УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ МАГНИТОФОНА НА ТРАНЗИСТОРАХ

Б. Хохлов, Радио №11/1964, ст.47

Принципиальная схема усилителя показана на рис. 1. Он воспроизводит полосу частот от 50 гц до 10 кгц. Номинальное напряже­ние на выходе усилителя в режиме воспроизведения 0,5 в, максималь­ное напряжение на выходе в режиме записи 1,5 в. Коэффициент усиления в режиме записи на частоте 1 кгц равен 1000. Входное сопротивление усилителя 500 ком, отношение на­пряжения сигнала к шуму 50 дб. Усилитель рассчитан на работу с магнитофоном, имеющим скорость движения магнитной ленты 9,5 см!сек. Магнитная головка применена универсальная, от магнитофона «Ас­тра», причем в режиме воспроизве­дения используется высокоомная об­мотка с индуктивностью порядка 1 гн, а в режиме записи — низкоом­ная с индуктивностью 40 мгн. Пи­тается усилитель от десяти последо­вательно соединенных элементов ти­па «Сатурн» общим напряжением 12 в. Источник питания включен че­рез электронный стабилизатор на­пряжения, собранный на транзисто­ре Т₇. Опорное напряжение созда­ется диодом типа Д808. Напряже­нием, снимаемым со стабилизатора, питается двигатель магнитофона и оконечный усилитель НЧ. В резуль­тате практически исключаются поме­хи от двигателя, что позволяет ис­пользовать один источник питания.

В режиме воспроизведения сигнал от магнитной головки поступает на базу транзистора Т1 типа П15, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Подробный расчет та­кого каскада был опубликован в журнале «Радио», № 10 за 1964 г.

С сопротивления R₄ сигнал пос­ледовательно поступает на транзис­торы Т₂ и Т₃. Оба каскада охвачены глубокой отрицательной обратной связью, они дают стабильное, не­зависящее от разброса параметров транзисторов усиление, равное 100. Каскады, выполненные на транзис­торах Т₄ и Т₅, также охвачены отри­цательной обратной связью, вели­чина которой зависит от частоты и создает необходимую коррекцию в режиме записи и воспроизведения. Выходной каскад усилителя собран по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе T₆. Он обеспечивает в режиме записи на нагрузке, равной 1,8 ком, напряжение порядка 2 в.

Прежде чем приступать к расчету усилителя, рассмотрим более под­робно его отдельные узлы. Второй и третий каскады усилителя, выпол­ненные на транзисторах Т₂ и Т₃, охвачены отрицательной обратной связью по постоянному и переменно­му току. Отрицательная обратная связь по постоянному току стабили­зирует положение рабочей точки. Напряжение обратной связи снима­ется с сопротивления R9, включен­ного в эмиттерную цепь транзистора Т₃, и через сопротивления R₁₃, R₁₄ (по 27 ком каждое) и R5 подается на базу транзистора Т₂. Конденсатор С5 уменьшает шунтирующее действие сопротивления R₅

Обратная связь по переменному току выполняет две функции. Во-первых, она повышает входное со­противление транзистора Т₂. Как уже говорилось, входное сопротив­ление всего усилителя зависит от величины нагрузки эмиттерного по­вторителя, выполненного на тран­зисторе Т1 Чем больше сопротив­ление нагрузки, тем больше входное сопротивление усилителя. Входное сопротивление 500 ком можно полу­чить, если входное сопротивление каскада, выполненного на транзи­сторе Т₂, будет не менее 15 ком. Кроме того, обратная связь позво­ляет сделать коэффициент усиления тракта по напряжению независящим от параметров использованных транзисторов, температуры и других внешних факторов.

остается практически постоянним, а на высшей частоте (в нашем случае это 10 кгц) возрастает на 10—15 дб.

При записи частотная характерис­тика усилительного тракта изменя­ется и становится такой, как пока­зано на рис. 4. Коэффициент пере­дачи не зависит от частоты, и только на высшей частоте он увеличивается на 10—15 дб.

Частотная коррекция осуществля­ется в четвертом и пятом каскадах, собранных на транзисторах Т₄, Т₅. Работают эти каскады так же, как и каскады, выполненные на транзи­сторах Т₂ и Т3 с той лишь разницей, что здесь обратная связь сделана ча­стотно зависимой. В режиме во­спроизведения напряжение обратной связи с коллектора транзистора Т5 через цепочку С₁₀ R₂₃ С14 R25 L1 подается в цепь эмиттера транзисто­ра Т₄. В режиме записи вместо цепоч­ки С10,R23 включается С₁₁,R24, а контуртур С₁₄,R25L1, обеспечивающий подъ­ем частотной характеристики на час­тоте 10 кгц, сохраняется. Для созда­ния требуемой частотной характерис­тики 3-й и 4-й каскады должны иметь на частоте 50 гц усиление порядка 90, на частоте 1 кгц — около 5 и на частоте 10 кгц — 16. Считаем, что через транзистор Т₄ протекает ток 0,5 ма, а через T5 — 1 ма и что коэф­фициент В транзисторов Т5,   T4 имеет среднее значение порядка 50. Транзистор Т₅ должен работать в режиме А и развивать на нагрузке напряжение 2 в-эфф, то есть около 6 в пикового. Чтобы иметь некоторый запас, увеличиваем это напряжение до 6,6 в. Тогда на эмиттерном сопро­тивлении будет падать 1,4 в, а зна­чит, оно должно быть равным 1,4 ком. Составим его из двух сопротив­лений 100 ОМ (R21) И 1,3 КОМ (R22)- Незашунтированное сопротивление 100 ом (R21) уменьшает влияние раз­броса параметров транзистора на усиление. Величину сопротивле­ния R20 (3,3 ком) определяем исходя из того, что падение напряжения на нем должно быть таким же, как и на участке коллектор—эмиттер транзистора Т₅. Напряжение на базе этого транзистора незначитель­но, на 0,1—0,2 в превышает напря­жение на эмиттере, то есть равно 1,5—1,6 в. Зная это напряжение и ток, протекающий через транзистор Т₄, находим величину нагрузочного сопротивления R₁₉ (13 ком). Напря­жение коллектор—эмиттер транзис­тора Т₄ может быть сравнительно небольшим. В нашем случае оно выбрано равным 0,7 в. Значит, на эмиттере транзистора Т₄ должно быть напряжение 0,8 в, а суммарная вели­чина сопротивлений R17 и R₁₈ долж­на составлять 1,6 ком. Напряжение на базе транзистора Т₄ практически такое же, как и на его эмиттере, то есть 0,8—0,85 в. Чтобы получить такое смещение, напряжение, сни­маемое с сопротивления R₂₂ (1,3 в), делим в требуемой пропорции сопро­тивлениями R₁₅ и R₁₆— При исполь­зовании транзисторов с большим раз­бросом коэффициента В поддержи­вать заданный режим можно, лишь незначительно изменяя величину соп­ротивления R₁₅

Далее переходим к расчету кас­кадов по переменному току. Если транзистор T5 имеет коэффициент В = 50, крутизна его будет 37, а с учетом влияния сопротивления R21 она упадет до значения 7,9. В таком случае коэффициент усиле­ния этого каскада будет около 22. На низшей частоте усиление обоих каскадов должно быть равным 90. Считаем, что цепь R₂₃, С₁₀ при этом имеет бесконечное сопротивление, тогда усиление четвертого каскада, которое должно быть равным 90/22 = 4,1, определяется величиной сопротивления R₁₇ в эмиттере тран­зистора Т₄. Сопротивление нагрузки этого транзистора по переменному току состоит из параллельно сое­диненных сопротивления R₁₉ и вход­ного сопротивления транзистора T5 и равно 4,25 ком. Крутизна транзис­тора Т₄ с учетом влияния сопротив­ления R17 будет равна 4,1/4,25 = = 0,97, а без учета сопротивления R17—18,9. Из соотношения S’=S/(1+SRэ) находим величину сопротивления R17 — 1 ком. Сопротивле­ния R₁₇ и R₁₈ должны в сумме со­ставить 1,6 ком, выбираем R17 = 910 ом и R₁₈ = 680 ом. На частоте 1—2 кгц усиление чет­вертого и пятого каскадов из-за цепи R₁₇, R₂₃, С10 должно умень­шиться до значения 5. При этом уси­ление будет зависеть не от парамет­ров транзисторов, а от параметров цепи обратной связи: K=(R17+R23)/R17=5 Сопротивление в цепи обратной связи будет равно R23=4R17=3,6кОм

На высшей звуковой частоте (10 кгц) усиление возрастает из-за ре­зонанса в цепи R25, С₁₄, L1 Величина R25 определяет степень этого роста, а характеристическое сопротивле­ние контура — полосу звуковых час­тот, в которой этот рост происходит. Зададимся величиной подъема час­тотной характеристики на частоте 10 кгц — 15дб (5,7 раз), а полосой —2 кгц. Из соотношения (R23+R25+R17)/R17=5*5.7 нахожим величину сопротивления R25 =24kOm, а зная полосу подъема, определяем доб­ротность контура. С учетом сопро­тивления R25 она должна быть рав­на Qн=10кГц/2кГц= 5. Учитывая, что добротность холостого хода Q=100, из соотношения Rшунта=R25=wL*(Qn*Qo)/(Qo-Qn) находим вели­кочину индуктивности L1 = 55 мгн.

В режиме записи параметры кон­тура, определяющего высокочастот­ный подъем характеристики, не ме­няются. Подъем на низших и сред­них частотах равный 1000 (на тран­зисторы Т₄—Т₅ приходится усиле­ние 10) создается цепью R24, С11 поэтому, руководствуясь равенством (R24+R17)/R17 =10, можем найти R24=8.2kOm. Степень подъема при записи будет несколько меньше, чем при воспроизведении, и составля­ет   (R24+R25+R17)/R17 =33,2, то есть около 10 дб.

Каскад, собранный на транзисторе Т₆ по схеме обычного эмиттерного повторителя, в режиме воспроиз­ведения «раскачивает» мощный око­нечный усилитель, а в режиме за­писи питает магнитную головку. Для того чтобы нагрузка в этом каскаде не зависела от частоты, го­ловку включают последовательно с корректирующей цепочкой R₃₀, С₁₇. При полосе частот усилителя 10 кгц и индуктивности головки 40 мгн, сопротивление R₃₀ равно 1700 ом, а конденсатор С₁₇ — 6500 пф. При максимальном токе записи 0,5 ма требуется выходное напряжение 0,85 в. Каскад рассчитан так, что он обес­печивает неискаженное выходное на­пряжение порядка 1,5 в. Коллектор­ный ток каскада составляет 4,5 ма. Входное сопротивление транзистора T6 получается значительным — около 20 ком. Поэтому транзистор Т₅ практически работает как генератор напряжения.

Транзистор T1 должен иметь возможно меньший неуправляемый ток (не более 1 мка при напряжении коллектор — база 5 в) и коэффициент В в пределах 80—150. Остальные транзисторы могут иметь неуправ­ляемый ток 1—2 ма и В в пределах от 30 до 100. Если эти условия вы­полняются, налаживание усилите­ля сводится к точному подбору соп­ротивлений R₁₅ и R26 При этом сле­дует добиться, чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзис­тора Т₅ относительно земли соста­вило 4,8 в, а на эмиттере транзистора T6—4,4-4,5 в. Режим остальных каскадов при точном соблюдении номиналов сопротивлений устанав­ливается без подстройки. Дроссель L1 выполнен в сердечнике ОБ-1 с проницаемостью 2000 и содержит 800 витков провода ПЭЛ 0,08.

На рис. 5 приведены эксперимен­тально снятые частотные характе­ристики усилителя. Характеристи­ки снимались при использовании транзисторов Т₂—T₆ со значениями В 30 и 100. Как видно из графиков, столь большое изменение В почти не сказывается на характеристи­ках усилителя.