Jednostupňové a dvoustupňové zesilovače. Jednoduchý dvoustupňový zesilovač Praktické zapojení čtyřstupňového tranzistorového zesilovače

Nízkofrekvenční zesilovač je nedílnou součástí každého moderního rádia, televizoru, magnetofonu a mnoha dalších rádiových zařízení. Bez nízkofrekvenčních zesilovačů by nebyl možný hlasitý příjem programů z rozhlasových stanic, zvukový doprovod televizních programů, nahrávání a přehrávání zvuku.

Ve vašem jednotranzistorovém přijímači byl také jednostupňový nízkofrekvenční zesilovač, ale jeho zesílení pro hlasitý příjem rádia nestačí. Proto je nutné zvýšit počet zesilovacích stupňů.

Zkuste namontovat jednoduchý dvoustupňový zesilovač a proveďte s ním řadu experimentů. Takový zesilovač lze například připojit k přijímači detektoru, čímž vznikne přijímač 0-V-2. A s reflexním přijímačem 1-V-1 tvoří přijímač 1-V-3, poskytující spolehlivý příjem nejen místních, ale i výkonných vzdálených rozhlasových stanic.

Zesilovač bude vyžadovat nízkovýkonové nízkofrekvenční tranzistory MP39...MP42 s koeficientem přenosu statického proudu alespoň 30.

Schematický diagram první verze takového nízkofrekvenčního zesilovače je na Obr. 52. Jeho první stupeň je tvořen tranzistorem PROTI1, rezistory R1, R2, kondenzátor C1. Měl by vám připomínat jednostupňový nízkofrekvenční zesilovač, známý ze šesté dílny (viz obr. 29). Rezistor se stal jedinou zátěží tranzistoru (místo telefonů) R2. Druhý stupeň zesilovače na tranzistoru PROTI2 podobný prvnímu, ale jeho zátěž jsou telefony V 1. Elektrolytický kondenzátor C2(stejně jako C1) je prvkem mezistupňové komunikace.

Druhý zesilovací stupeň funguje v zásadě stejným způsobem jako první. Jediný rozdíl je v tom, že první stupeň zesiluje vstupní nízkofrekvenční signál a druhý zesiluje signál již zesílený prvním stupněm. V důsledku toho se zvýší citlivost zesilovače a zvuk bude hlasitější.

Na páté dílně jste nainstalovali jednostupňový zesilovač. Nyní k tomu přidejte druhou kaskádu. Výsledkem je dvoustupňový nízkofrekvenční zesilovač. Ke sběrateli; tranzistorový obvod VI prvního stupně, který se nyní stal 1 stupněm předzesilování nízkofrekvenčního signálu, zapněte zatěžovací rezistor R2 odpor 4,7...5,6 kOhm, a telefony do kolektorového obvodu tranzistoru druhého stupně. Chcete-li nastavit stejný klidový proud tranzistoru prvního stupně (1...1,2 mA), odpor základního odporu R1 je třeba snížit. Klidový proud kolektoru druhého tranzistoru je v rozmezí 4..6 mA, což odpovídá provoznímu režimu koncového stupně, nastavuje se volbou odporu R3.

Nedělejte chybu v polaritě elektrolytického kondenzátoru C2: záporná deska musí být připojena ke kolektoru prvního tranzistoru a kladná deska k bázi druhého tranzistoru.

Ke vstupu zesilovače připojte účastnický reproduktor a jako při pokusech s jednostupňovým zesilovačem jej použijte jako elektrodynamický mikrofon. Nyní, když se zesilovač stal dvoustupňovým zesilovačem, znějí telefony mnohem hlasitěji.

Zapojení další verze dvoustupňového nízkofrekvenčního zesilovače je na Obr. 53. Zde je tranzistor VI zapojený podle obvodu se společným kolektorem (sledovač emitoru) a jeho zátěží je emitor R-n tranzistorový přechod PROTI2, zapojeny podle obvodu se společným emitorem. Oba tranzistory, jejichž proudy jsou propojeny, tvoří jakoby jeden zesilovací stupeň. Pracovní režim výstupního tranzistoru PROTI2 určeno emitorovým proudem vstupního tranzistoru, který je zvolen rezistorem R1.

Výhodou zesilovače této varianty je jednoduchost a méně dílů.Tento zesilovač má navíc výrazně vyšší vstupní impedanci než zesilovač první možnosti, což umožňuje k němu připojit piezoelektrický snímač a přehrát tak desku. Obecně to funguje stejně jako zesilovač první možnosti.

Může se stát, že v této verzi zesilovače kolektorový proud tranzistoru PROTI2 bude velký (více než 8...10 mA) a nebude se snižovat s rostoucím odporem rezistoru R1. To se stane, pokud je zpětný kolektorový proud Iko prvního tranzistoru větší než stejný parametr druhého tranzistoru, v tomto případě byste měli zkusit prohodit tranzistory nebo obejít emitorový přechod druhého tranzistoru rezistorem s odporem 100 ...200 Ohmů (na obr. 53 je znázorněno přerušovanými čarami).

Nyní pokračujte v experimentech a propojte jej s jednotranzistorovým reflexním přijímačem (sestaveným dříve podle obvodu na obr. 50), aby se z nich stal jediný přijímač 1-U-W. Udělej to takhle. do kolektorového obvodu tranzistoru PROTI1 přijímač 1-V-1 místo telefonů a blokovacího kondenzátoru zapněte zatěžovací rezistor s odporem 2,7 ... 3,3 kOhm (na obr. 54 R4) a k připojovacímu bodu zátěží tohoto tranzistoru (vysokofrekvenční tlumivka L3 a odpor R4) Připojte basový zesilovač. Nyní bude vstupním elektrolytickým kondenzátorem C1 dvoustupňového zesilovače kondenzátor €4, tranzistor VI tranzistor prvního stupně PROTI4, a tranzistor PROTI2 tranzistor druhého stupně PROTI5 kombinovaný přijímač 1-K-3. Změní se samozřejmě číslování a některé další detaily. Nakreslete si sami schéma takového přijímače, samozřejmě připojte záporné a kladné vodiče reflexního přijímače a dvoustupňového nízkofrekvenčního zesilovače, protože jejich zdroj energie je společný.

Jaká by nyní měla být polarita vstupního elektrolytického kondenzátoru? C4 připojený zesilovač? Stejná jako polarita podobného mezistupňového kondenzátoru zesilovače první možnosti (viz. C2 na obr. 52). To znamená, že při připojování zesilovače k ​​přijímači nezapomeňte změnit polaritu tohoto kondenzátoru.

K nastavení kolektorového proudu tranzistoru VI v rozsahu t…t.2 mA zahrňte do svého základního obvodu rezistor (R1 na Obr. 50 a 54) vyšší odpor 220…470 kOhm,

Připojte venkovní anténu a uzemněte k přijímači, zapněte napájení a nalaďte jej na místní vysílací stanici.“ Telefony by měly znít velmi hlasitě. Odpojte uzemnění a nastavte vstupní obvod na stejnou stanici. Telefony začaly znít slaběji, ale stále hlasitěji.Externí anténu vyměňte za kus drátu K..1,5m dlouhý a znovu upravte vstupní obvod. Přijímač nadále funguje.

Nyní vypněte epa aftfetmy sch Otočením přijímače ve vodorovné rovině a zároveň úpravou vstupního obvodu s proměnným kondenzátorem docílit příjmu signálů ze stejné stanice. Máte přijímač s magnetickou anténou tvořenou feritovou tyčí, na které je umístěna cívka vstupního obvodu.

Je možné zařadit na výstup takového přijímače dynamickou hlavu přímého vyzařování? Je to možné, ale pouze prostřednictvím nízkofrekvenčního snižovacího transformátoru, kterým můžete sladit poměrně vysoký odpor výstupního obvodu zesilovače s nízkým odporem kmitací cívky dynamické hlavy. Úlohu takového transformátoru, nazývaného přizpůsobovací transformátor, nebo častěji výstupní transformátor, může bez jakýchkoliv úprav plnit účastnický reproduktorový transformátor. Zapojte jej do kolektorového obvodu výstupního tranzistoru místo telefonů (na obr. "55 t|" Ng býv. T L). Reproduktor bude znít hlasitěji, pokud k přijímači připojíte externí anténu a uzemníte ji.

Koncové stupně tranzistorových NF zesilovačů jsou vyrobeny push-pull, což výrazně zvyšuje jejich výstupní výkon. Zesilovači s takovou kaskádou bude věnován speciální workshop. A v příštím workshopu si povíme něco o vysokofrekvenčním oscilačním zesilovači.

Literatura:
Borisov V. G. Workshop pro začínajícího radioamatéra. 2. vyd., revidováno. a doplňkové - M.: DOSAAF, 1984. 144 s., ill. 55 tis.

Dvoustupňový zesilovač s RC vazbou mezi stupni je na obr. 11. Vazba odpor-kapacita je nejběžnějším typem u střídavých zesilovačů. Jeho nevýhodou je omezení nízkých frekvencí. Pokud musí zesilovač zesílit nízké frekvence, je kapacita vazebních kondenzátorů velká. Schéma dvoustupňového zesilovače s RC vazbou mezi stupni. Tranzistory Q1 a Q2 pracují v režimu třídy A, specifikovaném obvody předpětí R1-R9 a R2-R7. Tyto dva stupně jsou od sebe izolovány pomocí oddělovacího kondenzátoru

Rýže. jedenáct. Dvoustupňový zesilovač

Celkové zesílení zesilovače se přibližně rovná součinu zesílení každého stupně násobeného zesílením sousedního stupně. V našem případě zařízení obsahuje dva stupně sestavené podle obvodu společného emitoru (CE) a každý z nich zajišťuje zesílení výkonu, napětí a proudu.

Na oscilogramu (obr. 10), pořízeném za provozu zesilovače v elektronické laboratoři na IBM PC v automatizovaném prostředí N1.Multisim 10.1.1. můžete vidět, že střídavé vstupní a výstupní napěťové impulsy jsou ve fázi. To je vysvětleno jednoduše, druhý stupeň otočí napěťový impuls prvního stupně ve fázi o 180 stupňů.

Ve dvoustupňovém zesilovači jsme tak získali fázovou shodu vstupních a výstupních napěťových impulsů. Modelování zesilovače provedené v automatizovaném programu Multisim 10.1.1 je uvedeno v oscilogramu na Obr. 12. Výsledky experimentu se zcela shodují s teoretickými předpoklady, pozorujeme zde zesílení vstupního signálu v napěťové a fázové koincidenci po provozu druhého zesilovacího stupně.

Rýže. 12. Oscilogram napětí

Dvoustupňový zesilovač na bázi tranzistorů s efektem pole

Rýže. 13. Dvoustupňový zesilovač na bázi tranzistorů s efektem pole

Celkový koeficient přenosu zesilovače znázorněného na obr. 13 je stejně jako v předchozím případě roven součinu faktorů zesílení každého stupně násobených koeficientem sousedního stupně. V našem případě obsahuje zařízení také dva stupně. Simulace zesilovače, provedená v automatizovaném programu Multisim 10.1.1, je uvedena v oscilogramu na obr. 14. Je třeba poznamenat, že zisk je o něco nižší než u zesilovače založeného na bipolárních tranzistorech, ale s tím vším má použití tranzistoru s efektem pole své výhody, jako je výrazně vyšší vstupní impedance, která je důležitou podmínkou při kaskádování elektronická zařízení.

.

Rýže. 14. Oscilogram napětí

Tranzistorový zesilovač se společným zdrojem polem

Rýže. 15. Tranzistorový zesilovač se společným zdrojem polem

Kaskáda zesilovače sestavená na tranzistoru s efektem pole pomocí obvodu se společným zdrojem (CS). Činnost obvodu je podobná činnosti zesilovače s OE a může poskytnout vysoký výkonový zisk, ale oproti tomu má tranzistor s efektem pole výrazně vyšší vstupní odpor ve srovnání s bipolárním. Vlastnosti obvodu jsou následující: přes svodový rezistor R2 je velmi malý svodový proud hradlem odváděn do šasi. Rezistor R3 poskytuje potřebné zpětné předpětí a zvyšuje potenciál zdroje nad potenciál hradla. Kromě toho tento rezistor také zajišťuje stabilitu stejnosměrného režimu zesilovače. Zatěžovací rezistor je R3. Může mít velmi vysoký odpor (více než 1,5 MOhm). Oddělovací kondenzátor C2 zdroje eliminuje negativní střídavou zpětnou vazbu přes rezistor R1. Když je signál přiveden na vstup zesilovače, kolektorový proud se mění, což následně způsobuje změnu výstupního napětí na kolektoru tranzistoru. Během kladného půlcyklu vstupního signálu se napětí hradla zvyšuje v kladném směru, napětí zpětného předpětí přechodu hradlo-zdroj se snižuje, a proto se zvyšuje odtokový proud I FET. Zvýšení I-drain vede ke snížení výstupního (drain) napětí a na výstupu je reprodukován záporný půlcyklus zesíleného signálu. Naopak záporná půlcykla vstupního signálu odpovídá kladné půlcyklu výstupního signálu.

Výstupní stupně založené na "dvojkách"

Jako zdroj signálu použijeme generátor střídavého proudu s laditelným výstupním odporem (od 100 Ohmů do 10,1 kOhm) v krocích po 2 kOhm (obr. 3). Při testování VC při maximálním výstupním odporu generátoru (10,1 kOhm) tedy do určité míry přiblížíme provozní režim testovaného VC obvodu s otevřenou zpětnovazební smyčkou a v jiném (100 Ohm) - do obvodu s uzavřenou zpětnovazební smyčkou.

Hlavní typy kompozitních bipolárních tranzistorů (BT) jsou znázorněny na Obr. 4. Nejčastěji se ve VC používá kompozitní Darlingtonův tranzistor (obr. 4a) na bázi dvou tranzistorů stejné vodivosti (Darlington „double“), méně často - kompozitní Szyklai tranzistor (obr. 4b) ze dvou tranzistorů různých vodivost s proudem negativní OS, a ještě méně často - kompozitní Bryston tranzistor (Bryston, obr. 4 c).
"Diamantový" tranzistor, typ Sziklaiho složeného tranzistoru, je znázorněn na Obr. 4 g. Na rozdíl od Szyklaiho tranzistoru je u tohoto tranzistoru díky „proudovému zrcadlu“ kolektorový proud obou tranzistorů VT 2 a VT 3 téměř stejný. Někdy se používá Shiklai tranzistor s koeficientem přenosu větším než 1 (obr. 4 d). V tomto případě K P =1+ R 2/ R 1. Podobné obvody lze získat pomocí tranzistorů s efektem pole (FET).

1.1. Koncové stupně založené na "dvojkách". „Deuka“ je koncový stupeň push-pull s tranzistory zapojenými podle Darlingtonova, Szyklaiova obvodu nebo jejich kombinace (kvazikomplementární stupeň, Bryston atd.). Typický výstupní stupeň push-pull založený na Darlingtonově dvojce je znázorněn na Obr. 5. Pokud jsou emitorové odpory R3, R4 (obr. 10) vstupních tranzistorů VT 1, VT 2 připojeny k protilehlým napájecím sběrnicím, pak budou tyto tranzistory pracovat bez proudového odpojení, tedy v režimu třídy A.

Podívejme se, jaké párování dají výstupní tranzistory pro dva „Darlingt she“ (obr. 13).

Na Obr. Obrázek 15 ukazuje obvod VK použitý v jednom z profesionálních a onálních zesilovačů.

Schéma Siklai je ve VK méně oblíbené (obr. 18). V raných fázích vývoje návrhu obvodů pro tranzistorové UMZCH byly oblíbené kvazikomplementární koncové stupně, kdy horní rameno bylo provedeno podle Darlingtonova obvodu a spodní podle obvodu Sziklai. V původní verzi je však vstupní impedance ramen VC asymetrická, což vede k dodatečnému zkreslení. Upravená verze takového VC s Baxandallovou diodou, která využívá přechod báze-emitor tranzistoru VT 3, je na Obr. 20.

Kromě uvažovaných „dvojek“ existuje modifikace Bryston VC, ve které vstupní tranzistory řídí tranzistory jedné vodivosti s emitorovým proudem a kolektorový proud řídí tranzistory s jinou vodivostí (obr. 22). Podobná kaskáda může být implementována na tranzistorech s efektem pole, např. Lateral MOSFET (obr. 24).

Hybridní koncový stupeň podle obvodu Sziklai s tranzistory s efektem pole jako výstupy je na Obr. 28. Uvažujme zapojení paralelního zesilovače pomocí tranzistorů s efektem pole (obr. 30).

Jako efektivní způsob zvýšení a stabilizace vstupního odporu „dvojky“ se navrhuje použít na jejím vstupu vyrovnávací paměť, např. emitorový sledovač s generátorem proudu v emitorovém obvodu (obr. 32).

Ze zvažovaných „dvojek“ byl nejhorší z hlediska fázové odchylky a šířky pásma Szyklai VK. Podívejme se, co pro takovou kaskádu může udělat použití bufferu. Pokud místo jednoho bufferu použijete dva na paralelně zapojené tranzistory různé vodivosti (obr. 35), pak můžete očekávat další zlepšení parametrů a zvýšení vstupního odporu. Ze všech uvažovaných dvoustupňových obvodů se z hlediska nelineárních zkreslení nejlépe ukázal Szyklaiův obvod s tranzistory s efektem pole. Podívejme se, co udělá instalace paralelního bufferu na jeho vstupu (obr. 37).

Parametry studovaných koncových stupňů jsou shrnuty v tabulce. 1.

Analýza tabulky nám umožňuje vyvodit následující závěry:
- jakýkoli VC z „dvojky“ na BT jako zátěž UN se špatně hodí pro práci v UMZCH s vysokou věrností;
- charakteristiky VC s DC na výstupu závisí jen málo na odporu zdroje signálu;
- vyrovnávací stupeň na vstupu kterékoli z „dvojek“ na BT zvyšuje vstupní impedanci, snižuje indukční složku výstupu, rozšiřuje šířku pásma a činí parametry nezávislými na výstupní impedanci zdroje signálu;
- VK Siklai s DC výstupem a paralelním bufferem na vstupu (obr. 37) má nejvyšší charakteristiky (minimální zkreslení, maximální šířka pásma, nulová fázová odchylka v audio rozsahu).

Výstupní stupně založené na "trojkách"

U kvalitních UMZCH se častěji používají třístupňové struktury: Darlingtonovy triplety, Shiklai s výstupními tranzistory Darlington, Shiklai s výstupními tranzistory Bryston a další kombinace. Jedním z nejoblíbenějších koncových stupňů v současnosti je VC na bázi kompozitního Darlingtonova tranzistoru tří tranzistorů (obr. 39). Na Obr. Obrázek 41 ukazuje VC s kaskádovým větvením: vstupní opakovače současně pracují na dvou stupních, které zase také pracují na dvou stupních, a třetí stupeň je připojen ke společnému výstupu. Výsledkem je, že na výstupu takového VC pracují quad tranzistory.

Obvod VC, ve kterém jsou jako výstupní tranzistory použity kompozitní Darlingtonovy tranzistory, je znázorněn na Obr. 43. Parametry VC na obr. 43 lze výrazně zlepšit, pokud na jeho vstup zahrnete paralelní kaskádu vyrovnávací paměti, která se dobře osvědčila s „dvojkami“ (obr. 44).

Varianta VK Siklai podle schématu na Obr. 4 g pomocí kompozitních tranzistorů Bryston je na Obr. 46. Na Obr. Obrázek 48 ukazuje variantu VC na tranzistorech Sziklai (obr. 4e) s koeficientem prostupu asi 5, ve kterém vstupní tranzistory pracují ve třídě A (obvody termostatu nejsou znázorněny).

Na Obr. Obrázek 51 ukazuje VC podle struktury předchozího obvodu pouze s jednotkovým koeficientem přenosu. Přehled bude neúplný, pokud se nebudeme zabývat obvodem koncového stupně s Hawksfordovou korekcí nelinearity, znázorněným na obr. 53. Tranzistory VT 5 a VT 6 jsou kompozitní Darlingtonovy tranzistory.

Výstupní tranzistory nahraďme polem řízenými tranzistory typu Lateral (obr. 57

Anti-saturační obvody výstupních tranzistorů přispívají ke zvýšení spolehlivosti zesilovačů eliminací průchozích proudů, které jsou nebezpečné zejména při ořezávání vysokofrekvenčních signálů. Varianty takových řešení jsou znázorněny na Obr. 58. Přes horní diody se při přiblížení k saturačnímu napětí vybíjí přebytečný proud báze do kolektoru tranzistoru. Saturační napětí výkonových tranzistorů je obvykle v rozsahu 0,5...1,5 V, což se přibližně shoduje s úbytkem napětí na přechodu báze-emitor. U první možnosti (obr. 58 a) nedosahuje vlivem přídavné diody v základním obvodu napětí emitor-kolektor saturačního napětí asi o 0,6 V (úbytek napětí na diodě). Druhý obvod (obr. 58b) vyžaduje volbu rezistorů R 1 a R 2. Spodní diody v obvodech jsou určeny k rychlému vypínání tranzistorů při pulzních signálech. Podobná řešení se používají u výkonových spínačů.

Často jsou pro zlepšení kvality UMZCH vybaveny samostatným napájením, zvýšeným o 10...15 V pro vstupní stupeň a napěťový zesilovač a sníženým pro výstupní stupeň. V tomto případě, aby se předešlo selhání výstupních tranzistorů a snížilo se přetížení předvýstupních tranzistorů, je nutné použít ochranné diody. Zvažme tuto možnost pomocí příkladu úpravy obvodu na Obr. 39. Zvýší-li se vstupní napětí nad napájecí napětí výstupních tranzistorů, rozepnou se přídavné diody VD 1, VD 2 (obr. 59) a přebytečný proud báze tranzistorů VT 1, VT 2 se vypustí na napájecí sběrnice koncové tranzistory. V tomto případě se vstupní napětí nesmí zvýšit nad napájecí úrovně pro koncový stupeň VC a kolektorový proud tranzistorů VT 1, VT 2 je snížen.

Předpojaté obvody

Dříve se pro jednoduchost místo předpětí v UMZCH používal samostatný zdroj napětí. Mnohé z uvažovaných obvodů, zejména koncové stupně s paralelním sledovačem na vstupu, nevyžadují předpětí, což je jejich další výhodou. Nyní se podívejme na typická schémata přemístění, která jsou znázorněna na Obr. 60, 61.

Stabilní generátory proudu. V moderních UMZCH je široce používána řada standardních obvodů: diferenciální kaskáda (DC), proudový reflektor ("proudové zrcadlo"), obvod pro posun úrovně, kaskádový kód (se sériovým a paralelním napájením, druhý se také nazývá "broken cascode"), stabilní generátorový proud (GST) atd. Jejich správné použití může výrazně zlepšit technické vlastnosti UMZCH. Odhadneme parametry hlavních obvodů GTS (obr. 62 - 6 6) pomocí modelování. Budeme předpokládat, že GTS je zátěží OSN a je zapojena paralelně s VC. Jeho vlastnosti studujeme pomocí techniky podobné studiu VC.

Proudové reflektory

Uvažované obvody GTS jsou variantou dynamické zátěže pro jednotaktní UN. V UMZCH s jednou diferenciální kaskádou (DC) používají k organizaci protidynamického zatížení v OSN strukturu „proudového zrcadla“ nebo, jak se také nazývá, „proudového reflektoru“ (OT). Tato struktura UMZCH byla charakteristická pro zesilovače Holtona, Haflera aj. Hlavní obvody proudových reflektorů jsou na Obr. 67. Mohou být buď s jednotkovým koeficientem prostupu (přesněji blízko 1), nebo s větší či menší jednotkou (odrážeče proudu stupnice). V napěťovém zesilovači je proud OT v rozsahu 3...20 mA: Všechny OT tedy vyzkoušíme při proudu např. cca 10 mA podle schématu na Obr. 68.

Výsledky testu jsou uvedeny v tabulce. 3.

Jako příklad reálného zesilovače lze uvést obvod výkonového zesilovače S. BOCK, publikovaný v časopise Radiomir, 201 1, č. 1, s. 5-7; č. 2, str. 5 - 7 Radiotechnika č. 11, 12/06

Autorovým cílem bylo postavit koncový zesilovač vhodný jak pro ozvučení „prostoru“ při slavnostních akcích, tak pro diskotéky. Samozřejmě jsem chtěl, aby se vešel do relativně malého pouzdra a dal se snadno přenášet. Dalším požadavkem na něj je snadná dostupnost komponent. Ve snaze o dosažení Hi-Fi kvality jsem zvolil obvod komplementárně-symetrického koncového stupně. Maximální výstupní výkon zesilovače byl nastaven na 300 W (do zátěže 4 ohmy). Při tomto výkonu je výstupní napětí přibližně 35 V. Proto UMZCH vyžaduje bipolární napájecí napětí v rozmezí 2x60 V. Obvod zesilovače je na Obr. 1. UMZCH má asymetrický vstup. Vstupní stupeň je tvořen dvěma diferenciálními zesilovači.

A. PETROV, Radiomír, 201 1, č. 4 - 12

Rýže. 1 Dvoustupňový tranzistorový zesilovač.

Účinek zesilovače jako celku je následující. Elektrický signál přiváděný přes kondenzátor C1 na vstup prvního stupně a zesílený tranzistorem VI ze zatěžovacího odporu R2 přes oddělovací kondenzátor C2 je přiváděn na vstup druhého stupně. Zde je zesílen tranzistorem V2 a telefony B1, zapojenými do kolektorového obvodu tranzistoru, a přeměněn na zvuk. Jakou roli hraje kondenzátor C1 na vstupu zesilovače? Plní dva úkoly: volně přenáší střídavé signálové napětí na tranzistor a zabraňuje zkratování báze k emitoru přes zdroj signálu. Představte si, že tento kondenzátor není ve vstupním obvodu a zdrojem zesíleného signálu je elektrodynamický mikrofon s nízkým vnitřním odporem. Co se bude dít? Prostřednictvím nízkého odporu mikrofonu bude báze tranzistoru spojena s emitorem. Tranzistor se vypne, protože bude pracovat bez počátečního předpětí. Otevře se pouze při záporných půlcyklech signálového napětí. A kladné půlcykly, které dále uzavírají tranzistor, budou „odříznuty“. V důsledku toho bude tranzistor zkreslovat zesílený signál. Kondenzátor C2 spojuje stupně zesilovače přes střídavý proud. Měl by dobře procházet proměnnou složkou zesíleného signálu a zpožďovat konstantní složku kolektorového obvodu tranzistoru prvního stupně. Pokud spolu s proměnnou složkou vede i kondenzátor stejnosměrný proud, naruší se pracovní režim tranzistoru koncového stupně a zvuk se zkreslí nebo úplně zmizí. Kondenzátory, které provádějí takové funkce, se nazývají vazební kondenzátory, přechodové nebo izolační kondenzátory . Vstupní a přechodové kondenzátory musí dobře procházet celým frekvenčním pásmem zesíleného signálu – od nejnižšího po nejvyšší. Tento požadavek splňují kondenzátory s kapacitou minimálně 5 µF. Použití velkokapacitních vazebních kondenzátorů v tranzistorových zesilovačích se vysvětluje relativně nízkými vstupními odpory tranzistorů. Vazební kondenzátor poskytuje kapacitní odpor střídavému proudu, který bude tím menší, čím větší bude jeho kapacita. A pokud se ukáže, že je větší než vstupní odpor tranzistoru, část střídavého napětí na něm klesne, větší než na vstupním odporu tranzistoru, což bude mít za následek ztrátu zisku. Kapacita vazebního kondenzátoru musí být minimálně 3x až 5x menší než vstupní odpor tranzistoru. Proto jsou na vstupu umístěny velké kondenzátory, stejně jako pro komunikaci mezi tranzistorovými stupni. Zde se obvykle používají malé elektrolytické kondenzátory s povinným dodržením polarity jejich připojení. To jsou nejcharakterističtější vlastnosti prvků dvoustupňového tranzistorového nízkofrekvenčního zesilovače. Pro upevnění principu činnosti tranzistorového dvoustupňového nízkofrekvenčního zesilovače v paměti navrhuji sestavit, nastavit a otestovat v akci nejjednodušší verze zesilovacích obvodů níže. (Na konci článku budou navrženy možnosti pro praktickou práci, nyní je potřeba sestavit prototyp jednoduchého dvoustupňového zesilovače, abyste mohli rychle sledovat teoretická tvrzení v praxi).

Jednoduché dvoustupňové zesilovače

Schématická schémata dvou verzí takového zesilovače jsou uvedena na (obr. 2). Jsou v podstatě opakováním obvodu dnes již rozebraného tranzistorového zesilovače. Pouze na nich jsou uvedeny detaily dílů a jsou zavedeny tři další prvky: R1, SZ a S1. Rezistor R1 - zatížení zdroje kmitání audiofrekvenční frekvence (detekční přijímač nebo snímač); SZ - kondenzátor, který blokuje hlavu reproduktoru B1 při vyšších zvukových frekvencích; S1 - vypínač. V zesilovači v (obr. 2, a) pracují tranzistory struktury p - n - p, v zesilovači v (obr. 2, b) - ve struktuře n - p - n. V tomto ohledu je polarita zapínání baterií, které je napájejí, odlišná: záporné napětí je přiváděno do kolektorů tranzistorů první verze zesilovače a kladné napětí je přiváděno do kolektorů tranzistorů druhé verze. Rozdílná je také polarita zapínání elektrolytických kondenzátorů. Jinak jsou zesilovače úplně stejné.

Rýže. 2 Dvoustupňové nízkofrekvenční zesilovače na tranzistorech struktury p - n - p (a) a na tranzistorech struktury n - p - n (b).

V kterékoli z těchto možností zesilovače mohou pracovat tranzistory s koeficientem přenosu statického proudu h21e 20 - 30 nebo více. V předzesilovacím stupni (první) musí být instalován tranzistor s velkým koeficientem h21e - Roli zátěže B1 koncového stupně mohou plnit sluchátka, telefonní kapsle DEM-4m. Pro napájení zesilovače použijte baterii 3336L (lidově zvanou čtvercová baterie) popř síťové napájení(který byl navržen k provedení v 9. lekci). Namontujte předzesilovač prkénko na krájení a poté přeneste jeho části na desku s plošnými spoji, pokud taková touha vznikne. Nejprve namontujte na prkénko pouze části prvního stupně a kondenzátor C2. Mezi pravou (podle schématu) vývodem tohoto kondenzátoru a uzemněným vodičem napájecího zdroje zapněte sluchátka. Pokud nyní připojíte vstup zesilovače k ​​výstupním zdířkám např. detektorového přijímače naladěného na nějakou rozhlasovou stanici, nebo k němu připojíte jakýkoli jiný zdroj slabého signálu, zvuk rozhlasového vysílání nebo signál z připojený zdroj se objeví v telefonech. Volbou odporu rezistoru R2 (stejně jako při nastavování provozního režimu jednotranzistorového zesilovače, o čem jsem mluvil v lekci 8 ), dosáhněte nejvyšší hlasitosti. V tomto případě by miliampérmetr připojený ke kolektorovému obvodu tranzistoru měl ukazovat proud rovný 0,4 - 0,6 mA. Při napájecím napětí 4,5 V se jedná o nejvýhodnější pracovní režim tohoto tranzistoru. Poté namontujte díly druhého (výstupního) stupně zesilovače a telefony připojte ke kolektorovému obvodu jeho tranzistoru. Telefony by nyní měly znít výrazně hlasitěji. Možná budou znít ještě hlasitěji po nastavení kolektorového proudu tranzistoru na 0,4 - 0,6 mA volbou odporu R4. Můžete to udělat jinak: namontujte všechny části zesilovače, vyberte rezistory R2 a R4 pro nastavení doporučených režimů tranzistoru (na základě proudů kolektorových obvodů nebo napětí na kolektorech tranzistorů) a teprve poté zkontrolujte jeho činnost pro reprodukci zvuku. Tento způsob je techničtější. A pro složitější zesilovač, a hlavně s takovými zesilovači se budete muset potýkat, je tento jediný správný. Doufám, že chápete, že moje rada ohledně nastavení dvoustupňového zesilovače platí stejně pro obě možnosti. A pokud jsou koeficienty přenosu proudu jejich tranzistorů přibližně stejné, pak by hlasitost zvuku telefonů a zátěží zesilovačů měla být stejná. U kapsle DEM-4m, jejíž odpor je 60 Ohmů, je třeba zvýšit klidový proud kaskádového tranzistoru (snížením odporu rezistoru R4) na 4 - 6 mA. Schematické schéma třetí verze dvoustupňového zesilovače je na (obr. 3). Zvláštností tohoto zesilovače je, že v jeho prvním stupni pracuje tranzistor struktury p - n - p a ve druhém - struktura n - p - n. Kromě toho je báze druhého tranzistoru připojena ke kolektoru prvního ne přes přechodový kondenzátor, jako v zesilovači prvních dvou možností, ale přímo nebo, jak se také říká, galvanicky. Při takovém zapojení se rozšiřuje rozsah frekvencí zesílených kmitů a pracovní režim druhého tranzistoru je dán především pracovním režimem prvního, který se nastavuje volbou rezistoru R2. V takovém zesilovači není zátěží tranzistoru prvního stupně odpor R3, ale emitorový p-n přechod druhého tranzistoru. Rezistor je potřeba pouze jako předpětí: pokles napětí na něm vytvořený otevírá druhý tranzistor. Pokud je tento tranzistor germaniový (MP35 - MP38), odpor rezistoru R3 může být 680 - 750 Ohmů a pokud je křemík (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - asi 3 kOhm. Stabilita takového zesilovače při změně napájecího napětí nebo teplot je bohužel nízká. Jinak pro tento zesilovač platí vše, co je řečeno ve vztahu k zesilovačům prvních dvou možností. Lze zesilovače napájet z 9 V DC zdroje např. ze dvou baterií 3336L nebo Krona, nebo naopak ze zdroje 1,5 - 3 V - z jednoho či dvou článků 332 nebo 316? Samozřejmě je to možné: při vyšším napětí zdroje by měla znít zátěž zesilovače - reproduktorové hlavy hlasitěji, při nižším napětí - tišeji. Současně by však provozní režimy tranzistorů měly být poněkud odlišné. Navíc při napájecím napětí 9 V musí být jmenovitá napětí elektrolytických kondenzátorů C2 prvních dvou možností zesilovače alespoň 10 V. Pokud jsou části zesilovače namontovány na prkénku, lze toto vše snadno ověřit experimentálně a lze vyvodit příslušné závěry.

Rýže. 3 Zesilovač s tranzistory různé struktury.

Montáž částí zavedeného zesilovače na trvalou desku není obtížný úkol. Například (obr. 4) ukazuje obvodovou desku zesilovače první možnosti (podle schématu na obr. 2, a). Vyřízněte desku z desky getinax nebo sklolaminátu o tloušťce 1,5 - 2 mm. Jeho rozměry uvedené na obrázku jsou přibližné a závisí na rozměrech dílů, které máte. Například v diagramu je výkon rezistorů označen jako 0,125 W, kapacita elektrolytických kondenzátorů je označena jako 10 μF. To však neznamená, že pouze takové části by měly být instalovány v zesilovači. Ztrátový výkon rezistorů může být libovolný. Místo elektrolytických kondenzátorů K5O - 3 nebo K52 - 1 zobrazených na desce plošných spojů mohou být kondenzátory K50 - 6 nebo importované analogy, také pro vyšší jmenovitá napětí. V závislosti na součástech, které máte, se může změnit také PCB zesilovače. O metodách instalace rádiových prvků, včetně instalace plošných spojů, si můžete přečíst v sekci "technologie radioamatérů".

Rýže. 4 Obvodová deska dvoustupňového nízkofrekvenčního zesilovače.

Kterýkoli ze zesilovačů, o kterých jsem hovořil v tomto článku, se vám v budoucnu bude hodit, například pro přenosný tranzistorový přijímač. Podobné zesilovače lze také použít pro drátovou telefonní komunikaci s přítelem žijícím poblíž.

Schématická schémata dvou verzí takového zesilovače jsou na obrázku 2.7. Jsou v podstatě opakováním obvodu dnes již rozebraného tranzistorového zesilovače. Pouze na nich jsou uvedeny detaily dílů a jsou zavedeny tři další prvky: R1, SZ a S1. Rezistor R1 - zatížení zdroje kmitání audiofrekvenční frekvence (detekční přijímač nebo snímač); SZ - kondenzátor, který blokuje hlavu reproduktoru B1 při vyšších zvukových frekvencích; S1 - vypínač. V zesilovači v (obr. 2.7, a) pracují tranzistory struktury p - n - p, v zesilovači v (obr. 2.7, b) - ve struktuře n - p - n. V tomto ohledu je spínací polarita baterií, které je napájejí, odlišná: záporné napětí je přiváděno do tranzistorových kolektorů první verze zesilovače a kladné napětí je přiváděno do tranzistorových kolektorů druhé verze. Rozdílná je také polarita zapínání elektrolytických kondenzátorů. Jinak jsou zesilovače úplně stejné.

Obrázek 2.7 - Dvoustupňové nízkofrekvenční zesilovače na tranzistorech struktury p - n - p (a) a na tranzistorech struktury n - p - n (b).

V kterékoli z těchto možností zesilovače mohou pracovat tranzistory s koeficientem přenosu statického proudu h21e 20 - 30 nebo více. V předzesilovacím stupni (první) musí být instalován tranzistor s velkým koeficientem h21e - Roli zátěže B1 koncového stupně mohou plnit sluchátka, telefonní kapsle DEM-4m.

K napájení zesilovače se používá baterie 3336L (lidově zvaná čtvercová baterie) nebo střídavý zdroj. Předběžně sestavte zesilovač na prkénko a poté přeneste jeho části na desku s plošnými spoji, pokud taková touha vznikne. Nejprve namontujte na prkénko pouze části prvního stupně a kondenzátor C2. Mezi pravou (podle schématu) vývodem tohoto kondenzátoru a uzemněným vodičem napájecího zdroje zapněte sluchátka. Pokud nyní připojíte vstup zesilovače k ​​výstupním zdířkám např. detektorového přijímače naladěného na nějakou rozhlasovou stanici, nebo k němu připojíte jakýkoli jiný zdroj slabého signálu, zvuk rozhlasového vysílání nebo signál z připojený zdroj se objeví v telefonech.

Volba odporu rezistoru R2 (stejný jako při nastavování pracovního režimu jednotranzistorového zesilovače. V tomto případě by miliampérmetr připojený ke kolektorovému obvodu tranzistoru měl ukazovat proud rovný 0,4 - 0,6 mA. S výkonem napětí zdroje 4,5V,to je nejvýhodnější pracovní režim pro tento tranzistor.Poté se namontují části druhého (výstupního) stupně zesilovače,telefony se zapojí do kolektorového obvodu jeho tranzistoru.Nyní by se měly ozvučit telefony mnohem hlasitěji. Možná budou znít ještě hlasitěji po nastavení kolektorového proudu volbou rezistoru R4 tranzistor 0,4 - 0,6 mA. Můžete to udělat jinak: namontujte všechny části zesilovače, vyberte odpory R2 a R4 pro nastavení doporučených režimů tranzistorů (na základě proudů kolektorových obvodů nebo napětí na kolektorech tranzistorů) a teprve poté zkontrolovat jeho činnost pro reprodukci zvuku.Tento způsob je techničtější.A pro složitější zesilovač je jediný správný A pokud jsou koeficienty přenosu proudu jejich tranzistorů přibližně stejné, pak by hlasitost zvuku telefonů - zesilovačů měla být stejná. U kapsle DEM-4m, jejíž odpor je 60 Ohmů, je třeba zvýšit klidový proud kaskádového tranzistoru (snížením odporu rezistoru R4) na 4 - 6 mA.

Schematické schéma třetí verze dvoustupňového zesilovače je na (obr. 2.8). Zvláštností tohoto zesilovače je, že v jeho prvním stupni pracuje tranzistor struktury p - n - p a ve druhém - struktura n - p - n. Kromě toho je báze druhého tranzistoru připojena ke kolektoru prvního ne přes přechodový kondenzátor, jako v zesilovači prvních dvou možností, ale přímo nebo, jak se také říká, galvanicky. Při takovém zapojení se rozšiřuje rozsah frekvencí zesílených kmitů a pracovní režim druhého tranzistoru je dán především pracovním režimem prvního, který se nastavuje volbou rezistoru R2. V takovém zesilovači není zátěží tranzistoru prvního stupně odpor R3, ale emitorový p-n přechod druhého tranzistoru. Rezistor je potřeba pouze jako předpětí: pokles napětí na něm vytvořený otevírá druhý tranzistor. Pokud je tento tranzistor germaniový (MP35 - MP38), odpor rezistoru R3 může být 680 - 750 Ohmů a pokud je křemík (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - asi 3 kOhm.

Stabilita takového zesilovače při změně napájecího napětí nebo teplot je bohužel nízká. Jinak pro tento zesilovač platí vše, co je řečeno ve vztahu k zesilovačům prvních dvou možností. Lze zesilovače napájet z 9 V DC zdroje např. ze dvou baterií 3336L nebo Krona, nebo naopak ze zdroje 1,5 - 3 V - z jednoho či dvou článků 332 nebo 316? Samozřejmě je to možné: při vyšším napětí zdroje by měla znít zátěž zesilovače - reproduktorové hlavy hlasitěji, při nižším napětí - tišeji. Současně by však provozní režimy tranzistorů měly být poněkud odlišné. Navíc při napájecím napětí 9 V musí být jmenovitá napětí elektrolytických kondenzátorů C2 prvních dvou možností zesilovače alespoň 10 V. Pokud jsou části zesilovače namontovány na prkénku, lze toto vše snadno ověřit experimentálně a lze vyvodit příslušné závěry.

Obrázek 2.8 - Zesilovač využívající tranzistory různých struktur.

Montáž částí zavedeného zesilovače na trvalou desku není obtížný úkol.