Более того, хотелось бы, чтобы этот усилитель имел фантомное питание. Вариантов как собрать усилитель низкой частоты существует огромное множество - разберем и рассчитаем "один из":
Как работает эта схема? Для того, чтобы транзистор мог усиливать сигнал без искажений, его необходимо приоткрыть. Для этого на базу транзистора Т1 подано небольшое напряжение смещения через делитель на резисторах R1/R2.
У микрофона МК1 есть свое сопротивление, и чтобы оно не влияло на смещение установленное с помощью делителя - подключен он через конденсатор С1. Обычно его называют разделительным или блокировочным.
Через разделительный конденсатор С1 сигнал попадает на базу транзистора Т1. (давайте предположим что сейчас у нас идет положительная полуволна сигнала).
Это приводит к тому, что приоткрытый транзистор Т1 начинает открываться еще больше (уменьшается сопротивление между коллектором и эмиттером). Коллектор Т1 у нас "тянется к земле" и это вызывает падение напряжения на коллекторе.
Напряжение с выхода коллектора Т1 поступает на составной транзистор (Т2/Т3) подключенный по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель).
Особенность подключения составного транзистора по схеме с общим коллектором в том, что у нее что в коробке то и на коробке напряжение на выходе эмиттера всегда равно напряжению на входе за разницей падения напряжения на переходе эмиттер-база 0.6V (на то она и повторитель). Транзистора тут 2 штуки, поэтому:
3.0V+0.6V+0.6V = 4.2V
4.0V+0.6V+0.6V = 5.2V
Обратите внимание на ток, который потребляет схема (Амперметр М1). Такое высокое входное сопротивление каскада позволяет соединить каскады между собой без использования разделительного конденсатора. Чем больше β коэффициент транзисторов, тем выше это входное сопротивление.
Итого: Снижение напряжения в точке А приведет к снижению напряжения в точке B, а оно было усилено первым транзистором Т1.
Все это безобразие можно подключить 2-х жильным экранированным кабелем, разместив усилительный каскад непосредственно у микрофона. Выходной сигнал снимается рядом с вводом питания через разделительный конденсатор С2.
Расчеты элементов схемы
Чтобы собрать данную абстракцию с помощью паяльника необходимо подобрать транзисторы и рассчитать номиналы всех резисторов.
Поскольку данный усилитель является усилителем предварительного усиления, транзистор T1 необходимо выбрать маломощный, малошумящий и желательно с большим коэффициентом усиления.
Из импортных на эту роль должны подойти n-p-n транзисторы BC549C, ВС550С
Коэффициент усиления транзисторов BC549C, ВС550С по току (hfe): от 420 до 800.
В выходной каскад решил поставить комплиментарную пару к транзистору ВС550С транзистор p-n-p BC560C
Коэффициент усиления транзистора ВС560С по току (hfe): от 420 до 800.
Обычно в учебниках для расчета схем на транзисторах падение напряжения на p-n переходе принимают равным 0.6V Поскольку перед сборкой схемы я хочу проверить расчеты в симуляторе я буду использовать значение 0.55V!
Напряжение источника питания возьмем равным 5V (у меня просто такой в самодельных часах на столе - 5V возьму оттуда). Сопротивление Rn возьмем 1кОм.
Для того, чтобы настроить 1 каскад предварительного усиления выполненный на транзисторе Т1 в точке а необходимо получить примерно половину напряжения питания. Uа=5/2=2.5V (приоткрыть транзистор)
Главная загвоздка здесь заключается в том, что первый каскад на Т1 подключен к источнику питания через нагрузочный резистор Rn, а напряжение устанавливается с помощью каскада на Т2/Т3. Поэтому вспоминаем про:
Напряжение в точке b будет равно Ub=2.5+0.55+0.55=3.6V
Падение напряжения на резисторе R3 Ur3=3.6V-2.5V=1.1V
Падение напряжения на резисторе R2 нам известно (это падение напряжения на p-n переходе кремниевого! транзистора) Ur2=0.55V
Падение напряжения на резисторе R1 Ur1=3.6-0.55V=3.05V
С напряжениями разобрались, переходим к токам. Чтобы усиливать сигнал, в цепи коллектора должен протекать небольшой ток (ток покоя). Совсем ни разбираюсь в транзисторах, но в документации на есть такая табличка:
Поэтому отталкиваться будем от этого значения Iк=200µA
Что нам нужно сделать, чтобы ток в цепи коллектора был Iк=200µA? Через базу должен протекать ток Iб=Iк/β В документации написано, что типичное значение β = 500. Таким образом Iб=200µA/500=0.4µA
Напряжение смещения на базу Т1 подается с помощью делителя напряжений на резисторах R1/R2. Чтобы отобрать у делителя ток 0.4µA и при этом напряжение на выходе делителя "не просело", ток через делитель лучше взять с запасом (возьмем х10) Iдел=0.4µA*10=4µA=Ir1
Осталось рассчитать ток через последний резистор R2. Часть тока после R1 у нас уходит в базу. Отсюда Ir2=Iдел-Iб=4µA-0.4µA=3.6µA
Все токи и напряжения известны, закон Ома в помощь:
- R1 = 3.05/4*1000 = 762кОм
- R2 = 0.55/3.6*1000 = 152кОм
- R3 = 1.1/200*1000 = 5.5кОм
Собираем схему в симуляторе:
"Наванговали" вроде неплохо. Выбираем резисторы из стандартного ряда.
Проверяем:
На вход подаем сигнал с амплитудой 1mV и частотой 300Гц (мы же в микрофон говорить собрались....)
На выходе (резистор R5) имеем Uампл=(578+793)/2=685mV. Усилитель увиливает и того что он тут на усиливал по идее должно хватить для ЛИНЕЙНОГО входа.
Последний симуляторный тест зависимость от β транзисторов. Поставим вместо 500 например 800.
А если вместо 800 поставить 400 ?
Смещение чуть съехало, но схема не вышла за пределы работоспособности. Хоровиц и Хилл поставили лайк вашей публикации. При сборке схемы дополнительный подбор резисторов не потребуется.
Переносим номиналы на схему
и расчехляем макетную плату для проверки теории на практике.
Точка а 2.64V
Точка b 3.84V
Энергопотребление при 5V 6mA
Микрофона под рукой не было - нашелся старый динамик
Втыкаем все это дело в компьютер - вход конфигурируем как линейный.
Открываем голосовой поиск от Яндекса и проверяем, что "товарищ майор" нас хорошо слышит даже через старинный громкоговоритель, подключённый к линейному входу компьютера.
Как видим, спроектировать простенький усилитель с помощью Ома и Кирхгофа не так уж и сложно. Надеюсь эта статья поможет Вам лучше понимать работу схем на дискретных элементах, а может быть сподвигнет разрабатывать свои.
Если материал понравился - не забываем ставить лайк (иначе Дзен его больше ни кому не покажет, а писать в пустоту мне как автору не очень интересно).
Оглавление канала тут
Всем удачи!