Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы

• Название: Шаг за шагом. Транзисторы
• Автор: Рудольф Сворень
• Издательство: "Детская литература"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 1971

Книга написана простым языком и ориентирована на средний и старший школьный возраст. В ней автор доступным языком излагает основы работы полупроводниковых приборов. Книга сопровождается множеством иллюстраций, благодаря чему шаг за шагом постигается сложный мир внутри транзисторов.

Поскольку книга больше ориентирована на детей, то повествование идет буквально "на пальцах", не используется никаких сложных формул или вычислений — только как полупроводниковые приборы работают и как их использовать.

---

Отрицательная обратная связь позволяет выполнить еще одну важную операцию — осуществить регулировку тембра, то есть в нужном направлении изменить частотную характеристику усилителя. Эта характеристика показывает, как меняется усиление с изменением частоты сигнала.

Для идеального усилителя частотная характеристика — это просто прямая линия: усиление на всех частотах у такого усилителя одинаково. Но у реального усилителя частотная характеристика загнута, завалена в области самых низких и самых высоких частот. Это значит, что низшие и высшие частоты звукового диапазона усиливаются хуже, чем средние частоты. Причины появления таких завалов частотной характеристики могут быть разными, но корень у них общий. Неодинаковое усиление на разных частотах получается потому, что в схеме имеются реактивные элементы — конденсаторы и катушки, сопротивление которых меняется с частотой.

Существует много способов исправления частотной характеристики, в том числе и введение частотно-зависимых элементов в цепь обратной связи. Пример таких элементов — цепочка R13C9 в нашем усилителе. Сопротивление этой цепочки с уменьшением частоты растет (Воспоминания № 13 и № 16), обратная связь уменьшается, и благодаря этому создается некоторый подъем частотной характеристики в области низших частот.

В усилителе имеется еще несколько цепей отрицательной обратной связи. Это конденсатор С6, соединяющий коллектор транзистора Т2 с его базой; резистор R12, который подает на базы выходных транзисторов не только постоянное смещение, но еще и некоторую часть выходного сигнала; цепочка, которая создает обратную связь третьего каскада со вторым, но уже не по переменному, а по постоянному току (такая обратная связь повышает термостабильность усилителя).

Громкоговоритель включен в коллекторные цепи выходных транзисторов через разделительный конденсатор С4. Сопротивление звуковой катушки в данной схеме может составлять 6—10 ом. Усилитель развивает мощность до 100 мвт при напряжении входного сигнала около 30–50 мв.

Существует довольно большое число схем бестрансформаторных усилителей на транзисторах разной проводимости. В большинстве из них в выходном каскаде используют составные транзисторы, то есть в каждое плечо включают два транзистора. Отсутствие трансформаторов и уменьшение числа разделительных конденсаторов позволяет в таких усилителях получить очень хорошую частотную характеристику. Однако начинающему радиолюбителю этот выигрыш достается довольно дорогой ценой — бестрансформаторные усилители, да еще с составными транзисторами, не всегда просто наладить. И поэтому, если у вас еще нет большого опыта в налаживании транзисторной аппаратуры, лучше собрать усилитель по классической двухтактной схеме с трансформаторами (рис. 45).

Еще одна двухтактная схема с трансформаторами приведена на рис. 104—7. Главная особенность усилителя — фиксированное от отдельной батареи Б2 смещение на базу первого каскада Т1. Благодаря этому коллекторный ток транзистора Т1 остается практически неизменным при уменьшении напряжения коллекторной батареи вплоть до 3,5 в. С нижней части делителя R4R5, включенного в эмиттерную цепь Т1, подается смещение на базы транзисторов выходного каскада. И поэтому при уменьшении коллекторного напряжения смещение транзисторов Т3Т4 не меняется. В результате усилитель работает при пониженном напряжении, хотя и с меньшей выходной мощностью (при 3,5 в — 20 мвт), но без искажений.

Ток, потребляемый от батареи Б2, не превышает 500 мка.

В усилителе имеется простейший регулятор тембра R6С5 и цепь обратной связи R8С8, снижающая искажения. Резистор R9 необходим для того, чтобы при выключении Б2 (может случиться так, что Вк2, разомкнет цепь на какие-то доли секунды раньше, чем Вк1) транзистор Т1 не оказался с «висящей базой» (рис. 89). Конденсаторы С7С6 — элементы отрицательной обратной связи, предотвращающие самовозбуждение на сверхзвуковых частотах. Ту же задачу выполняет конденсатор С1.

Трансформаторы Тр1 и Тр2 взяты от приемника «Альпинист» (таблица 12). Громкоговоритель с сопротивлением звуковой катушки около 6 ом.

При коллекторном напряжении 9 в усилитель развивает мощность 180 мет и потребляет от батареи Б2 ток не более 20–25 ма. Если нужно повысить выходную мощность, можно включить в качестве Т3 и Т4  мощные транзисторы, например П201. В этом случае нужно уменьшить в два раза R7 и подобрать R5 с таким расчетом, чтобы общий коллекторный ток покоя Т3 и Т4  составлял 15–25 ма. Для мощных транзисторов нужен другой выходной трансформатор, например, с такими данными: сердечник сечением около 3,5 см2 (Ш17х17); первичная обмотка 330 + 330 витков ПЭ 0,31, вторичная обмотка 46 витков ПЭ 0,51. С транзисторами П201 усилитель развивает выходную мощность 1,5–2 вт.

На рис. 110 приведена схема усилителя НЧ с выходной мощностью 2,5–3 вт. Его второй каскад — фазоинвертор с разделенными нагрузками. После него следуют два совершенно одинаковых эмиттерных повторителя (Т3, Т4), каждый из которых подает сигнал на свое плечо двухтактного выходного каскада. Для громкоговорителя с сопротивлением звуковой катушки 5 ом выходной трансформатор может иметь следующие данные: сердечник сечением 3 см2; обмотка 1 — 2х200 витков ПЭ 0,33, обмотка II — 100 витков ПЭ 0,8.

Рис. 110. Усилитель НЧ с выходной мощностью 2,5–3 вт.

Налаживание всех усилителей НЧ сводится к подбору режимов транзисторов. Для двухтактных схем желательно предварительно подобрать для обоих плеч транзисторы с близкими параметрами: коэффициентом усиления по току β и обратным током коллектора Iко. Если все детали исправны и схема собрана правильно, то усилитель, как правило, сразу начинает работать. И единственная серьезная неприятность, которая может обнаружиться при включении усилителя, — это самовозбуждение. Один из способов борьбы с ним — введение развязывающих фильтров (аналогичных R14C5 в схеме рис. 104—6), которые предотвращают связь между каскадами через источники питания (рис. 77). С другими способами борьбы с самовозбуждением мы познакомимся в следующем разделе книги, после того, как выясним некоторые подробности превращения усилителя в генератор.

ПРЕВРАЩЕНИЕ В ГЕНЕРАТОР

Человек, изучающий электронику, подобен туристу, плывущему мимо красивейших берегов Крыма или Кавказа и вынужденному наблюдать эти берега лишь с борта корабля. Человек, изучающий электронику, очень часто проплывает мимо изумительно красивых явлений природы, мимо очень важных, можно даже сказать — фундаментальных, научных проблем и не имеет возможности сойти на берег, чтобы познакомиться с ними. Иначе путешествие слишком затянется или даже изменится его конечный маршрут. (Последнее, кстати, совсем неплохо, но только не в начале пути. Есть немало примеров того, как радиоинженеры уходили в биологию, ракетостроение, математику, химию, медицину, геофизику, сельское хозяйство, астрономию и другие области. Обогащенные методами и идеями электроники, они открывали в этих областях науки новые направления или, подобно катализатору, резко ускоряли ход исследований.)

Мы с вами уже прошли мимо таких интересных и общих проблем как преобразование структуры вещества, универсальность гармонических (синусоидальных) колебаний, преобразование спектра сигнала, согласование генератора с нагрузкой, управление мощными потоками энергии с помощью слабых сигналов и др. Сейчас нам предстоит встреча еще с одним общим, универсальным явлением — с возникновением автоколебаний.

Мы часто встречаем механические автоколебания: вибрация самолетного крыла и автоколебания в гидравлических системах (вам наверняка приходилось слышать «поющий» водопроводный кран), и автоколебания далеких звезд, и автоколебания в мире атома, автоколебания при ядерных реакциях и электромагнитные автоколебания. Есть серьезные основания думать, что автоколебания играют важнейшую роль и в живой природе, что сама жизнь — это огромное многообразие разного рода, разной степени сложности биохимических автоколебаний.

Что же такое автоколебания? Энциклопедический словарь определяет их так: «…незатухающие колебания, которые могут существовать в какой-либо системе в отсутствие переменного внешнего воздействия, причем амплитуда и период колебаний определяются свойствами самой системы». Применительно к транзисторному устройству, где создаются автоколебания (вы уже, конечно, догадались, что именно такое устройство и называется транзисторным генератором), это определение нужно понимать следующим образом. Мы подводим к генератору только питающее постоянное напряжение, а он дает нам непрерывные, непрекращающиеся электрические колебания (конечно, когда батарея разрядится, то колебания прекратятся, но об этом сейчас не стоит говорить). Генератор создает в своих цепях переменный ток и переменное напряжение, частота и амплитуда которых зависят только от элементов самой транзисторной схемы.