Михаил Адаменко - Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
При отсутствии входного сигнала ток базы, определяемый соотношением величин сопротивлений резисторов R2 и R3, инициирует протекание коллекторного тока, который часто называется током покоя. Под влиянием каких-либо внешних воздействий, например, при нагревании корпуса транзистора, ток покоя может измениться, несмотря на то, что напряжение на базе остается неизменным благодаря постоянным параметрам элементов делителя R2, R3. Увеличение коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R4, поэтому напряжение на коллекторе транзистора VТ1 уменьшится. В результате уменьшится и напряжение между коллектором и эмиттером. Для большинства применяемых в звукоусилительной аппаратуре маломощных биполярных транзисторов падение напряжения коллектор-эмиттер на несколько десятых долей вольта приводит к переходу в режим насыщения, после чего транзистор перестает реагировать на изменения входного напряжения.
Избежать подобных неприятностей помогают специальные схемотехнические решения, обеспечивающие стабилизацию положения рабочей точки транзистора. Одно из них заключается в использовании цепи отрицательной обратной связи по току за счет подключения резистора в цепь эмиттера транзистора VT1. Принципиальная схема простейшего усилительного каскада со стабилизацией рабочей точки транзистора с помощью цепи ООС по току приведена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Принципиальная схема микрофонного усилителя со стабилизацией рабочей точки транзистора с помощью цепи ООС по току
При увеличении коллекторного тока падение напряжения на резисторе R5 также увеличится, что при постоянном напряжении на базе транзистора VТ1 приведет к уменьшению разности потенциалов между базой и эмиттером. Как следствие, изменится положение рабочей точки транзистора, поскольку уменьшится напряжение, обеспечивающее отпирание транзистора. Транзистор прикроется, а ток базы уменьшится, что приведет к соответствующему уменьшению коллекторного тока.
Как только ток коллектора уменьшится, температура транзистора понизится, а ток коллектора будет продолжать снижаться. При этом уменьшится и падение напряжения на резисторе R5 до первоначального значения. Таким образом происходит стабилизация рабочей точки транзистора VТ1 с помощью включенного в цепь эмиттера резистора R5. Чем больше величина сопротивления резистора R5, тем стабильнее работает каскад при изменении температуры. Однако с увеличением этого сопротивления будет уменьшаться рабочее напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VТ1.
При поступлении на вход каскада переменного сигнала (в процессе работы в режиме усиления) через резистор в цепи эмиттера помимо постоянной составляющей проходит и переменная составляющая коллекторного тока. В результате на резисторе R5 будет формироваться переменное напряжение низкой частоты, которое также будет приложено к базе транзистора VТ1, то есть через этот резистор замыкается петля отрицательной обратной связи по току. Поскольку фаза этого напряжения противоположна фазе входного напряжения усилителя, результирующее напряжение на базе транзистора VТ1 окажется уменьшенным, что приведет к понижению коэффициента усиления каскада. В то же время эта ООС обеспечивает снижение вносимых каскадом искажений, хотя и за счет снижения коэффициента усиления сигнала. Помимо этого указанная обратная связь увеличивает входное сопротивление каскада. Тем не менее, в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках для достижения максимальной амплитуды выходного сигнала резистор R5 из схемы микрофонного усилителя часто исключается.
Для того чтобы через резистор R5 проходила лишь постоянная составляющая коллекторного тока, параллельно этому резистору в цепи эмиттера транзистора VТ1 включается электролитический конденсатор С3 сравнительно большой емкости. При этом его отрицательный вывод соединен с шиной корпуса, а положительный вывод подключен к эмиттеру транзистора VТ1, на котором присутствует низкое положительное напряжение. Через этот конденсатор постоянный ток не проходит, поэтому на положение рабочей точки транзистора VТ1 конденсатор С3 не оказывает никакого влияния. Сопротивление этого конденсатора переменному току невелико, поэтому переменная составляющая коллекторного тока свободно проходит через конденсатор С3 на шину корпуса, не создавая на нем заметного напряжения низкой частоты. Принципиальная схема такого усилительного каскада, часто называемого классическим, приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Принципиальная схема классического усилительного каскада со стабилизацией рабочей точки транзистора с помощью цепи ООС по току
При использовании в качестве источника низкочастотного сигнала электретного конденсаторного микрофона с двумя выводами принципиальная схема рассмотренного классического усилительного каскада будет выглядеть так, как показано на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Принципиальная схема классического усилительного каскада для электретного конденсаторного микрофона с двумя выводами
При использовании электродинамического (динамического) микрофона в качестве источника НЧ-сигнала принципиальная схема рассмотренного классического усилительного каскада будет выглядеть так, как показано на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Принципиальная схема классического усилительного каскада для динамического микрофона
Особого внимания заслуживает вопрос влияния на характеристики микрофонного усилителя величины напряжения питания. Сразу хотелось бы предупредить, что использование источников питания (батареек или сетевых адаптеров), выходное напряжение которых больше установленного для конкретного устройства напряжения питания категорически не допускается. Однако в радиолюбительской практике довольно часто возникает ситуация, когда под рукой нет необходимого источника. Поэтому при проведении экспериментов с транзисторными микрофонными усилителями в домашних условиях, если требуется значительно увеличить напряжение питания конструкции, предварительно следует уточнить по справочнику, соответствует ли величина напряжения коллектор-эмиттер используемого транзистора измененным условиям. Также следует проверить и рабочие напряжения электролитических конденсаторов. При необходимости эти элементы следует заменить.
Помимо этого любое изменение величины питающего напряжения приводит к изменению положения рабочей точки транзистора. Поэтому при изменении напряжения питания микрофонного усилителя следует соответствующим образом изменить и величину хотя бы одного из сопротивлений делителя R1, R2. Для резистора R1 действует правило, по которому его сопротивление при увеличении напряжения питания также следует увеличить, а при уменьшении – соответственно уменьшить. Для резистора R2 действует иное правило, по которому его сопротивление при увеличении напряжения питания следует уменьшить, а при уменьшении – увеличить.
Нередко в микрофонных усилителях в эмиттерной цепи транзистора VТ1 вместо одного резистора используется цепочка, состоящая из двух включенных последовательно резисторов. Принципиальная схема такого усилителя, выполненного на n-p-n транзисторе, приведена на рис. 2.7. В данном случае в эмиттерной цепи транзистора VТ1 последовательно включены резисторы R4 и R5. При этом положительный (верхний по схеме) вывод конденсатора С3 подключается к точке их соединения.
Рис. 2.7. Принципиальная схема микрофонного усилителя с разделенным сопротивлением в цепи эмиттера транзистора
В рассматриваемой конструкции в работе схемы стабилизации рабочей точки транзистора VТ1 участвуют оба резистора. В то же время по высокой частоте блокирован лишь резистор R5, а резистор R4 обеспечивает отрицательную обратную связь по току.
Коэффициент усиления данного микрофонного усилителя зависит от величин сопротивлений резисторов R4 и R5, его значение может изменяться от 3 до 100. Например, при R4 = 1,5 Ом и R5 = 1,2 кОм коэффициент усиления будет составлять 100 при входном сопротивлении RВХ = 3,5 кОм. При увеличении сопротивления резистора R4 до 56 Ом коэффициент усиления рассматриваемого каскада будет равен 30, а входное сопротивление RВХ возрастет до 4 кОм. При R4 = 220 Ом и R5 = 1 кОм коэффициент усиления снизится до 10 при RВХ = 6 кОм. Дальнейшее увеличение сопротивления резистора R4 до 680 Ом при уменьшении сопротивления резистора R5 до величины 470 Ом приведет к снижению коэффициента усиления данного каскада до 3, при этом входное сопротивление RВХ возрастет до 7 кОм. Значения выходного сопротивления данного усилителя при указанных значениях сопротивлений резисторов R4 и R5 неизменны и составляют 2 кОм.
