УСИЛИТЕЛЬ на одном Транзисторе
Собрать усилитель на одном транзисторе. Оказывается это не так уж и просто.
Нужно знать некоторые тонкости.
И главная из них — это как выбрать рабочую точку транзистора? Давайте не будем лезть в дебри формул и графиков, а попробуем всё на практике. Несколько графиков и форму Я всё-таки приведу. Но не буду на них акцентировать внимание. Это просто для порядка.
Во всём этом мы разберёмся при помощи экспериментов и по результатам схем и осциллограмм. И дочитав до конца эту статью с комментариями и пояснениями всем станет также понятно как это всё выглядит в реальности.
Но кому лень читать статью и изучать картинки, можно пролистать ниже там всё это посмотреть в виде или по Ссылке: https://youtu.be/TGHea-vxNN0
Начнём с очень простой схемы которую часто собирают начинающие радиолюбители: транзистор, источник питания, нагрузка усилителя и входной сигнал. Ну примерно как на схеме:
Начинаем эксперименты
Эксперимент 1
Источником сигнала у нас будет генератор синусоиды 500 Гц и амплитуда 100 mВ.
Подойдём питание и никакого сигнала на выходе мы не видим, на выходе присутствует постоянная составляющая 5 в. То есть наш транзистор полностью закрыт.
Хотя как видно из осциллограммы на входе сигнал присутствует.
Жёлтый сигнал на входе транзистора.
Синий сигнал на выходе ( коллекторе) транзистора.
Эксперимент 2
Все начинающие Радиолюбители сразу начинают увеличивать амплитуду входного сигнала. Давайте и мы так сделаем. И повышаем входной сигнал дом амплитуды 500 mВ.
И опять смотрим осциллограмму
Входной сигнал увеличен но на выходе никакого результата.
Эксперимент 3
Увеличиваем входной сигнал до одного 700 mВ.
И вот наконец начинается появляться результат. На выходе наша прямая тоже ожила. И на ней появились провалы. В этот момент если мы подключим на выход какой-то звукоизлучатель то мы уже сможем услышать хотя бы какой-то звук.
Эксперимент 4
Дальше начинаем рассуждать с точки зрения новичка.
Раз результат появился продолжаем дальше увеличивать амплитуду сигнала, выставляем сигнал 1 В.
На выходе звук усиливается. Но с ними и растет и искажение. Потому что мы видим из осциллограммы что сигнал на выходе очень далёк от синусоиды.
Также мы можем увидеть разделение сигнала по входу. Если опять посмотреть на схему то у нас там подключено по входу два щупа осциллографа. Один напрямую к генератору, второй на базу транзистора. И вот до того момента как мы не перешли точку примерно 650 mВ сигналы были одинаковы. А потом начались искажения на положительной полуволне.
И тут нужно хотя бы мельком глянуть на некоторые вольт-амперные характеристики транзистора.
Доработка СХЕМЫ
Так как база транзистора представляет собой pn-переход чем-то похожий как у обыкновенного диода. То на нём происходит падение напряжения как раз примерно от 0,6 до 0,7 вольт.
Ну это опять теория. А я обещал показать экспериментально. Нам нужно попытаться сместить точку базы Транзистора чуть выше 0,6 вольт. Сделать это можно при помощи отдельного источника питания. Но у нас уже есть источник питания и мы можем взять напряжение из него.
Для этого понадобится резистор, который мы подключим к плюсу источника питания и к базе нашего транзистора.
Поэтому наша схема немного изменилась и стала выглядеть вот как представлена ниже:
Схема изменилась всего лишь на одну деталь. Ну и для эксперимента я подключил ещё два вольтметра
Эксперимент 5
И теперь опять начинаем экспериментировать. Как видно из схемы у нас сейчас в базовой цепи стоит резистор 100 ком. Входной сигнал снизим до 100 mВ. Давайте посмотрим осциллограмму.
Вот уже лучше выходной сигнал на базе получил смещение но ещё недостаточно для нормальной работы транзистора. Смещение нужно увеличить то есть уменьшить сопротивление резистором цепи базы.
Эксперимент 6
Поставим резистор 70 ком и опять посмотрим на осциллограмму:
И Как видно из осциллограммы синусоида уже приобретает форму. Но она несимметрична. Положительная полуволна более сжата относительно отрицательной полуволны.
Эксперимент 7
Поставим сопротивление 54 ком.
И сигнал на осциллограмме приобретает практически идеальную форму на выходе.
Как видно из графика осциллограммы синусоида начинается не сразу, а с задержкой в 1 мс. Это сделано для того чтобы было проще понять что такое Рабочая Точка.
Когда у нас на входе ещё нет сигнала то на выходе транзистора на его коллекторе присутствует напряжение 2,5 в. И это является половиной от нашего напряжения питания 5 в.
Мы Экспериментальным путём добились идеального сигнала на выходе, когда подали такое смещение на базу транзистора что на коллекторе присутствовала постоянно составляющая равная половине напряжения питания.
Это также наглядно можно увидеть на графике Как происходит искажение выходного сигнала при смещении рабочей точки:
Также предлагаю посмотреть видео Может быть там будет более понятно: https://youtu.be/TGHea-vxNN0