И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах
Проблемой, неразрывно связанной с этим типом усилителя, является проблема устойчивости. Каждое изменение в результате нестабильности рабочей точки ламп или транзисторов (дрейфа), фона, вызванного неидеальной фильтрацией напряжения питания, или эффекта старения элементов не может быть выделено из полезного сигнала и появляется на выходе в виде сигнала помехи. В случае транзисторов еще добавляется температурная чувствительность транзистора. В связи с проблемой стабильности наиболее подходящими схемными решениями усилителей с непосредственной связью являются те, в которых содержатся схемы компенсации, как следующие из самой конфигурации схемы, так и основанные на использовании в качестве компенсирующих элементов транзисторов и диодов. Кроме того, непосредственная связь в усилителях постоянного тока создает ряд трудностей, связанных с питанием отдельных каскадов.
Какова схема наиболее простого усилителя постоянного тока?
Простейшая схема транзисторного усилителя постоянного тока представлена на рис. 7.16, а. В первом каскаде используется обычная цепь подачи смещения на базу. Цепями смещения каждого последующего каскада являются резистор нагрузки коллектора и транзистор предыдущего каскада. Представленная схема является несимметричной с присущим ей недостатком, заключающимся в большом дрейфе тока. Стабилизация рабочих точек транзисторов с помощью резисторов в цепях эмиттеров в этом случае не дает результатов, поскольку отрицательная обратная связь одинаково эффективно действует как на дрейф, так и на полезный сигнал, и поэтому отношение сигнала к дрейфу не улучшается. В этой ситуации проблема уменьшения дрейфа может быть решена либо стабилизацией напряжения питания, либо применением компенсирующих схем, состоящих из диодов, термисторов или транзисторов с соответствующим образом подобранными электрическими и температурными характеристиками. Эти схемы изменяют рабочую точку таким способом, что происходит компенсация изменений выходного сигнала. В качестве примера на рис. 7.16, б показан усилитель постоянного тока со схемой компенсации дрейфа (Д1, R1, R2, R3), использующей полупроводниковый диод. Эта схема, как и любая компенсационная схема, требует тщательного подбора элементов и чувствительна ко всяким изменениям их параметров.
Непростой задачей (особенно при большом количестве каскадов) является подбор соответствующих сопротивлений резисторов в цепях коллектора и эмиттера в схеме на рис. 7.16, а, которые бы устанавливали смещение базы, обеспечивающее работу схемы на линейном участке характеристик транзисторов. Поэтому применяется также схема с кремниевыми диодами, включенными в цепи эмиттера транзисторов (рис. 7.16, в). Резисторы, включенные между коллектором данного каскада и базой следующего, ограничивают ток базы.
Рис. 7.16. Транзисторный усилитель постоянного тока с непосредственной связью (а), с диодной компенсацией дрейфа (б) и кремниевыми диодами в цепи питания транзисторов (в)
Что такое усилитель постоянного тока с противоположной симметрией?
Противоположная симметрия, называемая также комплементарной, допускает каскадное соединение многих транзисторных каскадов усилителей постоянного тока при использовании источника низкого напряжения. Понятие противоположной симметрии связано исключительно с транзисторами и не имеет аналоги в ламповых схемах. Симметрия такого типа основана на использовании двух транзисторов, из которых первый является типа р-n-р, а второй — типа n-р-n или наоборот.
Схема такого усилители па транзисторах показана на рис. 7 17.
Рис. 7.17. Усилитель постоянного тока на комплементарных транзисторах
Транзистор Т1 типа n-р-n. Поскольку напряжение базы транзистора Т1 составляет 4 В, а напряжение эмиттера этого транзистора равно 3,3 В, база имеет по отношению к эмиттеру положительное смещение 0,7 В, т. е. такое, каким характеризуются кремниевые транзисторы типа р-n-р. Коллектор с напряжением 12 В непосредственно связан с базой транзистора Т2. Напряжение эмиттера этого транзистора составляет 12,7 В, что обеспечивает отрицательное смещение базы относительно эмиттера в кремниевом транзисторе Т2 типа р-n-р. Напряжение коллектора этого транзистора составляет 1,8 В, т. е. является менее положительным, чем напряжение эмиттера, а это означает, что коллектор смещен отрицательно относительно эмиттера. Путем соответствующего подбора сопротивлений резисторов можно получить равенство постоянных напряжений в выходной и входной цепях.
Достоинством схемы, основывающимся на противоположности характеристик обоих транзисторов, является малая чувствительность к изменениям температуры и параметров транзисторов.
Что такое усилитель с преобразованием и каков принцип его работы?
Как уже известно, в усилителях постоянного тока с непосредственной связью возникают трудности, связанные с дрейфом, нестабильностью усиления и условиями питания. Дрейф усилителя начинает приобретать принципиальное значение при усилении малых сигналов.
Методом, позволяющим избежать указанных трудностей, является использование усилителя с преобразованием. Принцип действия такого усилителя состоит в преобразовании входного сигнала постоянного или медленно изменяющегося тока в переменный сигнал, усилении его в обычном усилителе переменного тока, а затем в преобразовании его снова в сигнал постоянного или медленно меняющегося тока.
Структурная схема усилителя с преобразованием представлена на рис. 7.18.
Рис. 7.18. Структурная схема усилителя с преобразованием
Входной (модулятор) и выходной (демодулятор) преобразователи поочередно выполняют преобразование постоянного напряжения в переменное и переменное в постоянное. Входным преобразователем обычно является механический вибратор, транзисторный ключ или транзисторная схема, работающая в двух крайних состояниях пропускания и непропускания. Транзисторная ключевая схема обычно возбуждается (управляется) от независимого источника переменного тока, например мультивибратора, работающего с частотой 400 — 1000 Гц. Выходным преобразователем является детектирующая схема.
Как работает усилитель с трансформаторной связью?
Усилитель с трансформаторной связью называется также трансформаторным усилителем. Его схема показана на рис. 7.19. Усилительный элемент — лампа или транзистор, а трансформатор — элемент связи каскада усиления с последующим каскадом либо нагрузкой. Первичная обмотка трансформатора включена между зажимом источника питания и анодом или коллектором. Вторичная обмотка подает сигнал на сетку или базу следующего каскада или прямо в нагрузку, например громкоговоритель.
Трансформатор, как известно, не пропускает постоянный ток из первичной обмотки во вторичную, поэтому он выполняет функции элемента, разделяющего постоянные напряжения, действующие на электродах ламп или транзисторов, включенных каскадно, аналогично конденсатору связи в резистивно-емкостном усилителе. Из-за того что обмотки трансформатора имеют очень малое сопротивление, постоянное напряжение на аноде или коллекторе практически равно напряжению питания.
В трансформаторном усилителе переменный ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора, наводит ЭДС во вторичной обмотке. Это напряжение служит для возбуждения последующего каскада или нагрузки (чаще всего громкоговорителя).
Рис. 7.19. Принципиальная схема трансформаторного усилителя
Каковы достоинства трансформаторной связи?
Достоинствами трансформаторной связи являются: удобные условия питания и стабилизации рабочей точки из-за малого сопротивления обмоток для постоянной составляющей; возможность трансформации сопротивления, в результате чего достигается увеличение коэффициента усиления; возможность симметрирования несимметричной схемы или наоборот.
Одним из основных параметров трансформатора является коэффициент передачи, определяемый как отношение числа витков вторичной обмотки n2 к числу витков первичной n1
p = n2/n1
