Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение транзисторов и каскадов на транзисторах.
И речь пойдёт о выходных цепях каскадов, точнее о нагрузке каскада. Количество вариантов нагрузок больше и они зависят от задачи, выполняемой каскадом.
Начнем с рассмотрения самого простого ( простого на первый взгляд ) – резистивного каскада.
Резистивные каскады в первую очередь разделяются по мощности нагрузочного резистора: микромощные; малой мощности; средней мощности и большой мощности. И исходя их конструкции резистора нагрузки можно добавить разделение резистивных каскадов по частотным характеристикам, а так как частотная характеристика самого распространённого каскада очень важный параметр, то и конструкция нагрузочного резистора имеет решающее значение.
Бытует мнение, что резистор – это очень просто! Но это не так!!! Конструкция резисторов действительно, при поверхностном рассмотрении, очень проста. Но если рассмотреть внимательнее ( smd-резисторы рассмотреть очень трудно ), то оказывается, что любой резистор состоит из трех деталей ( реже из двух или одной ): -корпус резистора; токопроводящая пленка, создающая и являющаяся собственно резистором и выводы.
Для уменьшения индуктивной составляющей и увеличения мощности нагрузки применяют параллельное соединение резисторов. Количество, параллельно включенных, резисторов зависит от необходимой мощности. Этот параметр выбирает разработчик схемы и в разных устройствах решения бывают разными.
Как резистивная нагрузка влияет на частотную характеристику?
Каскад с резистивной нагрузкой самый широкополосный и применяется практически во всех схемных решениях и если правильно выбрать тип резистора каскад будет работать в широком частотном диапазоне. Но оказывается в резистивном каскаде, а так же во всех других типах нагрузка, установленная в цепи коллектора или эмиттера, являются только частью нагрузки каскада, а другая часть нагрузки – это следующий каскад и паразитные ёмкости монтажа.
На Рис 3. транзистор VT1 при отсутствии импульсов открыт практически до напряжения насыщения и конденсатор С разряжен. При поступлении на базу запирающего импульса, транзистор закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы. Напряжение, до которого зарядится конденсатор, зависит от суммарной величины зарядных резисторов и ёмкости конденсатора. При окончании импульса транзистор открывается, и конденсатор быстро разряжается через диод VD1. Если напряжение на конденсаторе подать на компаратор напряжения с регулируемым порогом срабатывания, можно получать импульсы необходимой длительности. Если поменять полярность подключения диода, то изменятся параметры цепей заряда и разряда конденсатора. В этом случае конденсатор будет заряжаться через диод VD1 и резистор Rзар1, а разряжаться через транзистор VT1 и резистор Rзар2. При соответствующем подборе соотношения резисторов можно реализовать интегратор, а подключенный к конденсатору компаратор будет вырабатывать импульс после прихода определённого числа импульсов.
Следующий вариант нагрузки – индуктивная. И здесь очень много вариантов схемных решений. Индуктивные нагрузки бывают для синусоидальных сигналов, импульсных сигналов и, как ни странно для сигналов постоянного тока ( с малой или средней частотой появления такого сигнала).
Индуктивная нагрузка для синусоидального сигнала может быть в виде трансформатора, дросселя или колебательного контура ( об этой нагрузке будет отдельный материал ).
Видимо, одна из самых популярных схем 60-х годов. Её собирали и мальчишки и взрослые дяди. И я собирал эту схему… Работала!!!
Это небольшое ностальгическое отступление, а схема приведена в качестве примера индуктивной нагрузки каскадов. Очень простая схема, всего четыре транзистора, но зато три индуктивные нагрузки!!! Для транзистора Т1 нагрузкой является ВЧ-трансформатор Тр1 на ферритовом кольце, у транзистора Т2 нагрузкой является дроссель L6, так же на ферритовом кольце, а нагрузкой транзистора Т4 является громкоговоритель Гр1, сделанный из микрофонного капсюля ДЭМШ-1.
И в качестве дополнения к «Уроку 19» два транзистора Т1 и Т2 имеют индуктивную связь по входам. Все каскады в этой схеме работают в линейном режиме.
Каскады с трансформатором в качестве нагрузки выделены в отдельную группу из-за особых свойств трансформаторной нагрузки: - выходные каскады усилителей звуковых частот ( однотактные и двухтактные ); - трансформаторы преобразователей для получения сетевого напряжения ( высокие требования к качеству трансформаторного железа для уменьшения потерь и работа на частоте питающей сети 50 или 60 Гц ); - трансформаторы, работающие в цепях развертки телевизоров ( с переходом на современные экраны в эксплуатации они ещё есть, но в новых разработках уже не применяются ).
Трансформаторы в усилителях звуковых частот применяются очень давно, в эру радиоламп они были незаменимы в оконечных каскадах ( в радиоприёмниках, проигрывателях, магнитофонах, просто усилителях, а так же в модуляторах радиопередатчиков ). С внедрением в схемотехнику транзисторов большинство оконечных каскадов ( особенно в переносной аппаратуре ) также выполняли с применением трансформаторов из-за простоты схемного решения. Следующим этапом схемотехники усилителей звуковых частот стали безтрансформаторные усилители, но и сейчас самые лучшие усилители звука выполняют на радиолампах, основной трудностью при конструировании лампового усилителя хорошего и очень высокого класса является изготовление выходных трансформаторов.
На Рис 5. показаны каскады для «карманных» радиоприёмников, простота схем и наличие в продаже трансформаторов способствовало творчеству начинающих радиолюбителей. Появление громадного количества микросхем усилителей звуковых частот существенно упростило разработку конструкций аппаратуры радиолюбителями.
С разработкой высокочастотных и высоковольтных транзисторов началась эра разработки преобразователей напряжения в блоках питания и самих импульсных блоков питания, а область их применения раскинулась от простейших зарядных устройств для мобильной аппаратуры до мощнейших преобразователей в линиях электропередачи большой мощности.
Схема на Рис 6. позволяет получать выходное напряжение в широких пределах. Величина выходного напряжения превышает входное на определенную величину, зависящую от параметров дросселя ( индуктивность и мощность его сердечника, а так же провода обмотки ) и от соотношения длительности импульсов и паузы между ними на базе транзисторного ключа. Если поменять местами дроссель и транзистор ( теперь с проводимостью P – N – P ), а также подключение выпрямительного диода, можно получить на выходе преобразователя отрицательное напряжение.
Очень интересная тема для творчества и о ней будет специально несколько статей.
И есть ещё одна интересная область применения индуктивностей в металлообработке. Это отработка металлов электроискровым методом. То, что искра разрушает контакты ( любые, коммутирующие токи начиная с определённой величины тока и напряжения ) узнали давно, в вот заставить вредное явление работать на пользу стали применять в СССР во время Великой Отечественной Войны. И на этом принципе работают все электроэрозионные станки ( резка поволокой или прожигание электродом ).
Если к детали, находящейся в ванне с водой или керосином поднести электрод, подключенный к импульсному источнику напряжения, то при определённом и очень маленьком расстоянии ( несколько микрон ) между электродом и деталью появится искорка. Она произведет разрушающее действие на деталь, очень маленькое, но действие! И если искр будет много и по всей площади электрода, деталь начнет медленно ( но уверено! ) разрушаться, повторяя форму электрода. Электрод также подвергается разрушению, но в значительно меньшей степени и это зависит от многих факторов : - материала электрода ( медь, вольфрам, графит ), - рабочей жидкости и от формы и частоты импульсов. Если резка производится проволокой ( обычно она латунная ) – в рабочую зону подается все время новая, а изношенная сматывается на приёмную катушку.
И ещё одна индуктивная нагрузка, применяемая очень часто – это всем известное реле. Типов и видов реле очень много, но вот его подключение в полупроводниковых схемах требует соблюдения одного очень важного правила – обязательного шунтирования обмотки реле диодом.
При подключении реле к транзисторному ключу применение защитного шунтирующего диода обязательно. С чем это связано?
Обмотка реле представляет собой индуктивность очень большой величины, а как известно при протекании тока в индуктивности накапливается энергия и при прекращении тока в обмотке возникает напряжение самоиндукции иногда достигающее большой величины и оно прибавляется в питающему напряжению. В итоге возможен пробой коллекторного перехода транзистора и выход его из строя. Даже если реле низковольтное, а транзистор высоковольтный – пробой возможен!!!
Не забываем устанавливать защитный диод, а о питании, включении и применении реле будет отдельный материал.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!