• Объявления

    • admin

      Анонсы постов вашего блога в группах паяльника   04.09.2016

      Самые интересные посты будут анонсироваться в группах VK и FaceBook. Охват одного поста составляет несколько тысяч человек. Пример анонса записи про книгу Sprint Layout: в группе VK, в группе Facebook.  Поэтому если вы считаете, что ваш пост будет интересен аудитории, то не стесняйтесь - пишите, сделаем пост!
  • записи
    4
  • комментариев
    13
  • просмотров
    249

Как это работает

oldmao

211 просмотр

В комментариях меня просили рассказать подробнее, как работают эти схемы. Начнём с того, что усиление мощности можно разложить на две отдельные задачи: усиление напряжения и усиление выходного тока. Первая задача проста, решается любым усилительным каскадом ОЭ или ОБ.

Пояснение: 
Существуют три схемы включения транзистора по переменному току: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).
VT.JPG.8cf53aeb69f5673df4f7cfe5af3351f5.JPG
Каскад ОК не усиливает напряжение, но усиливает ток. Поэтому его называют ещё "эмиттерным повторителем". Поскольку выходной сигнал снимается с эмиттера и усиление по переменному току равно 1 (реально чуть меньше, но пока об этом забудем), то есть "повторяет" входное. Обычно каскад применяется для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с малым входным сопротивлением последующих каскадов. Например, гитарного звукоснимателя с основной схемой гитарной педали. Входной сигнал подаётся на базу и снимается с эмиттера.
Fatcat.gif.7dc8083fae5fa9d02fb9c0189960002a.gif
Каскад ОБ усиливает напряжение, но не усиливает ток. Применяется для согласования низкого входного сопротивления с высоким выходным. Например, в УКВ блоке сопротивление антенны 300 или 75 Ом согласовывает с колебательным контуром в нагрузке, имеющим характеристическое сопротивление единицы-десятки килоом. Входной сигнал подаётся на эмиттер, выходной снимается с коллектора, база должна быть заземлена по переменному току.
59df11bcaccd0_.jpg.ec1ba760a3839ccd1b73255c0f919be6.jpg
Каскад ОЭ усиливает и напряжение, и ток, является самым распространённым на практике.
59df11c81a2ed_.jpg.a47fdb87c0147e25bf20aef1f6874ea1.jpg

Но поскольку динамическая головка или наушник обладают низким сопротивлением, то УНЧ должен ещё и уметь отдать в нагрузку нужный ток. Какой каскад усиливает по току? Выше уже выяснили, что ОК. Поскольку нам нужно усиливать обе полуволны сигнала, то применим симметричный эмиттерный повторитель на транзисторах разной структуры.

1.JPG.53604e1f3b114f3b81a09f99d1d41942.JPG

Резисторы образуют делитель напряжения, задающий в покое на выходе половину напряжения питания (нам же нужно обе полуволны симметрично усилить), а R2 кроме того создаёт начальное смещение, приоткрывающее транзисторы, тем самым выводящее их рабочую точку на линейный участок. Именно им задаётся ток покоя усилителя. При слишком малом токе покоя на выходе будут искажения "ступенька", выглядящие на осциллографе так:

59df1207a149c_.jpg.5af1679ab179f47d8b848d742caf0951.jpg

Недостаток такого способа в том, что падение напряжения на R2 зависит от напряжения питания, а при изменении температуры транзисторам требуется другое значение напряжения смещения. Поэтому на практике такой способ не применяется. Стабилизировать напряжение смещения проще всего диодом. При изменениях температуры прямое падение напряжения на диоде меняется так же, как и требуемое напряжение смещения транзисторов, чем осуществляется температурная стабилизация. Но падение напряжения на одном диоде меньше, чем требуемое для двух эмиттерных переходов. Можно либо поставить второй диод, либо последовательно с диодом ещё один резистор.

2.JPG.cc55bf0cff119a3178649bd37790573e.JPG

Если использовать два диода, то падение напряжения на них строго должно быть равно падению напряжения на эмиттерных переходах. На практике для этого требуется подбор или диодов или транзисторов, поскольку полупроводниковые приборы даже одного типа всегда имеют технологический разброс параметров. Поэтому обычно не заморачиваются, а подбирают последовательный резистор (или ставят подстроечный).
Данная схема вполне работоспособна и применялась на практике, на заре транзисторной схемотехники. Вот, например, усилитель, рекомендованный в книге В.А.Васильева "Радиолюбители - сельскому клубу". 

Selo-15.jpg.d57ddfc8f33a3c51b1b74daeb13251e1.jpg

В нём роль усилителя напряжения играет входной трансформатор, а транзисторы применены составные. Верхний по схеме Дарлингтона, а нижний по схеме Шиклаи.
Но схемотехника не стоит на месте, и находятся решения, позволяющие уменьшить количество деталей. Совместив каскад усиления напряжения с повторителем получим вот такую схему.

3.JPG.52f75785bb5d98a685ec89e8a690665f.JPG

Такая схема тоже часто применяется, но и она не лишена недостатков. Рассмотрим случай, когда VT1 полностью открыт, следовательно открыт и VT3, на нагрузке имеем полный размах отрицательной полуволны. Ну за вычетом падения напряжения на эмиттерном переходе VT3 и напряжения насыщения VT1. А вот при обратной ситуации, когда VT1 полностью закрыт, ситуация не такая радужная. Базовый ток VT2 протекает через R2, вызывая на нём падение напряжения. Но это напряжение не может быть слишком маленьким, тогда не хватит тока через него для полного открытия VT2. Можно уменьшить R2, но тогда увеличится общий ток, потребляемый усилителем в покое. Как увеличить напряжение на верхнем выводе R2, сделав его больше напряжения питания? Остроумный выход, называемый "вольтодобавка", был найден.

4.JPG.59ef7ef9c40f2571948aaa8617914366.JPG

Использовался тот факт, что С2 при одном полупериоде заряжается почти до напряжения питания по цепи эмиттер-коллектор VT3 с минуса батареи и через динамик с плюса. При втором полупериоде это напряжение складывается с напряжением батареи. Действительно, левая обкладка подключается через открытый VT2 к плюсу батареи, а правая обкладка была в предыдущем полупериоде положительнее, чем левая обкладка. Таким образом, на верхнем выводе R2 получается почти удвоенное напряжение питания.
Эта схема тоже является нередко применяемой на практике. Обратите внимание на С3, которым часто пренебрегают, а потом удивляются или свисту вместо звука или "зажатому" или хриплому звуку. Этот конденсатор снижает усиление на ультразвуковых (лежащих выше звуковых) частотах, не давая таким образом усилителю самовозбудиться. Дело в том, что современные транзисторы высокочастотные, и паразитных емкостей монтажа достаточно для проникания сигнала с выхода на вход и самовозбуждения. Которое может быть на ультразвуке, тогда его не слышно, но звук оно сильно искажает и ведёт к перегреву выходных транзисторов. 
Справедливости ради стоит отметить, что данная схема - инвертирующая, потому к самовозбуждению очень устойчивая. Но ведь наводка может быть и на предыдущие каскады, тогда самовозбуждение возможно. Уж лучше поставить копеечный конденсатор, чем потом незаслуженно ругать схему.
Но у этой схемы тоже есть недостатки. И главный - необходимость подбора R1. Им выставляют половину напряжения питания в средней точке (соединение эмиттеров VТ2 VT3). Поскольку значение коэффициента передачи тока конкретного экземпляра VT1 нам неизвестно, то подбор требуется обязательно! Для этого его временно заменяют цепочкой из постоянного резистора 33 кОм и переменного 470 кОм. Вращая переменный резистор, выставляют половину питания в средней точке, затем измеряют получившееся сопротивление и впаивают R1 ближайшего номинала из стандартного ряда.
Но есть способ избежать такой настройки, добавив ещё один транзистор и охватив обратной связью, автоматически устанавливающей напряжение в средней точке.

5.JPG.74243af69df6077ae33fabc800d7f528.JPG

Это и есть схема четырёхтранзисторного усилителя, рассмотренная в блоге ранее.
Каскад на VT2 "перевернулся" по сравнению с предыдущей схемой, в связи с чем структура транзистора тоже поменялась. Но работает он абсолютно так же. Никуда не делась и вольтодобавка, только теперь она делает нижний вывод R8 отрицательнее, чем минус питания. Появился ещё один каскад на VT1. На его базу делителем напряжения R1 R2 R3 подаётся напряжение на 0,65В больше половины питания. Откуда взялись эти 0,65В? А это падение напряжения на эмиттерном переходе VT1. Напряжение с выхода через R6 приходит на эмиттер VT1. Если оно меньше напряжения базы, VT1 открывается, открывает VT2, напряжение на его коллекторе (а значит и после выходного эмиттерного повторителя) становится более положительным, возвращаясь через R6 на эмиттер VT1 и закрывая его. Таким образом действует отрицательная обратная связь по постоянному току, поддерживая на выходе напряжение, равное напряжению на базе VT1 за вычетом падения на его эмиттерном переходе (те самые 0,65В).
Усилитель уже неинвертирующий (то есть фазы сигналов на входе и выходе совпадают), поэтому применение С4, уменьшающего усиление на ультразвуке, обязательно, риск самовозбуждения высок. Указана минимальная ёмкость, при наладке возможно потребуется её увеличить. И даже поставить ещё один конденсатор параллельно R6 (ориентировочно 100 пикофарад).
R4 не является обязательным, но сильно желательным. При повышенной окружающей температуре и неудачном экземпляре VT2 его обратный неуправляемый ток коллектора может стать достаточным, чтобы не дать закрыть транзистор полностью, когда это необходимо.
R3 C1 образуют фильтр, не дающий пульсациям питания проникнуть на вход через делитель R1 R2.
Если убрать цепочку R5 C3, то усилитель превратится в повторитель напряжения. Действительно из-за ООС напряжение на выходе будет повторять напряжение на базе VT1. А вот с этой цепочкой R6 R5 образуют делитель (сопротивлением С3 на звуковых частотах пренебрегаем, читая его нулевым) выходного сигнала. И ООС будет поддерживать равенство сигнала на базе и части выходного сигнала. То есть если делитель будет ослаблять сигнал с выхода в 10 раз, то на выходе напряжение будет поддерживаться в 10 раз больше входного. Эта ООС нам нужна только для переменного тока, поэтому и присутствует С3 (пропускающий переменный ток, но задерживающий постоянный), ёмкость которого выбирается так, чтобы в диапазоне звуковых частот его комплексное сопротивление было много меньше R5.
 

  • Одобряю 1


0 комментариев


Рекомендуемые комментарии

Нет комментариев для отображения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас