Это переработанная, дополненная и исправленная статья, которая была опубликована насколько лет назад на моём канале под оригинальным названием «Правильные схемы предварительных каскадов УНЧ».
В первой части статьи были рассмотрены две схемы каскадов предварительного усиления (рис.1):
Рис.1.
Нам удалось выяснить, что при исключение из схемы эмиттерного резистора Rэ (схема №1) повышается коэффициент усиления каскада по переменному напряжению, но ухудшаются целый ряд других параметров (схема №2).
Итак, продолжим. Давайте сначала «дожмем» хорошую схему №1. Попробуем увеличить ее коэффициент усиления, зашунтировав резистор Rэ конденсатором Сэ (С1), и убрав, таким образом, местную отрицательную обратную связь (ООС) по напряжению, создаваемую этим резистором:
Рис.2.
Емкость конденсатора выберем такой, чтобы его емкостное сопротивление (Хс) на частоте 1 кГц составляло несколько Ом, и практически не влияло на результаты измерения. Возьмем С1 = 100мкФ, у которого Хс на этой частоте составляет величину 1,6 Ом. На всякий случай: емкостное сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле:
Хс = 1/2пfC.
А теперь просимулируем нашу схему №3. Номиналы резисторов и условия симуляции повторяют схему из первой части статьи. Запускаем Multisim:
МС1
И видим, что параметры схемы стали практически такими же, как схемы №2 (см. первую часть), т.е. выросло усиление до 218, но вырос и КНИ до 11%.
А объясняется все просто. Конденсатор С1 зашунтировал резистор Rэ по переменному току, как бы закоротив его в схеме, и в действие вступило пресловутое вредное собственное сопротивление эмиттера транзистора, подленькое rэ)). Давайте взглянем на осциллограмму:
МС1
Опять видим, что верхняя полуволна шире, и это объясняет рост КНИ (неравномерное усиление полуволн сигнала).
Т.е схема №3 в части параметров усиления сигнала равна схеме №2, только у нее выше термостабильность, и номиналы резисторов легко посчитать:
Рис.3
Вывод: хорошую схему не нужно портить никакими конденсаторами)), а если нам нужно бОльшее усиление, то лучше применить другие схемотехнические решения. Что касается данной схемы, то часто последовательно с конденсатором С1 устанавливают резистор (R1) номиналом от десятков до сотен Ом, выбирая между максимальным усилением и минимальными искажениями (рис.3а):
Рис.3а.
Закончим разбор хорошей «изящной») схемы №1 подсчетом величины её входного и выходного сопротивления. Но прежде, как я и обещал, расскажу о критериях выбора номиналов резисторов RБ1 и RБ2.
Очевидно, что они стоят параллельно входному сопротивлению транзистора, а значит их номинал «чем больше – тем лучше». Однако, ток, протекающий через них, должен быть больше в несколько раз тока базы транзистора, иначе все расчеты и преимущества стабильности схемы при разбросе номиналов элементов пойдут на убыль. Не буду Вас отвлекать подробными теоретическими выкладками, скажу только, что для транзисторов с коэффициентом усиления h21э = 100 – 150 лучше выбирать значение сопротивления RБ1 и RБ2 (в килоомах), умножив значение падения напряжения на этих RБ1 и RБ2 на 5 (см. первую часть), а для транзисторов с более высоким h21э (300-500) множитель можно увеличить и до 10.
Входное сопротивление транзистора в схеме №1 можно посчитать по формуле Zвх1 = h21э*Rэ (т.е. в нашем примере 100*620 Ом = 62 ком).
Полное сопротивление каскада будет равно параллельно включённым сопротивлению RБ2 и входному сопротивлению транзистора, а если приблизительно, то немного меньше RБ2.
Входное сопротивление транзистора в схеме №2 будет равно
Zвх2 = h21э*rэ, например, при токе коллектора в 1 мА и с транзистором с h21э = 100 оно составит 100*25 Ом = 2,5 кОм. А так как rэ зависит от тока коллектора, входное сопротивление такого каскада тоже будет «гулять» при усилении сигнала в пределах периода. Еще один недостаток схемы без эмиттерного резистора Rэ.
Выходное сопротивление Zвых рассмотренных нами схем (да и вообще схем с ОЭ), при использовании транзисторов с достаточно большим коэффициентом усиления h21э (более 100), практически определяется номиналом резистора Rк (собственное сопротивление коллекторной цепи транзистора большое, сотни кОм – единицы Мом) подключено параллельно Rк и мало влияет на величину Zвых всей схемы), т.е. Zвых = Rк.
В заключение давайте рассмотрим другие схемы каскадов предварительных усилителей:
Рис.4.
В этих схемах количество элементов сведено к минимуму, а смещение рабочей точки транзистора в рабочую область задается не с помощью делителя напряжения, а установкой определенного тока базы, с помощью резистора RБ. Сразу скажу, что такой способ задания рабочей точки транзистора не очень хорош. Особенно для транзисторов с большим значением коэффициента усиления h21э. Расчеты нужно вести, привязываясь к h21э, который есть величина нестабильная, он сильно зависит от температуры и тока коллектора. Перед началом расчетов нужно знать его точное значение на необходимом для нас токе коллектора, что неудобно, да и два разных измерителя h21э покажут нам разные, порой довольно сильно отличающиеся значения.
Давайте не будем заморачиваться теорией расчета номинала резистора RБ, поверьте, его все равно придется подбирать. Скажу только, что «направление» изменения величины сопротивления этого резистора можно определить, измерив напряжение на коллекторе транзистора. Если напряжение Uк будет сильно отличаться от значения Uпит/2 в меньшую сторону (транзистор открыт), резистор необходимо выбрать с бОльшим сопротивлением, а если напряжение Uк будет сильно отличаться от значения Uпит/2 в бОльшую сторону (транзистор закрыт), тогда сопротивление RБ нужно уменьшать.
Ну и, как Вы, наверное, догадываетесь, отсутствие резистора Rэ в цепи эмиттера транзистора к чему приведет? Правильно, ко всем недостаткам схемы №2, связанным с влиянием rэ,о которых я писал раньше.
Но все же давайте просимулируем эти схемки в Мультисиме. Я подобрал значения сопротивления RБ, исходя из получения на коллекторе транзистора напряжения, равного Uпит/2.
Итак, схема №4:
МС2
МС2
И, наконец, схема №5:
МС3
МС3
Все понятно и прогнозируемо в свете вышеприведенных выкладок. Ку довольно большой, около 200, но вот КНИ = 11%....
Для полноты картины скажу еще пару слов про вот эти схемки:
Это некий гибрид схемы №1 схем №4 и №5. Наличие Rэ улучшает параметры схемы, уменьшая влияние rэ, но способ установления рабочей точки предполагает подбор сопротивления RБ вручную. Кроме того, у них, как и у схем №4 и №5, сильная зависимость параметров от напряжения питания.
Давайте сделаем выводы и прекратим разбор простейших схем предварительных усилителей сигналов.
Из всех схем, для применения в действительно качественной аппаратуре, годится только «изящная» схема №1:
Рис.6.
Схемы №4 и №5 годятся только для простейшей аппаратуры, либо для очень компактных применений, где нужно от каскада максимальное усиление при минимуме деталей, а хорошее качество усиленного сигнала не имеет большого значения, лишь бы в звуке всё было разборчиво)). Более-менее качественная работа таких каскадов возможна только при малых уровнях усиливаемых сигналов на входе – до 1-2 мВ.
Схемы №6 и №7.. ну не знаю.. Я бы свою аппаратуру на таких не ваял).
На этом разрешите данный обзор закончить. Надеюсь, Вам было интересно.
Все свои статьи я пишу не регулярно, а "под настроение" и "для души". Если Вам интересна или в чём-то полезна данная статья, Вы можете выразить свою благодарность, нажав на кнопочку "Поддержать".
Благодарю Вас за внимание.
Всем всего доброго!