Складання структурної схеми підсилювача
КПУ - каскади попереднього посилення призначені для посилення напруги, струму та потужності до значення, необхідного для подачі на вхід підсилювача потужності. Кількість каскадів попереднього посилення визначається необхідним посиленням.
РОЗУМ - каскад посилення потужності повинен забезпечити подачу навантаження заданої потужності сигналу при мінімальних спотвореннях його форми.
ООС - Негативний зворотний зв'язок призначений для стабілізації режиму постійного струму, завдання необхідного коефіцієнта посилення, і навіть зниження коефіцієнта нелінійних спотворень. Здійснюється вона шляхом передачі сигналу вихідного ланцюга у вхідну в протифазі, тобто вихідний сигнал віднімається з вхідного.
Розробка принципової електричної схеми підсилювача
Принципова схема підсилювача наведена малюнку 2.2
З огляду на вимоги до функціональних вузлів схеми підсилювача, наведених у пункті 2.3, вибираємо схеми відповідних каскадів.
Вхідний каскад - каскад на польовому транзисторі, включеному за схемою із загальним витоком (ОІ); працюючий в режимі А. Даний каскад має великий вхідний опір, значне посилення як по струму, так і по напрузі, має малі нелінійні спотворення.
Каскади попереднього посилення – каскади на біполярних транзисторах, включені за схемою із загальним емітером (ОЕ), що працює в режимі А. Дані каскади мають характеристики дещо гірше, ніж ОІ (невеликий вхідний опір, великі нелінійні спотворення), проте біполярні транзистори .
Міжкаскадна зв'язок обрана гальванічної, т.к. вона не вносить нелінійних спотворень.
Вихідний каскад – безтрансформаторний двотактний підсилювач потужності, зібраний на біполярних транзисторах, включених за схемою із загальнимколектор. Даний каскад дозволяє здійснити безпосередній зв'язок із навантаженням, що дає можливість обійтися без громіздких трансформаторів та роздільних конденсаторів, має хороші частотні та амплітудні характеристики. Крім того, через відсутність частотно-залежних елементів у ланцюгах зв'язку між каскадами можна вводити глибокі загальні негативні зворотні зв'язки, що істотно покращує перетворювальні характеристики всього каскаду.
При складанні схем вихідного та передконечного каскадів, необхідно врахувати наступні моменти:
- У режимі спокою напруга база-емітер кожного транзистора вихідного каскаду має змінюватись від 0 до, приблизно, 0.7В. З урахуванням того факту, що потенціали емітерів даних транзисторів дорівнюють 0, потенціал бази повинен відповідно змінюватись від 0 до 0.7В. Потенціал бази визначається колекторним резистором передконечного каскаду. При цьому на кінцевий каскад необхідно подати двополярне харчування. При цьому слід враховувати, що зі збільшенням напруги база - емітер збільшується струм колектора відповідного транзистора, що призводить до зменшення нелінійних спотворень даного каскаду, але водночас і зменшення ККД.
- Так само необхідно враховувати обмеження щодо маси – габаритних показників як нелінійних, так і лінійних елементів. Одне з обмежень – максимальна потужність резисторів не повинна перевищувати 2Вт. У зв'язку з тим, що обрано гальванічний міжкаскадний зв'язок, то до колекторного резистора передконечного каскаду прикладатиметься напруга, що дорівнює Eп (т.к. необхідно задати нульовий потенціал бази транзисторів вихідного каскаду) і через нього протікатиме струм, трохи більший за амплітуду вхідного каскаду. З урахуванням чого розраховуємо мінімальнийкоефіцієнт передачі струму транзисторів вихідного каскаду h21еум minо формулі:
, (2.4.1)
де Eп – напруга джерела живлення,
Інм-амплітуда вихідного струму підсилювача.
Даний коефіцієнт передачі струму потужних транзисторів можна отримати шляхом застосування транзисторів з високим h11е (складові транзистори) або замінивши транзистори вихідного каскаду схемою Дарлінгтона.
Негативний зворотний зв'язок – паралельна ОС за напругою. Застосування даного виду ОС пояснюється тим, що як вихідний каскад застосовується двотактний підсилювач потужності з двополярним живленням, в якому потенціал виходу в режимі спокою дорівнює нулю (ток виходу спокою відсутній), а як вхідний – каскад на польовому транзисторі, вхідний струм якого близький нанівець. Все це зумовлює неможливість застосування ОС струмом або комбінованої ОС.
При розрахунку підсилювача слід враховувати, що паралельна ООС зменшує вхідний опір каскаду, збільшуючи тим самим коефіцієнт посилення напруги підсилювача.
Вхідний каскад зібраний на транзисторі VT1, включеному за схемою ОІ. Резистор R1 служить вхідним опором підсилювача, а також завдання потенціалу затвора VT1. Резистор R2 — стокове навантаження транзистора VT1. Резистор R3 визначає струм стоку транзистора VT1 в режимі спокою. Каскади попереднього посилення зібрані на транзисторах VT2 та VT3 за схемою із загальним емітером. Резистори R4 і R6 є колекторними навантаженнями відповідних каскадів. Вихідний каскад зібраний за схемою двотактного підсилювача потужності транзисторах VT6 – VT9. Діод VD1 та резистор R7 утворюють ланцюг зміщення. Резистори R8 і R9 служать компенсації теплових струмів транзисторів VT8 і VT9 як спокою. Захист струму зібраний на транзисторах VT4 і VT5 ірезисторах R10 і R11, призначених для відмикання відповідних транзисторів при перевищенні струмів колекторів VT8 та VT9. Резистори Roc1 і Roc2 і конденсатори Coc1 і Coc2 утворюють ланцюг негативного зворотного зв'язку напруги. Конденсатор C1 розділять вхідний ланцюг підсилювача та ланцюг джерела сигналу постійного струму. Ланцюжок C2R5 є фільтром.
Рисунок 2.2 – Принципова схема підсилювача.