Транзистор как линейный усилитель

Транзистор как линейный усилитель

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

Биполярные транзисторы широко применяются для усиления электрических сигналов. В этом случае они работают в активном режиме, т. е. когда на переход база-эмиттер подаётся прямое напряжение, а на переход база-коллектор подаётся обратное напряжение. Для обеспечения такого состояния при усилении малых сигналов (режим линейного усиления) необходимы два источника напряжения создающие требуемые постоянные токи (токи смещения) протекающие через транзистор. На практике в большинстве случаев используют один источник напряжения (источник питания), который задаёт посредством дополнительно подключённых резисторов необходимые токи смещения. На рис.3 показана типичная схема подключения транзистора

обеспечивающая его работу в активном режиме. Здесь токи коллектора Iк и базы Iб от источника питания Еп поступают на соответствующие электроды транзистора через резисторы Rк и Rб1. Величина резистор Rб1 задаёт ток базы, ток коллектора Iк=Iб´B, где В — статический коэффициент усиления транзистора по току базы, ток эмиттера представляет собой сумму коллекторного и базового токов т.е Iэ= Iк+ Iб. Протекающие через резисторы токи создают на них падения напряжения и тем самым устанавливают напряжения на электродах транзистора. Таким образом, задаётся рабочая точка (постоянные токи протекающие через транзистор (токи смещения) и напряжения на электродах), которая должна находиться в области активного режима работы транзистора. Установленный в цепи эмиттера резистор Rэ обеспечивает стабилизацию рабочей точки за счёт отрицательной обратной связи по току. На практике установку и контроль рабочей точки удобно осуществлять путём измерения напряжения на эмиттере транзистора. (Поделив это напряжение на величину Rэ получим значение Iэ, которое примерно равно току коллектора Iк). Иногда базовый ток задаётся установкой напряжения на базе с помощью делителя напряжения Rб1 и Rб2.

Усилительные каскады на биполярных транзисторах могут быть построены по трём схемам включения:

1) с общим эмиттером ОЭ;

2) с общим коллектором ОК;

3) с общей базой ОБ.

Принципиальные схемы этих трёх типов усилительных каскадов представлены на рис1.2абв

Как видно, в усилительном каскаде с ОЭ (рис1.2а) усиливаемый сигнал подается на базу транзистора через разделительный конденсатор Ср1, а снимается с коллектора также через разделительный конденсатор Ср2 (конденсаторы необходимы для того чтобы подключенные к каскаду цепи подающие и снимающие сигнал не повлияли на установленную рабочую точку). Эмиттер транзистора для сигнала является заземлённым посредством конденсатора Сш (т.е. подсоединён к общей шине, относительно которой подаётся и снимается сигнал). Поэтому такой каскад и носит название «с общим эмиттером». Каскад с ОЭ обеспечивает усиление, как по току, так и по напряжению и обладает наибольшим усилением по мощности. Выходной сигнал в такой схеме будет инверсным по отношению к входному. Это включение называется основным.

В каскаде ОК (см. рис.1.2б) сигнал подаётся на базу транзистора и снимается с эмиттера. Разделительные конденсаторы здесь также необходимы для того, чтобы источник и приёмник сигнала не оказывали влияние на установленную рабочую точку. Коллектор транзистора заземлён посредством конденсатора Сш. (Так как сигнал снимается с эмиттера, то резистор Rк в таком каскаде может отсутствовать и коллектор транзистора соединён непосредственно с шиной питания). Коэффициент передачи Кu схемы по напряжению близок к единице, в результате чего выходной сигнал Uвых по значению и фазе повторяет входной Uвх, поэтому каскад ОК называют повторителем напряжения (эмиттерный повторитель). Главным достоинством повторителя напряжения является то, что он обладает высоким входным сопротивлением Rвх и низким выходным Rвых.

Читайте также:  Манжета для унитаза с полкой

В схеме c ОБ (рис1.2в) сигнал подаётся на эмиттер, а база заземляется. Усиленный по напряжению сигнал снимается с коллектора. Выходной ток Iвых приблизительно равен входному Iвх, поэтому каскад рис.1.2,в можно рассматривать как повторитель тока с коэффициентом передачи по току КI »1. Схема ОБ обладает низким входным и высоким выходным сопротивлениями, отсутствием усиления по току, пониженным по сравнению со схемой ОЭ, усилением по мощности.

При анализе электрических цепей очень часто бывает удобным выделить фрагмент цепи, имеющий две пары зажимов. Поскольку электронные цепи очень часто связаны с обработкой или преобразованием информации, одну пару зажимов обычно называют «входными», а вторую – «выходными». На входные зажимы подаётся исходный сигнал, с выходных снимается преобразованный. Состояния входных и выходных зажимов определяются четырьмя параметрами: напряжением и током во входной (U1, I1) и выходной (U2, I2) цепях. В этой системе параметров линейный четырёхполюсник описывается системой из двух линейных уравнений, причём два из четырёх параметров состояния являются исходными, а два остальные – определяемыми. Поскольку четырёхполюсник имеет четыре параметра состояния, очевидно, что имеется шесть систем уравнений, выражающих различные пары параметров через два остальных. Коэффициенты этих шести систем уравнений получили традиционное наименование A-, B-, G–, H–, Y– и Z-параметров.

При любой схеме включения транзистор может рассматриваться как четырехполюсник. Так как токи и напряжения в транзисторе в общем случае связаны нелинейными функциональными зависимостями, поэтому четырехполюсник, эквивалентный транзистору, следует рассматривать как активный нелинейный четырехполюсник. Однако для большого класса электронных схем, таких как усилители, называемых линейными, токи и напряжения складываются из сравнительно больших постоянных составляющих определяющих рабочую точку и малых переменных составляющих представляющих сигнал и именно переменные составляющие в этих схемах представляют основной интерес. В пределах малых изменений напряжений и токов статические характеристики транзистора приблизительно являются линейными, поэтому функциональные зависимости переменных составляющих также будут линейными. Для линейных схем характерна работа транзистора в активном режиме.

Когда транзистор работает в линейном режиме, для расчетов удобнее пользоваться не характеристиками, а параметрами. Параметры широко применяются на практике также для контроля качества транзисторов. Характеристические параметры — величины, дающие связь между малыми изменениями токов и напряжений в транзисторе. Таким образом, при усилении малых сигналов для любой из схем включения (ОЭ, ОК, ОБ) транзистор может быть представлен в виде активного линейного четырёхполюсника (рис1.3), на входе которого действует напряжение U1 и ток I1, а на выходе напряжение U2 и ток I2. Направление токов I1 и I2 и напряжений U1 и U2 эквивалентного четырехполюсника выбирают так, как показано на рис.1.3 Для биполярных транзисторов чаще всего используют систему уравнений с H – параметрами:

Физический смысл соответствующих коэффициентов следующий:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;

— коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе;

— коэффициент передачи тока при коротком замыкание на выходе;

— выходная проводимость при холостом ходе на входе.

Слова холостой ход и короткое замыкание относятся к сигналам, а не к напряжениям и токам смещения, определяющим рабочую точку. Параметры транзистора зависят от выбранной рабочей точки и могут быть определены из статических характеристик или получены из соответствующей справочной литературы, но при этом всегда указывается значения напряжений и токов смещения, при которых даны эти параметры. Так как в усилительные каскады на транзисторах входят цепи смещения, то параметры четырёхполюсников описывающих такие каскады отличаются от параметров транзисторов. Например, входное сопротивление каскада с ОЭ (рис.1.2а) будет определяться не только величиной параметра h11э, но и двумя включёнными параллельно сопротивлениями резисторов базового делителя Rб1и Rб2.

Читайте также:  Функции воды в живых клетках растворитель транспортная

Параметры четырёхполюсника, такие как коэффициенты передачи по напряжению и току (KU и KI ), а также входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых могут быть вычислены из h- параметров как:

Здесь R- сопротивление нагрузки, r – сопротивление источника сигнала.

Выше мы выяснили, что устройство является усилителем тогда, когда мощность, полученная на его выходе, больше мощности, поданной на вход, причем, разумеется, увеличение мощности происходит за счет источника тока. При помощи транзисторов можно конструировать различные виды электронных усилителей, но наиболее широкое

применение на практике находят линейные усилители (они работают в т. н. усилительном классе А). В них переменный выходной сигнал (хотя и многократно увеличенный по мощноси) должен иметь ту же форму, что и входной (рис. 22.1). Или, как говорится между выходным и входным сигналом должна существовать линейная зависимость (отсюда и их название: линейные усилители).

Транзистор в роли усилителя

Для того, чтобы конкретно понять, как усиливает транзистор, рассмотрим схе­му, данную на рис. 22.2а, в которой в коллекторную цепь включено нагрузоч­ное сопротивление R = 2 кОм. На од­ном числовом примере покажем, что мощность (напряжение и ток) переменной составляющей на нагрузке больше, чем мощность на выходе.

Сначала рассмотрим схему, данную на рис. 22.2а. Здесь база транзистора соединена с эмиттером (IБ = 0), благо­даря чему при отсутствии сигнала транзистор закрыт и. (Для про­стоты пренебрегаем ничтожно малым токомIКЭК). Сопротивление коллек­тор-эмиттер любого закрытого тран­зистора велико, примерно 0,1- 1 Мом. МОм. Благодаря этому почти все напряжение батареи действует меж­ду коллектором и эмиттером (В), ), а падение напряжения на резисторе почти равно нулю().

Если теперь от источника переменного тока Е1 (рис. 22. 2б) подадим на вход напряжение 0,5 В, то оно вызовет сравнительно малый базовый ток IБ = 10 мкА.

Рабочая точка транзистора

Для того, чтобы транзистор выполнял роль усилителя, он должен быть по­ставлен в соответствующий режим по постоянному току и тогда можно по­дать на него входной сигнал. Основные величины, характеризующие режим постояного тока, следующие:

1.Напряжение управляющего пере­хода в режиме покоя. Называется еще базовым смещением и обозначается U ЭБп (здесь и далее „п“ озна­чает покой).

2. Базовый ток покоя IБп. Очевидно, он зависит от выбранного смещения базы U ЭБп и обе эти величины опреде­ляют т. н. рабочую точку транзистора на его входной характеристике (рис. 22.4).

Коллекторный ток покоя IКп. Как мы уже знаем, его величина в раз больше начального тока базы.

Коллекторное напряжение покоя UКЭп. Оно не должно быть меньше 0,8-1 В, т.к. рис. при очень малых напряжениях базовый ток не управляет коллекторным током, т.е. транзистор перестает быть усилителем. Обе последние величины и определяют рабочую точку на выходных характеристиках транзистора (рис.22.5 а).

Читайте также:  Строительство бань в белгороде

Почему важен выбор рабочей точки транзистора

Правильный выбор рабочей точки является одним из самых важных моментов в работе с транзисторными схемами. Причины этого следующие. При подаче определенного напряжения смещения определяется рабочая точка на входной

Вариант усилителя на отечественных транзисторах

Автор: АКА КАСЬЯН

По сути я ничего нового не придумал, просто давно хотел собрать данный усилитель, но на многих ресурсах отзывы о нем были не очень хорошие.

К сожалению, мне не удалось найти фотографии доделанных усилителей. Как правило, на страницах форума были только обсуждения и мне не оставалось ничего, кроме как повторить конструкцию.
О схеме очень мало отзывов, в основном только негативные. Жалобы в основном о малом потреблении тока, слишком искаженный выходной сигнал и т.п.

Сначала были найдены все оптимальные замены транзисторам. Все транзисторы использовались отечественного производства. Травить плату не было возможности, поэтому как всегда на помощь пришла макетка.

На плате была собрана вся схема, а выходные транзисторы через провода припаяны к основной плате.
В начале для выходного каскада использовал транзисторы КТ805, затем 819 и остановился на КТ803А — самый лучший вариант для этой схемы.

Схема планировалась для стандартной колонки на 4 Ом, поэтому некоторые номиналы схемы нужно подобрать под свои нужды.
Выходной конденсатор на 3300 мкФ с напряжением 16-50вольт, входной по вкусу (от 0,1 до 1мкФ).
Для питания использовал аккумулятор от бесперебойника, с ним усилитель развивает до 8 ватт, это уже чистейшая мощность, без хрипов, искажений и гулов.

За свою практику собрал немало усилителей мощности. Еще год назад, эталоном звука для меня были микросхемы СТК, затем была повторена схема ланзара и она долго не уступала свои позиции, но несколько дней назад этот усилитель вышел на первое место, оставив позади знаменитого ланзара.

Широкий диапазон воспроизводящих частот — еще одно достоинство этой схемы, хотя частоты ниже 30 Гц усилитель не сможет воспроизвести. Усилитель предназначен для широкополосной акустики, и для качественного звучания в первую очередь нужны качественные колонки. Хотя многие могут не согласится, но очень советую использовать отечественные головки 5 — 10 ГДШ с бумажным или поролоновым подвесом. После чистого класса "А" даже музыкальный центр будет звучать не так хорошо, как раньше.

Выходные транзисторы усилителя греются не так страшно, как говорилось в некоторых форумах, лично у меня без теплоотвода они поработали 10 минут на максимальной громкости, температура не превышала 70-80 градусов.

Странно то, что усилитель настолько качественный, что без подачи входного сигнала в колонках нет никакого шума или гула, словно усилитель выключен и включается только при подаче сигнала на вход.

Не советуется поднимать напряжение питания более 20 вольт, при 18 вольт усилитель показал 14 ватт — чистой синусоидальной мощи, но потреблял при этом 60 ватт. для класса «А» это вполне нормально.
В дальнейшем планируется собрать еще один канал, уж больно понравился этот усилитель, рядом с ним даже музыкальный центр дурно звучит.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector