Настало время поговорить о стабилизации режимов транзисторов по постоянному току. Это связано с тем, что иногда, выбирая простую схему усилителя и подобрав резисторы точно в соответствии с ней, начинающий радиолюбитель не получает нужного результата. Особенно, если пробует повторить схемы, например, М.М. Румянцева.
Это связано с тем, что разброс параметров транзисторов чрезвычайно велик. Если, например, у транзисторов КТ312А, которые у меня имеются, h21э < 50, то у КТ3102Б - более 300. Вот давайте и посмотрим, как сделать так, что замена транзистора с одним h21э на транзистор с другим, или просто неизвестным h21э, схема оставалась вполне работоспособной. Но, сразу скажу, что за такую широту души придется заплатить не самым большим Ку каскада.
Смоделируем транзисторный каскад, где у транзистора NPN (по умолчанию) h21э = 100. Подберем R1, чтобы на коллекторе транзистора напряжение было 4 В. Затем заменим транзистор на ВС547В, у которого h21э = 295.
Вот тут вам наглядно видно, что происходит при замене транзисторов у которых разный h21э. Это объясняется тем, что при практически одинаковом токе базы у транзистора с бОльшим h21э ток коллектора будет существенно больше. И, в соответствии с законом Ома, падение напряжения на резисторе R2 будет тоже больше. Конечно, можно подобрать R1, чтобы вновь на коллекторе было 4В, и его значение будет около 510 кОм - почувствуйте разницу.
Что же делать? Ввести отрицательную связь по постоянному току. Это выглядит вот так:
Все стало гораздо лучше: ведь 2,3 В - это не 0,14 В ! Почему же так получилось? Просто питание цепи базы стало зависимым от напряжения на коллекторе и препятствует его изменению. Если напряжение на коллекторе понизится, то ток через R1 уменьшится, т.е. уменьшится ток базы и, соответственно, ток коллектора уменьшится, а значит уменьшится падение напряжение на R2 и напряжение на коллекторе увеличится (ведь Uк = Uпит - U(R2)), что скомпенсирует начальное понижение.
К сожалению, в столь простой схеме полной компенсации не будет, но и частичная дает схеме возможность корректно работать. Но есть и еще один способ создать ООС. Для этого нужно добавить резистор в цепь эмиттера, через который тоже осуществляется ООС по постоянному току.
Как видите, стабилизация практически 100%-ная. Можете ставить транзисторы с h21э от 100 до 300, и режим по постоянному току будет сохранен. Но ....., это иллюзия, потому, что разница между напряжением на эмиттере и напряжением на коллекторе в указанном режиме всего 0,05 В.
Но изменив режим (увеличив R1) можно повысить напряжение на коллекторе и при этом понизить его на эмиттере, так как ток коллектора и эмиттера уменьшится. Подадим на вход сигнал с частотой 100 кГц и амплитудой 1 В.
Как видим сигналы на базе и эмиттере находятся в противофазе с сигналом на коллекторе и коэффициент усиления каскада по переменному току равен 1. Это конечно, "не айс", но вы поняли. что мы получили? А получили мы фазоинверторный каскад без всякого трансформатора.
Каким же выбрать напряжение между коллектором и эмиттером? В.Т. Поляков в своей брошюре "Приемники прямого преобразования для любительской связи" пишет, что с точки зрения минимума шумов в первых каскадах усиления оно должно составлять 0,5 - 1,5 В, а ток транзистора должен быть 0,2 - 0,5 мА. Но это в каскадах, где на входе амплитуда сигнала не превышает 100 мкВ. Обычно же эта величина составляет не менее 1,5 В и зависит от напряжения питания и требуемой неискаженной амплитуды сигнала на выходе.
Почему нет усиления по переменному току? Потому что через резистор осуществляется ООС не только по постоянному току, но и по переменному. А как же усиливать? Нужно просто закоротить эмиттер и общий провод по переменному току, но не по постоянному. Это можно сделать, включив параллельно R3 конденсатор, емкостное сопротивление которого для переменного тока малО. Но сначала заменим ВС547 на безымянный транзистор.
Напряжения изменились, но сигнал проходит без искажений. А теперь включим конденсатор параллельно R3.
Вот оно, усиление по переменному току! Сигнал на коллекторе превратился в импульсы. Уменьшим входной сигнал.
Коэффициент усиления по переменному напряжению Ку = 500 : 10 = 50. Заменим транзистор.
В этом случае коэффициент усиления по переменному току больше - около 85, но искажений нет.
Обратим внимание, что при изменении h21э транзисторов в 3 раза, Ку по переменному току вырос только чуть больше, чем в 1,5 раза - вот это и есть плата за возможность без заморочек заменять транзисторы..
Теперь можно перейти к практике. Чтобы облегчить и ускорить процесс наладки можно поступить так: не впаивать резистор R1, а вместо него впаять переменный или подстроечный резистор 500 кОм - 1 МОм с включенным последовательно резистором 47 -100 кОм. У меня для этого припасен вот такой девайс, которым я пользуюсь уже много лет.
Вращая ось резистора и подключив вольтметр к эмиттеру или коллектору транзистора, устанавливают нужные напряжения. Затем отпаиваем выводы и измеряем сопротивление, выбираем ближайший из имеющихся номиналов постоянных резисторов и впаиваем его в плату.
Всем здоровья и успехов!
