комплементарной паре транзисторов VT3, VT4 разной проводимости, но с одинаковыми параметрами, по схеме сообщим коллектором.

Такая схема применяется при значениях выходной мощности порядка нескольких ватт. Работает каскад в режиме класса В. Его достоинства: простота, высокий КПД, небольшой коэффициент гармоник, хорошее согласование с низкоомной нагрузкой.

Усиленный по мощности низкочастотный сигнал с выхода оконечного каскада далее поступает через разделительный конденсатор С6 в нагрузку, которой является головка динамическая.

2. Расчет элементов схемы электрической принципиальной

2.1 Расчёт оконечного каскада

1. Определяем колебательную мощность, отдаваемую каскадом по формуле:

,

где  - мощность в нагрузке, ,  - КПД трансформатора, принимаем равным 0,7:

.

2. Определив отдаваемую каскадом мощность, можно выбрать тип транзистора. В данном случае это транзистор типа КТ816А с параметрами: , , , .

3. Определяем допустимое напряжение на коллекторе транзистора по формуле:

,

где  - максимально допустимое значение напряжения на коллекторе транзистора, ,

.

4. Определяем величину импульса тока в коллекторной цепи по формуле:

,

.

5. Определяем сопротивление нагрузки, вносимое в половину первичной обмотки трансформатора по формуле:

,

где  - амплитуда напряжения в цепи коллектора, , где

 - остаточное напряжение на коллекторе, :

,

.

6. Строим нагрузочную характеристику каскада по двум точкам:

1 точка - ,

2 точка - .

Из графика определяем максимальное значение коллекторного тока:

.

7. Определяем отдаваемую каскадом мощность по формуле:

,

.

8. Определяем мощность рассеяния на коллекторе транзистора по формуле:

,

.

9. Определяем исходный ток коллектора по формуле:

,

.

Исходя из полученных данных, находим амплитуду тока коллектора по формуле:

,

.

По статической характеристике определяем:

- ток базы ,

- напряжение смещения .

Для максимального выходного тока  находим следующие значения:

-,

-.

Исходя из этих данных, определяем амплитуды тока и напряжения базы:

,

,

,

.

10. Определяем входное сопротивление с учетом смещения по формуле:

,

.

11. Определяем амплитуду тока базы с учетом запаса по входной мощности по формуле:

,

.

12. Определяем требуемую входную мощность по формуле:

,

.

13. Определяем коэффициент усиления по мощности по формуле:

,

.

14. Определяем значения резисторов делителя по формулам:

,

,

,

.

15. Определяем мощность рассеяния на резисторах  и  по формулам:

,

,

,

.

16. Определяем наибольшее значение напряжения на резисторе  по формуле:

,

.

17. Определяем напряжение входного сигнала по формуле:

,

.

18. Определяем сопротивление первичной обмотки входного трансформатора по формуле:

,

,

,

.

19. Определяем параметры выходного трансформатора. Для этого определяем коэффициент трансформации по формуле:

,

.

Определяем сопротивление первичной обмотки по формуле:

,

.

Определяем сопротивление вторичной обмотки по формуле:

,

.

Определяем индуктивность первичной обмотки трансформатора по формуле:

,

.

Определяем индуктивность всей обмотки трансформатора по формуле:

,

.