1.5. Типы связи между каскадами

Каскады усилителей низкой частоты можно соединять при помощи конденсаторов, трансформаторов или непосредствен­ным образом. На рис. 1.5 показана типичная RC-связъ между каскадами. Здесь выходной сигнал транзистора Т₁, действую­щий на резисторе Rz, поступает на вход базы транзистора Т₂ следующего каскада через разделительный конденсатор С₅, об­ладающий малым реактивным сопротивлением. Этот конденса­тор не пропускает постоянной составляющей напряжения и тем самым предотвращает нарушение режима по постоянному току следующего каскада. На Т₁ входной сигнал поступает также через конденсатор.

Рис. 1.5. RC связь между каскадами.

Рис. 1.6. Усилитель постоянного тока на транзисторах с проводимостью разного типа.

Емкость конденсатора С₅ должна быть достаточно большой, чтобы этот элемент представлял собой малое реактивное сопро­тивление для передаваемого сигнала. Так как реактивное со­противление конденсатора с понижением частоты сигнала воз­растает, емкостная связь вызывает неравномерность усиления в тех случаях, когда передаваемый сигнал содержит широкий спектр частот (спектр звуковых частот лежит в диапазоне при­мерно 30 Гц — 15 кГц). Желательно, чтобы реактивное сопро­тивление конденсатора Сз было в два (или более) раза меньше сопротивления резистора R₄. Заметим, что конденсатор С₅ со­единен последовательно с резистором R₄, другой вывод которо­го заземлен для сигнала через конденсатор С₄. Таким образом, выходной сигнал транзистора Т₁ передается на базу транзисто­ра Т₂ через цепочку, составленную из конденсатора С₅ и рези­стора R₄, причем на базу поступает только часть передаваемо­го напряжения, которая падает на R₄. Следовательно, чем мень­ше реактивное сопротивление конденсатора Сз по сравнению с сопротивлением R₄, тем большая часть сигнала поступает на вход транзистора Т₂.

В усилителях с непосредственной связью вспомогательные элементы (разделительные конденсаторы или трансформато­ры) не используются. В таких усилителях выход одного кас­када непосредственно присоединяется к входу следующего кас­када. По этой причине исключаются недостатки RС-связи и частотная характеристика усилителя расширяется в область низких частот вплоть до постоянного тока.

На рис. 1.6 показан усилитель с непосредственной связью, в котором используются транзисторы разных типов проводи­мости: n — р — n и р — n — р; коллектор первого транзистора при­соединен непосредственно к базе второго. Требуемые прямое и обратное смещения для обоих транзисторов обеспечиваются юдним источником питания. Отрицательный потенциал, необхо­димый для эмиттера n — р — n-транзистора, поступает от отрица тельного вывода источника через общую землю. Положитель­ный вывод источника присоединен к делителю напряжения на резисторах R₁ и R₂. Выходное напряжение этого делителя по­ложительно относительно земли, и поскольку оно поступает на базу транзистора Т₁, потенциал базы положителен относитель­но эмиттера. Коллектор n — р — n-транзистора положителен от­носительно эмиттера, так как подключен к положительному выводу источника через резистор R₃.

Рис. 1.7. Усилитель мощности с трансформаторным выходом.

Для получения нужного прямого смещения во входной цепи транзистора Т₂ его эмиттер присоединен к положительному вы­воду источника. База второго транзистора также положитель­на, так как соединена с положительным выводом источника че­рез делитель напряжения, образуемый резистором R_z и внут­ренним сопротивлением транзистора Т₁. Следовательно, потен­циал коллектора транзистора Т₁ и базы Т₂ отрицателен относи­тельно положительного вывода источника. Поэтому потенциал базы второго транзистора отрицательнее потенциала эмиттера на величину падения напряжения на R₃. Необходимый отрица­тельный потенциал коллектора второго транзистора создается путем подсоединения коллектора к отрицательному выводу ис­точника питания через резистор R±. Таким образом, обеспечива­ется требуемое обратное смещение коллекторного перехода р — n — р-транзистора.

Трансформаторные выходные каскады и трансформаторная связь между каскадами иногда используются в низкокачествен­ных недорогих радиоприемниках. В высококачественных уст­ройствах трансформаторы обычно не применяются. Для сиг­налов разных частот индуктивности обмоток трансформаторов имеют разные сопротивления, что приводит к увеличению не­равномерности амплитудно-частотных характеристик. Кроме этого, первичные и вторичные обмотки трансформаторов имеют распределенные емкости, которые понижают коэффициент трансформации для ВЧ-составляющих сигнала.

Типичная схема усилителя звуковых частот с емкостной связью на входе и трансформаторной на выходе показана на рис. 1.7. Такой усилитель называется однотактным в отличие от двухтактных, которые будут описаны ниже.

Входной сигнал поступает на вход транзистора с регулято­ра усиления через цепочку связи, состоящую из конденсатора C₁ и резисторов R₂ и R₅. Собственно сигнал прикладывается между базой и эмиттером транзистора, так как цепь R₃C₃ слу­жит для температурной стабилизации рабочей точки транзисто­ра. Переменный ток, появляющийся при этом в коллекторной цепи транзистора, создает усиленный по мощности сигнал. Здесь использован выходной трансформатор звуковой частоты, хотя, как будет показано далее в этом разделе, без этого элемента вполне можно обойтись. Трансформатор обеспечивает согласо­вание между импедансом катушки громкоговорителя Z₂ и вы­ходным импедансом коллекторной цепи транзистора Z₁. Коэф­фициент трансформации n выходного трансформатора можно записать как

(1.4)

Таким образом, если, например, необходимо согласовать им­педанс катушки громкоговорителя Zz = 8 Ом с выходным им­педансом усилителя Zi = 8000OM, то отношение числа витков первичной обмотки трансформатора к вторичной должно быть равно примерно 32, так как

Это отношение можно реализовать, если, например, число витков первичной обмотки будет составлять 320, а вторичной — 10 (или первичной 640 витков, а вторичной — 20).

При низком качестве трансформаторов, кроме упомянутых выше потерь сигнала из-за распределенных емкостей, возника­ют также потери из-за действия вихревых токов. При прочих равных условиях трансформатор с сердечником большего сече­ния имеет меньшее число витков в обмотках, поэтому сопротив­ление обмоток постоянному току у такого трансформатора по­лучается меньшим. Так как при увеличении площади сечения сердечника увеличивается магнитная проводимость, то число витков, необходимое для получения той же индуктивности, уменьшается. На омическом сопротивлении любой обмотки трансформатора будет теряться звуковая мощность, поэтому сопротивления обмоток постоянному току стараются сводить к разумному минимуму.