В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах приводится информация о принципах действия и особенностях функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.
Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.
В миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах нередко возникает необходимость получения большого значения коэффициента усиления низкочастотного сигнала, для чего требуется использовать два и более каскадов усиления. В этом случае применение многокаскадных микрофонных усилителей с емкостной связью, каждый из каскадов которых выполнен на основе рассмотренных схем, не всегда приводит к удовлетворительным результатам. Поэтому в миниатюрных радиопередающих устройствах широкое распространение получили схемотехнические решения микрофонных усилителей с непосредственной связью между каскадами.
Такие усилители содержат меньше деталей, имеют меньшую энергоемкость, легко настраиваются и менее критичны к изменениям величины напряжения питания. Помимо этого усилители с непосредственной связью между каскадами имеют более равномерную полосу пропускания, а нелинейные искажения в них могут быть сведены к минимуму. Одним из главных достоинств таких усилителей является сравнительно высокая температурная стабильность.
Однако высокая температурная стабильность, как и остальные перечисленные выше преимущества усилителей с непосредственной связью между каскадами, могут быть реализованы лишь при использовании глубокой отрицательной обратной связи по постоянному току, подаваемой с выхода на первый каскад усилителя. При применении соответствующего схемотехнического решения любые изменения тока, вызванные как температурными колебаниями, так и другими причинами, усиливаются последующими каскадами и подаются на вход усилителя в такой полярности. В результате усилитель возвращается в исходное состояние.
Принципиальная схема одного из вариантов двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.11. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 40 кГц может достигать 5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.
Рис. 2.11. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 1)
Низкочастотный сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С2 поступает на вход первого усилительного каскада, выполненного на транзисторе VT1. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию нежелательных высокочастотных составляющих входного сигнала. Через резистор R1 на электретный микрофон ВМ1 подается напряжение питания.
Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки транзистора VT1 (резистор R2) подается непосредственно на базу транзистора VT2, на котором выполнен второй усилительный каскад. С коллекторной нагрузки этого транзистора сигнал поступает на выход усилителя через разделительный конденсатор С4.
Необходимо отметить, что резистор R2, используемый в качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1, имеет сравнительно большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет достаточно малым, что позволяет подключить базу транзистора VТ2 непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R6.
Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения, присутствующего на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.
Если по какой-либо причине ток, проходящий через транзистор VТ2, увеличится, то соответственно увеличится и напряжение на резисторах R5 и R6. В результате, благодаря резистору R4, увеличится напряжение на базе транзистора VТ1, что приведет к увеличению его коллекторного тока и соответствующему увеличению падения напряжения на резисторе R2, а это вызовет уменьшение напряжения на коллекторе транзистора VТ1, к которому непосредственно подключена база транзистора VТ2. Уменьшение значения напряжения на базе транзистора VТ2 приведет к уменьшению коллекторного тока этого транзистора и соответствующему уменьшению напряжения на резисторах R5 и R6. При этом уменьшится напряжение на базе транзистора VТ1, этот транзистор прикроется и вновь будет работать в нормальном, первоначально установленном режиме. Таким образом, токи и рабочие точки транзисторов VТ1 и VТ2 будут стабилизированы. Аналогичным образом схема стабилизации функционирует и при возможном уменьшении коллекторного тока транзистора VТ2, например, при уменьшении температуры окружающей среды.
У усилителей с непосредственной связью между каскадами для установки режима обычно бывает достаточно подобрать величину сопротивления лишь одного резистора. В рассмотренной схеме режим работы устанавливается подбором сопротивления резистора R6 или резистора R2.
В связи с тем, что резистор R3 не зашунтирован конденсатором, в данном усилителе возникает обратная связь по переменному току, обеспечивающая резкое уменьшение искажений.
Необходимо отметить, что при любом изменении номинала резистора R4 или величины питающего напряжения усилителя необходимо откорректировать и положение рабочей точки. Важную роль в этом процессе играет резистор R6, вместо которого в процессе налаживания конструкции обычно устанавливается подстроечный резистор, обеспечивающий правильный выбор рабочей точки транзисторов VТ1 и VТ2.
Принципиальная схема еще одного варианта двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.12. Отличительной особенностью данного схемотехнического решения, по сравнению с предыдущим, является то, что для стабилизации режима работы в предлагаемой схеме используются две цепи обратной связи с выхода на вход.
Рис. 2.12. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 2)
Нетрудно заметить, что помимо передачи напряжения, снимаемого с эмиттера транзистора VT2, на базу транзистора VT1 через резистор R4, в данной конструкции также обеспечивается изменение напряжения эмиттера транзистора первого каскада в зависимости от величины тока, проходящего через коллекторную нагрузку транзистора VT2 (резистор R6). Вторая цепь обратной связи, подключенная между коллектором транзистора VT2 и эмиттером транзистора VT1, образована включенными параллельно резистором R5 и конденсатором С3. Необходимо отметить, что от величины емкости конденсатора С3 зависит значение верхней граничной частоты полосы пропускания данного микрофонного усилителя.
При напряжении питания от 9 до 15 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения рассмотренного двухкаскадного усилителя в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.
Принципиальная схема еще одного варианта микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 3)
В данной конструкции сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С1 и резистор R2 проходит на базу транзистора VТ1, на котором собран первый каскад усиления. Усиленный сигнал с коллектора транзистора VТ1 подается непосредственно на базу транзистора VТ2 второго усилительного каскада.
Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.
Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 и потенциометр R8 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 20 мкФ. Потенциометр R8 выполняет функцию регулятора уровня выходного НЧ-сигнала и имеет логарифмическую характеристику (тип В).
В обычных усилительных каскадах, в которых транзистор включен по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления каскада определяется в первую очередь особенностями самого транзистора. В данной схеме коэффициент усиления в значительной степени зависит от параметров второй цепи обратной связи, включенной между выходом усилителя и эмиттером транзистора VТ1. В рассматриваемой схеме эта цепь обратной связи образована резистором R7. Теоретически коэффициент усиления К УС двухступенчатого усилительного каскада с непосредственной связью определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R7 и R3, то есть вычисляется по формуле:
К УС = R7/R3.
Для рассматриваемого каскада коэффициент К УС = 10000/180 = = 55,55. Приведенная формула справедлива для значений коэффициента усиления, находящихся в пределах от 10 до 100. При иных соотношениях вступают в силу дополнительные факторы, влияющие на величину коэффициента усиления. Особые методики расчета следует применять в тех случаях, когда в цепь обратной связи включаются последовательные или параллельные RC-цепочки.
Рассматривая классические схемы микрофонных усилителей на биполярных транзисторах, нельзя не упомянуть о двухкаскадном усилителе, выполненном на двух биполярных транзисторах разной проводимости. Принципиальная схема простого микрофонного усилителя, выполненного на n-p-n и p-n-p транзисторах, приведена на рис. 2.14.
Рис. 2.14. Принципиальная схема микрофонного усилителя на биполярных транзисторах разной проводимости
Несмотря на простоту, данный усилитель, который можно использовать для усиления сигналов, снимаемых с выхода конденсаторного микрофона, имеет весьма приемлемые параметры. При напряжении питания от 6 до 12 В и максимальном входном напряжении 100 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 70 Гц до 45 кГц достигает 2,5 В.
Сформированный на выходе микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на базу транзистора VТ1, имеющего n-p-n проводимость, на котором выполнен первый усилительный каскад. Напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора VТ1, формируется делителем, который образован резисторами R2 и R3.
Величина спада частотной характеристики данного микрофонного усилителя в области нижних частот в значительной степени зависит от емкости разделительного конденсатора С1. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем больше спад частотной характеристики. Поэтому при указанном на схеме номинале емкости конденсатора С1 нижняя граница диапазона воспроизводимых усилителем частот находится на частоте около 70 Гц.
С коллектора транзистора VТ1 усиленный сигнал подается непосредственно на базу транзистора VТ2, имеющего p-n-p проводимость, на котором выполнен второй усилительный каскад. В данном усилителе, как и в рассмотренных ранее конструкциях, используется схема с непосредственной связью между каскадами. В качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1 используется резистор R4, имеющий большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет сравнительно малым, что позволяет базу транзистора VТ2 подключить непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R7.
Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 10 мкФ. Величина спада в области верхних частот воспроизводимого усилителем диапазона может быть обеспечена уменьшением сопротивления нагрузки, а также использованием транзисторов с более высоким значением предельной частоты.
Коэффициент усиления данного усилителя определяется соотношением сопротивлений резисторов R5 и R6 в цепи обратной связи. Конденсатор С3 ограничивает усиление на высших частотах, препятствуя самовозбуждению усилителя.
При применении конденсаторного микрофона в цепь его включения потребуется подавать напряжение, необходимое для его питания. С этой целью в схеме установлен резистор R1, который одновременно является нагрузочным резистором выхода микрофона. При использовании рассматриваемого микрофонного усилителя с электродинамическим микрофоном резистор R1 из схемы можно исключить.
Особого внимания заслуживают схемотехнические решения двухкаскадных микрофонных усилителей, в которых входной каскад выполнен на полевом, а выходной каскад – на биполярном транзисторе. Принципиальная схема одного из вариантов простого микрофонного усилителя, выполненного на полевом и биполярном транзисторах, приведена на рис. 2.15. Данная конструкция характеризуется не только низким уровнем шумов и сравнительно высоким входным сопротивлением, но и значительной шириной диапазона частот усиливаемого сигнала. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 100 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 1 мА, а входное сопротивление составляет 1 МОм.
Рис. 2.15. Принципиальная схема микрофонного усилителя на полевом и биполярном транзисторах разной проводимости
Снимаемый с выхода микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 и резистор R1 подается на затвор полевого транзистора VТ1, на котором выполнен входной усилительный каскад. Резистор R2, величина сопротивления которого определяет значение входного сопротивления всей конструкции, обеспечивает по постоянному току связь затвора транзистора VТ1 с шиной корпуса. По постоянному току положение рабочей точки транзистора VТ1 определяется величинами сопротивлений резисторов R3, R4 и R5. По переменному току резистор R5 шунтирован конденсаторами С2 и С3. Сравнительно большая емкость конденсатора С2 обеспечивает достаточное усиление в нижней части диапазона частот усиливаемого сигнала. В свою очередь, величина емкости конденсатора С3 обеспечивает достаточное усиление в верхней части диапазона частот.
Усиленный сигнал снимается с нагрузочного резистора R3 и подается непосредственно на базу транзистора VT2, имеющего p-n-p-проводимость, на котором выполнен второй каскад усиления. Резистор R6, включенный в коллекторную цепь транзистора VT2, не только является нагрузочным резистором во втором усилительном каскаде, но и входит в состав цепи обратной связи транзистора VT1. Соотношением величин резисторов R6 и R4 определяется коэффициент усиления всей конструкции. При необходимости усиление можно уменьшить, подобрав величину сопротивления резистора R4. Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через резистор R7 и разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя.
Рис.3.1
Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора. Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик - он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена. Тем не менее, его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.
Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда Х1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В - четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда Х3, Х4. Делитель R1 R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усилителя.
Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллектора транзистора. Соответственно увеличится падение напряжения на резисторе R3. В итоге уменьшится ток эмиттера, а значит, и ток коллектора - он достигнет первоначального значения.
Нагрузка усилительного каскада - головной телефон сопротивлением 60...100 Ом.
Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1, например, пинцетом - в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки переменного тока. Ток коллектора транзистора составляет около 3 мА.
Рис.3.2
Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации - резистор R4, "работающий" аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции.
Усилитель более "чувствительный" по сравнению с однокаскадным - коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.
Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 - в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.
Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов, например, от микрофона. И конечно, он позволит значительно усилить сигнал ЗЧ, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.
Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к компромиссам при выборе аппаратуры, справедливо полагая, что воспринимаемый звук обязан быть чистым, сильным и впечатляющим. Как этого добиться?
Поиск данных по Вашему запросу:
Двухкаскадный усилитель на биполярных транзисторах
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Пожалуй, основную роль в решении этого вопроса сыграет выбор усилителя.
Функция
Усилитель отвечает за качество и мощь воспроизведения звука. При этом при покупке стоит обратить внимание на следующие обозначения, знаменующие внедрение высоких технологий в производство аудио - аппаратуры:
- Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
- Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.
Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:
- Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
- Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
- Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто - чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов - 0,1%.
- Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
- Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.
Следует помнить: изготовление качественных усилителей - трудоемкий и высокотехнологичный процесс, соответственно, слишком низкая цена при достойных характеристиках должна Вас насторожить.
Классификация
Чтобы разобраться во всем многообразии предложений рынка, необходимо различать продукт по различным критериям. Усилители можно классифицировать:
- По мощности. Предварительный - своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.
Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.
- По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
- По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы - А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
- По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.
Внимание: изучение технических составляющих покупки, конечно, необходимо, но зачастую решающим фактором является элементарное прослушивание аппаратуры по принципу звучит-не звучит.
Применение
Выбор усилителя в большей степени обоснован целями, для которых он приобретается. Перечислим основные сферы использования усилителей звуковой частоты:
- В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi - fi.
- Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
- В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
- В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот - от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.
Таким образом, чтобы долгое время наслаждаться чистым и качественным звуком, целесообразно заранее изучить все многообразие предложений и подобрать вариант аудио аппаратуры, максимально отвечающий Вашим запросам.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Разработать схему двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.
Исходные данные для проектирования приведены в таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные
ВВЕДЕНИЕ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2. Выбор транзистора по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор – эмиттер и максимальному току коллектора
3. Расчет режима работы транзистора по постоянному току и выбор пассивных элементов схемы: резисторов, конденсаторов, индуктивностей
4. Расчет схемы по переменному току, состоящий из определения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивления каскада
5. Расчет номинальных значений пассивных и частотозадающих элементов схемы
6. Замена расчетных значений пассивных элементов значениями из ряда Е24
7. Проверочный расчет режима работы электронной схемы
8. Моделирование работы схемы в среде MicroCap 8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсового проекта является изучение методики постановки задачи при проектировании электрических принципиальных схем на полупроводниковых приборах, составления технического задания на проектируемое устройство, получение навыков поэтапного комплексного схемотехнического проектирования электрических узлов, приобретение опыта использования современных информационных технологий и систем имитационного моделирования.
В данном курсовом проекте разрабатывается схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Выбор схемы электронного устройства в зависимости от заданных параметров
Рис. 1. Схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.
Выбор схемы электронного устройства осуществляется в соответствии с полученным заданием и характеристиками устройства.
Так как требуется обеспечить высокий коэффициент усиления и нет необходимости в очень высоком значении входного сопротивления, то выберем схему ОЭ-ОЭ.
Согласно варианта задания выбрана схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью по схеме ОЭ-ОЭ (Рис. 1.)
2. Выбор транзистора второго каскада по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор – эмиттер и максимальному току коллектора
Основным критерием выбора типа транзистора для усилительного каскада служит допустимое напряжение между коллектором и эмиттером U КЭ, которое определяется из условия
(1)
Максимальный ток коллектора транзистора должен превышать рабочий ток каскада
(2)
Граничная частота транзистора должна превышать максимальную частоту рабочего диапазона DF
(3)
По полученным результатам выбираем транзистор КТ312В (ВF240). Для выбранного биполярного транзистора выписываем справочные данные и заносим их в таблицу 2.
Таблица 2.
| Наименование | Обозначение | Значение | |
| Минимальное | Максимальное | ||
| Максимальное напряжение коллектор-эмиттер, В | U КЭ max | 20 | |
| Максимальный ток коллектора, мА | I К max | 100 | |
| Минимальный ток коллектора, мА | I К min | ||
| Коэффициент передачи по току | h 21Э | 50 | 280 |
| Граничная частота, МГц | f a | 120 | |
| Коэффициент шума, дБ | К Ш | 40 | |
| Обратный ток коллектора, мкА | I КБО | 10 | |
| Емкость коллекторного перехода,пФ | С К | 5 | |
| Максимальная рассеиваемая мощность коллектора, мВт | Р max | 225 | |
| Диапазон рабочей температуры, О С | Т | -40 | +85 |
3. Расчет режима работы транзистора второго каскада по постоянному току и выбор пассивных элементов схемы: резисторов, конденсаторов, индуктивностей
Расчет начнем с выбора тока покоя биполярного транзистора I K 0 . Так как каскад работает в режиме А, то ток коллектора выбирается из соотношения:
(4)
Для предложенной схемы усилителя R H не задано, поэтому ток коллектора выбираем равным 45 мА.
На рисунке 2 приведено семейство выходных характеристик транзистора.
Определим положение рабочей точки на выходной характеристике выбранного транзистора, учитывая, что он работает в режиме А.
Рис. 2. Семейство выходных характеристик транзистора КТ312В
(5)
Так как транзистор работает в режиме А, то U КО = Е П / 2= 12 / 2 = 6 В.
Примем U КО = 6 В.
Ток покоя базы транзистора определяется из соотношения:
(6)
По двум точкам (I КО, U КО) = (0,045 А, 6 В) и (0, Е П) = (0, 12 В) на семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую.
Рабочую точку выбираем при токе коллектора 22,5 мА, напряжении коллектор – эмиттер 9 В.
Делитель напряжения на резисторах R К1 R VT 1 R Э1 должен обеспечивать расчетное значение тока базы. Для этого должно выполняться условие
(7)
тогда номинальные значения R K 1 и R VT 1 R Э1 можно определить из условия
, 
(8)
где U Б выбирается из условия U Б = U БЭ + U Э – для маломощных кремниевых транзисторов U БЭ = 0,5…0,8 В.
Для усилительного каскада U Э обычно выбирают в пределах (0,1…0,3)Е П.
(9) (10) (11) (12)Примем R K 1 равным 2861 Ом. Тогда U Б = 1,7 В.
Ток, проходящий через резистор R Э2 , определяется суммой коллекторного и базового токов
(13)тогда номинальное значение R Э2 можно определить по формуле
, (14)
Общее сопротивление каскада, по которому протекает коллекторный ток, равно
, отсюда
(15)
Расчет второго каскада по переменному току, состоящий из определения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивления каскада.
коэффициент усиления по напряжению
(16)
входное и выходное сопротивления
Усилитель НЧ неотъемлемая часть любого современного радиоприемника, телевизора, магнитофона и многих других радиотехнических устройств. Без усилителей НЧ невозможны были бы громкий прием программ радиовещательных станций, звуковое сопровождение телевизионных передач, запись и воспроизведение звука.
Однокаскадный усилитель НЧ был и в твоем одно-транзисторном приемнике, но его усиления недостаточно для громкоговорящего радиоприема. Поэтому надо увеличить число каскадов усилителя.
Попробуй смонтировать простой двухкаскадный усилитель и провести с ним ряд экспериментов. Такой усилитель можно, например, соединить с детекторным приемником получится приемник 0-V-2. А с рефлексным приемником 1-V-1 он образует приемник 1-V-3, обеспечивающий уверенный прием не только местных, но и мощных отдаленных радиостанций.
Для усилителя потребуются маломощные низкочастотные транзисторы МП39…МП42 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30.
Принципиальная схема первого варианта такого усилителя НЧ изображена на рис. 52. Первый его каскад образуют транзистор V 1, резисторы R 1, R 2, конденсатор С1. Он должен напомнить тебе однокаскадный усилитель НЧ, знакомый по шестому практикуму (см. рис. 29). Только нагрузкой транзистора (вместо телефонов) стал резистор R 2. Второй же каскад усилителя на транзисторе V 2 аналогичен первому, но его нагрузкой служат телефоны В1. Электролитический конденсатор С2 (такой же, как С1) является элементом межкаскадной связи.
Принципиально второй каскад усилителя работает так же, как и первый. Разница только в том, что первый каскад усиливает входной низкочастотный сигнал, а второй сигнал, уже усиленный первым каскадом. В результате повышается чувствительность усилителя, и звук будет громче.
Однокаскадный усилитель ты смонтировал еще на пятом практикуме. Теперь добавь к нему второй каскад. Получится двухкаскадный усилитель НЧ. В коллекторную; цепь транзистора VI первого каскада, ставшего теперь 1 каскадом предварительного усиления низкочастотного сигнала, включи нагрузочный резистор R 2 сопротивлением 4,7…5,6 кОм, а телефоны в коллекторную цепь транзистора второго каскада. Чтобы установить такой же ток покоя транзистора первого каскада (1…1.2 мА), сопротивление базового резистора R 1 надо уменьшить. Ток покоя коллектора второго транзистора в пределах 4,..6 мА, соответствующий режиму работы выходного каскада, установи подбором резистора R 3.
Не ошибись в полярности включения электролитического конденсатора С2: отрицательной обкладкой он должен быть соединен с коллектором первого транзистора, а положительной с базой второго транзистора.
Подключи ко входу усилителя абонентский громкоговоритель и, как во время опытов с однокаскадным усилителем, используй его в качестве электродинамического микрофона. Теперь, когда усилитель стал двухкаскадным, телефоны звучат значительно громче.
Схема другого варианта двухкаскадного усилителя НЧ показана на рис. 53. Здесь транзистор VI включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель), а его нагрузкой служит эмиттерный р- n переход транзистора V 2, включенного по схеме с общим эмиттером. Оба транзистора, токи которых взаимосвязаны, образуют как бы единый усилительный каскад. Режим работы выходного транзистора V 2 определяется током эмиттера входного транзистора, который подбирается резистором R 1.
Преимущества усилителя этого варианта простота и меньшее число деталей, Такой усилитель, кроме того, имеет значительно большее, чем усилитель первого варианта, входное сопротивление, что позволяет подключать к нему пьезоэлектрический звукосниматель и таким образом воспроизводить грамзапись. В целом же он работает так же, как и усилитель первого варианта.
Может случиться, что в этом варианте усилителя коллекторный ток транзистора V 2 окажется большим (более 8…10 мА) и не будет уменьшаться с увеличением сопротивления резистора R 1. Так бывает, если обратный ток коллектора Iко первого транзистора больше такого же параметра второго транзистора, в таком случае надо попробовать поменять транзисторы местами или зашунтировать эмиттерный переход второго транзистора резистором сопротивлением 100…200 Ом (на рис. 53 он показан штриховыми линиями).
Теперь, продолжая опыты, соедини его с однотран-зисторным рефлексным приемником (собранным ранее по схеме на рис. 50), чтобы превратить их в единый приемник 1-У-З. Делай это так. в коллекторную цепь транзистора V 1 приемника 1-V-1 вместо телефонов и блокирующего конденсатора включи нагрузочный резистор» сопротивлением 2,7…3,3 кОм (на рис. 54 R 4) и к точке соединения нагрузок этого транзистора {высокочастного дросселя L 3 и резистора R 4) Подключи усилитель НЧ. Теперь входной электролитический конденсатор С1 двух-каскадного усилителя будет конденсатором €4, транзистор VI первого каскада транзистором V 4, а транзистор V 2 второго каскада транзистором V 5 объединенного приемника 1-К-3. Изменится, разумеется, нумераций и некоторых других деталей. Начерти самостоятельно схему такого приемника, соединив, конечно, минусовые и плюсовые проводники рефлексного приемника и двухкаскадного усилителя НЧ, так как их источник питания общий.
Какая теперь должна быть полярность входного электролитического конденсатора С4 подключаемого усилителя? Такая же, как полярность аналогичного ему межкаскадного конденсатора усилителя первого варианта (см. С2 на рис, 52). Значит, соединяя усилитель с приемником, не забудь изменить полярность включения этого конденсатора.
Чтобы установить коллекторный ток транзистора VI в пределах t…t,2 мА, включи в его базовую цепь резистор (R 1 на рис. 50 и 54) большего сопротивления 220…470 кОм,
Подключи к приемнику наружную антенну и заземление, включи питание и настрои его на волну местной радиовещательной станции» Телефоны должны звучать очень громко. Отключи заземление и подстрой входной контур на ту же станцию. Телефоны стали звучать сла-бее, но все же громко, Замени наружную антенну отрезком проводе длиной К..1,5 м и снова подстрой входной контур. Приемник продолжает работать.
А теперь отключи и эпу aftfetmy щ поворачивая приемник в горизонтальной плоскости и одновременно подстраивая входной контур конденсатором переменном емкости, добейся приема сигналов той же станции. У тебя получился приемник с магнитной антенной, образованной ферритовым стержнем с находящейся на нем катушкой входного контура.
Можно ли на выход такого приемника включить динамическую головку прямого излучения? Можно, но только через понижающий трансформатор низкой частоты, с помощью которого можно согласовать относительно большое сопротивление выходной.цепи усилителя с малым сопротивлением звуковой катушки динамической головки. Роль такого трансформатора, называемого согласующим, а чаще выходным, без каких-либо переделок может выполнять трансформатор абонентского громкоговорителя. Включи его в коллекторную цепь выходного транзистора вместо телефонов (на рис» 55 т|»Нг сформатор Т Л). Громкоговоритель будет звучать громче, если к приемнику подключить наружную антенну и сделать заземление.
Выходные каскады транзисторных усилителен НЧ чв-cto делают двухтактными, что значительно., повышает их выходную мощность. Усилителю с таким каскадом будет посвящен специальный практикум. А на следующем практикуме речь пойдет об усилителе колебаний высокой частоты.
Литература:
Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. - М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.
