Принципы построения усилителей

Основные схемы усилителей

В схемах с усилительными элементами — триодами и транзисторами — один из электродов соединяется с источником усиливаемого сигнала, другой — с сопротивлением нагрузки гн. Третий

Рисунок 2.1 - Схемы включения электронной лампы и транзистора

а—о общим катодом (эмиттером), б— с общей сеткой (базой), в — с общим анодом (коллектором) электрод является общим для входного сигнала и нагрузки и соединяется с ними непосредственно или через большую емкость. На рис. 111 изображены три возможных способа включения электронной лампы и соответствующие им три способа включения транзистора: схема с общим катодом и соответствующая ей схема с общим эмиттером, схема с общей сеткой и соответствующая ей схема с общей базой, схема с общим анодом и соответствующая ей схема с общим коллектором.

Схема с общим эмиттером для n-p-n транзистора представлена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Схема включения транзистора n-p-n с общим эмиттером

Эмиттер является общим для входа и выхода. Чтобы без расчетов предварительно оценить величины сопротивлений и емкостей, можно принять величину сопротивления в коллекторной цепи в несколько кОм, а сопротивление в цепи базы в 30 – 50 раз больше. Для того, чтобы усилитель работал в линейном режиме, необходимо, чтобы рабочая точка находилась на линейном участке вольт-амперной характеристики (желательно в центре линейного участка). Для этого, смещение на базу надо задавать так, чтобы напряжение на коллекторе составляло половину напряжения питания. Величины разделительных конденсаторов составляют 100пФ – 10 мкФ и зависят от диапазона частот(чем ниже частота, тем больше емкость). Коэффициент усиления данной схемы составляет более 10 – 100, также усиливается и ток, т.е коэффициент усиления по мощности составляет около 10000 раз. Доступным биполярным транзистором структуры n-p-n является КТ315.

Схема включения с ОЭ транзистора p-n-p структуры приведена на рисунке 2.3.

Рисунок2.3 - Схема с ОЭ для транзистора структуры p-n-p

Все остальные рекомендации, данные выше, действительны и для этой схемы. Типичный представитель этих транзисторов – КТ361.

Коэффициент усиления по напряжению можно приблизительно оценить как отношение сопротивлений в базовой и коллекторной цепях.

Схема с общим коллектором представлена на рис.2.4

Рисунок 2.4 - Схема с общим коллектором

Данная схема включения называется также эмиттерным повторителем и применяется для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Коэффициент усиления по напряжению для этой схемы равен 1, а коэффициент усиления по току – около 100. Входное сопротивление схемы высокое (значит в базовую цепь надо ставить большое сопротивление), а выходное - низкое и, следовательно, можно подключать низкоомную нагрузку.

Схема с общей базой представлена на рис.2.5.

Рисунок 2.5 - Схема с общей базой

Схемы с общей базой используются для построения высокочастотных усилителей (имеющих низкое входное сопротивление). В литературе указывается, что сопротивление R2 имеет сопротивление несколько кОм, однако в процессе моделирования схема начинает усиливать сигнал при сопротивлении R2 в сотни Мом. Сопротивление R3 можно менять от 100 Ом до нескольких кОм.

Различают несколько режимов работы транзисторов. Насыщение – транзистор открыт, напряжение на переходе К – Э минимально, ток через переходы максимален. Форма синусоиды искажена, верхушки синусоиды срезаны. Отсечка – транзистор закрыт, напряжение на переходе К-Э максимально, ток через переходы минимален. Активный – промежуточный между этими режимами. Именно этот режим используют для усиления сигналов.

Усилительным транзисторным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспечивают ему условия работы как усилителя. Для громкого воспроизведения колебаний звуковой частоты транзисторный усилитель должен быть минимум двух - трехкаскадным. В усилителях, содержащих несколько каскадов, различают каскады предварительного усиления и выходные, или оконечные, каскады. Выходным называют последний каскад усилителя, работающий на телефоны или динамическую головку громкоговорителя, а предварительными - все находящиеся перед ним каскады. Задача одного или нескольких каскадов предварительного усиления заключается в том, чтобы увеличить напряжение звуковой частоты до значения, необходимого для работы транзистора выходного каскада. От транзистора выходного каскада требуется повышение мощности колебаний звуковой частоты до уровня, необходимого для работы динамической головки. Для выходных каскадов наиболее простых транзисторных усилителей радиолюбители часто используют маломощные транзисторы, такие же, что и в каскадах предварительного усиления. Объясняется это желанием делать усилители более экономичными, что особенно важно для переносных конструкций с питанием от батарей. Выходная мощность таких усилителей небольшая - от нескольких десятков до 100 - 150 мВт, но и ее бывает достаточно для работы телефонов или маломощных динамических головок. Если же вопрос экономии энергии источников питания не имеет столь существенного значения, например при питании усилителей от электроосветительной сети, в выходных каскадах используют мощные транзисторы. Каков принцип работы усилителя, состоящего из нескольких каскадов?

Схема простого транзисторного двухкаскадного усилителя НЧ показана на рисунке 2.6. В первом каскаде усилителя работает транзистор V1, во втором - транзистор V2. Здесь первый каскад является каскадом предварительного усиления, второй - выходным. Между ними - разделительный конденсатор С2.

Принцип работы любого из каскадов этого усилителя одинаков и аналогичен знакомому принципу работы однокаскадного усилителя. Разница только в деталях: нагрузкой транзистора V1 первого каскада служит резистор R2, а нагрузкой транзистора V2 выходного каскада - телефоны В1 (или, если ыходной сигнал достаточно мощный, головка громкоговорителя). Смещение на базу транзистора первого каскада подается через резистор R1, а на базу транзистора второго каскада - через резистор R3. Оба каскада питаются от общего источника Uи.п., которым может быть батарея гальванических элементов или выпрямитель. Режимы работы транзисторов устанавливают подбором резисторов R1 и R3, что обозначено на схеме звездочками.

Рисунок 2.6 - Двухкаскадный усилитель на транзисторах.

Действие усилителя в целом заключается в следующем. Электрический сигнал, поданный через конденсатор С1 на вход первого каскада и усиленный транзистором V1, с нагрузочного резистора R2 через разделительный конденсатор С2 поступает на вход второго каскада. Здесь он усиливается транзистором V2 и телефонами В1, включенными в коллекторную цепь транзистора, преобразуется в звук. Какова роль конденсатора С1 на входе усилителя? Он выполняет две задачи: свободно пропускает к транзистору переменное напряжение сигнала и предупреждает замыкание базы на эмиттер через источник сигнала. Представьте себе, что этого конденсатора во входной цепи нет, а источником усиливаемого сигнала служит электродинамический микрофон с малым внутренним сопротивлением. Что получится? Через малое сопротивление микрофона база транзистора окажется соединенной с эмиттером. Транзистор закроется, так как будет работать без начального напряжения смещения. Он будет открываться только при отрицательных полупериодах напряжения сигнала. А положительные полупериоды, еще больше закрывающие транзистор, будут им «срезаны». В результате транзистор станет искажать усиливаемый сигнал.

Конденсатор С2 связывает каскады усилителя по переменному току. Он должен хорошо пропускать переменную составляющую усиливаемого сигнала и задерживать постоянную составляющую коллекторной цепи транзистора первого каскада. Если вместе с переменной составляющей конденсатор будет проводить и постоянный ток, режим работы транзистора выходного каскада нарушится и звук станет искаженным или совсем пропадет. Конденсаторы, выполняющие такие функции, называют конденсаторами связи, переходными или разделительными.

Входные и переходные конденсаторы должны хорошо пропускать всю полосу частот усиливаемого сигнала - от самых низких до самых высоких. Этому требованию отвечают конденсаторы емкостью не менее 5 мкФ. Использование в транзисторных усилителях конденсаторов связи больших емкостей объясняется относительно малыми входными сопротивлениями транзисторов.

Конденсатор связи оказывает переменному току емкостное сопротивление, которое будет тем меньшим, чем больше его емкость. И если оно окажется больше входного сопротивления транзистора, на нем будет падать часть напряжения переменного тока, большая, чем на входном сопротивлении транзистора, отчего будет проигрыш в усилении. Емкостное сопротивление конденсатора связи должно быть по крайней мере в 3 - 5 раз меньше входного сопротивления транзистора. Поэтому - то на входе, а также для связи между транзисторными каскадами ставят конденсаторы больших емкостей. Здесь используют обычно малогабаритные электролитические конденсаторы с обязательным соблюдением полярности их включения. Таковы наиболее характерные особенности элементов двухкаскадного транзисторного усилителя НЧ.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒