Підсилювачі низької частоти (УНЧ) використовують для перетворення слабких сигналів переважно звукового діапазону більш потужні сигнали, прийнятні для безпосереднього сприйняття через електродинамічні або інші випромінювачі звуку.
Зауважимо, що високочастотні підсилювачі до частот 10... 100 МГц будують за аналогічними схемами, вся відмінність найчастіше зводиться до того, що значення ємностей конденсаторів таких підсилювачів зменшуються в стільки разів, скільки частота високочастотного сигналу перевищує частоту низькочастотного.
Простий підсилювач на одному транзисторі
Найпростіший УНЧ, виконаний за схемою із загальним емітером, показаний на рис. 1. Як навантаження використаний телефонний капсуль. Допустима напруга живлення для цього підсилювача 3...12 Ст.
Величину резистора зміщення R1 (десятки ком) бажано визначити експериментально, оскільки його оптимальна величина залежить від напруги живлення підсилювача, опору телефонного капсуля, коефіцієнта передачі конкретного екземпляра транзистора.
Мал. 1. Схема простого УНЧ однією транзисторі + конденсатор і резистор.
Для вибору початкового значення резистора R1 слід врахувати, що його величина приблизно сто і більше разів повинна перевищувати опір, включений у ланцюг навантаження. Для підбору резистора зсуву рекомендується послідовно включити постійний резистор опором 20...30 кОм і змінний опором 100... 1000 кОм, після чого, подавши на вхід підсилювача звуковий сигнал невеликої амплітуди, наприклад, від магнітофона або плеєра, обертатися ручкою найкращої якості сигналу при найбільшій його гучності.
Розмір ємності перехідного конденсатора С1 (рис. 1) може у межах від 1 до 100 мкФ: що більше величина цієї ємності, то нижчі частоти може посилювати УНЧ. Для освоєння техніки посилення низьких частот рекомендується поекспериментувати з підбором номіналів елементів та режимів роботи підсилювачів (рис. 1 – 4).
Покращені варіанти однотранзисторного підсилювача
Ускладнені та покращені в порівнянні зі схемою на рис. 1 схеми підсилювачів наведено на рис. 2 та 3. У схемі на рис. 2 каскад посилення додатково містить ланцюжок частотнозалежної негативного зворотного зв'язку (резистор R2 і конденсатор С2), що покращує якість сигналу.
Мал. 2. Схема однотранзисторного УНЧ із ланцюжком частотнозалежного негативного зворотного зв'язку.
Мал. 3. Однотранзисторний підсилювач із дільником для подачі напруги зміщення на базу транзистора.
Мал. 4. Однотранзисторний підсилювач з автоматичним встановленням зсуву для бази транзистора.
У схемі на рис. 3 зміщення на базу транзистора задано більш «жорстко» за допомогою дільника, що покращує якість роботи підсилювача за зміни умов його експлуатації. "Автоматична" установка зсуву на базі підсилювального транзистора застосована в схемі на рис. 4.
Двокаскадний підсилювач на транзисторах
Поєднавши послідовно два найпростіші каскади посилення (рис. 1), можна отримати двокаскадний УНЧ (рис. 5). Посилення такого підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення окремо взятих каскадів. Однак отримати велике стійке посилення при подальшому нарощуванні числа каскадів нелегко: підсилювач, швидше за все, самозбудиться.
Мал. 5. Схема простого двокаскадного підсилювача НЧ.
Нові розробки підсилювачів НЧ, схеми яких часто наводять на сторінках журналів останніх років, мають на меті досягнення мінімального коефіцієнта нелінійних спотворень, підвищення вихідної потужності, розширення смуги частот, що підсилюються, і т.д.
У той же час, при налагодженні різних пристроїв та проведенні експериментів часто необхідний нескладний УНЧ, який можна зібрати за кілька хвилин. Такий підсилювач повинен містити мінімальну кількість дефіцитних елементів та працювати у широкому інтервалі зміни напруги живлення та опору навантаження.
Схема УНЧ на польовому та кремнієвому транзисторах
Схема простого підсилювача потужності НЧ із безпосереднім зв'язком між каскадами наведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Вхідний опір підсилювача визначається номіналом потенціометра R1 і може змінюватися від сотень Ом до десятків МОм. На вихід підсилювача можна підключати навантаження опором від 2...4 до 64 Ом та вище.
При високоомному навантаженні як VT2 можна використовувати транзистор КТ315. Підсилювач працездатний в діапазоні напруги живлення від 3 до 15 В, хоча прийнятна працездатність його зберігається і при зниженні напруги живлення аж до 0,6 В.
Місткість конденсатора С1 може бути обрана в межах від 1 до 100 мкФ. У разі (С1 =100 мкФ) УНЧ може у смузі частот від 50 Гц до 200 кГц і від.
Мал. 6. Схема простого підсилювача низької частоти двох транзисторах.
Амплітуда вхідного сигналу УНЧ має перевищувати 0,5...0,7 У. Вихідна потужність підсилювача може змінюватися від десятків мВт до одиниць Вт залежно від опору навантаження і величини напруги.
Налаштування підсилювача полягає у підборі резисторів R2 та R3. З їх допомогою встановлюють напругу на стоку транзистора VT1, що дорівнює 50...60% напруги джерела живлення. Транзистор VT2 повинен бути встановлений на тепловідвідній пластині (радіаторі).
Трекаскадний УНЧ із безпосереднім зв'язком
На рис. 7 показано схему іншого зовні простого УНЧ з безпосередніми зв'язками між каскадами. Такі зв'язок покращує частотні характеристики підсилювача у сфері нижніх частот, схема загалом спрощується.
Мал. 7. Принципова схема трикаскадного УНЧ із безпосереднім зв'язком між каскадами.
У той же час налаштування підсилювача ускладнюється тим, що опір підсилювача доводиться підбирати в індивідуальному порядку. Орієнтовно співвідношення резисторів R2 і R3, R3 і R4, R4 і R BF має бути в межах (30...50) до 1. Резистор R1 має бути 0,1...2 кОм. Розрахунок підсилювача, наведеного на рис. 7, можна знайти у літературі, наприклад, [Р 9/70-60].
Схеми каскадних УНЧ на біполярних транзисторах
На рис. 8 та 9 показані схеми каскодних УНЧ на біполярних транзисторах. Такі підсилювачі мають досить високий коефіцієнт посилення Ку. Підсилювач на мал. 8 має Ку=5 у смузі частот від 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ за схемою на рис. 9 при коефіцієнті гармонік менше 1% має коефіцієнт посилення 100 [РЛ 3/99-10].
Мал. 8. Каскадний УНЧ двох транзисторах з коефіцієнтом посилення = 5.
Мал. 9. Каскадний УНЧ двох транзисторах з коефіцієнтом посилення = 100.
Економічний УНЧ на трьох транзисторах
p align="justify"> Для портативної радіоелектронної апаратури важливим параметром є економічність УНЧ. Схему такого УНЧ представлено на рис. 10 [РО 3/00-14]. Тут використано каскадне включення польового транзистора VT1 та біполярного транзистора VT3, причому транзистор VT2 включений таким чином, що стабілізує робочу точку VT1 та VT3.
При збільшенні вхідної напруги цей транзистор шунтує перехід емітер - база VT3 і зменшує струм, що протікає через транзистори VT1 і VT3.
Мал. 10. Схема простого економічного підсилювача НЧ трьох транзисторах.
Як і у наведеній вище схемі (див. рис. 6), вхідний опір цього УНЧ можна ставити в межах від десятків Ом до десятків МОм. Як навантаження використаний телефонний капсуль, наприклад, ТК-67 або ТМ-2В. Телефонний капсуль, що підключається за допомогою штекера, може служити одночасно вимикачем живлення схеми.
Напруга живлення УНЧ становить від 1,5 до 15 В, хоча працездатність пристрою зберігається і при зниженні напруги живлення до 0,6 В. В діапазоні напруги живлення 2... 15 В струм, що споживається підсилювачем, описується виразом:
1(мкА) = 52 + 13*(Uпіт)*(Uпіт),
де Uпіт - напруга живлення у Вольтах (В).
Якщо відключити транзистор VT2, струм, що споживається пристроєм, збільшується на порядок.
Двокаскадні УНЧ із безпосереднім зв'язком між каскадами
Прикладами УНЧ із безпосередніми зв'язками та мінімальним підбором режиму роботи є схеми, наведені на рис. 11 - 14. Вони мають високий коефіцієнт посилення та хорошу стабільність.
Мал. 11. Простий двокаскадний УНЧ для мікрофона (низький рівень шумів, високий КУ).
Мал. 12. Двокаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315.
Мал. 13. Двокаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315 варіант 2.
Мікрофонний підсилювач (рис. 11) характеризується низьким рівнем власних шумів та високим коефіцієнтом посилення [МК 5/83-XIV]. Як мікрофон ВМ1 використаний мікрофон електродинамічного типу.
У ролі мікрофона може бути і телефонний капсуль. Стабілізація робочої точки (початкового зміщення з урахуванням вхідного транзистора) підсилювачів на рис. 11 - 13 здійснюється за рахунок падіння напруги на емітерному опорі другого каскаду посилення.
Мал. 14. Двокаскадний УНЧ із польовим транзистором.
Підсилювач (рис. 14), що має високий вхідний опір (порядку 1 МОм), виконаний на польовому транзисторі VT1 (і повторювач) і біполярному - VT2 (з загальним).
Каскадний підсилювач низької частоти на польових транзисторах, також має високий вхідний опір, показано на рис. 15.
Мал. 15. схема простого двокаскадного УНЧ двох польових транзисторах.
Схеми УНЧ для роботи з низькоомним навантаженням
Типові УНЧ, призначені для роботи на низькоомне навантаження і десятки мВт і вище, що мають вихідну потужність, зображені на рис. 16, 17.
Мал. 16. Простий УНЧ для роботи із включенням навантаження з низьким опором.
Електродинамічна головка ВА1 може бути підключена до виходу підсилювача, як показано на рис. 16, або діагональ моста (рис. 17). Якщо джерело живлення виконано з двох послідовно з'єднаних батарей (акумуляторів), правий за схемою виведення головки ВА1 може бути підключений до середньої точки безпосередньо, без конденсаторів СЗ, С4.
Мал. 17. Схема підсилювача низької частоти з включенням низькоомного навантаження діагональ моста.
Якщо вам потрібна схема простого лампового УНЧ, то такий підсилювач можна зібрати навіть на одній лампі, дивіться у нас на сайті з електроніки у відповідному розділі.
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книжка 1), 2003 рік.
Виправлення у публікації:на рис. 16 і 17 замість діода Д9 встановлено ланцюжок з діодів.
У цій статті розповімо про транзистор. Покажемо схеми його підключення та розрахунок транзисторного каскаду із загальним емітером.
ТРАНЗИСТОР- Це напівпровідниковий прилад для посилення, генерування та перетворення електричних коливань, виконаний на основі монокристалічного напівпровідника ( Si- Кремнію, або Ge- Німеччина), що містить не менше трьох областей з різною - електронною ( n) та діркової ( p) - провідністю. Винайдений у 1948 американцями У. Шоклі, У. Браттейном та Дж. Бардіном. За фізичною структурою та механізмом управління струмом розрізняють транзистори біполярні (частіше називають просто транзисторами) та уніполярні (частіше називають польовими транзисторами). У перших, що містять два, або більше електронно-діркових переходів, носіями заряду служать як електрони, так і дірки, по друге - або електрони, або дірки. Термн "транзистор" нерідко використовують для позначення портативних радіомовних приймачів на напівпровідникових приладах.
Управління струмом у вихідний ланцюга здійснюється рахунок зміни вхідного напруги чи струму. Невелика зміна вхідних величин може призводити до істотно більшої зміни вихідної напруги та струму. Ця підсилювальна властивість транзисторів використовується в аналоговій техніці (аналогові ТБ, радіо, зв'язок тощо).
Біполярний транзистор
Біполярний транзистор може бути n-p-nі p-n-pпровідності. Не заглядаючи у нутрощі транзистора, можна назвати різницю провідностей лише у полярності підключення у практичних схемах джерел живлення, конденсаторів, діодів, які входять до складу цих схем. На малюнку праворуч графічно зображено n-p-nі p-n-pтранзистори.
У транзистора три висновки. Якщо розглядати транзистор як чотириполюсник, то у нього має бути два вхідні та два вихідні висновки. Отже, якийсь із висновків повинен бути загальним, як для вхідного, так і для вихідного ланцюга.
Схеми включення транзистора
Схема включення транзистора із загальним емітером– призначена для посилення амплітуди вхідного сигналу за напругою та струмом. У цьому вхідний сигнал, посилюючись транзистором, инвертируется. Тобто фаза вихідного сигналу повертається на 180 градусів. Ця схема є основною для посилення сигналів різної амплітуди і форми. Вхідний опір транзисторного каскаду з ОЕ буває від сотень Ом до одиниць кілоом, а вихідний - від одиниць до десятків кілоом.
Схема включення транзистора із загальним колектором– призначена для посилення амплітуди вхідного сигналу струму. Посилення за напругою у такій схемі не відбувається. Правильніше сказати, коефіцієнт посилення за напругою навіть менший за одиницю. Вхідний сигнал транзистором не інвертується.
Вхідний опір транзисторного каскаду з ОК буває від десятків до сотень кілоом, а вихідний в межах сотні — одиниць кілоом. Завдяки тому, що в ланцюзі емітера знаходиться, як правило, навантажувальний резистор, схема має великий вхідний опір. Крім того, завдяки посиленню вхідного струму, вона має високу здатність навантаження. Ці характеристики схеми із загальним колектором застосовуються для узгодження транзисторних каскадів — як «буферний каскад». Оскільки вхідний сигнал, не посилюючись по амплітуді «повторюється» на виході, схему включення транзистора із загальним колектором ще називають Емітерний повторювач.
Є ще Схема включення транзистора із загальною базою. Ця схема включення в теорії є, але на практиці вона реалізується дуже важко. Така схема включення використовується у високочастотній техніці. Особливість її в тому, що має низький вхідний опір, і узгодити такий каскад по входу складно. Досвід в електроніці у мене не малий, але говорячи про цю схему включення транзистора, я вибачте, нічого не знаю! Кілька разів використовував як «чужу» схему, але так і не розбирався. Поясню: за всіма фізичними законами транзистор управляється його базою, вірніше струмом, що протікає шляхом база-емітер. Використання вхідного виведення транзистора – бази на виході – не можливе. Насправді базу транзистора через конденсатор «саджають» високою частотою на корпус, але в виході її й використовують. А гальванічно, через високоомний резистор, базу пов'язують із виходом каскаду (подають усунення). Але подавати зміщення, по суті, можна звідки завгодно, хоч від додаткового джерела. Все одно, що потрапляє на базу сигнал будь-якої форми гаситься через той самий конденсатор. Щоб такий каскад працював, вхідний висновок – емітер через низькоомний резистор «саджають» на корпус, звідси й низький вхідний опір. Загалом схема включення транзистора із загальною базою — тема для теоретиків та експериментаторів. Насправді вона зустрічається дуже рідко. За свою практику у конструюванні схем ніколи не стикався з необхідністю використання схеми включення транзистора із загальною базою. Пояснюється це властивостями цієї схеми включення: вхідний опір від одиниць до десятків Ом, а вихідний опір від сотень кілоом до одиниць мегаом. Такі специфічні параметри – рідкісна потреба.
Біполярний транзистор може працювати у ключовому та лінійному (підсилювальному) режимах. Ключовий режим використовується в різних схемах управління, логічних схемах та ін. У ключовому режимі, транзистор може перебувати у двох робочих станах – відкритому (насиченому) та закритому (замкненому) стані. Лінійний (підсилювальний) режим використовується в схемах посилення гармонійних сигналів і вимагає підтримки транзистора в "наполовину" відкритому, але не насиченому стані.
Для вивчення роботи транзистора ми розглянемо схему включення транзистора із загальним емітером як найбільш важливу схему включення.
Схема зображено малюнку. На схемі VT- Власне транзистор. Резистори R б1і R б2– ланцюжок усунення транзистора, що є звичайним дільником напруги. Саме цей ланцюг забезпечує зміщення транзистора в робочу точку в режимі посилення гармонійного сигналу без спотворень. Резистор R до– навантажувальний резистор транзисторного каскаду, призначений для підведення до колектора транзистора електричного струму джерела живлення та його обмеження у режимі «відкритого» транзистора. Резистор R е- Резистор зворотного зв'язку, по своїй суті збільшує вхідний опір каскаду, при цьому, зменшує посилення вхідного сигналу. Конденсатори виконують функцію гальванічної розв'язки від впливу зовнішніх ланцюгів.
Щоб Вам було зрозуміліше, як працює біполярний транзистор, ми проведемо аналогію зі звичайним дільником напруги (див. мал. нижче). Для початку, резистор R 2дільника напруги зробимо керованим (змінним). Змінюючи опір цього резистора, від нуля до «нескінченно» великого значення, ми можемо отримати на виході такого дільника напругу від нуля до значення, яке подається на його вхід. А тепер, уявімо, що резистор R 1дільника напруги – це колекторний резистор транзисторного каскаду, а резистор R 2дільника напруги – це перехід транзистора колектор-емітер. При цьому, подаючи на базу транзистора керуючий вплив у вигляді електричного струму, ми змінюємо опір переходу колектор-емітер, тим самим змінюючи параметри дільника напруги. Відмінність від змінного резистора у цьому, що транзистор управляється слабким струмом. Саме так і працює біполярний транзистор. Наведене вище зображено на малюнку нижче:
Для роботи транзистора в режимі посилення сигналу, без спотворення останнього, необхідно забезпечити цей робочий режим. Говорять про усунення бази транзистора. Грамотні фахівці тішать себе правилом: Транзистор керується струмом – це аксіома. Але режим усунення транзистора встановлюється напругою база-емітер, а чи не струмом – це реальність. І той, хто не враховує напругу зміщення, ніякого підсилювача не працюватиме. Тож у розрахунках його значення має враховуватися.
Отже, робота біполярного транзисторного каскаду як підсилення відбувається за певному напрузі зміщення на переході база-эмиттер. Для кремнієвого транзистора значення напруги усунення лежить у межах 0,6…0,7 вольт, для германієвого – 0,2…0,3 вольта. Знаючи про це поняття, можна не лише розраховувати транзисторні каскади, а й перевіряти справність будь-якого підсилювального транзисторного каскаду. Достатньо мультиметром з високим внутрішнім опором виміряти напругу зміщення база-емітера транзистора. Якщо воно не відповідає 0,6-0,7 вольт для кремнію, або 0,2-0,3 вольта для германію, тоді шукайте несправність саме тут - або несправний транзистор, або несправні ланцюга зміщення або розв'язки цього транзисторного каскаду.
Вищезазначене, зображено на графіку – вольтамперній характеристиці (ВАХ).
Більшість із «спеців», подивившись на представлену ВАХ, скаже: Що за нісенітниця намальована на центральному графіку? Тож вихідна характеристика транзистора не виглядає! Вона представлена на правому графіку! Відповім, там все правильно, а почалося це з електронно-вакуумних ламп. Раніше вольтамперною характеристикою лампи вважалося падіння напруги на анодному резистори. Зараз продовжують вимірювати на колекторному резисторі, а на графіку приписують літери, що позначають падіння напруги на транзисторі, в чому глибоко помиляються. На лівому графіку I б – U бепредставлено вхідну характеристику транзистора. На центральному графіку I до - U кепредставлено вихідну вольтамперну характеристику транзистора. А на правому графіку I R – U Rпредставлений вольтамперний графік навантажувального резистора R до, який зазвичай видають за вольтамперну характеристику транзистора.
На графіку має місце лінійна ділянка, яка використовується для лінійного посилення вхідного сигналу, обмежена точками Аі З. Середня точка – У, є саме тією точкою, у якій необхідно містити транзистор, що працює у підсилювальному режимі. Цій точці відповідає певна напруга усунення, яке при розрахунках зазвичай беруть: 0,66 вольт для транзистора з кремнію, або 0,26 вольт для транзистора з германію.
За вольтамперною характеристикою транзистора бачимо таке: за відсутності, чи малому напрузі зміщення на переході база-эмиттер транзистора, струм бази і струм колектора відсутні. У цей момент на переході колектор-емітер падає вся напруга джерела живлення. При подальшому підвищенні напруги зміщення база-емітер транзистора транзистор починає відкриватися, з'являється струм бази і разом з ним росте струм колектора. При досягненні «робочої області» у точці З, транзистор входить у лінійний режим, який продовжується до точки А. При цьому падіння напруги на переході колектор-емітер зменшується, а на навантажувальному резистори R донавпаки збільшується. Крапка У- Робоча точка зміщення транзистора, - це така точка, при якій на переході колектор - емітер транзистора, як правило, встановлюється падіння напруги, що дорівнює половині напруги джерела живлення. Відрізок АЧХ від точки Здо точки Аназивають робочою областю усунення. Після точки А, Струм бази і отже струм колектора різко зростають, транзистор повністю відкривається - входить в насичення. У цей момент, на переході колектор-емітер падає напруга, зумовлена структурою n-p-nпереходів, що дорівнює 0,2…1 вольт, залежно від типу транзистора. Решта напруги джерела живлення падає на опорі навантаження транзистора – резистори R до., який крім того, обмежує подальше зростання струму колектора.
За нижніми «додатковими» малюнками, ми бачимо, як змінюється напруга на виході транзистора в залежності від сигналу, що подається на вхід. Вихідна напруга (падіння напруги на колекторі) транзистора протифазно (на 180 градусів) до вхідного сигналу.
Розрахунок транзисторного каскаду із загальним емітером (ОЕ)
Перш ніж перейти безпосередньо до розрахунку транзисторного каскаду, звернемо увагу на такі вимоги та умови:
Розрахунок транзисторного каскаду проводять, зазвичай, з кінця (тобто. з виходу);
Для розрахунку транзисторного каскаду потрібно визначити падіння напруги на переході колектор-емітер транзистора у режимі спокою (коли відсутня вхідний сигнал). Воно вибирається таким, щоб отримати максимально неспотворений сигнал. В однотактній схемі транзисторного каскаду працюючого як «A» це, зазвичай, половина значення напруги джерела живлення;
В емітерному ланцюзі транзистора біжить два струми - струм колектора (по дорозі колектор-емітер) і струм бази (по дорозі база-емітер), але так як струм бази досить малий, їм можна знехтувати і прийняти, що струм колектора дорівнює струму емітера;
Транзистор – підсилювальний елемент, тому справедливо буде помітити, що здатність його підсилювати сигнали має виражатися якоюсь величиною. Величина посилення виражається показником, взятим з теорії чотирьохполюсників - коефіцієнт посилення струму бази у схемі включення із загальним емітером (ОЕ) і позначається він - h 21. Його значення наводиться у довідниках для конкретних типів транзисторів, причому зазвичай у довідниках наводиться вилка (наприклад: 50 – 200). Для розрахунків зазвичай вибирають мінімальне значення (з прикладу вибираємо значення - 50);
Колекторне ( R до) та емітерне ( R е) опори впливають на вхідний та вихідний опори транзисторного каскаду. Можна вважати, що вхідний опір каскаду R вх = R е * h 21, а вихідне одно R вих = R до. Якщо Вам не важливий вхідний опір транзисторного каскаду, то можна обійтися зовсім без резистора. R е;
Номінали резисторів R доі R еобмежують струми, що протікають через транзистор і розсіюється на транзисторі потужність.
Порядок та приклад розрахунку транзисторного каскаду з ОЕ
Вихідні дані:
Напруга живлення U в.п.= 12 ст.
Вибираємо транзистор, наприклад: Транзистор КТ315Г, для нього:
P max= 150 мВт; I max= 150 мА; h 21>50.
Приймаємо R до =10*R е
Напруга б-е робочої точки транзистора приймаємо U бе= 0,66 В
Рішення:
1. Визначимо максимальну статичну потужність, яка розсіюватиметься на транзисторі в моменти проходження змінного сигналу, через робочу точку статичного режиму транзистора. Вона повинна становити значення, що на 20 відсотків менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора, зазначеної у довіднику.
Приймаємо P рас.max = 0,8 * Pmax= 0,8 * 150 мВт = 120 мВт
2. Визначимо струм колектора у статичному режимі (без сигналу):
I к0 = P рас.max / U кэ0 = P рас.max / (U і.п. / 2)= 120мВт/(12В/2) = 20мА.
3. Враховуючи, що на транзисторі в статичному режимі (без сигналу) падає половина напруги живлення, друга половина напруги падатиме на резисторах:
(R до +R е)=(U і.п. /2)/I к0= (12В/2)/20мА = 6В/20мА = 300 Ом.
Враховуючи існуючу низку номіналів резисторів, а також те, що нами обрано співвідношення R до =10*R е, знаходимо значення резисторів:
R до= 270 Ом; R е= 27 Ом.
4. Знайдемо напругу на колекторі транзистора без сигналу.
U к0 = (U кэ0 + I к0 * R е) = (U і.п. - I к0 * R до )= (12 В - 0,02 А * 270 Ом) = 6,6 В.
5. Визначимо струм бази керування транзистором:
I б = I до / h 21 = / h 21= / 50 = 0,8 мА.
6. Повний базовий струм визначається напругою зміщення на базі, що задається дільником напруги R б1,R б2. Струм резистивного базового дільника повинен бути набагато більше (в 5-10 разів) струму управління бази I бщоб останній не впливав на напругу зміщення. Вибираємо струм дільника в 10 разів більшим за струм управління бази:
R б1,R б2: І справ. = 10 * I б= 10*0,8 мА = 8,0 мА.
Тоді повний опір резисторів
R б1 + R б2 = U в.п. /I справ.= 12 В/0,008 А = 1500 Ом.
7. Знайдемо напругу на емітері у режимі спокою (відсутності сигналу). При розрахунку транзисторного каскаду необхідно враховувати: напруга база-емітер робочого транзистора не може перевищити 0,7 вольта! Напруга на емітері в режимі без вхідного сигналу приблизно дорівнює:
U е =I к0 *R е= 0,02 А * 27 Ом = 0,54,
де I к0- Струм спокою транзистора.
8. Визначаємо напругу на базі
U б = U е + U бе=0,54 В+0,66 =1,2 В
Звідси, через формулу дільника напруги знаходимо:
R б2 = (R б1 + R б2) * U б / U в.п.= 1500 Ом * 1,2 В / 12В = 150 Ом R б1 = (R б1 + R б2)-R б2= 1500 Ом - 150 Ом = 1350 Ом = 1,35 кОм.
По резисторному ряду у зв'язку з тим, що через резистор R б1тече ще й струм бази, вибираємо резистор у бік зменшення: R б1= 1,3 ком.
9. Роздільні конденсатори вибирають виходячи з необхідної амплітудно-частотної характеристики (смуги пропускання) каскаду. Для нормальної роботи транзисторних каскадів на частотах до 1000 Гц необхідно вибирати конденсатори номіналом щонайменше 5 мкФ.
На нижніх частотах амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) каскаду залежить від часу перезаряджання розділових конденсаторів через інші елементи каскаду, у тому числі й елементи сусідніх каскадів. Ємність має бути такою, щоб конденсатори не встигали перезаряджатися. Вхідний опір транзисторного каскаду набагато більше вихідного опору. АЧХ каскаду в області нижніх частот визначається постійним часом t н = R вх * C вх, де R вх = R е * h 21, З вх- Роздільна вхідна ємність каскаду. C вихтранзисторного каскаду, це З вхнаступного каскаду і розраховується так само. Нижня частота зрізу каскаду (гранична частота зрізу АЧХ) f н =1/t н. Для якісного посилення при конструюванні транзисторного каскаду необхідно вибирати, щоб співвідношення 1/t н =1/(R вх * C вх)<
Розрахунок ключового режиму транзисторного каскаду виробляється так само, як і раніше проведений розрахунок підсилювального каскаду. Відмінність полягає лише в тому, що ключовий режим передбачає два стани транзистора у режимі спокою (без сигналу). Він або закритий (але не закорочений), або відкритий (але не перенасичений). При цьому робочі точки «спокою» знаходяться за межами точок А і С зображених на ВАХ. Коли транзистор має бути закритий на схемі в стані без сигналу, необхідно з раніше зображеної схеми каскаду видалити резистор R б1. Якщо ж потрібно, щоб транзистор у стані спокою був відкритий, необхідно у схемі каскаду збільшити резистор R б2в 10 разів від розрахункового значення, а окремих випадках, його можна видалити зі схеми.
Розрахунок транзисторного каскаду закінчено.
Найпростіший підсилювач на транзисторах може бути добрим посібником для вивчення властивостей приладів. Схеми та конструкції досить прості, можна самостійно виготовити пристрій та перевірити його роботу, зробити виміри всіх параметрів. Завдяки сучасним польовим транзисторам можна виготовити буквально із трьох елементів мініатюрний мікрофонний підсилювач. І підключити його до персонального комп'ютера для покращення параметрів звукозапису. Та й співрозмовники під час розмов будуть набагато краще і чіткіше чути вашу промову.
Частотні характеристики
Підсилювачі низької (звукової) частоти є практично у всіх побутових приладах - музичних центрах, телевізорах, радіо, магнітолах і навіть в персональних комп'ютерах. Але існують ще підсилювачі ВЧ на транзисторах, лампах та мікросхемах. Відмінність в тому, що УНЧ дозволяє посилити сигнал лише звуковий частоти, яка сприймається людським вухом. Підсилювачі звуку на транзисторах дозволяють відтворювати сигнали з частотами від 20 Гц до 20000 Гц.
Отже, навіть найпростіший пристрій здатний посилити сигнал у цьому діапазоні. Причому робить це максимально рівномірно. Коефіцієнт посилення залежить від частоти вхідного сигналу. Графік залежності цих величин – практично пряма лінія. Якщо ж на вхід підсилювача подати сигнал із частотою поза діапазоном, якість роботи та ефективність пристрою швидко зменшаться. Каскади УНЧ збираються, як правило, на транзисторах, що працюють у низько- та середньочастотному діапазонах.
Класи роботи звукових підсилювачів
Усі підсилювальні пристрої поділяються на кілька класів, залежно від того, який ступінь протікання протягом періоду роботи струму через каскад:
- Клас «А» - струм протікає безперервно протягом усього періоду роботи підсилювального каскаду.
- У класі роботи "В" протікає струм протягом половини періоду.
- Клас "АВ" говорить про те, що струм протікає через підсилювальний каскад протягом часу, що дорівнює 50-100% від періоду.
- У режимі "С" електричний струм протікає менш ніж половину періоду часу роботи.
- Режим «D» УНЧ застосовується у радіоаматорській практиці зовсім недавно – трохи більше 50 років. Найчастіше ці пристрої реалізуються з урахуванням цифрових елементів і мають дуже високий ККД - понад 90 %.
Наявність спотворень у різних класах НЧ-підсилювачів
Робоча область транзисторного підсилювача класу "А" характеризується досить невеликими нелінійними спотвореннями. Якщо вхідний сигнал викидає імпульси з вищою напругою, це призводить до того, що транзистори насичуються. У вихідному сигналі біля кожної гармоніки починають з'являтися вищі (до 10 чи 11). Через це з'являється металевий звук, характерний лише транзисторних підсилювачів.
При нестабільному живленні вихідний сигнал амплітудою моделюватиметься біля частоти мережі. Звук стане в лівій частині частотної характеристики жорсткішим. Але чим краща стабілізація живлення підсилювача, тим складнішою стає конструкція всього пристрою. УНЧ, які працюють у класі «А», мають відносно невеликий ККД – менше 20%. Причина полягає в тому, що транзистор постійно відкрито і струм через нього протікає постійно.
Для підвищення (щоправда, незначного) ККД можна скористатися двотактними схемами. Один недолік - напівхвилі у вихідного сигналу стають несиметричними. Якщо ж перевести з класу "А" в "АВ", збільшаться нелінійні спотворення в 3-4 рази. Але коефіцієнт корисної дії всієї схеми пристрою все ж таки збільшиться. УНЧ класів "АВ" та "В" характеризує наростання спотворень при зменшенні рівня сигналу на вході. Але навіть якщо додати гучність, це не допоможе повністю позбутися недоліків.
Робота у проміжних класах
Кожен клас має кілька різновидів. Наприклад, є клас роботи підсилювачів «А+». У ньому транзистори на вході (низьковольтні) працюють як «А». Але високовольтні, що встановлюються у вихідних каскадах, працюють або в «В» або в «АВ». Такі підсилювачі набагато економічніші, ніж у класі «А». Помітно менше нелінійних спотворень - не вище 0,003%. Можна досягти і більш високих результатів, використовуючи біполярні транзистори. Принцип роботи підсилювачів цих елементах буде розглянуто нижче.
Але все одно є велика кількість вищих гармонік у вихідному сигналі, через що звук стає характерним металевим. Існують ще схеми підсилювачів, які працюють у класі "АА". Вони нелінійні спотворення ще менше - до 0,0005 %. Але головна вада транзисторних підсилювачів все одно є - характерний металевий звук.
"Альтернативні" конструкції
Не можна сказати, що вони альтернативні, просто деякі фахівці, які займаються проектуванням та збиранням підсилювачів для якісного відтворення звуку, все частіше віддають перевагу ламповим конструкціям. У лампових підсилювачів такі переваги:
- Дуже низьке значення рівня нелінійних спотворень у вихідному сигналі.
- Вищих гармонік менше, ніж у транзисторних конструкціях.
Але є один величезний мінус, який переважує всі переваги - обов'язково потрібно ставити пристрій для узгодження. Справа в тому, що у лампового каскаду дуже великий опір – кілька тисяч Ом. Але опір обмотки динаміків – 8 або 4 Ома. Щоб узгодити їх, потрібно встановлювати трансформатор.
Звичайно, це не дуже великий недолік – існують і транзисторні пристрої, у яких використовуються трансформатори для узгодження вихідного каскаду та акустичної системи. Деякі фахівці стверджують, що найбільш ефективною схемою виявляється гібридна - в якій застосовуються однотактні підсилювачі, які не охоплені негативним зворотним зв'язком. Причому всі ці каскади функціонують як УНЧ класу «А». Іншими словами, застосовується як повторювач підсилювач потужності на транзисторі.
Причому ККД у таких пристроїв досить високий - близько 50%. Але не варто орієнтуватися лише на показники ККД та потужності - вони не говорять про високу якість відтворення звуку підсилювачем. Набагато більшого значення мають лінійність характеристик та їх якість. Тому потрібно звертати увагу насамперед на них, а не на потужність.
Схема однотактного УНЧ на транзисторі
Найпростіший підсилювач, побудований за схемою із загальним емітером, працює у класі «А». У схемі використовується напівпровідниковий елемент із структурою n-p-n. У колекторному ланцюгу встановлено опір R3, що обмежує струм, що протікає. Колекторний ланцюг з'єднується з позитивним проводом живлення, а емітерний - з негативним. У разі використання напівпровідникових транзисторів зі структурою p-n-p схема буде такою самою, ось тільки потрібно буде змінити полярність.
За допомогою роздільного конденсатора С1 вдається відокремити вхідний змінний сигнал від джерела постійного струму. При цьому конденсатор не є перешкодою для протікання змінного струму шляхом база-емітер. Внутрішній опір переходу емітер-база разом з резисторами R1 і R2 є найпростішим дільником напруги живлення. Зазвичай резистор R2 має опір 1-1,5 ком - найбільш типові значення для таких схем. При цьому напруга живлення ділиться рівно навпіл. І якщо запитати схему напругою 20 Вольт, то можна побачити, що значення коефіцієнта посилення струму h21 складе 150. Потрібно відзначити, що підсилювачі КВ на транзисторах виконуються за аналогічними схемами, тільки працюють трохи інакше.
При цьому напруга емітера дорівнює 9 і падіння на ділянці ланцюга «Е-Б» 0,7 В (що характерно для транзисторів на кристалах кремнію). Якщо розглянути підсилювач на германієвих транзисторах, то в цьому випадку падіння напруги на ділянці «Е-Б» дорівнюватиме 0,3 В. Струм у ланцюзі колектора дорівнюватиме тому, що протікає в емітері. Обчислити можна, розділивши напругу емітера на опір R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для обчислення значення струму бази необхідно 9 мА розділити коефіцієнт посилення h21 - 9мА/150=60 мкА. У конструкціях УНЧ зазвичай використовуються біполярні транзистори. Принцип роботи у нього відрізняється від польових.
На резисторі R1 тепер можна обчислити значення падіння - це різниця між напругою бази та живлення. У цьому напругу бази можна з'ясувати за формулою - сума показників емітера і переходу «Е-Б». При живленні джерела 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Звідси можна обчислити значення опору R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. У схемі є ємність С2, необхідна для реалізації ланцюга, по якій зможе проходити змінна складова емітерного струму.
Якщо не встановлювати конденсатор С2, змінна складова дуже обмежуватиметься. Через це такий підсилювач звуку на транзисторах буде мати дуже низький коефіцієнт посилення по струму h21. Слід звернути увагу, що у вищевикладених розрахунках приймалися рівними струми бази і колектора. Причому за струм бази брався той, що втікає у ланцюг від емітера. Виникає він лише за умови подачі на виведення бази транзистора напруги усунення.
Але треба враховувати, що по ланцюгу бази абсолютно завжди, незалежно від наявності зсуву, обов'язково протікає струм витоку колектора. У схемах із загальним емітером струм витоку посилюється не менше ніж у 150 разів. Але зазвичай це значення враховується лише за розрахунку підсилювачів на германієвих транзисторах. У разі використання кремнієвих, у яких струм ланцюга К-Б дуже малий, цим значенням просто нехтують.
Підсилювачі на МДП-транзисторах
Підсилювач на польових транзисторах, представлений на схемі, має багато аналогів. У тому числі з використанням біполярних транзисторів. Тому можна розглянути як аналогічний приклад конструкцію підсилювача звуку, зібрану за схемою із загальним емітером. На фото представлена схема, виконана за схемою із загальним джерелом. На вхідних та вихідних ланцюгах зібрані R-C-зв'язки, щоб пристрій працював у режимі підсилювача класу «А».
Змінний струм від джерела сигналу відокремлюється від постійної напруги живлення конденсатором С1. Обов'язково підсилювач на польових транзисторах повинен мати потенціал затвора, який буде нижчим за аналогічну характеристику витоку. На представленій схемі затвор з'єднаний із загальним дротом за допомогою резистора R1. Його опір дуже великий - зазвичай застосовують у конструкціях резистори 100-1000 кОм. Такий великий опір вибирається для того, щоб сигнал не шунтувався на вході.
Цей опір майже не пропускає електричний струм, внаслідок чого у затвора потенціал (у разі відсутності сигналу на вході) такий самий, як у землі. На початку ж потенціал виявляється вищим, ніж у землі, тільки завдяки падінню напруги на опорі R2. Звідси ясно, що у затвора потенціал нижчий, ніж на початку. Саме це і потрібно для нормального функціонування транзистора. Потрібно звернути увагу на те, що С2 та R3 у цій схемі підсилювача мають таке ж призначення, як і в розглянутій вище конструкції. А вхідний сигнал зрушено щодо вихідного на 180 градусів.
УНЧ із трансформатором на виході
Можна зробити такий підсилювач своїми руками для домашнього використання. Виконується він за схемою, що працює у класі «А». Конструкція така сама, як і розглянуті вище, - із загальним емітером. Одна особливість – необхідно використовувати трансформатор для узгодження. Це недолік подібного підсилювача звуку на транзисторах.
Колекторний ланцюг транзистора навантажується первинною обмоткою, яка розвиває вихідний сигнал, що передається через вторинну динаміку. На резисторах R1 і R3 зібраний дільник напруги, що дозволяє вибрати робочу точку транзистора. За допомогою цього ланцюжка забезпечується подача напруги зміщення до бази. Всі інші компоненти мають таке саме призначення, як і у розглянутих вище схем.
Двотактний підсилювач звуку
Не можна сказати, що це простий підсилювач на транзисторах, оскільки його робота трохи складніша, ніж у розглянутих раніше. У двотактних УНЧ вхідний сигнал розщеплюється на дві напівхвилі, різні за фазою. І кожна з цих напівхвиль посилюється своїм каскадом, виконаним на транзисторі. Після того, як відбулося посилення кожної напівхвилі, обидва сигнали з'єднуються та надходять на динаміки. Такі складні перетворення здатні викликати спотворення сигналу, оскільки динамічні та частотні властивості двох, навіть однакових на кшталт, транзисторів будуть відмінні.
В результаті на виході підсилювача суттєво знижується якість звучання. Під час роботи двотактного підсилювача у класі «А» не виходить якісно відтворити складний сигнал. Причина - підвищений струм протікає підсилювача по плечах постійно, напівхвилі несиметричні, виникають фазові спотворення. Звук стає менш розбірливим, а при нагріванні спотворення сигналу ще більше посилюються, особливо на низьких та наднизьких частотах.
Безтрансформаторні УНЧ
Підсилювач НЧ на транзисторі, виконаний з використанням трансформатора, незважаючи на те, що конструкція може мати малі габарити, все одно недосконалий. Трансформатори все одно важкі і громіздкі, тому краще їх позбутися. Набагато ефективнішою є схема, виконана на комплементарних напівпровідникових елементах з різними типами провідності. Більшість сучасних УНЧ виконується саме за такими схемами і працюють у класі «В».
Два потужні транзистори, що використовуються в конструкції, працюють за схемою емітерного повторювача (загальний колектор). При цьому напруга входу передається на вихід без втрат та посилення. Якщо на вході немає сигналу, транзистори на межі включення, але все одно ще відключені. При подачі гармонійного сигналу на вхід відбувається відкривання позитивної напівхвиль першого транзистора, а другий в цей час знаходиться в режимі відсічення.
Отже, через навантаження здатні пройти лише позитивні напівхвилі. Але негативні відкривають другий транзистор і повністю замикають перший. При цьому в навантаженні виявляються лише негативні напівхвилі. В результаті посилений за потужністю сигнал виявляється на виході пристрою. Подібна схема підсилювача на транзисторах досить ефективна та здатна забезпечити стабільну роботу, якісне відтворення звуку.
Схема УНЧ на одному транзисторі
Вивчивши всі вищеописані особливості, можна зібрати підсилювач своїми руками на простій елементній основі. Транзистор можна використовувати вітчизняний КТ315 або будь-який зарубіжний аналог - наприклад ВС107. Як навантаження потрібно використовувати навушники, опір яких 2000-3000 Ом. На базу транзистора необхідно подати напругу усунення через резистор опором 1 Мом та конденсатор розв'язки 10 мкФ. Живлення схеми можна здійснити від джерела напругою 4,5-9 Вольт, струм – 0,3-0,5 А.
Якщо опір R1 не підключити, то в базі та колекторі не буде струму. Але при підключенні напруга досягає рівня 0,7 і дозволяє протікати струму близько 4 мкА. При цьому по струму коефіцієнт посилення виявиться близько 250. Звідси можна зробити простий розрахунок підсилювача на транзисторах і дізнатися про струм колектора - він виявляється дорівнює 1 мА. Зібравши цю схему підсилювача на транзисторі, можна провести її перевірку. До виходу підключіть навантаження - навушники.
Торкніться підсилювача пальцем - повинен з'явитися характерний шум. Якщо його немає, то, найімовірніше, конструкція зібрана неправильно. Перевірте всі з'єднання та номінали елементів. Щоб наочніша була демонстрація, підключіть до входу УНЧ джерело звуку - вихід від плеєра або телефону. Прослухайте музику та оцініть якість звучання.
А. Бепський
РМ. КВ-УКХ. 1/2002
При конструюванні транзисторних підсилювачів потужності радіоаматори часто не виконують повний розрахунок схеми через складність та великий обсяг обчислень. Комп'ютерні методи моделювання радіотехнічних пристроїв безсумнівно полегшують процес конструювання, але придбання та освоєння таких програм також викликає певні проблеми, тому графічні методи розрахунку для деяких радіоаматорів можуть виявитися найбільш прийнятними та доступними, наприклад, описаний в .
Одна з головних цілей при конструюванні підсилювачів потужності – отримання максимальної вихідної потужності. Однак при виборі величини напруги живлення підсилювача повинна дотримуватися умова - Uке max вихідного транзистора не повинна перевищувати більш ніж на 10% значення, що наводиться для нього в довіднику. При проектуванні необхідно враховувати довідкові значення Iк max і Pк max транзистора і, крім того, знати значення коефіцієнта в.
Сенс використовуваних позначень ілюструє рис.1. Використовуючи довідкові параметри транзистора, на міліметрівці будується система координат Uк, Iк, і на ній проводяться прямі Iк max, Uке max та крива граничної потужності Рк max (рис.2). Усередині площі, обмеженої прямими Iк max і Uкэ max та гіперболою Рк max розташовується робоча точка транзистора.
Рис.1
Вихідна потужність каскаду буде тим більшою, чим ближче до гіперболи Рк max проходить пряма навантажувальна.
Максимум потужності досягається при торканні гіперболи прямої. Максимальна вихідна напруга забезпечується, якщо пряма навантаження виходить з точки Uке max. Для одночасного виконання обох згаданих умов, що виходить з точки Uке max, пряма повинна стосуватися гіперболи Рк max.
Іноді виникає необхідність одержання великого струму через вихідний транзистор. У цьому випадку необхідно провести навантажувальну пряму з точки Iк max щодо гіперболі Рк max. Транзистор працюватиме як класу А.
Виберемо робочу точку Мр транзистора так, щоб вихідна напруга була максимальною та симетричною. З робочої точки проводимо прямі, паралельні до осей Uк і Iк. У точці перетину з віссю Uк отримаємо значення напруги живлення каскаду, а точці перетину з віссю Iк - величину струму спокою транзистора (Iко). Після цього, знаючи коефіцієнт транзистора, можна визначити струм бази Iбо для обраної робочої точки. Крім того, можна розрахувати інші параметри каскаду, важливі для розробника. Слід мати на увазі, що опір резистора Rе необхідно вибирати якнайменше (у граничному випадку - рівне нулю).
З метою ілюстрації описаного методу розрахунку граничних параметрів підсилювачів потужності розглянемо алгоритм розробки вихідного каскаду на транзисторі 2N3632 (приблизний аналог КТ907).
Для цього транзистора: Uке max = 40В; Рк max = 23 Вт; Iк max = 3 А; b=50...110 (для розрахунків приймаємо =100); ft=400 МГц.
Графічним шляхом отримаємо такі дані: Uп = 16; Iко=1,36 A; Uвих = 30 В: Iкm = 2,8А.
Визначаємо струм бази:
Струм через дільник:
Опір резисторів дільника.
ТРАНЗИСТОРНІ ПІДСИЛЮВАЧІ
Підсилювачі є одними з найпоширеніших. електронних пристроїв, що застосовуються в системах автоматики та радіосистемах. Підсилювачі поділяються на попередні підсилювачі (підсилювачі напруги) і підсилювачі потужності. Попередні підсилювачі транзисторні, як і лампові, складаються з одного або декількох каскадів посилення. При цьому всі каскади підсилювача мають загальні властивості, відмінність між ними може бути лише кількісна: рівні струми, напруги, різні значення резисторів, конденсаторів і т.п.
Для каскадів попереднього посилення найбільшого застосування отримали резистивні схеми (з реостатно-ємнісним зв'язком). Залежно від способу подачі вхідного сигналу та отримання вихідного підсилювальні схеми отримали такі назви:
1. Із загальним емітером – ОЕ (Error: Reference source not found1).
2. Із загальною базою - ПРО (Error: Reference source not found).
3. Із загальним колектором (емітерний повторювач) – ОК (Error: Reference source not found3).
Найбільш поширеною є схема каскаду ОЕ, оскільки вона забезпечує найбільше посилення сигналу потужності. Схема з ПРО попередніх підсилювачах зустрічається рідко. Емітерний повторювач має найбільший з усіх трьох схем вхідним і найменшим вихідним опорами, тому його застосовують у тих випадках, коли ця особливість дозволяє узгодити ті чи інші ланки підсилювача з метою поліпшення якості посилення.
Розглянемо підсилювальний каскад із ОЕ. При розрахунку каскаду підсилювача зазвичай є відомими: 1) R н - опір навантаження, на яку повинен працювати каскад, що розраховується. Навантаженням може бути аналогічний каскад; 2) I н.м - необхідне значення амплітуди струму навантаження; 3) допустимі частотні спотворення; 4) діапазон робочих температур; 5) у більшості випадків є заданою напруга джерела живлення колекторного ланцюга.
В результаті розрахунку мають бути визначені: 1) тип транзистора; 2) режим роботи вибраного транзистора; 3) параметри каскаду; 4) значення всіх елементів схеми (резистори, конденсатори), їх параметри та типи.
Розрахунок підсилювачів
Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти
з реостатно-ємнісним зв'язком
Послідовність розрахунку наводиться для транзистора, включеного за схемою ОЕ (загальний емітер). На рис. 1 дана схема каскаду підсилювача.
Вихідні дані: 1) напруга на виході каскаду U вих.м(Напруга на навантаженні); 2) опір навантаження R н ; 3) нижня гранична частота f н; 4) допустиме значення коефіцієнта частотних спотворень каскаду в області нижніх частот М н; 5) напруга джерела живлення Е П .
Визначити: тип транзистора; 2) режим роботи транзистора; 3) опір колекторного навантаження R K ; 4) опір у ланцюзі емітера R Е ; 5) опору дільника напруги R 1 і R 2 стабілізуючий режим роботи транзистора; 6) ємність роздільного конденсатора С Р; 7) ємність конденсатора в ланцюзі емітера З Е; 8) коефіцієнт посилення каскаду за напругою До U .
Порядок розрахунку
1. Вибираємо тип транзистора, керуючись такими міркуваннями:
а) U кэ.доп (1,11,3) Е П, U ке.доп – найбільша допустима напруга між колектором та емітером, наводиться у довідниках;
б)
I н.м - найбільша можлива амплітуда струму навантаження; I к.доп - найбільший допустимий струм колектора, що наводиться в довідниках.
Примітки: 1) Заданого діапазону температур задовольняє будь-який транзистор.
2. Для обраного типу транзистора виписати з довідника значення коефіцієнтів посилення струму для ОЕ хв і М. У деяких довідниках дається коефіцієнт посилення по струму для схеми ПРО і початковий струм колектора I к.н. . Тоді =/(1-) (при виборі режиму роботи транзистора необхідне виконання умови I к.хв I к.н). Для каскадів підсилювачів напруги зазвичай застосовують малопотужні транзистори типу П6; П13; П16; МП33; МП42 та ін.
3. Режим роботи транзистора визначаємо за навантажувальною прямою, побудованою на сімействі вихідних статичних (колекторних) характеристик для ОЕ. Побудова навантажувальної прямої показано на Error: Reference source not foundНавантажувальна пряма будується за двома точками: т.0 - точка спокою (робоча) і т.1, яка визначається величиною напруги джерела живлення Е П . Координатами т.0 є струм спокою I к0і напруга спокою U ке0 (тобто струм і напруга, що відповідають U вх =0).
Можна прийняти I к0 = (1,05-1,2)I вих (1,05-1,2)I н.М, але не менше l мА:
U кэ0 = U вих.м + U зуст,
де U ост - найменша допустима напруга U ке.
При U ке <U оствиникають значні нелінійні спотворення, тому що в робочу зону потрапляють ділянки характеристик, що мають велику кривизну. Для малопотужних транзисторів можна прийняти U oc т = l.
4. Визначаємо величини опорів R Доі R Е .
За вихідними характеристиками (Error: Reference source not found) визначаємо R про = R До + R Е. Загальний опір у ланцюзі емітер-колектор
г 
де I – струм, який визначається т.4, тобто. точкою перетину навантажувальної прямої з віссю струмів.
П 
ринима R Е =(015 0,25)R К, отримаємо
R Е = R про - R До
5. Визначаємо найбільші амплітудні значення вхідного сигналу струму I вх.м і напруги U вх.м, необхідні забезпечення заданого значення, U вих.м. Задавшись найменшим значенням коефіцієнта посилення транзистора струмом хв отримаємо:
т 
коли
За вхідною статичною характеристикою для схеми з ОЕ, знятої при U ке= –5В (Error: Reference source not found), та знайденим значенням I б. minі I б. maxзнаходять величину 2 U вх.m .
6. Визначаємо вхідний опір R вх каскаду змінному струму (без урахування дільника напруги R 1 і R 2 ):
7
. Визначаємо опори дільника R 1
до R 2
. Для зменшення дії шунтуючого дільника на вхідний ланцюг каскаду по змінному струму приймають
R 
1-2 (8 12) R вх~
8. Визначаємо коефіцієнт стабільності роботи каскаду:
де М – найбільший можливий коефіцієнт посилення струму обраного типу транзистора.
Для нормальної роботи каскаду коефіцієнт стабільності S не повинен перевищувати кількох одиниць. (s 
)
9. Визначаємо ємність роздільного конденсатора З р:
де R вих. - Вихідний опір транзистора, що визначається за вихідними статичними характеристиками для схеми ОЕ. В більшості випадків R вих. >>R Дотому можна прийняти R вих R До + R Н .
приймають до встановлення 
1
1. Визначаємо коефіцієнт посилення каскаду за напругою:
Примітка.Наведений порядок розрахунку не враховує вимог щодо стабільності роботи каскаду.
