Усилители на транзисторах

Усилители на транзисторах по сравнению с ламповыми имеют значительно меньшие габариты и вес и потребляют меньше электро­энергии.

Раньше мы говорили, что для обеспечения рабочего режима транзистора к нему нужно подвести напряжение от двух источников: один подключается к эмиттеру и базе, другой—к базе и коллектору. Но в реальных схемах можно использовать один источник, а нужный режим получить с помощью резисторов. На рис. 32, а изображена схема питания транзистора типа р— п — р от одного источника по­стоянного тока. Положительный полюс источника подключен к эмит­теру, а отрицательный — к коллектору через резистор r _н, являющий­ся нагрузкой транзистора. Нужное смещение на базе транзистора создается делителем напряжения, который состоит из последова­тельно соединенных резисторов r1 и r2, подключенных так, как показано на схеме. Величина смещения зависит от соотношения сопротивления резисторов r1, r 2.

Рис. 32. Схемы включения транзистора:

а — с питанием от одного источника тока; б — с температурной стабилиза­цией.

Как известно, параметры транзисторов в большой степени за­висят от температуры окружающей среды, поэтому и аппаратура, в которой в качестве усилительных элементов используются тран­зисторы, также будет иметь разные характеристики при эксплуа­тации в различных температурных условиях. Это вызывает необ­ходимость принимать меры, которые уменьшили бы или совсем исключили влияние температуры на свойства транзисторов или, как говорят, стабилизировали режим работы транзисторов.

Существует несколько способов температурной стабилизации. Одним из них является включение между эмиттером и положи­тельным полюсом источника питания резистора r _э (рис. 32, б). Пусть при данной температуре от положительного полюса источника в цепи эмиттера течет ток I _э, которому будет соответствовать определенная величина коллекторного тока I _к. Если резистор в цепи эмиттера отсутствует, то изменение температуры вызывает изменение токов I _к и I _э, т. е. нарушается режим работы транзисто­ра. В том случае, если в цепь эмиттера включен резистор r _э, уве­личение коллекторного тока вызывает увеличение тока эмиттера и на резисторе r _э возникает дополнительное падение напряжения U_a = I_э r _э, причем полярность этого падения напряжения обратнаполярности источника. Поэтому напряжение между эмиттером и кол­лектором уменьшится и токи I _к и I_Э не изменятся или изменятся очень мало. Параллельно резистору r _э включается конденсатор С_э большой емкости, который не допускает падения напряжения на резисторе r _э от переменной составляющей тока, текущего через транзистор. Температурной стабилизации способствует также наличие делителя напряжения r1 — r 2.

Рис. 33. Основные схемы включения транзисторов:

а — с общим основанием; б — с общим эмиттером; в — с общим коллектором.

В схемах с транзисторами один из электродов является общим и для входной и для выходной цепи. В зависимости от того, какой из электродов транзистора будет общим, различают схемы усили­телей с общим эмиттером, общей базой или с общим коллектором (рис. 33).

Схема с общим эмиттером дает наибольшее усиление по мощ­ности и по току. Схема с общим коллектором дает меньшее усиление, но имеет целый ряд достоинств по сравнению с другими схемами. Эти две схемы в основном и используются в транзисторных усилителях, а схема с общим коллектором используется значительно реже.

Схема усилительного каскада с применением транзистора р — п —р приведена на рис. 34, а. Транзистор Т включен по схеме с общим эмиттером. Для обеспечения температурной стабилизации в цепь эмиттера включен резистор r₃, а необходимый потенциал основания создается делителем напряжения r1 — r2. Резистор г_н является на­грузкой для транзистора.

Напряжение входного сигнала U_вх подаётся на базу, а выходное напряжение U_вых снимается с коллектора. Этот усилительный каскад можно сравнить с усилительным каскадом на триоде, причем эмит­тер соответствует катоду, коллектор — аноду, а база транзистора выполняет роль управляющей сетки триода.

У двухкаскадного усилителя (рис. 34, б) связь между каскада­ми (так же как и в ламповых усилителях) может быть емкостной и трансформаторной. Емкостная связь осуществляется с помощью разделительного конденсатора С_р. Сигнал, подлежащий усилению, подается на базу транзистора первого каскада, а затем через раз­делительный конденсатор С_р поступает на базу транзистора второго каскада.

Рис. 34. Схемы усилителей на транзисторах:

а — однокаскадная; б — двухкаскадная.

Трансформаторная связь между каскадами осуществляется с помощью разделительного трансформатора (рис. 35).

Приведенные схемы усилителей служат для усиления напряже­ния. Схемы усилителей мощности аналогичны рассмотренным, но в них используются транзисторы большой мощности.

Рис. 35. Схема двухкаскадного транзисторного усилителя с транс­форматорной связью.

Мощные транзисторные усилители, так же как и ламповые, выпол­няются по двухтактной схеме, причем связь двухтактного выходно­го каскада с каскадами усиления может быть как емкостной, так и трансформаторной. Для согласования сопротивления нагрузки транзисторов с сопротивлением подключаемого к ним устройства применяются выходные трансформаторы.

Для получения более качественных показателей в усилителях применяются обратные связи. Обратная связь — это подача части выходной величины на вход устройства. Если колебания, подаваемые через цепи обратной связи, совпадают по фазе с колебаниями вход­ного сигнала, то такая обратная связь называется положительной. Она применяется для увеличения усиления, создаваемого усилителем. В том случае, когда сигналы обратной связи находятся в противофазе по отношению к входному сигналу, обратная связь на­зывается отрицательной. Отрицательная обратная связь применя­ется для уменьшения всех видов искажений, возникающих при рабо­те усилителя. Однако, улучшая качество усиления, она вместе с тем понижает коэффициент усиления усилителя.