Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы
Все эти неприятности в принципе могут быть устранены довольно просто — достаточно с помощью простейших RC фильтров отделить источник сигнала от источника смещения, разделить во входной цепи переменный и постоянный токи.
На рис. 75 (листки г, д, е) показано, как такое разделение может осуществляться. В схеме ОЭ (листок г) источник сигнала подключается ко входу транзистора через разделительный конденсатор Ср. Его емкость выбрана с таким расчетом, чтобы даже на самой низкой из усиливаемых частот емкостное сопротивление конденсатора было небольшим (если хс мало на низких частотах, то на высоких оно еще меньше. Воспоминание № 13) и чтобы на нем не терялось столь нужное нам напряжение сигнала. С другой стороны, для постоянного тока конденсатор обладает бесконечно большим сопротивлением, и поэтому цепочка источник сигнала — конденсатор хс по постоянному току входную цепь практически не шунтирует. Цепь смещения как бы существует сама по себе, а цепь переменного напряжения (сигнала) тоже сама по себе.
Аналогично в схеме ОК (листок е) резистор Rб освобождается от шунтирующего влияния источника сигнала благодаря подключению его к транзистору через конденсатор Ср. В схеме ОБ (листок д) разделительный конденсатор Ср соединяет источник сигнала с эмиттером помимо резистора R'д. Емкость конденсатора выбирают так, чтобы его емкостное сопротивление (опять-таки на самых низких частотах) было очень мало, во всяком случае во много раз меньше, чем R'д. Можно считать, что для переменного тока этого резистора нет вообще и нижний конец источника сигнала соединен непосредственно с базой. В то же время для постоянного тока в схеме все остается без изменений, так как для постоянного тока практически безразлично, есть конденсатор Ср в схеме или его нет совсем.
Убедившись на примере источников смещения и сигнала в том, что иногда просто невозможно обойтись без разделения цепей постоянного и переменного тока и что оно осуществляется довольно просто, перейдем к другим цепям усилителя, где также необходимо произвести операцию разделения.
Прежде всего подключим конденсатор фильтра Сф (рис. 77) параллельно коллекторной батарее Бк и освободим ее таким образом от переменной составляющей коллекторного тока. Правда, батарея Бк обладает очень небольшим внутренним сопротивлением Rвн, и переменный ток идет через нее довольно легко. Но, несмотря на это, конденсатор Сф во многих схемах необходим: когда батарея «стареет», ее внутреннее сопротивление растет, и во избежание неприятностей (самовозбуждение многокаскадного усилителя, см. стр. 303) переменную составляющую коллекторного тока лучше пропустить мимо батареи.
Рис. 77. Чтобы предотвратить взаимную связь каскадов через источник питания, необходимо зашунтировать его конденсатором, по которому будут замыкаться переменные составляющие коллекторных токов.
Следующий наш шаг будет таким: мы попытаемся выделить в чистом виде переменное выходное напряжение Uвых, которое возникает на нагрузке Rн.
По нагрузке Rн проходит коллекторный ток, меняющийся под действием входного сигнала, и неизменный, когда этого сигнала нет. Точно так же, когда сигнала нет, на нагрузке действует постоянное напряжение Uн=, а с появлением сигнала оно меняется «вверх» и «вниз» от постоянного. А это значит, что напряжение Uн содержит и постоянную Uн= и переменную Uн~ составляющие. Но только одну из них — переменную составляющую — можно назвать выходным сигналом.
Постоянная составляющая никому не нужна, даже если она идет в виде бесплатного приложения. Мы хотим получить на выходе усилителя только переменное напряжение потому, что сам усиливаемый сигнал — это тоже только переменное напряжение, без всяких бесплатных добавок.
Выделить выходной сигнал в чистом виде можно с помощью простейшего фильтра, в который входит само сопротивление нагрузки Rн и цепочка Rн~Ср (рис. 78).
Рис. 78. Для того чтобы получить выходной сигнал в чистом виде, нужно с помощью простейшего фильтра отделить его от постоянного напряжения на нагрузке.
Эта цепочка подключена параллельно Rн, и осуществляется такое соединение следующим образом. Один конец цепочки Rн~Ср соединен с коллектором, а другой — с эмиттером. Между коллектором и эмиттером включена и нагрузка Rн: ее верхний (по схеме) конец также подключен к коллектору, а другой — соединен с эмиттером для переменного тока (часто говорят «по переменному току») через конденсатор Сф.
Цепочка Rн~Ср — это, по сути дела, делитель напряжения, возникающего на нагрузке. Некоторая часть этого напряжения достается конденсатору Ср, а другая часть — резистору Rн~.
Однако один из участков делителя, а именно конденсатор Ср имеет разное сопротивление для постоянного и переменного тока. Поэтому постоянная Uн= и переменная Uн~ составляющие напряжения Uн на нагрузке распределяются на делителе Rн~Ср неодинаково.
Постоянная составляющая полностью приложена к конденсатору, так как его сопротивление постоянному току бесконечно велико. А чем больше сопротивление какого-либо участка делителя, тем большая часть напряжения ему достается.
С переменной составляющей все наоборот: емкостное сопротивление конденсатора мало (именно так выбрана его емкость), и почти вся переменная составляющая Uн~ приложена к резистору Rн~. Это и есть переменное выходное напряжение Uвых «в чистом виде».
Обо всем этом можно сказать и иначе. Под действием напряжения Uн, приложенного к цепочке Rн~Ср, в ней возникает ток. Но постоянный ток в этой цепочке под действием постоянной составляющей Uн= не возникнет. Его не пропустит конденсатор Ср, который для постоянного тока представляет собой разрыв цепи. Поэтому по цепочке Rн~Ср идет лишь переменный ток, созданный переменной составляющей напряжения Uн~. Предполагается, что емкость конденсатора достаточно велика и он не оказывает сопротивления переменному току. Таким образом, переменный ток встречает лишь сопротивление резистора Rн~ и именно на нем создает напряжение Uвых. Оно-то является выходным сигналом, очищенным от постоянной составляющей.
Разделение постоянных и переменных составляющих во входных и в выходных цепях приводит к появлению в нашем электронном государстве двух самостоятельных государств — в усилителе появляются самостоятельные цепи постоянного и переменного тока. И хотя они входят в единый электронный узел — транзисторный усилитель, — у каждой из этих цепей есть свои неприкосновенные территории и даже может быть своя «столица»: своя собственная общая (заземленная) точка.
Так, в частности, сказав, что усилитель выполнен по схеме ОБ, мы указываем лишь общую точку для входного и выходного сигнала, то есть общую точку для переменного тока. И совсем не обязательно, чтобы база была местом встречи выходных и входных цепей постоянного тока.
Как правило, большинство цепей электронного прибора сходится к одному из выводов источника питания — в транзисторном усилителе к «плюсу» коллекторной батареи. И волею большинства этот «плюс» оказывается общим проводом, на который удобно ориентироваться при монтаже схем и особенно при их изучении. Поскольку к «плюсу» коллекторной батареи подключается и заземление, если оно, конечно, предусмотрено в данной схеме, то общий «плюсовый» провод очень часто называют «землей». А если какой-нибудь элемент схемы соединен с этой «землей», то о нем так и говорят — «заземленный резистор», или «заземленный конденсатор», или, наконец, «заземленный коллектор».
Одна и та же точка схемы может быть заземленной по переменному току и не быть заземленной по постоянному или наоборот. При монтаже на металлическом шасси к нему всегда подключается этот самый общий, заземленный провод, и тогда заземлить ту или иную деталь — это значит просто соединить ее с корпусом. При монтаже на изоляционной пластинке часто прокладывают земляную шину — толстый оголенный провод, к которому удобно подключать детали, расположенные в разных концах монтажа (рис. 44—2).
