Этой статьёй я начинаю серию «Усилители Звука». Подробно ознакомиться с этой серией можно в плейлисте моего YouTube-канала: https://www.youtube.com/playlist?list=PL_z4mCtOc52OFxlK-Y-4uxzOe4HKtcwGn
Многие любят хорошую музыку, многие любят слушать её громко, некоторые предпочитают громкой музыке – качественное воспроизведение, а есть и увлеченные – готовые биться за каждую деталь усилителя, стараясь сделать воспроизведение еще более естественным. Каждый из них найдет в предлагаемом материале интересное для себя.
Но, прежде чем говорить об усилителях, я кратко расскажу об одной его основной детали.
Знаете ли вы, что такое транзистор, как он работает и,… является ли транзистор - усилителем. Отвечая на эти вопросы, я соберу полезную электронную схему - из деталей сгоревшей энергосберегающей лампочки. Итак, усиливает ли транзистор?
Конечно, скажете вы – транзистор является усилителем, ведь на вход мы подаем слабый сигнал, а на выходе получаем гораздо больший, следовательно, усиленный! А так ли всё это… на самом деле?
Рассмотрим похожий эффект совсем из другой области!
Имеется водопроводный кран – вентиль. Является ли ОН усилителем? Никто ТАК его не назовет. Однако, пожарный кран поворачивается легким движением руки,
а струя воды из него – может сбить с ног! Чем не усилитель!
Ведь дубинка первобытного человека, а так же рычаг… и домкрат – однозначно являются усилителями!
Посмотрим на транзистор именно с этой точки зрения! Приложим к транзистору небольшое напряжение… и…. ничего большего получить не удаётся! А что же происходит с транзистором, КАК он устроен, что он делает и как происходит усиление сигнала?
Транзистор – это полупроводниковый прибор с тремя выводами, которые называют база, коллектор, эмиттер. И работает он в соответствии с эффектом, открытым в середине прошлого века и названным транзисторным. То есть, транзистор позволяет управлять током от мощного источника, протекающим через него, при помощи небольшого напряжения (тока) на его управляющем электроде!
Вот так и получается, что транзистор это тот самый кран-вентиль, о котором я уже говорил! То есть, транзистор - сам по себе ничего не усиливает! Он только управляет током от мощного источника, и именно так, как изменяется сигнал на его управляющем выводе – базе. То есть, фактически происходит не усиление слабого сигнала, а управление при его помощи током мощного источника!
А как это происходит, можно увидеть, собрав простую схему. Возьмем небольшой радиатор или просто кусок алюминия или меди для отвода тепла от транзистора. Для лучшего теплоотвода, можно смазать радиатор специальной пастой. Транзистор закрепим болтом на радиаторе. Все необходимые детали припаяем в соответствии с нашей схемой. К базе и эмиттеру транзистора припаяем резисторы, ограничивающие токи базы и эмиттера на допустимых уровнях. Эмиттерный резистор мы сделаем из куска проволоки с высоким сопротивлением, намотанной на обычном резисторе.
Величину допустимых токов мы узнали из справочника по транзисторам.
Итак, наша экспериментальная схема. Базовую цепь транзистора припаяем к среднему выводу переменного резистора – именно им мы и будем создавать управляющее напряжение. Выводы собранной схемы пометим «+» и «-». Между источником питания и схемой включим амперметр – стрелочный прибор, которым будем измерять ток, проходящий через транзистор. К среднему выводу переменного резистора – подключим вольтметр - им мы будем измерять входное управляющее напряжение. Подключим к нашей схеме мощный источник тока – двенадцати вольтовую батарею. Вращаем ручку переменного резистора – управляющее напряжение в цепи базы транзистора меняется, точно так же меняется и ток, протекающий через транзистор. Увеличение управляющего напряжения до восьми десятых вольта вызывает увеличение тока через транзистор до трех десятых ампера. Мощность, выделяемая на транзисторе – около трех с половиной ватта!
Заменим резистор в цепи базы транзистора на меньший, увеличив тем самым управляющий ток базы транзистора. Вращаем ручку переменного резистора – управляющее напряжение меняется, точно так же меняется и ток, протекающий через транзистор. Только теперь при управляющем напряжении около 1 вольта, ток через транзистор увеличивается до 1 ампера! То есть мы видим, что транзистор управляется током, проходящим через его базу, и меняет соответственно своё сопротивление. А мощность, выделяемая на транзисторе теперь около 12 ватт!
А теперь, выяснив, что транзистор является всего лишь переменным сопротивлением – резистором, который может управлять величиной протекающего через него тока, соберем полезную электронную схему. В процессе настройки и сборки многих электронных схем нужен нагрузочный резистор большой мощности, величину сопротивления которого можно изменять.
Обычные проволочные реостаты, используемые для этих целей громоздки и неудобны в обращении. Вы уже догадались, что та самая схема, которую я собрал для демонстрации основного свойства транзистора, и является нужным нам мощным переменным резистором, управлять которым очень удобно, а его мощность ограничена только допустимой мощностью применяемых транзисторов!
Однако, не все так просто! (заглянем в таблицу параметров транзисторов) У каждого транзистора есть параметр «передача тока базы», показывающий, во сколько раз ток в цепи коллектора может быть больше управляющего тока в цепи базы. И именно этот параметр принято именовать коэффициентом усиления транзистора. То есть он показывает технические возможности транзистора по управлению. Поэтому, чтобы получить ОЧЕНЬ большой ток через транзистор, нужно подать достаточно большой ток в его базу.
Именно для получения нужного тока управления мощным транзистором, мы используем еще один транзистор, который будет регулировать ток базы выходного транзистора в соответствии с небольшим управляющим сигналом от переменного резистора.
Такое включение транзисторов называется схема Дарлингтона, по имени американского инженера Сидни Дарлингтона, предложившего её в 1953 году. Коэффициент усиления такой схемы приблизительно равен произведению коэффициентов усиления по току транзисторов, составляющих такую пару. Высокий коэффициент усиления по току - обеспечивает управление - при помощи малого тока, поданного на управляющий вход составного транзистора, выходными токами, превышающими входной в тысячи раз!
Применяя мощные транзисторы, и обеспечив при помощи диода в цепи эмиттер-коллектор транзистора его защиту от обратных токов для случая работы в схемах с индуктивностью, я собрал схему электронной нагрузки.
Многооборотный резистор в цепи базы транзистора позволяет плавно и точно регулировать управляющее напряжение. Управляющее напряжение 6 вольт увеличивает ток, проходящий через транзистор до 4 ампер! При напряжении источника питания 12 вольт, и токе 4 ампера легко получаем мощность электронного резистора 48 ватт!!
Подробнее с этим материалом Вы можете ознакомиться в видео на моем канале YouTube «Что такое транзистор? Как работает транзистор? Транзистор = усилитель?» (https://www.youtube.com/watch?v=YteZx4SQL9E ) Приятного просмотра.
(Продолжение - следует!)
