Сторінка 1 з 2
Принцип роботи транзисторного підсилювача заснований на тому, що за допомогою невеликих змін напруги або струму у вхідному ланцюзі транзистора можна отримати значно більші зміни напруги або струму в його вихідний ланцюга.
Зміна напруги емітерного переходу викликає зміна струмів транзистора. Це властивість транзистора використовується для посилення електричних сигналів.
Для перетворення змін колекторного струму, що виникають під дією вхідних сигналів, в змінюється напруга в колекторний ланцюг транзистора включають навантаження. Навантаженням найчастіше служить резистор або коливальний контур. Крім того, при посиленні змінних електричних сигналів між базою і емітером транзистора потрібно включити джерело постійної напруги, званий зазвичай джерелом зміщення, за допомогою якого встановлюється режим роботи транзистора. Цей режим характеризується протіканням через його електроди при відсутності вхідного електричного сигналу деяких постійних струмів емітера, колектора і бази. Із застосуванням додаткового джерела збільшуються розміри всього пристрою, його маса, ускладнюється конструкція, та й коштують два джерела дорожче, ніж один. У той же час можна обійтися одним джерелом, вживаним для харчування колекторної ланцюга транзистора. Одна з таких схем підсилювача показана на малюнку.
У цій схемі навантаженням підсилювача є резистор R K, а використовуючи резистор R б, задають необхідний струм бази транзистора. Якщо режим роботи транзистора заданий (при цьому часто говорять, що задана робоча точка на характеристиках транзистора), стають відомими струм бази і напруга U БЕ, а опір резистора R б, що забезпечує цей струм, можна визначити за формулою:
R б \u003d (G K -U БЕ) / I Б.
Так як U БЕ зазвичай становить не більше 0,2 ... 0,3В для германієвих транзисторів і 0,6 ... 0,8 В - для кремнієвих, а напруга G K вимірюється одиницями або навіть десятками вольт, то U БЕ<
R б ≈G K / I Б.
З виразів випливає, що незалежно від типу транзистора VT ток його бази буде постійним: I Б \u003d G K / R б. Тому така схема отримала назву схеми із загальним емітером (ОЕ) і фіксованим струмом бази.
Режим роботи транзистора в усилительном каскаді при постійних струмах і напругах його електродів називають вихідним, або режимом спокою.
Включення навантаження в колекторний ланцюг транзистора призводить до падіння напруги на опорі навантаження, рівному твору I K R K.
В результаті напруга, що діє між колектором і емітером Uке транзистора, виявляється менше, ніж напруга G K джерела живлення на величину падіння напруги на опорі навантаження, т. Е .:
U КЕ \u003d G K -I K R K.
Якщо цю залежність відобразити графічно на сімействі статичних вихідних характеристик транзистора, то вона буде мати вигляд прямої лінії. Для її побудови досить визначити лише дві належні їй точки (так як через дві точки можна провести тільки одну пряму). Кожна точка повинна бути задана двома координатами: I K і U КЕ.
Поставивши собі за конкретним значенням однієї з координат, визначають другу координату, вирішуючи рівняння U КЕ \u003d G K -I K R K. Пряма, побудована відповідно до рівняння на сімействі статичних вихідних характеристик, транзистора, називається навантажувальної прямої.
Навантажувальна пряма, показана на малюнку (а), побудована для випадку, коли G K \u003d 10В і R К \u003d 200 Ом.
1-я точка: \u003d 0; U КЕ \u003d G K -0R K \u003d G K \u003d 10 В;
2-я точка: I K \u003d 30 мА; U КЕ \u003d 10-30-10 ^ 3-200 \u003d 10-6 \u003d 4 В.
Якщо у вихідному режимі (режимі спокою) струм бази дорівнює 2 мА, цей режим буде визначатися точкою A, що лежить на навантажувальної прямої в місці перетину її з статичної вихідний характеристикою, отриманої при I БО \u003d 2 мА. При цьому I КО \u003d 20 мА; U КЕO \u003d 5,8 В. Якщо перенести точку A на сімейство вхідних характеристик (рис., Б), можна знайти U БЕО. Воно дорівнює 0,25 В.
При подачі на вхід підсилювача змінної напруги з амплітудою 50 мВ (0,05 В) на осі напруг вхідних характеристик щодо напруги U БЕО \u003d 0,25 В відкладають по обидві сторони відрізки, відповідні напрузі 0,05 В, і з їх кінців відновлюють перпендикуляри до осі U БЕ до перетину з статичною характеристикою, на якій розташована точка А, що позначає режим спокою підсилювача. У точках перетину перпендикулярів з характеристикою проставляють літери В і С. Таким чином, при надходженні на вхід змінної напруги режим роботи буде вже визначатися не крапкою А, а її переміщеннями між точками В і С. При цьому струм бази змінюється від 1 до 3 мА. Іншими словами, змінна напруга на вході підсилювача призводить до появи змінної складової в його вхідному струмі - струмі бази. В даному прикладі амплітуда змінної складової струму бази, як видно з малюнка, дорівнює 1 мА.
Точки B і С можна перенести на сімейство вихідних характеристик. Вони будуть знаходитися в місцях перетину навантажувальної характеристики зі статичними, отриманими при токах бази, рівних 1 і 3 мА. З цього малюнка, видно, що в режимі з навантаженням з'явилася змінна складова колекторного напруги. Інакше, коллекторное напруга тепер не залишається постійним, а змінюється синхронно
зі змінами вхідної напруги. Причому зміна колекторного напруги ΔU КЕ \u003d 7,5-4,3 \u003d 3,2В виявляється більше зміни вхідного напруги ΔU БЕ \u003d 0,3-0,2 \u003d 0,1 в 32 рази; т. е. отримано посилення вхідної напруги в 32 рази.
Оскільки напруга джерела живлення GK постійне, зміна колекторного напруги дорівнює зміні напруги на резисторі колекторної навантаження, т. Е.ΔU КЕ \u003d ΔI До R К. З цього виразу видно, що чим більше опір резистора R К, тим сильніше змінюється на ньому напруга і тим більше буде посилення. Однак збільшувати опір резистора R K можна лише до певної межі, перевищення якого може привести навіть до зниження посилення і появи великих спотворень підсилюється сигналу.
В підсилювачі, схема якого наведена на верхньому малюнку, режим роботи транзистора визначається струмом бази, який встановлюється резистором R б. Режим роботи транзистора можна також встановити, подавши на його емітерний перехід напруга з дільника R1R2.
Струм дільника I Д, що протікає через резистори R1 і R2, викликає на опорі резистора R2 падіння напруги, яка подається на емітерний перехід транзистора і зміщує його в прямому напрямку. Ця напруга визначається в основному співвідношенням опорів резисторів R1, R2 і протікає через них струмом I Д і майже не залежить від типу транзистора. Тому таку схему іноді називають схемою з фіксованою напругою зміщення.
УНЧ з фазоінвертором на одному першому транзисторі. Численні розрахунки і експерименти зі створення потужного високоякісного підсилювача низької частоти привели мене до думки, що найбільш перспективним шляхом його конструювання може стати використання фазоінвертора на одному першому транзисторі. Цікаво, що такі підсилювачі могли б з'явитися років сорок тому, але цього не сталося в силу ряду причин.
Перш за все, зі створенням транзисторів з n-р-n-переходом з'явилася можливість розділяти сигнал за рахунок властивостей самих транзисторів, оскільки одні з них відкриваються позитивним імпульсом, а інші - негативним. Підсилювачі на таких транзисторах істотно спростилися, однак на їх виході з'явилися значні спотворення сигналу. Щоб позбутися від них, Радіоконструктори стали ускладнювати схеми підсилювачів, а не шукати інші способи побудови схем УНЧ.
І ще однією, мабуть, головною причиною неприйняття схем з фазоінвертором на першому транзисторі стало значне перегрів вихідних транзисторів таких підсилювачів, що виключає їх скільки-небудь тривалу роботу при великій вихідної потужності.
Всі ці міркування змусили мене, музиканта і композитора, уважно проаналізувати відомі схеми УНЧ з метою знайти причину спотворень. При цьому я йшов своїм шляхом, спираючись на свої знання «лампової» радіоелектроніки. Для цього мені довелося навчитися конструювати і розраховувати схеми, створювати сотні експериментальних макетів, в результаті мені вдалося відшукати причину перегріву і усунути її. В результаті розроблені мною підсилювачі низької частоти працюють при напрузі живлення до 90 В, розвиваючи при цьому на виході потужність близько 300 Вт.
Пропоную увазі читачів опис конструкції одного з таких підсилювачів з фазоінвертором на одному транзисторі - його вихідна потужність складає 120 Вт.
Фазоинвертор на одному транзисторі, створений за аналогією з ламповим, виробляє чіткий поділ сигналу по фазі для верхнього і нижнього плечей схеми підсилювача, виключаючи при цьому поява «сходинок» і «дзвону». Робота ж каскадів посилення по току в лінійному режимі практично не викликає інших спотворень.
В результаті вийшов підсилювач з практично лінійною характеристикою, що не дає спотворень; «Забарвлення» звуку на виході транзисторного УНЧ виходить практично такий же, як у минулого через якісний ламповий підсилювач.
Конструкція УНЧ з вихідною потужністю 120 Вт з фазоінвертором на першому транзисторі
На першому транзисторі VТ-1 виконаний фазоинвертор, що розділяє сигнал по фазі для верхньої і нижньої частин схеми, і підсилювач сигналу по напрузі для нижньої частини схеми УНЧ.
На транзисторі VТ-2 зібраний підсилювач по напрузі емітерний імпульсів від VТ-1. Для верхньої частини схеми сигнал знімається з емітера VT-1 і посилюється по напрузі транзистором VT-2, включеним по схемі із загальною базою. На VT-4 - VT-13 проводиться посилення сигналу по струму. На транзисторах VT-4 - VT-5 зібрані фазоінвертори, які використовувалися для того, щоб на виході можна було застосувати транзистори типу КТ808А, КТ808БМ, КТ-819Г або інші п-р-п-транзистори такої ж потужності.
В підсилювачі використовуються три каскаду посилення по току -як показала практика, двох каскадів для нормальної роботи підсилювача явно недостатньо.
(VT-1, VT-2, VT-3 - КТ-815Г; VT-4, VT-5 Кт-814Г; VT-6, VT-7 - КТ-315Б; VT-8, VT-9 - КТ -817 Г; VT10, VT-11, VT-12, VT-13 - КТ-808А; VT-14 - КТ-808А; VD-1, VD-2 - Д-814В- VD-3 VD-4-Д -220)
Харчування баз транзисторів VT-2 і VT-4 - від стабілітрона, що забезпечує досить «рівну» роботу підсилювача. Транзисторні фільтри на VT-3 і VT-14 практично повністю прибирають фон змінного струму.
Транзистори VT-6 і VT-7 забезпечують захист від перевантажень, що виникають в момент включення УНЧ в мережу; на якість сигналу вони не впливають. Динаміки підключені до виходу підсилювача через конденсатори по полумостовой схемою.
Між емітером VT-8 і базами VT-10 і VT-11 (так само як і між VT-9 і VT-12 - VT-13) включені RC ланцюжка R30, С5 і R31.C6, за допомогою яких зміщення на базах VT- 10 - VT-13 при максимальному сигналі зменшується і транзистори ми перегріваються. Відсутність таких ланцюжків призводить до перегріву вихідних транзисторів.
Конденсатори С8, С-9, С-10 і С-11 повинні бути розраховані на робочу напругу в 100В. До речі, в 1970-і роки електролітичні конденсатори великої ємності були досить дорогі і дефіцитні, що змушувало конструкторів розробити спосіб включення динаміків без цих електроелементів, проте така система захисту виявлялася часом дорожче самих підсилювачів і не відрізнялася надійністю.
Налаштовується підсилювач дуже легко, всього за кілька хвилин. Перше включення бажано провести через послідовно приєднаний лампу розжарювання потужністю від 40 до 75 Вт. Якщо підсилювач зібраний правильно, лампа при підключенні яскраво спалахує, а потім гасне. В процесі роботи можливо неяскраве світіння нитки напруження лампи.
Движок резистора R14 встановлюється в нижнє положення, R15 - у верхнє, R9 і R10 - в середнє.
До бази транзистора VT12 слід під'єднати високоомний вольтметр на напругу 1 - 3 В і резистором R15 виставити напругу 0,4 - 0,5 В. Резистором R10 слід виставити напругу на середній точці, рівну половині напруги живлення. Резистором R14 на колекторі VT-2 встановлюється таке ж напруга, як на колекторі VT1. Резистором R9 зрівнюються сигнали, що йдуть на верхню і нижню частини схеми - це нескладно зробити і на слух.
Потім слід включити підсилювач, від'єднавши лампу розжарювання, і всі налаштування повторити. Якщо УНЧ був зібраний правильно і з справних електроелементів, можна відразу підключати до нього динаміки.
Вихідні транзистори змонтовані на радіаторах з поверхнею охолодження 1 200 см2, VT8 і VT9 - на радіаторах площею 80 см2 і VT-14 - 500 см2.
Діоди в блоці живлення повинні бути розраховані на струм не менше 20 А, а у інших - на струм більше 50 А.
Опір навантаження підсилювача складає 3-8 Ом. Коефіцієнт посилення по струму вихідних транзисторів повинен бути не менше 20 одиниць, а у інших - більше 50 одиниць.
Підсилювач має гарну термостабильностью і може працювати необмежено довго, причому за цей час режими роботи транзисторів не змінюються. Звук на виході УНЧ виходить чистим, природним, мало відрізняється від того, що відтворюють динаміки якісного лампового підсилювача.
В. СМИРНОВ, Воронезька область, р.п. Таловая
Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl + Enter , Щоб повідомити нам.
транзистор - це напівпровідниковий елемент, призначений для посилення електричних сигналів.
Транзистори поділяються на біполярні і польові. Перші керуються сигналом струму, що подається на його вхід, а другі - напругою. Біполярний транзистор має два електронно-доручених, переходу і три висновки - емітер, базу і колектор. Біполярні транзистори можуть бути прямою або зворотною проводимостями, а польові з рабо пканалами. Можливі три схеми включення транзистора: з загальною базою, із загальним колектором і з загальним емітером.
На рис. 2 показані схеми включення біполярного транзистора прямий провідності їх основні характеристики: а) - із загальною базою; б) із загальним колектором; в) із загальним емітером:
де До i - коефіцієнт посилення по току; K u - коефіцієнт посилення по напрузі; R вх - вхідний опір; R вих - вихідний опір.
Переважне поширення має схема з загальним емітером (рис. 2, в).
Властивості транзистора в статичному режимі при такій схемі включення визначаються родинами вхідних і вихідних характеристик, показаних на рис. 3, а , Б.Залежність струму колектора від струму бази визначається виразом
I к \u003d β I б + I К.О,
де I до - струм колектора; I б-ток бази; I К.О - зворотний струм колектора; β-коефіцієнт передачі струму бази. Значення коефіцієнта β в залежності від типу транзистора та режиму його роботи може бути від 30 до 300. Біполярний транзистор має мале вхідний і значне вихідний опір. Якщо в ланцюг колектора включити резистор, то при зміні струму бази будуть одночасно змінюватися струм і напруга колектора. При цьому зміна потужності, що виділяється в колекторної ланцюга, буде значно більше зміни потужності на вході транзистора. На цьому заснована робота транзисторного підсилювача.
За родом підсилюється, сигналу розрізняють транзисторні підсилювачі постійного і змінного струму. Так як за допомогою одного каскаду не вдається вирішити задачу посилення, то підсилювачі зазвичай виконуються багатокаскадного. У багатокаскадних підсилювачах змінного струму зв'язку між каскадами, між джерелом сигналу і входом підсилювача, а також між виходом і навантаженням виконуються за допомогою конденсаторів або трансформаторів. В підсилювачах постійного струму ці зв'язки виконуються безпосередньо. Коефіцієнт посилення многокаскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення окремі каскадів.
каскад(Посилення) - це функціональний вузол пристрою, що містить підсилювальний елемент, пов'язаний з попередніми чи наступними вузлами пристрою.
Схема підсилювального каскаду змінного струму з ємнісний зв'язком показана на рис. 4, а.