Цель: Объяснить курсантам принцип работы усилительного каскада на биполярном транзисторе. Полезные свойства отрицательной обратной связи.

План

Предварительные каскады усиления.

Резистивные усилительные каскады.

Резистивный каскад на биполярном транзисторе.

Обратная связь в усилителях.

Определение основных параметров усилителя.

Определение параметров усилителя методом активного четырехполюсника.

Эксплуатационные параметры транзистора.

1. Предварительные каскады усиления

Назначение усилителя в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства тре­буемой мощности усиливаемого сигнала.

В качестве источника входного сигнала в УНЧ могут исполь­зоваться такие устройства, как микрофон, звукосниматель, фото­элемент, термопара, детектор и т. п. Типы нагрузок также весьма разнообразны. Ими могут быть, например, громкоговоритель, изме­рительный прибор, записывающая головка магнитофона, последу­ющий усилитель, осциллограф, реле.

Большинство из перечисленных выше источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его не­посредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при таком слабом управляющем напряжении невозможно по­лучить сколько-нибудь значительные изменения выходного тока, а, следовательно, и выходной мощности. Поэтому в состав струк­турной схемы усилителя, кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, как правило, входят и предварительные каскады усиления (рис. 13.1).

2. Резистивные усилительные каскады

Эти каскады принято классифицировать по характеру сопро­тивления нагрузки в выходной цепи транзистора. Наибольшее применение получили резистивные усилительные каскады, сопро­тивлением нагрузки которых служит резистор.

В качестве нагрузки транзистора может быть использован и трансформатор. Такие каскады называют трансформаторными. Однако вследствие большой стоимости, значительных размеров и массы трансформатора, а также из-за неравномерности амплитудно-частотных характеристик трансформаторные каскады предваритель­ного усиления применяются весьма редко. Основное применение эти схемы находят в выходных каскадах усилителей.

В каскадах предварительного усиления на биполярных тран­зисторах чаще других используется схема с общим эмиттером, которая, как было показано выше (см. параграф 7.3), обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению и мощности, сравнительно большим входным сопротивлением и допускает использование одного общего источника питания для цепей эмит­тера и коллектора.

Рассмотрим принципы построения и особенности работы наи­более употребительных схем предварительного усиления.

3. Резистивный каскад на биполярном транзисторе.

Простейшая схема резистивного усилительного каскада с общим эмиттером и питанием от одного источника показана на рис. 13.2. Входной сигнал поступает на базу и изменяет ее потенциал относительно заземленного эмиттера. Это приводит к изменению тока базы, а следовательно, к изменению тока коллектора и напряжения на нагрузочном сопротивлении R K . Разделительный конденсатор С p 1 служит для предотвращения протекания постоянной составляю­щей тока базы через источник входного сигнала. С помощью кон­денсатора С р2 на выход каскада подается переменная составляю­щая напряжения U КЭ, изменяющаяся по закону входного сигнала, но значительно превышающая его по величине. Важную роль играет резистор R Б в цепи базы, обеспечивающий выбор исходной рабочей точки на характеристиках транзистора и определяющий режим работы каскада по постоянному току.

Для выяснения роли резистора R Б обратимся к рис. 13.3, иллюстрирующему процесс усиления сигнала схемой с общим эмиттером.

Рис. 13.3. Графическое пояснение процесса усиления сигнала схемой в общим эмиттером

В принципе процесс усиления можно отразить следующей взаимосвязью электрических величин

U m . вх → I Б m → I K m → I K m R K → (U КЭ m = E K – I K m R K) = U m . вых >> U m . вх.

Действительно, рассматривая вначале рис. 13.3, а , а затем рис. 13.3, б, можно убедиться в том, что напряжение входного сигнала с амплитудой U m . вх = U БЭ m синфазно изменяет величину тока базы. Эти изменения базового тока вызывают в коллекторной цепи пропорциональные изменения тока коллектора и напряжения на коллекторе, причем амплитуда коллекторного напряжения (с учетом масштаба по оси абсцисс) оказывается значительно больше амплитуды напряжения на базе 1 .

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку Р следует располагать на середине отрезка АВ на­грузочной прямой, построенной в семействе выходных характе­ристик транзистора. Из рис. 13.3, б видно, что положение рабочей точки Р соответствует току смещения в цепи базы I Бр. Для получе­ния выбранного режима необходимо в усилителе обеспечить тре­буемую величину тока смещения в цепи базы. Для этого и служит резистор R Б в схеме рис. 13.2. Величину сопротивления этого ре­зистора рассчитывают по формуле

(13.1)

где I Бр и I Kp - постоянные составляющие тока базы и коллектора в выбранных рабочих точках Р" и Р соответственно.

Более эффективной является схема с фиксированным напряже­нием смещения на базе (рис. 13.4). В этой схеме резисторы и, подключенные параллельно источнику питания Е К, состав­ляют делитель напряжения. Сопротивления делителя определяются из очевидных соотношений:

Ток делителя I д обычно выбирают в пределах

I Д ≈ (2 ÷ 5)I Бр (13.4)

При этом повышается стабильность режима работы схемы, так как изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения. Вместе с тем ток делителя не следует выбирать слишком большим из сооб­ражений экономичности, так как чем больше ток I Д, тем более мощ­ным должен быть источник питания Е К.

Из схемы, приведенной на рис. 13.4, видно, что сопротивление делителя включено параллельно входному сопротивлению транзистора. Кроме того, пренебрегая малым внутренним сопро­тивлением источника питания, можно считать, что и включе­ны параллельно друг другу. Поэтому необходимо, чтобы

т. е. делитель, образованный резисторами и, должен обла­дать достаточно большим сопротивлением (порядка нескольких килоом). В противном случае входное сопротивление каскада ока­жется недопустимо малым.

При построении схем транзисторных усилителей приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки на характеристиках. Основной дестабилизирующий фактор, нарушаю­щий устойчивую работу транзисторной схемы,- влияние темпера­туры. Существуют различные способы термостабилизации режима работы транзисторных каскадов. Наиболее распространенные из них реализуются с помощью схем, показанных на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Схема термостабилизации режима транзисторного каскада:

а – с терморезистором; б – с диодом; в – с цепочкой эмиттерной стабилизации R Э C Э

В схеме на рис. 13.5, а терморезистор с отрицательным темпе­ратурным коэффициентом сопротивления включен в базовую цепь транзистора таким образом, что при повышении температуры про­исходит уменьшение отрицательного напряжения на базе за счет уменьшения сопротивления терморезистора. При этом происхо­дит уменьшение тока базы, а следовательно, и тока коллектора. В результате увеличение коллекторного тока, вызванное влиянием температуры, компенсируется его уменьшением за счет действия термозависимого смещения, т. е. общее приращение тока коллектора будет незначительным.

Одна из возможных схем термостабилизации режима транзис­тора с помощью полупроводникового диода показана на рис. 13.5,6. В этой схеме диод включен в обратном направлении, а температур­ная характеристика обратного тока диода должна быть аналогична температурной характеристике обратного тока коллектора приме­няемого транзистора. Реализовать эту возможность, однако, удается только для одного транзистора данного типа. При смене транзистора стабильность, как правило, ухудшается из-за разброса величины обратного тока коллектора (напомним, что обратный ток коллек­тора в наибольшей степени подвержен влиянию температуры).

В большинстве случаев резистор R Э шунтируется конденсато­ром С Э достаточно большой емкости (порядка десятков микрофа­рад). Это делается для отвода переменной составляющей тока эмиттера от резистора R Э.

Источник питания должен выдавать стабильное или нестабильное двуполярное напряжение питания ±45V и ток 5А. Эта схема УНЧ на транзисторах весьма проста, так как в выходном каскаде используется пара мощных комплементарных транзисторов Дарлингтона . В соответствии с справочными характеристиками эти транзисторы могут коммутировать ток до 5А при напряжении эмиттерном-коллекторном переходе до 100V.

Схема УНЧ представлена на рисунке чуть ниже.

Сигнал требующий усиления через предварительный УНЧ подается на предварительный дифферециальный усилительный каскад построенный на составных транзисторах VT1 и VT2. Использование дифференциальной схемы в усилительном каскаде, снижает шумовые эффекты и обеспечивает работу отрицательной обратной связи. Напряжение ОС поступает на базу транзистора VT2 с выхода усилителя мощности. ОС по постоянному току реализуется через резистор R6. ОС по переменной состовляющей осуществляется через резистор R6, но её величина зависит от номиналов цепочки R7-C3. Но следует учитовать, что слишком сильное увеличение сопротивления R7 приводет к возбуждению.

Режим работы по постоянному току обеспечивается подбором резистора R6. Выходной каскад на транзисторах Дарлингтона VT3 и VT4 работает в классе АВ. Диоды VD1 и VD2 нужны для стабилизации рабочей точки выходного каскада.

Транзистор VT5 ппредназначен для раскачки выходного каскада, на его базу поступает сигнал с выхода дифференциального предварительного усилителя, а так же постоянное напряжение смещения, которое определяет режим работы выходного каскада по постоянному току.

Все конденсаторы схемы должны быть рассчитаны на максимальное постоянное напряжение не ниже 100V. Транзисторы выходного каскада рекомендуется закрепить на радиаторы площадью не меньше 200 см в квадрате

Рассмотренная схема простого двухкаскадного усилителя разработана для работы с наушниками или для использования в простых устройствах с функцией предварительного усилителя.

Первый транзистор усилителя подсоединен по схеме с общим эмиттером, а второй транзистор с общим коллектором. Первый каскад предназначен для базового усиления сигнала по напряжению, а второй каскада усиливает уже по мощности.

Малое выходное сопротивление второго каскада двухкаскадного усилителя, называемого эмиттерным повторителем, позволяет подсоединять не только наушники с большим сопротивлением, но и другие виды преобразователей акустического сигнала.

Эта тоже двухкаскадная схема УНЧ выполненная на двух транзисторах, но уже противоположной проводимости. Ее главная особенность в том, что связь между каскадами непосредственная. Охваченная ООС через сопротивление R3 напряжение смещения со второго каскада проходит на базу первого транзистора.

Конденсатор СЗ, шунтирует резистор R4, уменьшает ООС по переменному току, тем самым уменьшающая усиление VT2. Путем подбора номинала резистора R3 задают режим работы транзисторов.

Этот достаточно легкий усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) можно спаять всего на двух транзисторах. При напряжении питания 42В постоянного тока выходная мощность усилителя достигает 0,25 Вт при нагрузке 4 Ом. Потребляемый ток всего 23 mA. Усилитель работает в однотактном режиме «А».

Напряжение низкой частоты от источника сигнала подходит к регулятору громкости R1. Далее через защитный резистор R3 и конденсатор C1 сигнал оказывается на базе биполярного транзистора VT1 включенного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал через R8 подается на затвор мощного полевого транзистора VT2 включенный по схеме с общим истоком и его нагрузкой служит первичная обмотка понижающего трансформатора К вторичной обмотке трансформатора можно подключить динамическую головку или акустическую систему.

В обоих транзисторных каскадах присутствует местная отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току, так и общей цепью ООС.

В случае увеличения напряжения на затворе полевого транзистора сопротивление сток исток его канала уменьшается и напряжение на его стоке уменьшается. Это влияет и на уровень сигнала поступающий на биполярный транзистор, что снижает напряжения затвор-исток.

Совместно с цепями местной отрицательной обратной связи, таким образом, стабилизируются режимы работы обоих транзисторов даже в случае незначительного изменения питающего напряжения. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R10 и R7. Стабилитрон VD1 предназначен для предотвращения выхода полевого транзистора из строя. Питание усилительного каскада на VT1 производится через RC фильтр R12C4. Конденсатор C5 блокировочный по цепи питания.

Усилитель может быть собран на печатной плате размерами 80×50 мм,на ней расположены все элементы кроме понижающего трансформатора и динамической головки

Наладку схемы усилителя осуществляют при том напряжении питания, при котором он будет работать. Для тонкой настройки рекомендуется использовать осциллограф, щуп которого подключают к выводу стока полевого транзистора. Подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 100 … 4000 Гц, с помощью регулировки подстроечного резистора R5 добиваются того, чтобы отсутствовали заметные искажения синусоиды при как можно большем размахе амплитуды сигнала на выводе стока транзистора.

Выходная мощность усилителя на полевом транзисторе небольшая, всего 0,25Вт, напряжение питания от 42В до 60В. Сопротивление динамической головки 4 Ома.

Аудио сигнал через переменное сопротивление R1, затем R3 и разделительную емкость C1 поступает на усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Далее с этого транзистора усиленный сигнал через сопротивление R10 проходит на полевой транзистор.

Первичная обмотка трансформатора является нагрузкой для полевого транзистора, а к вторичной обмотки подключен четырех омная динамическая головка. Соотношением сопротивлений R10 и R7 задаем степень усиления по напряжению. С целью защиты униполярного транзистора в схему добавлен стабилитрон VD1.

Все номиналы деталей имеются на схеме. Трансформатор можно использовать типа ТВК110ЛМ или ТВК110Л2, от блока кадровой развертки старого телевизора или аналогичный.

Наткнулся на эту схему в старом выпуске журнала радио, впечатления от нее остались самыми приятными,во первых схема настолько проста, что ее сможет собрать и начинающий радиолюбитель,во вторых при условии рабочих компонентов и правильной сборки наладки она не требует.

Если вас заинтересовала эта схема, то остальные подробности по ее сборке вы сможете найти в журнале радио №8 за 1982 год.

Транзистор - это полупроводниковый элемент, предназначенный для усиления электрических сигналов.

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Первые управляются сигналом тока, подаваемым на его вход, а вторые - напряжением. Биполярный транзистор имеет два электронно-дырочных, перехода и три вывода – эмиттер, базу и коллектор. Биполярные транзисторы могут быть прямой или обратной проводимостями, а полевые с р или п каналами. Возможны три схемы включения транзистора: с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером.

На рис. 2 показаны схемы включения биполярного транзистора прямой проводимости их основные характеристики: а) – с общей базой; б) с общим коллектором; в) с общим эмиттером:

где К i – коэффициент усиления по току; K u – коэффициент усиления по напряжению; R вх – входное сопротивление; R вых – выходное сопротивление.

Преимущественное распространение имеет схема с общим эмиттером (рис. 2, в).

Свойства транзистора в статическом режиме при такой схеме включения определяются семействами входных и выходных характеристик, показанных нарис. 3, а, б. Зависимость тока коллектора от тока базы определяется выражением

I к = βI б + I к.о,

где I к - ток коллектора; I б -ток базы; I к.о - обратный ток коллектора; β -коэффициент передачи тока базы. Значение коэффициента β в зависимости от типа транзистора и режима его работы может быть от 30 до 300. Биполярный транзистор имеет малое входное и значительное выходное сопротивление. Если в цепь коллектора включить резистор, то при изменении тока базы будут одновременно изменяться ток и напряжение коллектора. При этом изменение мощности, выделяемой в коллекторной цепи, будет значительно больше изменения мощности на входе транзистора. На этом основана работа транзисторного усилителя.

По роду усиливаемого, сигнала различают транзисторные усилители постоянного и переменного тока. Так как с помощью одного каскада не удается решить задачу усиления, то усилители обычно выполняются многокаскадными. В многокаскадных усилителях переменного тока связи между каскадами, между источником сигнала и входом усилителя, а также между выходом и нагрузкой выполняются с помощью конденсаторов или трансформаторов. В усилителях постоянного тока эти связи выполняются непосредственно. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельные каскадов.

Каскад (усиления) – это функциональный узел устройства, содержащий усилительный элемент, связанный с предыдущими или последующими узлами устройства.

Схема усилительного каскада переменного тока с ёмкостной связью показана на рис. 4, а.

Предлагаю схему транзисторного усилителя мощности звуковой частоты, не имеющего дефицитных деталей.

Как сделать усилитель на транзисторах?

Кому не хочется собрать хороший усилитель мощности низкой частоты, чтобы он работал «чисто», был надежен, да и налаживание не отнимало бы много времени. Без ошибок собранный он начинает работать сразу же после подачи на него питающих напряжений.

Необходимо лишь с помощью резистора R7 установить нулевое выходное напряжение при отсутствии сигнала на входе и выставить начальный ток выходных транзисторов VT11, VT12 в пределах 100-150 мА. При двуполярном питании ±36 В транзисторный усилитель мощности звуковой частоты отдает в нагрузку сопротивлением 8 Ом 50 Вт, при нагрузке 4 Ом - 90 Вт.

При работе УМЗЧ на 4-омную нагрузку емкость сглаживающих конденсаторов в блоке питания должна быть не менее 20000 мкФ для стерео варианта или 10000 мкФ для моно варианта. Увлекаться снижением емкости этих конденсаторов не стоит, так как при больших токах в нагрузке может ухудшиться воспроизведение.

Хорошие результаты дает применение стабилизированных блоков питания. При этом допустимо снижение емкости фильтрующих конденсаторов в 1,5 раза. К тому же в стабилизированный блок питания нетрудно ввести токовую защиту.

В данном такая защита не предусмотрена, поскольку простоя защита заметно ухудшает качество звуковоспроизведения, о сложная значительно увеличивает количество радиокомпонентов.

Релейные схемы защиты весьма чувствительны ко всякого рода помехам и всплескам напряжений, поэтому и от них пришлось отказаться. Предлагаемый усилитель на транзисторах рассчитан не стационарный аудиокомплекс. Аккуратно собранный, работающий на исправные и с хорошим запасом мощности акустические системы, простой усилитель звука прослужит не один год.

Как видно из рис.1, УМЗЧ состоит из дифференциального каскада VT1, VT2 с генератором тока на транзисторе VI3, усилителя напряжения на транзисторе VT4 и буферного каскада - усилителя тока на транзисторе VT5. Последний нагружен на генератор токе, собранный на транзисторе VF6 и на симметричную схему двухтактного составного повторителя напряжения на транзисторах VT7-VT12.

Несмотря на «традиционность»‘ этой схемы, в ней применены некоторые «тонкости». Усилитель тока VT7-VT12 несколько видоизменен по сравнению с обычными схемами. Это позволило снизить искажения, вносимые выходным каскадом УМЗЧ, в несколько раз.

В обычных схемах из-за наличия емкости перехода база-эмиттер (эта емкость у мощных транзисторов может достигать сотых долей микрофарад) на базах выходных и предвыходных транзисторов скапливаются электрические заряды, что приводит к затягиванию времени переходных процессов.

В предлагаемой схеме влияние емкости база-эмиттер уменьшено в несколько раз, что в итоге благоприятно сказывается на верности звуковоспроизведения. УМЗЧ охвачен цепью общей ООС. Глубина ООС по переменному току зависит от резисторов R17 и R16. Для уменьшения искажений, вносимых конденсатора С6, он зашунтирован неэлектролитическим конденсатором С7 емкостью в 4,7 мкФ.

Даже неискушенные слушатели могут заметить разницу в звучании, особенно на высоких частотах, с конденсатором С7 и без него. Для установки нулевого потенциала на выходе УМЗЧ при отсутствии входного сигнала служит цепь, состоящая из элементов R3,R6,R7,R14,C3. Через эту цепочку подается небольшое отрицательное напряжение смешения на транзисторы VT1 и VT2.

Необходимо отметить, что наличие буферного усилителя тока VT5 позволяет уменьшить искажения в 10-15 роз. Поэтому не стоит упрощать схемы путем исключения этого каскада. Ток покоя выходных транзисторов зависит от тока транзистора VT6. Поэтому при настройке, если необходимо, изменяют сопротивление резистора R18. Увеличение сопротивления резистора R18 соответствует уменьшению тока транзистора
VT6 и, наоборот, уменьшение R18 вызывает увеличение тока VT6.

Увеличение тока через VT6 вызывает соответственно увеличение падения напряжения на диодах VD1 - VD4, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения смещения транзисторов VT7-VT12, при этом начальный ток выходных транзисторов VT11 и VT12 увеличивается. Напряжение на входе усилителя при максимальной мощности, отдаваемой им в нагрузку, примерно равно 1 В.

Коэффициент гармоник не превышает 0,04 % во всем диапазоне звуковых частот. Если подобрать комплиментарные пары VT9,VT10 и VT11,VT12 с одинаковыми Ь21э, можно добиться уменьшения Кг до 0,02 % в диапазоне частот до 16 кГц.

Для сохранения хорошего качества звуковоспроизведения предварительный усилитель с блоком тембров должен иметь низкое выходное сопротивление (несколько килоом) и коэфициент нелинейных искажений не более чем данный УМЗЧ.

Печатная плата УМЗЧ изображена на рис.2. Очень удобно проверять усилитель на устойчивость с помощью генератора прямоугольных импульсов, наблюдая на экране осциллографа за формой выходного сигнала. При этом подбирают емкость конденсатора С5, добиваясь наименее искаженного сигнала на выходе по сравнению с его первоначальной формой.

По возможности емкость С5 уменьшают, поскольку улучшается АЧХ усилителя на высоких частотах. Фактически емкость конденсатора удавалось снизить до 20 пФ, когда УМЗЧ работал но громкоговорители без LC-фильтров, т.е. на широкополосные громкоговорители. При работе на большую реактивную нагрузку емкость С5 необходимо увеличивать.

Кроме того, необходимо ввести катушку индуктивности в несколько микрогенри в разрыв выходного провода УМЗЧ. На печатной плате это катушка должна находиться вблизи точки соединения резисторов R26 и R27. При работе на большую реактивную нагрузку следует также ввести в схему УМЗЧ защитные (для выходных транзисторов) диоды VD7 и VD8.

Общеизвестно преимущество инвертирующего усилителя над неинвертирующим. Поскольку при инвертирующем включении входной сигнал подается на базу транзистора VT2, то входное сопротивление УМЗЧ шунтируется резистором R16. При этом для согласования низкого сопротивления усилителя, например с регулятором громкости, необходимо на входе УМЗЧ включить истоковый повторитель.

Схема такого повторителя изображена на рис.3 и на печатной плате специально для него оставлено место. Для перевода УМЗЧ в инвертирующий вариант необходимо сделать следующее.

1. Отсоединить от общего провода конденсаторы С6, С7 и освободившиеся выводы подключить к выходу истокового повторителя. При этом входом УМЗЧ будет вход повторителя.
2. Соединить левый контакт С1 (рис1) с общим проводом и включить параллельно ему электролитический конденсатор аналогично Сб.
3. Чтобы не было щелчков и бросков напряжений на выходе УМЗЧ при ею включении, подбирая резистор R3 (рис.3), установить нулевой потенциал на истоке транзистора VT1.
4. Сопротивления резисторов R4 и R5 подбираются таким образом, чтобы стабилитроны VD1 и VD2 не вышли из режима стабилизации напряжения. При инвертирующем включении по сравнению с неинеертирующим усилитель работает на слух несколько чище.

Схема блока питания (БП) изображена на рис.4. С целью уменьшения искажений общий провод разделен на два в кожном УМЗЧ, в противном случае резко возрастают искажения, появляются «блуждающие» токи, которые сильно увеличивают уровень фона в акустических системах. С этой же целью в блоке питания для уменьшения наводок от силовых трансформаторов применено противофазное включение первичных обмоток трансформаторов Т1 и Т2.

Раздельное питание каналов УМЗЧ позволяет значительно снизить переходные искажения в каналах, особенно на низких частотах. Диаметр провода как вторичной, так и первичной обмоток также можно уменьшить в 1,4 раза по сравнению с одним трансформатором в БП УМЗЧ. При использовании предохранителей FU2-FU5 (рис.4) надобность в предохранителях FU1 и FU2 (рис.1) отпадает, но предусмотренные для них площадки в платах очень удобны в случае ремонта.

При этом FU1 и FU2 заменяют резисторами для контроля токов и предохранения выхода из строя транзисторов VT7-VT12. Трансформаторы Т1 и Т2 намотаны на тороидальных магнитопроводах, внешний диаметр которых 110 мм, внутренний 65 мм и высото 23 мм. Первичная обмотка содержит 1320 витков провода ПЭВ - 0,64 мм, вторичная обмотка намотана двойным проводом ПЭВ - 1,2 мм 162 витка. Экран состоит из одного слоя провода ПЭЛШО - 0,41 мм.

Для VT5 и VT6 подойдут транзисторы КТ604, КТ611. КТ618А, КГ630. КТ940. Вместо транзисторов КТ817 и КТ816 прекрасно подходят более современные КТ850 и КТ851. Транзисторы VT1 -VT3 заменяешь на современные КТ611А. КТ632, 2Т638А. «Камень преткновения» УМЗЧ - транзистор VT4, его рекомендуется заменить но современный КТ3157А.

Этот транзистор более высоковольтный, чем КТ209М, к тому же он специально разработан для видеоусилителей транзисторных телевизоров и по своим параметром более высокочастотный.
Работает УМЗЧ с такой заменой ощутимо лучше. Усилитель прекрасно работает при понижении питания до ±25 В. Необходимо лишь уменьшить номиналы R11, R18 (Рис.1), чтобы выставить начальные токи VT7-VT12 и нулевое напряжение на выходе УМЗЧ.

В этом случае в дифференциальном каскаде можно применять КТ3102А(Б), а КТ209М (VT4I заменить но КТ3107И). Вместо КТ818. KT8I9 лучше работают КТ864, КТ865 или КТ8101, КТ8102 Предлагается также изменить цепь регулировки начального тока выходных транзисторов заменой VDI - VD4 и R19 на несколько иную схему (рис5).

Транзистор типа КТ626 устанавливается на теплоотводе как можно ближе к VT12. Транзисторы VT11 и VT12 размещены не на отдельных теплоотводах.

Транзисторные усилители

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

Электронные усилители

Транзисторные усилители

Назначением усилителя как электронного устройства является увеличе­ние мощности сигнала за счет энергии источника питания.

В зависимости от формы электрических сигналов усилители разделяют на: усили­тели непрерывных сигналов, называемые усилителями постоянного тока; усили­тели сигналов с гармоническим несущим процессом, которые называют усилите­лями переменного тока; усилители импульсных сигналов – импульсные усили­тели. Из усилителей переменного тока выделяют узкополосные, или из­бирательные, усиливающие только одну гармоническую составляющую из ряда гармоник несинусоидального периодического тока. Импульсные усилители являются широкополосными.

В электронных устройствах применяют также усилители, преобразую­щие изменения амплитуды или фазы гармонического тока в соответствующие изменения значения и знака постоянного тока (напряжения). Называют их усилителями среднего значения тока.

В соответствии с назначением коэффициентом преобразования усилителя является коэффициент усиления мощности

где , – мощность выходного и входного сигналов соответственно.

Однако в зависимости от режимов работы выходной и входной цепей усилителя практическое значение может иметь не усиление мощности сигнала, а повышение его уровня по напряжению или по току. Поэтому на практике различают усилители мощности, усилители напряжения и усилители тока. Со­ответственно в качестве коэффициентов преобразования используются коэф­фициенты усиления напряжения и тока

; . (14.2)

Очевидно, что .

Режим работы усилителя определяется соотношениями входного , выход­ного сопротивлений и сопротивлений источника сигнала и на­грузки . Для усилителя напряжения характерны соотношения: , , которые дают режим, близкий к режиму холостого хода на выходе. Источником сигнала является источник напряжения. Для усилителя тока соотно­шения , дают режим, близкий к короткому замыканию на выходе. Источником сигнала служит источник тока.

Однако рассмотренные идеальные режимы усиления напряжения или тока на практике встречаются редко. Транзисторные усилители большей частью рабо­тают как усилители мощности в режиме согласованной нагрузки источника сиг­нала, а иногда и согласованной нагрузки усилителя, т.е. при и .

Простейший усилитель принято называть усилительным каскадом . При не­достаточном усилении сигнала одним каскадом усилитель выполняется из не­скольких каскадов. Усилители электронных устройств, как правило, состоят из двух или трех каскадов, которые называются входным, выходным и промежуточ­ным каскадами.

Общим требованием к усилителям электронных устройств является как можно меньшее искажающее воздействие на сигналы. Необходимые информаци­онные характеристики и параметры усилителей обеспечиваются при достаточно высокой стабильности коэффициентов усиления, практически линейной проход­ной характеристике, ограниченных линейных искажениях (сдвигах фаз гармони­ческих составляющих сигналов) и малой инерционностью. Перечисленные свой­ства усилителей достигаются главным образом за счет обратных связей. Поэтому практически все усилители электронных устройств выполняются с обратными связями. Особое место занимают усилители с глубокой положительной, обеспе­чивающей релейный или автоколебательный режим их работы, и отрицательной обратной связью – операционные усилители.

Усилительный каскад может быть выполнен на основе любой из трех схем включения транзистора. Однако преимущественно используются усилительные каскады по схеме включения с общим эмиттером (ОЭ) биполярного и схеме с общим истоком (ОИ) полевого транзисторов, как обеспечивающие наибольшее усиление (рис. 14.1 а, б).

Режим работы транзистора в усилительном каскаде отличается от режима работы в схеме включения транзистора, так как его выходные зажимы размы­каются и к ним под­ключается нагрузка с сопротивле­нием , а к входным зажимам под­ключается источник сигнала с сопро­тивлением и ЭДС . При = 0 транзистор находится в некотором исходном режиме, задаваемом ис­точником питания и источником смещения .

Резистор уменьшает коэф­фициент усиления по току биполяр­ного транзистора и крутизну харак­теристики полевого транзистора, поскольку их выходные сопротивле­ния конечны.

Внутренняя положительная обратная связь в схеме включения биполяр­ного транзистора с ОЭ, увеличивая коэффициент усиления мощности каскадом, одновременно увеличивает нестабильность коэффициента усиле­ния. Поэтому усилительные каскады на основе схемы с ОЭ биполярного и с ОИ полевого транзисторов всегда выпол­няются с внешними (специально введенными) отрицательными обратными связями (рис. 14.2 а, б).

В усилителях переменного тока частота несущего процесса, как правило, равна промышленной (50 Гц) или кратна ей. Наи­большие частоты не выходят за пределы звукового диапазона, наименьшая может составлять 25…30 Гц .

В усилителях переменного тока возможно гальваническое разделение це­пей усиливаемого сигнала и цепей постоянного тока, задающих исходный ре­жим транзистора, что является важной их особенностью. Разделение достига­ется путем использования реактивных сопротив­лений – кондесаторов или трансформаторов для связи транзистора с источником сигнала и нагрузкой. Соответственно различают усилители переменного тока с конден­саторными (RC -связями) и трансформаторными связями.

Достоинствами конденсаторных усилительных каскадов являются их от­носительная простота и технологичность изготовления. Однако их параметры, прежде всего коэффициент усиления мощности, хуже параметров трансформаторных каскадов. Достоинством последних является свойство обеспечения возможно большего приближения к оптимальному ре­жиму усиления мощности вплоть до согласования транзи­стора с источником сигнала и нагрузкой. Однако в связи с низкими значениями напряжений, применяемых для питания транзисторов, согласование возможно только в усилителях слабых сигналов. Такие усилители выполняют, как правило, с конденсаторными связями. С трансформаторными связями выпол­няют усилители больших сигналов, особенно выходные каскады (на биполярных транзисторах).

Часто, особенно в электронных устройствах с преобразователями неэлек­трических величин, необходимо усиление сигналов очень низких частот (). В этом случае используют усилительные каскады постоянного тока, имеющие амплитудно-частотную характеристику, равномерную в диа­пазоне от до . Так как использование конденсаторов и трансформато­ров в усилителях постоянного тока невозможно, для связи между каскадами используют только резисторы.

Из числа схем усилителей постоянного тока наибольший интерес представ­ляет параллельно-баланс–ная или дифференциальная схема (рис. 14.3). В ней использован принцип четырехплече­го моста. Однако в такой схеме предъявляются особые требования к идентичности характеристик транзи­сторов и других элементов. Такие усилители могут выполняться как на биполярных, так и на полевых тран­зисторах. В дискретных устройствах (например, ЭВМ) их используют для выполнения арифметических опера­ций.

14.1.2. Усилители на микро­схемах

В настоящее время многокаскадные усилители переменного тока с RC -свя­зью выполняют на основе интегральных микросхем. Они состоят, как правило, из нескольких (не менее двух) каскадов. Полоса пропускания частот таких усилите­лей находится в пределах от 200 Гц до 100 кГц . Особенностью интегральных усилителей являются непосредственные (гальванические) связи между каскадами. Связь с источником сигнала и нагрузкой конденсаторная. Так как конденсаторы большой емкости трудно выполнить в интегральном исполнении, то в микросхе­мах предусматривают специальные выводы для подключения внешних конденса­торов и резисторов. На рис. 14.4 показаны схема интегрального усилителя (обве–­ дена пунктиром) и схема его включения.