Меню

Усилитель постоянного тока с делителем

Усилители постоянного тока

Часто при проведении измерений в электронных устройствах автоматики необходимо усиливать сигналы очень низких частот — порядка долей герц. Для этого требуются усилители, имеющие равномерную амплитудно-частотную характеристику до самых низких частот. Такие усилители называют усилителями постоян­ного тока (УПТ). В многокаскадных УПТ для связи между каска­дами не могут быть использованы реактивные элементы связи (кон­денсаторы, трансформаторы), поэтому для этой связи, как правило, служат резисторы.

На рис. 6.8 приведены для сравнения частотные характеристики УПТ (кривая 1) и усилителя с резистивно-емкостной связью (кривая 2). В области низких и средних частот амплитудно- частотная характеристика УПТ равномерна. В области высоких частот УПТ фазовые сдвиги и частотные искажения появляются на частотах, на которых начинают сказываться паразитные емкости усили­тельных каскадов, так же как и в усилителях с резистивно-емкостной связью.

В усилителях постоянного тока возникают специфические трудности, связанные с отделением полезного сигнала от постоян­ных составляющих напряжения и тока, необходимых для работы транзисторов, используемых в усилителях.

Рис. 6.9. Схема (а) и потенциальные диаграммы (б) УПТ с одним источником питания

Как и в усилителях с резистивно-емкостной связью между кас­кадами, характеристики усилителей постоянного тока должны отвечать ряду требований:

1)в отсутствие входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал;

2)при изменении знака входного сигнала должен изменять знак и выходной сигнал;

3)напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропор­ционально входному напряжению.

Второе и третье требования в УПТ, так же как и в других уси­лителях, выполняются при работе усилителя в режиме А. Для вы­полнения первого условия необходимо отделить полезный выход­ной сигнал от постоянных составляющих тока и напряжения транзистора.

В усилителях постоянного тока отделение постоянных состав­ляющих напряжения, как правило, производится компенсационным методом. Такие усилители можно условно подразделять на усили­тели с одним и с двумя источниками питания.

УПТ с одним источником питания. Простейшие схемы УПТ с одним источ­ником питания приведены на рис. 6.9, а, 6.10, а и 6.11 а. На рис. 6.9, б 6.10, б и 6 .11. б показаны временные диаграммы их работы. Простейший УПТ с одним источником питания (рис. 6.9, а) состоит из обычного усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме ОЭ с температурной стабилизацией (на рисунке он выделен штриховыми линиями). У этого усилительного каскада отсутствует конденсатор в цепи эмиттера, что приводит к снижению коэффициента усиления из-за возникновения отрицательной обратной связи, но обеспечивает большую по­лосу пропускания.

В отличие от усилителей с резистивно-емкостной связью в рассматриваемом УПТ (рис. 6.9, а) нагрузочный резистор включен между коллектором транзистора и средней точкой делителя R3R4, а входное напряжение приложено между базой транзистора и средней точкой делителя R1R2. Потенциалы средних точек делите­лей таковы, что в отсутствие входного напряжения (ивх=0) и , вследствие чего отсутствует как ток во входной цепи, так и ток в нагрузочном ре­зисторе (iн =0). Для точной подстройки режима в выходной цепи имеется пере­менный резистор R5.

При подаче входного сигнала появляется ток во входной цепи, изменяются базовый и коллекторный токи транзистора, что приводит к изменению напряжения на коллекторе транзистора и появлению тока iн. Потенциальная диаграмма усилителя (рис. 6.9, б) показывает, что в отсутствие входного напряжения (0 0, а в интервале t>t2 ивх>0 и ивых

В УПТ с одним источником питания и в усилителях, рассматриваемых ниже, вместо усилительного каскада с коллекторной нагрузкой может применяться эмиттерный повторитель или усилительный каскад на полевом транзисторе. Способ включения нагрузочного резистора и подачи входного напряжения при этом не изменится.

На рис. 6.10 приведены схема и потенциальная диаграмма УПТ, у которого во входной цепи и в цепи связи включены стабилитроны, на которых выделяется напряжение компенсации. Стабилитроны выбраны таким образом, что их напря­жения стабилизации Ucт компенсируют постоянные напряжения в цепи базы и коллектора транзистора Т1.

Рис. 6.10. Схема (а) и потенциальные диаграммы (б) УПТ с ком­пенсирующим стабилизатором

Как видно из потенциальной диаграммы рис. 6.10, б, в отсутствие входного напряжения и . Такой режим соответствует жесткой температурной стабилизации и выбору рабочих точек транзисторов в середине ли­нейных участков характеристик.

При подаче отрицательного входного напряжения в момент времени t1 потен­циал транзистора T1 понижается, потенциал коллектора транзистора Т1 повы­шается и на столько же повышается потенциал базы транзистора Т2. Соединение коллектора транзистора Т2 с нагрузочным устройством на схеме не показано, оно может осуществляться так же, как в схеме рис. 6.9, а.

На рис. 6.11, а приведена схема двухкаскадного УПТ на транзисторах раз­личных типов (транзистор типа п-р-п и транзистор типа p-n-p).

Рис. 6.11. Схема (а) и потенциальные диаграммы (б) УПТ на комплементарных транзисторах

Входная цепь и схе­ма соединения с нагрузочным устройством не показаны, они могут быть осуществ­лены по схеме рис. 6.9, а. Как видно из рис. 6.11, а, здесь произведено непосред­ственное соединение коллектора транзистора T1 типа п-р-п и базы транзистора Т2 типа р-п-р. Это оказалось возможным благодаря применению во втором каскаде транзистора типа р-п-р, у которого эмиттер через резистор Rб подключен к источ­нику питания Ек. При этом падение напряжения на резисторе Rб, необходимое для жесткой температурной стабилизации, приблизительно равно Ек/3, что согла­суется с падением напряжения на резисторе R4, которое при выборе рабочей точки транзистора Т1 в середине линейного участка переходной характеристики тоже приблизительно равно Eк/3.

Рассмотренные схемы усилителей с одним источником питания обладают ря­дом недостатков. Во-первых, в них нагрузочные резисторы включаются между электродом транзистора и средней точкой делителя и не могут быть соединены с общей точкой усилителя (корпусом), имеющей нулевой потенциал. Такое соеди­нение с общей точкой необходимо в сложных электронных устройствах со многими усилительными каскадами. Во-вторых, источник входного напряжения (рис. 6.9, а) тоже не соединен с общей точкой усилителя. Применение же стабилитронов (рис. 6.10, а) требует их подбора по напряжению и индивидуальной подстройки усилителей.

УПТ с двумя источниками питания. От указанных недостатков свободны усилители с двумя источниками питания. На рис. 6.12, а приведена схема такого однокаскадного усилителя.

В нем приме­нены два источника питания +Е1 и -Е2, которые создают положи­тельное и отрицательное напряжения относительно общей точки, имеющей нулевой потенциал. Усилитель рассчитывают таким образом, что в отсутствие вход­ного сигнала (ивх=0) потенциал базы транзистора и потен­циал эмиттера . Потенциалы других точек схемы (от­носительно общей точки) зависят от напряжений источников пи­тания и показаны для Е1=20 ВиЕ2=10В. К делителю R3R4 в от­сутствие входного сигнала приложено напряжение , при этом потенциал средней точки дели­теля должен быть равен нулю, так как в этом режиме выходное напряжение должно отсутствовать. Тогда падения напряжения на плечах делителя соответственно равны и UR42. Чтобы ток делителя не нарушал режима работы транзистора, его обычно выбирают значительно меньше тока коллектора:

Читайте также:  Мне поможет ток картинки

Сопротивления резисторов делителя могут быть определены из соотношений

При подаче входного напряжения ивх (на диаграмме положи­тельное) возрастает ток базы транзистора, что приводит к увеличе­нию его коллекторного тока. При этом увеличивается падение на­пряжения на резисторе R1 и снижается потенциал коллектора .

Снижение потенциала «верхнего» вывода делителя R3R4 приво­дит к снижению потенциала средней точки и появлению отрица­тельного выходного напряжения. Таким образом, делитель, вклю­ченный на выходе усилительного каскада, компенсирует постоян­ную составляющую коллекторного напряжения и передает с не­которым уменьшением усиленное напряжение с коллектора тран­зистора на выход усилителя.

Коэффициент усиления такого усилительного каскада при и , когда шунтирующее действие делителя можно не учитывать, определяется выражением

где К — коэффициент усиления усилителя с коллекторной нагруз­кой без делителя, а — множитель, учитывающий сни­жение коэффициента усиления за счет включения делителя.

Снижение коэффициента усиления незначительно лишь при , что обеспечивается при высоком напряжении источника питания Е2. На практике обычно и применение делителя снижает коэффициент усиления усилителя в 1,5—2 раза.

Рассмотренная схема допускает непосредственное соединение каскадов усилителей. При этом, так как входное и выходное напря­жения имеют общую точку с нулевым потенциалом, выход первого каскада подключается непосредственно ко входу второго, выход второго каскада к третьему и т. д. до получения необходимого коэф­фициента усиления.

Дрейф в УПТ. Усилители постоянного тока имеют специфиче­ский недостаток, затрудняющий усиление очень малых постоянных напряжений и токов. В УПТ существует так называемый дрейф нуля, который определяет нижний предел усиливаемых напряжений. Дрейф нуля заключается в том, что с течением времени изменяются токи транзисторов и напряжения на их электродах. При этом нару­шается компенсация постоянной составляющей напряжения и на выходе усилителя появляется напряжение в отсутствие входного сигнала. Поскольку УПТ должен усиливать напряжения вплоть до самых низких частот, всякое изменение постоянных составляю­щих напряжения из-за нестабильности источников пита­ния, старения транзисторов, изменения температуры окружающей среды и т. д. принципиально не отличается от полезного сигнала.

Дрейф нуля УПТ легко можно наблюдать в следующем опыте. Вход усилителя постоянного тока замыкают накоротко (рис. 6.13), а на выходе включают милливольтметр. С течением времени в от­сутствие входного напряжения из-за нестабильности величин и неточной их компенсации появляется выходное напря­жение, примерная временная зависимость которого показана на рис. 6.14. Это напряжение, деленное на коэффициент усиления уси­лителя, называют дрейфом нуля, приведенным ко входу усилителя:

В дальнейшем под напряжением дрейфа будем понимать напря­жение дрейфа, приведенное ко входу усилителя.

Усилитель постоянного тока может правильно воспроизводить на выходе только те сигналы, которые значительно превышают напряжение дрейфа, т. е. при uвх>>идр. Поэтому при проектиро­вании чувствительного усилителя приходится принимать специаль­ные меры к снижению дрейфа нуля.

Как видно из рис. 6.14, выходное напряжение состоит как бы из двух составляющих: монотонно изменяющегося напряжения (по­казано штриховой линией) и переменной составляющей. Первое называется медленным дрейфом и обусловлено в основном изменением характеристик транзисторов, второе называется быстрым дрейфом и определяется колебаниями на­пряжений источников питания, темпера­туры окружающей среды и другими внеш­ними факторами.

В транзисторных усилителях главной причиной дрейфа является температурная нестабильность транзисторов.

Для борьбы с дрейфом нуля принимают целый ряд мер:

1) стабилизацию напряжения источни­ков питания, стабилизацию температурно­го режима и тренировку транзисторов;

2) использование дифференциальных (балансных) схем УПТ;

3) преобразование усиливаемого напряжения.

Рассмотрим, как осуществляется и насколько позволяет снизить дрейф каждая из указанных мер.

При стабилизации напряжения источников питания с точностью ±0,01%, температурной стабилизации с точностью ±1°С удается снизить дрейф усилителя до идр=5-20 мВ при работе в температур­ном диапазоне от -50 до +50°С.

Дифференциальные УПТ. Кроме стабилизации питающих на­пряжений для борьбы с дрейфом УПТ принимают специальные схемы усилителей, так называемые дифференциальные (балансные) УПТ. Они построены по принципу четырехплечего моста (рис. 6.15).

Действительно, если мост сбалансирован, т. е.

то при изменении Ек баланс не нарушается и в нагрузочном резисторе Rн ток равен нулю. С другой стороны, при пропорциональном изменении сопротивлений резисторов R1, R2 или R3, R4 баланс моста тоже не нарушается. Если заменить резисторы R2, R3 тран­зисторами, то получим дифференциальную схему, очень часто при­меняемую в УПТ.

В дифференциальном усилителе (рис. 6.16, а) сопротивления резисторов R2, R3 в коллекторных цепях транзисторов выбирают равными, режимы обоих транзисторов устанавливают одинаковыми. В таких усилителях подбирают пары транзисторов со строго идентичными характеристиками.

Рис. 6.16. Схемы симметричного (а) и несимметричного (б) диф­ференциальных усилительных каскадов

На стабильность электрических режимов существенное влияние сказывает сопротивление резистора R1, который стабилизирует ток транзисторов (рис. 6.16, а). Чтобы можно было использовать резистор с большим сопротивлением R1, увеличивают напряжение источника питания Ек до значения , а в интегральных микро­схемах часто вместо резистора R1 применяют стабилизатор постоян­ного тока, который выполняют на 2—4 транзисторах.

Переменный резистор Rп (рис. 6.16, а) служит для балансиров­ки каскада или, как говорят, для установки нуля. Это необходимо в связи с тем, что не удается подобрать два абсолютно идентичных транзистора и резисторы с равными сопротивлениями R2, R3. При изменении положения движка потенциометра Rп изменяются со­противления резисторов, включенных в коллекторные цепи тран­зисторов, и, следовательно, потенциалы на коллекторах. Переме­щением движка потенциометра Rп добиваются нулевого тока в на­грузочном резисторе Rн в отсутствие входного сигнала.

При изменении э. д. с. источника коллекторного питания Е1 или смещения Е2 изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов. Если транзисторы идентичны и сопротивления ре­зисторов R2, R3 в точности равны, то тока в резисторе Rн за счет изменения э. д. с. Е1, Е2 не будет. Если транзисторы не совсем идентичны, то появится ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном, небалансном УПТ.

Аналогично изменения характеристик транзисторов вследствие изменения температуры окружающей среды практически не будут вызывать тока в нагрузочном резисторе.

В то же время при подаче входного напряжения на базу тран­зистора Т1 изменятся его коллекторный ток и напряжение на его коллекторе, что вызовет появление напряжения на нагрузочном резисторе Rн.

При тщательном подборе транзисторов и резисторов, при ста­билизации напряжений источников питания дрейф удается снизить до 1—20 мкВ/°С или при работе в температурном диапазоне от -50 до +50°С составит 0,1—2 мВ, т. е. в сравнении с небалансным УПТ он может быть уменьшен в 20—100 раз.

Выражение для коэффициента усиления дифференциального каскада аналогично выражению для коэффициента усиления обыч­ного однокаскадного усилителя с коллекторной нагрузкой

так как напряжением обратной связи, возникающим на резисторе R1, можно пренебречь. Это напряжение одновременно воздействует на эмиттеры транзисторов Т1, Т2, вызывая одинаковые изменения потенциалов их коллекторов. Таким образом, результирующее напряжение на выходе усилителя остается неизменным. Нетрудно видеть, что выходное напряжение в усилителе (рис. 6.16, а) совпа­дает по фазе с входным напряжением ивх1 (неинвертирующий вход) и противофазно напряжению ивх2 (инвертирующий вход).

Тогда можно записать

Читайте также:  Принцип работы импульсного преобразователя напряжения постоянного тока

Входное сопротивление усилителя по каждому из входов

На рис. 6.16, б приведена схема несимметричного дифференци­ального усилителя, в котором коллекторный резистор включен только в коллекторную цепь транзистора Т2. Такой усилительный каскад обладает несколько большим дрейфом и применяется только в тех случаях, когда необходимо получить выходное напряжение относительно общего зажима. Для компенсации постоянной составляющей коллекторного напряжения в усилителе применен делитель R3R4.

Источник

Усилители постоянного тока: принцип работы и устройство

рис. 2.35

Усилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если он может усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы. Такой усилитель может использоваться и для усиления переменных сигналов.

Выше рассмотрены операционные усилители, являющиеся усилителями постоянного тока. Но внутреннее устройство операционных усилителей не рассматривалось.

Васильев Дмитрий Петрович

Полученные переменные сигналы могут быть усилены с помощью усилителей переменного тока, в которых гальванические связи разорваны с помощью конденсаторов или трансформаторов.

После усиления переменные сигналы должны быть преобразованы в постоянные или медленно изменяющиеся.

При построении УПТ с использованием гальванической связи между каскадами получают УПТ, которому присуще такое вредное явление, как дрейф нуля. Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном нулевом входном. Основными причинами дрейфа нуля усилителя являются:

  • изменение параметров элементов схемы, прежде всего транзисторов, за счет изменения температуры окружающей среды;
  • изменение питающих напряжений;
  • постоянное изменение параметров активных и пассивных элементов схемы, вызванное их старением.

Сигнал дрейфа нуля может быть соизмерим с полезным сигналом, поэтому при построении УПТ принимают меры по снижению дрейфа нуля.

Основными мерами снижения дрейфа являются:

  • жесткая стабилизация источников питания усилителей;
  • использование отрицательных обратных связей;
  • применение балансных компенсационных схем УПТ;
  • использование элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры для компенсации температурного дрейфа;
  • применение УПТ с промежуточным преобразованием и др.

Важным вопросом при построении УПТ является также согласование потенциалов соседних каскадов, согласование источника входного сигнала с УПТ, а также подключение нагрузки к УПТ таким образом, чтобы при нулевом входном напряжении, напряжение на нагрузке было также равно нулю.

Поэтому простейшие УПТ, состоящие из нескольких каскадов, включенных последовательно и соединенных гальванической (непосредственной) связью, даже при условии согласования потенциалов обладают рядом недостатков, главным из которых является дрейф нуля.

рис. 2.35

Таким образом, для устранения отмеченных выше недостатков УПТ строят в виде параллельно-балансных каскадов, представляющих собой сбалансированный мост, в одно плечо которого включена нагрузка, а в другое — источник питания. Схема такого УПТ приведена на рис. 2.35.

Коллекторные сопротивления RK1 и RK2, транзисторы Т1 и Т2, резистор Rэ образуют мост, к одной диагонали которого подключен источник питания ЕK, а в другую диагональ — между коллекторами транзисторов — включается нагрузка.

Источник



Усилитель тока

Усилители постоянного тока, имеют равную АЧХ до самых низких частот.

Усилители постоянного тока

В многокаскадных УПТ не могут быть использованы реактивные элементы связи (R, C). Спад АЧХ в области ВЧ появляется за счет паразитных емкостей каскадов, также как и в усилителе с RC связями.

А) УПТ компенсационные с 1 источника питания.

Б) Компенсационные УПТ с 2-мя источниками питания

УПТ с одним источником питания.

В УПТ с одним источником питания вместо усилительного каскада с коллекторной нагрузкой может применяться ЭП или усилительный каскад на полевом транзисторе.

Способ включения Rн и подача Uвх при этом не изменится.

Усилитель постоянного тока схема

УПТ, у которого во входной цепи включены стабилитроны, на которых выделяется напряжение компенсации. Uст компенсируют постоянные напряжения в цепи базы и цепи коллектора.

Усилители постоянного тока схема

Схема двухкаскадного УПТ на транзисторах различных типов (комплементарных). Входная цепь не показана, может быть как в схеме1.

УПТ с двумя источниками питания

И зав от перечисленных недостатков применяют 2 источника питания +E1; +E2, которые создают положительные и отрицательные напряжения относительно общей точки, имеющей нулевой потенциал.

Усилители постоянного тока схема

Усилитель рассчитан так, что при Uвх = 0, φб = 0, φэ ≈ -0,5В, E1 = 20B, E2 = 10B.

При подасче Uвх, возрастает ток базы транзистора → возрастает ток коллектора → ↑ UR1 → снижается φк. Снижение потенц верхнего вывода делителя R3R4 приводит к ↓ потенц. средней точки делителя и появляется отрицательный Uвых.

Дрейф в УПТ

Специфич недост который определяет нижний предел усиливаемого U.

С течением времени измен токи транзисторов и напряж на их электродах → наруш компенсация пост составл U, на выходе усилите появляется пост U при Uвх = 0.

Всякое изменение U0, Uбо из-за нестабильности источников питания, старения транзисторов, изменения температуры окружающей среды и т. д. не отличается от полезного сигнала.

Главная причина дрейфа – температурная нестабильность транзисторов.

Дифференциальный УПТ

Построен по принципу четырехплечего моста.

Дифференциальный УПТ

Если мост сбалансирован. то, при изменении Eк баланс не нарушается и в нагрузочном резисторе Rн = 0. При пропорциональном изменении сопротивления R1,R2 или R3,R4 баланс тоже не нарушается.

Если заменить R2,R3 транзисторами, получим дифференциальную схему, часто применяемую в УПТ

дифференциальная схема упт

Сопротивление R2 и R3 равны. Режимы работы T1 и T2 одинаковы. T1 и T2 выбирают со строго идентичными параметрами.

Источник

Как работает усилитель на транзисторе

Разбор схемы

Это моно-усилитель мощности звуковой частоты.

Транзистор VT1 является главным элементом в схеме усилителя. Поэтому схема называется транзисторный УНЧ (усилитель низкой частоты).

В данном случае используется n-p-n транзистор. Он включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема позволяет выжить максимум из транзистора. Она усиливает и напряжение, и ток одновременно. Итого максимальная мощность.

Данная схема имеет один каскад усиления.

Что такое каскад

Каскад – это по сути этап усиления, который не зависит от другого. Бывают и двухкаскадные усилители. То есть, например, в схеме есть два транзистора. Один работает как предусилитель, и передает усиленный сигнал на вход второго. Поэтому схема называется двухкаскадной. Они не зависят друг от друга, но первый каскад передает сигнал на второй, что позволяет увеличить мощность сигнала.

Как питаемся схема

От качества питания зависит и качество усиления. С какими бы выдающимися характеристиками не был транзистор, если питание плохо отфильтровано или недостаточное, то усиление будет советующего качества.

На клеммы Х3 и Х4 подключается питание 6 В.

Эта схема может питаться и от аккумулятора. Однако, несмотря на то, что аккумулятор – это источник с минимальным шумом, у аккумулятора тоже есть свое сопротивление.

И чтобы оно не мешало и не влияло на работу усилителя, нужен сглаживающий и накопительный конденсатор.

Электролитический конденсатор С3 накапливает энергию источника питания, что позволяет улучшить качество усиления. Чем выше емкость – тем лучше. Естественно, у такого правила есть ограничения. Если поставить слишком большую емкость, то будет большая нагрузка на источник питания.

Во время проектирования схемы все эти параметры рассчитываются. Здесь в схеме у конденсатора С3 емкость 47 микрофарад – этого достаточно для нашего транзистора, поскольку у него не большая мощность, которую он может выдать. Можно поставить и большую емкость, например, 1000 микрофарад. Главное не нежно ставить конденсатор с меньшим пределом по напряжению. Если поставить конденсатор менее 6 В (питание схемы), то конденсатор начнет нагреваться и даже может взорваться.

Читайте также:  Пульсирующий ток зарядки автомобильного аккумулятора

Вход усилителя

Вход усилителя – это клеммы Х1 и Х2.

Х2 это минус входа, а Х1 – плюс. Так как схема на один канал, то УНЧ называется моно.

Можно подключить как левый канал, так и правый и оба сразу.

Фильтрация входного сигнала

Электролитический конденсатор С1 позволяет отделить постоянную составляющую входящего сигнала от переменной.

По-простому, он пропускает только переменный сигналю. Если сигнала нет, или вход усилителя замкнут, то без этого конденсатора транзистор может перейти в режим насыщения (максимальное усиление), и на выходе появится неприятный хрип.

Емкость конденсатора подобрана под частоту звукового сигнала. Звук начинается от 20 Гц и до 16 кГц.

Рабочая точка и смещение базы

Для того, чтобы транзистор не искажал входной сигнал, нужно его для начала чуть-чуть приоткрыть.

Это можно сделать при помощи делителя напряжения из двух резисторов R1 и R2. Этот делитель напряжения позволяет приоткрыть транзистор VT1 для того, чтобы входной сигнал не тратил свою электрическую энергию на его открытие.

Как определяется класс усилителя

Класс усилителя определяется его рабочей точкой. Рабочая точка выбирается с помощью вольтамперной характеристики транзистора. Чем выше напряжение подается на вход транзистора, тем больше ток, тем выше рабочая точка.

Например, точка по центру это А класс.


А класс самый качественный из усилителей. Он усиливает как положительные, так и отрицательные полуволны входного сигнала. В то же время, у этого класса есть существенный недостаток. Это ограничение мощности и снижение энергоэффективности. Дело в том, что пока на вход УНЧ не поступает входной сигнал, он работает все время, пока он включен.

Получается, что при это расходуется лишняя электроэнергия. Поэтому, еще рабочая точка называется точкой покоя, когда усилитель не усиливает входной сигнал.

Также от рабочей точки зависит и чувствительность усилителя.

Еще есть B класс, AB и D. Они отличаются друг от друга по эффективности усиления и наличию искажений. Все зависит от используемой схемы.

Например. D класс вообще не открывает транзистор, однако с точки зрения энергоэффективности – это самый лучший выбор. Транзистор в покое не потребляет ничего, он включается только при подаче входного сигнала. И при этом если на вход подается аналоговый звуковой сигнал, то он искажается. Такой класс не подойдет для схемы, которую разбираем в этой статье.

А режим АВ применяется в схемах, где есть несколько транзисторов, которые работают на свои полуволны. Есть схемы, где один транзистор усиливает только положительные полуволны, а второй только отрицательные. Такие усилители называются двухтактными.

Стабилизация работы схемы

Когда полупроводник нагревается, его сопротивление уменьшается. Транзистор сделан из полупроводника, и соответственно его p-n переходы тоже.

При работе схемы УНЧ ток течет через транзистор, и он нагревается. Обычно вся мощность рассеивается на коллекторе. И тем не менее, характеристики транзистора резко меняются, поскольку сопротивление его p-n переходом резко снижается по мере повышения температуры.

Чтобы стабилизировать работу транзистора, нужно сбалансировать его сопротивление другим источником. Это можно сделать при помощи дополнительного сопротивления.

Когда сопротивление транзистора VT1 уменьшается, резистор R3 забирает часть напряжения на себя и не позволяет увеличить ток в цепи.

Благодаря этому транзистор:

  • не закрывается;
  • не переходит в режим насыщения;
  • не искажает сигнал;
  • и не перегревается.

Это называется термостабилизация работы усилителя.

А чтобы в нормальном режиме работы, когда VT1 не нагревается, резистор R3 не уменьшал мощность схемы, в цепь включен шунтирующий электролитический конденсатор C2. Через него переменная составляющая входного сигнала проходит без потерь.

Выход усилителя

На выход к усилителю можно подключить как другой усилитель, который усилит сигнал еще больше, так и динамическую головку.
Динамическая головка — это обычный динамик. Он воспроизведёт звук с выхода транзистора VT1.

Однако и тут есть много нюансов.

Если сопротивление выхода транзистора намного больше, чем у динамической головки, то он не сможет передать всю мощность. Как минимум большая часть напряжения останется на его контактах.

Для данной схемы нужен динамик с сопротивлением около 1 кОм.

Если поставить меньше, например, на 4 Ома, то и половина мощности не воспроизведется, а коллектор VT1 начнет еще сильнее нагреваться.

Согласование сопротивлений входа, выхода и нагрузки усилителя рассчитывается на этапе проектирования схемы. Поэтому не следует их нарушать.

Как протекает ток по схеме

В начальный момент времени, при подключении питания, электролитический конденсатор С3 заряжается, и начинят питать коллектор и эмиттер транзистора VT1. А также ток проходит через делитель напряжения.

Делитель напряжения R1, R2 смещает базу VT1. Начинает течь ток смещения база-эмиттер (Б-Э), тем самым устанавливается рабочая точка УНЧ.

Когда входной сигнал поступает на клемму Х1, он проходит С1 и через делитель поступает на базу VT1 и частично уходит через эмиттер.

Входной сигнал притягивается коллектором VT1 и тем самым усиливается.

Та часть переменного сигнала, которая перешла на эмиттер транзистора, усиливается эмиттерными током. Он свободно проходит через С2, который в паре с R3 стабилизирует режим работы усилителя от перегрева и искажений.

В итоге входной сигнал усиленный коллекторно-эмиттерным (К-Э) током VT1 поступает на выход, то есть на динамическую головку BF1.

От чего зависит мощность схемы

У этой схемы есть ограничения. Можно поменять VT1 КТ315 на более мощный, у которого коэффициент усиления будет выше, но этот лимит усиления не бесконечный.

В первую очередь, все зависит от используемого транзистора. Если поменять его на более мощный, то и усиление будет выше. Но следует помнить, что чем мощнее транзистор, тем мощнее нужен входной сигнал. К тому же, придется сделать перерасчет всех компонентов. И подключать предусилитель, собирать схему блока питания, а это уже будет совсем другая схема.

У транзисторов есть ряд параметров, которые влияют на схему. Это коэффициент усиления по току (h21э), напряжению, мощности. А также важный параметр — это рассеиваемая мощность на коллекторе. С повышением мощности потребуется радиатор для отвода тепла.

Как собрать схему

Схему можно собрать на текстолите или на макетной плате. Перейдите по ссылке на эту статью, в ней подробнее описывается процесс сборки и проверки схемы.

Используйте качественные детали и хороший припой. Она рабочая. Это вообще классическая схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

Также на сайте есть и другие схемы усилителей, которые не сложны в сборке и не дорогие по стоимости деталей.

Как проверить работу схемы

Достаточно прикоснуться до входа УНЧ отверткой, и на выходе послышаться треск. Это переменная наводка, которая усилится схемой.

Источник