Усилитель - 2

В предыдущем посте я рассказал об одиночном усилительном каскаде.
Его усиление редко делают большим (больше 20) – для этого нужно уменьшать значение резистора R4, что плохо отражается на стабильности параметров этого усилителя при изменении температуры и питающего напряжения. Для того, чтобы получить от усилителя максимальное усиление, резистор R4 шунтируют конденсатором, как показано на рисунке ниже.

При этом может быть получен коэффициент усиления усилителя 100 и более. Емкость конденсатора выбирается из условия, чтобы на самой низкой частоте усиливаемого сигнала его реактивное сопротивление было меньше (по крайней мере в 3 раза), чем сопротивление резистора R4.
То есть, при сопротивлении R4 = 1 Ком и минимальной усиливаемой частоте 20 Герц реактивное сопротивление конденсатора

Xc = 1 / (2 x PI x Fмин x C)

должно быть не более 330 Ом.
В формуле:
PI = 3,14
Fмин – минимальная частота в Герцах
C – емкость конденсатора в Фарадах (1 мкФ = 0,000001 =10 – 6 Фарады)

Отсюда для заданных условий

С > 1 / (6 x PI x Fмин x R4) = 2,6 мкФ.

То есть достаточно использовать конденсатор емкостью 4,7 мкф на напряжение 6,3 В.

Для улучшения стабилизации рабочего режима усилителя резистор R1 можно подключить не к плюсу питания, а к коллектору транзистора. При этом его сопротивление также должно быть подобрано, чтобы на коллекторе транзистора была бы половина напряжения питания. Усиление каскада при этом остается почти тем же самым, что и в первой схеме, но входное сопротивление уменьшается. Впрочем, если такой каскад не использовать на входе усилителя, это не мешает его работе.

Из-за того, что подключение резистора R1 к коллектору транзистора стабилизирует его рабочий режим, резистор R4 можно убрать, заменив его перемычкой. Такая схема применяется в низковольтных усилителях, так как тут нет потерь напряжения на эмиттерном резисторе.

Для еще большего упрощения можно убрать и резистор R2. Но это можно использовать только в любительских конструкциях – резистор R1 придется подбирать для каждого транзистора из-за их сильного разброса по коэффициенту усиления.

Приведенные схемы применяются только в маломощных каскадах усилителей. К их выходу нельзя подключить динамик, потому, что по переменному току он окажется включен параллельно коллекторному резистору R3 и усиление каскада резко упадет – например вместо 5,1 Ком станет 8 Ом, соответственно усиление уменьшится в 60 раз.

Для подключения нагрузки на выходе схемы обычно ставят эмитерный повторитель с низким выходным сопротивлением, позволяющий устранить влияние нагрузки на усилительный каскад. Он хорошо работает, когда к усилителю подключается маломощная и относительно высокоомная нагрузка, например наушники с сопротивлением 600 Ом.

При этом ток транзистора VT2 обычно выбирают в пределах от 5 до 100 миллиампер в зависимости от сопротивления нагрузки. Сопротивление R5 вычиляется исходя из этого тока и того, что напряжение на эмиттере транзистора VT2 почти равно напряжению на коллекторе VT1, то есть половине напряжения питания.
Мощность, рассеиваемая на этом резисторе может быть заметной и при напряжении питания 20 вольт и токе 100 миллиампер составит 1 ватт.
Емкость конденсатора С1 выбирается из условия, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте было меньше (тоже по крайней мере в 3 раза), чем сопротивление нагрузки. Формула для ее вычисления та же, что была приведена выше. При этом условии напряжение на конденсаторе остается почти постоянным и все переменное напряжение прикладывается к нагрузке.

Но эмиттерный повторитель мало поможет в случае с такой низкоомной нагрузкой, какой является динамик. Из схемы, приведенной выше видно, что когда напряжение на коллекторе VT1 повышается, транзистор VT2 открывается, ток от источника питания заряжает конденсатор C1 через малое выходное сопротивление эмиттерного повторителя. А когда коллекторное напряжение понижается и транзистор VT2 закрывается – то конденсатор разряжается через резистор R5, сопротивление которого гораздо больше. В результате ток через динамик идет несимметричный – при заряде больше, при разряде меньше. Так появляются искажения сигнала.
Для того, чтобы токи заряда и разряда были одинаковы в схему ставится еще один транзистор, но уже другой проводимости.

Тогда, когда повышается напряжение на коллекторе VT1, заряд происходит через VT2, когда напряжение понижается, разряд происходит через VT3. Схема становится симметричной и искажения, упомянутые ранее пропадают.
Еще более симметричной становится схема, когда на выход добавляется еще один конденсатор.

Одновременно эти конденсаторы помогают конденсаторам блока питания сглаживать питающее напряжение. И помогают бороться с щелчком, появляющемся при включении усилителя.
В схеме с одним конденсатором при включении усилителя напряжение в точке соединения транзисторов VT2 и VT3 сразу после включения подскакивает до половины питания и через динамик этот конденсатор начинает заряжаться. Если напряжение питания усилителя, к примеру, 20 вольт, то середина питания 10 вольт и через динамик сопротивлением 8 Ом пройдет импульс тока 1,25 Ампера. Раздастся сильный щелчок.
В схеме с двумя конденсаторами, напряжение в точке их соединения после включения так же подскочит до середины питания (если конденсаторы одинаковые), и щелчок будет значительно тише или не будет слышен вовсе.

О недостатках этого усилителя и методах их устранения напишу в следующей части.

P.S. Конденсатор С1 на выходе эмиттерных повторителей и нагрузку (динамик) можно поменять местами. Они так нарисованы для удобства объяснения и перехода от одной схемы к другой.
  • +10
  • 15 июня 2011, 23:40
  • mzw

Комментарии (26)

RSS свернуть / развернуть
Наконец то узнал откуда этот щелчок бертся ))
Второй кондер это универсальный способ борьбы с щелчком, те он подходит для всех типов каскдов?
0
Он помогает. Но в схеме реального усилителя еще много мест, где они могут возникнуть — практически все конденсаторы, которые включены между каскадами, при включении заряжаются — эти импульсы тоже усиливаются усилителем и вносят свою долю. Именно поэтому обычно на время заряда конденсаторов (порядка 0,5 секунды) громкость усилителя специпльной схемой понижают до 0 (у многих микросхем для этого есть управляющий вход Mute)или с помощью реле отключают динамики.
0
Отключают, чтобы не травмировать слух аудиофилов, или эти щелчки вредят динамикам?
0
В мощном УНЧ такой щелчок может причёску помять :)

На самом деле динамикам вряд ли он повредит (при правильной конструкции), но надоест быстро.
0
Только для полумоста. А кроме него бывают еще push-pull (он правда два трансформатора требуют, зато оба транзистора одной проводимости — такая схема часто встречается в старых радиоприемниках) и полный мост. Да и однотактный каскад (как на 5 и 6 картинках) тоже иногда применяется. В нем кстати часто динамик включают вместо коллекторного/эмиттерного резистора. Только КПД такого каскада уж очень хреновый (ЕМНИП не выше то ли 25%, то ли 12.5%), так что кроме как для работы на наушники не используется (хотя, в китайских детских рациях такой каскад и на обычный динамик работает).
0
Xc = 1 / (2 x PI x Fмин x C)
(1 мкФ = 0,000001 =10 – 6 Фарады)
Use <sup> and <sub>, Luke!
Для улучшения стабилизации рабочего режима усилителя резистор R1 можно подключить не к плюсу питания, а к коллектору транзистора.
В такой схеме незачем, эмиттерный резистор гораздо лучше с задачей термостабилизации справляется. Такое включение обычно применяют в упрощенном каскаде с двумя резисторами. А, хм. Оно для вывода оной схемы и использовано :)

Гм, про диоды от ступеньки тоже в следущей части?) Режимы А, В, С рассматривать будешь?
0
  • avatar
  • Vga
  • 16 июня 2011, 07:50
По поводу последнего — угадал. Именно в следующей части.
А схема с резистором, подключенным к коллектору, применяется очень часто — особенно в местах, где нужна повышенная термостабильность — например в измерительных приборах, в широкополосных усилителях. Она ведь обеспечивает еще и параллельную отрицательную обратную связь по напряжению.
0
Гм, не припомню чтобы такие видел. Впрочем, мой опыт работы с транзисторными схемами куда меньше, так что просто поверю на слово)
А теги sub/sup все-таки примени. Формулы куда читабельней станут.
0
Ок, нопопозже.
Сейчас нужно на работу.
0
Кстати, еще есть запись "&рi;", правда в этом шрифте оно почему-то выглядит как "π". А остальные греческие буквы более-менее нормально. β например или там μ.
0
А как отменить эти and ?
0
В смысле отменить? Юзается оно примерно так:
(I<sub>B</sub> * h<sub>21e</sub>)<sup>2</sup> * R3
(IB * h21e)2 * R3
Еще мона * заменить на точку, но не помню названия символа.
0
Спасибо, понял
0
Его усиление редко делают большим (больше 20) – для этого нужно уменьшать значение резистора R4, что плохо отражается на стабильности параметров этого усилителя при изменении температуры и питающего напряжения. Для того, чтобы получить от усилителя максимальное усиление, резистор R4 шунтируют конденсатором, как показано на рисунке ниже.
Ну автор и даёт конечно. Я в шоке. Автору извинение за такую резкую критику но поразило до глубины души. Конденсатор применяется для частотной коррекции каскада. Т.е чтобы сделать усиление на высоких частотах больше, паралельно резистору R4 ставят конденсатор. Логика работы такая: на высоких частотах сопротивление конденсатора уменьшается и результирующее сопротивление паралельно соединённый резистора R4 и конденсатора уменьшается и следовательно уменьшается величина R3/(R4||C) и увеличивается Ку каскада. Про работу резистора R4 как последовательная ООС по току вообще я не увидел.
Еще каскад который, изображён на самом первом рисунке этой статьи не является простейшим!!! Простейший каскад 2 резистора и транзистор. Про том как задаётся рабочая точка тоже не сказанно, и как она может задаваться.
Мой совет начинающим: начинайте читать литературу. Да это скучно, нудно, но БЕЗ этого никуда, если хотите разбираться в электронике.
Теперь вопрос к автору(риторический наверное): ЗАЧЕМ ТАКОЕ ПИСАТЬ? Замем вводить в заблуждение людей? Ведь люди которые этих вопросов не знают принимают данную статью как з аобразец и из-за неполного понимания вопроса так и остаются в невединии.
0
Буду жив здоров сегодня, вечерком наклепаю дополнение к статье. Как раз по выбору рабочей точки и режимам работы.
0
Не хотелось вступать в дискуссию, но мимо пораженной в самое сердце души пройти не могу. Чтобы ее успокоить хочу сказать, что шунтирование эмиттерного резистора для повышения усиления усилителя по переменному току во всем диапазоне рабочих частот — сама обыкновенная вещь (вот загнул). Дело только в размере (в емкости конденсатора). Думаю, нам надо почитать соответствующую литературу.
Про последовательную ОС по току не писал специально — чтобы пока не пугать народ. Всему свое время.
Про простейший каскад было написано — но он не самый простейший для понимания, а тем более для расчета.
И последний вопрос (риторический наверное) — чем я ввожу в заблуждение людей? В чем люди остаются в неведении?
0
Чтобы ее успокоить хочу сказать, что шунтирование эмиттерного резистора для повышения усиления усилителя по переменному току во всем диапазоне рабочих частот — сама обыкновенная вещь (вот загнул).
Правильно весчь то обыкновенная но механизм действия, так сказать, непонятен вообще.
Ещё. ЧЕМ ВЫШЕ частота котторая подаётся на усилитель тем больше будет Ку. Тоже не отмеченно, т.к. емкость это частотное сопротивление (образно) и сопротивление разным частотам разное.
Дык а чего народ то пугать ООС? транзистор открывается, увеличивается коллекторный а следовательно и эммитерный ток, увеличивается падение напряжения на резисторе R4, увеличивается потенциал на верхней ножке этого резистора и следовательно эмитерный p-n переход призакрывается. Что тут сложного чтоб объяяснить по простому?
В чем люди остаются в неведении?
Да потому что информация не структурированна подаётся. Отрывками.
0
ЧЕМ ВЫШЕ частота котторая подаётся на усилитель тем больше будет Ку

Вы это серьезно? При тех номиналах, которые указаны в расчете? В диапазоне 20 Гц...20 КГц?
Пожалуйста, не путайте людей.
0
А разве такие схемы применяются только на частотах 20 Гц… 20 кГц?
0
А как насчет темы постов — усилитель низкой частоты? (см. первый пост — самое начало).

А то я могу еще написать о нейтрализации паразитных емкостей в усилителях СВЧ диапазона.
0
А как насчет темы второго поста?
Я согласен MCDFV, немного запутал ты народец. Подобные схемы применяются не только для УНЧ, а вот там как раз-таки данные законы и вступают в силу. А люди действительно, будут думать о полной аналогии цепей УВЧ и УНЧ.
0
зы: а почему не прикладывали методу выбора рабочей точки? и определение КНИС?
0
Второй пост — продолжение первого. Я не буду писать перед каждым — действительно только для УНЧ.
А по поводу народа — думаю, большинство поймет правильно.
0
Наверное стоит в последующих статьях описать более тщательный выбор рабочей точки, методы ее задания, и добавить разделительные конденсаторы описав зачем.
+1
Поддерживаю. Я вот тоже читаю, все таки классический подход как в учебниках мне больше нравится. Объяснить на выходных характеристиках транзистора для чего берем Uкэ в половину от питания, для чего нужен разделительный конденсатор, для чего нужен блокировочный конденсатор, ту же самую линию нагрузки по постоянному и переменному току нарисовать. А так оценить может только тот кто этим занимается, с нуля не разобраться по этим статьям, максимум как мартышке скопировать. Тем более видно человек с опытом пишет, мог бы и немного азов вкинуть, либо как раз это и мешает :(
0
А можно поподробнее про расчет сопротивления R1 на третьем рисунке. И как оценить входное/выходное сопротивления и коэф передачи?
0
R1 на третьем рисунке выбирается так же, как и на первом (см. предыдущий пост «Усилитель»). Разница в расчетах только в том, что верхний вывод R1 подключен к коллектору транзистора и, соответственно, падение напряжения (а значит и ток через него) меньше. При напряжении на коллекторе 6 В напряжение на R1 составит 5,35 В. Напряжение на резисторе R2 составит 0,65 В.
Соотношение номиналов R1/R2 получится равным 8,2 раза. При очень высоком выходном сопротивлении источника сигнала (>>R1) усиление такого каскада тоже составит примерно 8. При низком сопротивлении источника сигнала его выходное сопротивление встанет параллельно R2, соответственно обратная связь (определяемая соотношением R1 и R2) уменьшится и усиление каскада возрастет.
Входное сопротивление каскада можно примерно оценить как сопротивление параллельно соединенных R2 и R1, деленного на усиление каскада, то есть R2 || (R1/Ку).
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.