Глава 28 Як

_______________ tjwsrzi

Рис. 28-19. Транс­форматорная связь.

дансной связью, усилитель с трансформаторной связью мо­жет использоваться только в узком диапазоне частот.

Когда необходимо усилить очень низкие частоты или сигнал постоянного тока, следует использовать усилитель с непосредственной (гальванической) связью (рис. 28-20). Усилители с гальванической связью обеспечивают равно­мерное усиление по току и напряжению в широком диа­пазоне частот. Усилители этого типа могут усиливать час­тоты от нуля герц (постоянный ток) до многих тысяч герц. Однако усилители с гальванической связью преимуще­ственно применяются на низких частотах.

Недостатком усилителей с гальванической связью явля­ется то, что они нестабильны. Любые изменения выходно­го тока первого каскада усиливаются вторым каскадом. Это происходит потому, что смещение второго каскада непос­редственно связано с первым каскадом. Для повышения

Рис. 28-20. Галь­ваническая связь.

стабильности требуется использование дорогих прецизион­ных компонентов.

28-3. Вопросы

1. Каковы четыре основных метода соединения транзис­торных усилителей?

2. Где, в основном, используется резистивно-емкостная связь?

3. В чем разница между резистивно-емкостной связью и импедансной связью?

4. В чем недостаток трансформаторной связи?

5. Какой метод связи используется при усилении низко­частотных сигналов и сигналов постоянного тока?

28-4. УСИЛИТЕЛИ С ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ

Усилители с гальванической связью или усилители постоянного тока используются для усиления низкочастот­ных сигналов или для усиления сигналов постоянного тока. Усилитель постоянного тока также используется для устранения индуктивных потерь в цепях связи. Усилите­ли постоянного тока применяются в компьютерах, изме­рительном и тестирующем оборудовании и в промышлен­ной аппаратуре для управления производственными про­цессами.

Простейший усилитель постоянного тока изображен на рис. 28-21. Чаще всего используется усилитель с общим эмиттером. Изображенная схема содержит цепь смещения на основе делителя напряжения и эмиттерную цепь обрат­ной связи. В цепях этого типа не используется конденса­тор связи. Входной сигнал подается прямо на базу тран­зистора. Выходной сигнал снимается с коллектора.

Усилитель постоянного тока может обеспечивать уси­ление как по току, так и по напряжению. Однако, он при­меняется, главным образом, в качестве усилителя напря­жения. Усиление по напряжению одинаково для сигналов постоянного и переменного токов.

Рис. 28-21. Простой уси­литель постоянного тока.

В большинстве случаев одного каскада усиления недо­статочно. Для получения более высокого усиления требу­ются два или более каскадов. Соединенные вместе два или более каскадов называются многокаскадным усилителем. На рис. 28-22 изображен двухкаскадный усилитель. Вход­ной сигнал усиливается первым каскадом. После этого усиленный сигнал поступает на базу транзистора второго каскада. Общее усиление цепи равно произведению коэф­фициентов усиления по напряжению двух каскадов. На­пример, если и первый, и второй каскады имеют коэффи­циент усиления по напряжению равный 10, то общий ко­эффициент усиления цепи равен 100.

На рис. 28-23 изображен усилитель постоянного тока другого типа. В нем используются транзисторы типов п-р-п и р-п-р. Цепь такого типа называется комплементарным усилителем. Функции этой цепи такие же, как и у цепи, изображенной на рис. 28-22. Разница только в том, что

Рис. 28-22. Двухкас­кадный усилитель постоянного тока.

Рис. 28-23. Компле­ментарный усилитель постоянного тока.

транзистор второго каскада р-п-р типа, р-п-р транзистор, перевернут, так что на эмиттер и коллектор подается на­пряжение смещения правильно.

На рис. 28-24 изображены два соединенных вместе тран­зистора, работающих, как одно целое. Эта цепь называет­ся схемой Дарлингтона. Транзистор Q_t используется для управления проводимостью транзистора Q_r Входной сиг­нал, поданный на базу транзистора Q_x, управляет током базы транзистора Q₂. Схема Дарлингтона может быть из­готовлена в одном корпусе с тремя выводами: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Она используется как простой усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления по напряжению.

Основным недостатком многокаскадных усилителей является их высокая температурная нестабильность. В цепях, требующих три или четыре каскада усиления по­стоянного тока, оконечный каскад может не усиливать ис­ходный сигнал постоянного или переменного тока, так как

Рис. 28-24. Схема Дарлингтона.

он будет сильно искажен. Та же самая проблема существует и со схемой Дарлингтона.

В случаях, когда требуется и высокий коэффициент уси­ления, и высокая температурная стабильность, необходим усилитель другого типа. Это — дифференциальный усили­тель (рис. 28-25). Его особенность в том, что он имеет два отдельных входа и может обеспечить либо один, либо два выходных сигнала. Если сигнал подан на вход транзисто­ра Q_x, усиленный сигнал появится между выходом А и землей, как в обычном усилителе. Однако малый сигнал появится также на резисторе R₄ и на эмиттере транзисто­ра Q₂. Транзистор Q₂ работает, как усилитель с общей ба­зой. Усиленный выходной сигнал появится между выхо­дом В и землей. Выходной сигнал с выхода В сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению к сигналу на выходе А. Это делает дифференциальный усилитель более универ­сальным, чем обычный.

Обычно дифференциальный усилитель не используется для получения выходного напряжения между одним из вы­ходов и землей. Выходной сигнал получают между выходом А и выходом В. Поскольку два выходных сигнала сдвину­ты относительно друг друга на 180 градусов по фазе, то меж­ду этими точками существует значительное выходное напря­жение. Входной сигнал может быть подан на любой вход.

Дифференциальный усилитель обладает высокой темпе­ратурной стабильностью, так как транзисторы Q_t и Q₂ рас­положены близко друг к другу и испытывают одинаковое влияние температуры. Кроме того, коллекторные токи транзисторов Q_t и Q₂ испытывают одинаковые тенденции к увеличению и уменьшению, так что выходное напряже­ние остается постоянным.

Дифференциальный усилитель широко используется в интегральных микросхемах и в электронном оборудовании. Он используется для усиления и(или) сравнения амплитуд сигналов как постоянного, так и переменного токов. Диф­ференциальные усилители можно соединять последователь­но для получения более высокого усиления. В некоторых случаях дифференциальный усилитель используется в ка­честве первого каскада в многокаскадных обычных усили­телях. Дифференциальные усилители, благодаря их универ­сальности и температурной стабильности, являются наи­более важным типом усилителей с гальванической связью.

28-4. Вопросы

1. В каких случаях используют усилители с гальваничес­кой связью?

2. Какую конфигурацию усилителя обычно используют в усилителях с гальванической связью?

3. Нарисуйте схемы следующих цепей:

а. Комплементарный усилитель.

б. Схему Дарлингтона.

в. Дифференциальный усилитель.

4. Как дифференциальный усилитель отличить от обычного?

5. Где, в основном, используются дифференциальные уси­лители?

28-5. УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Усилители звуковой частоты усиливают сигналы перемен­ного тока в диапазоне частот примерно от 20 до 20000 герц. Они могут усиливать весь диапазон звуковых частот или только небольшую часть его.

Усилители звуковой частоты делятся на две категории: усилители напряжения и усилители мощности. Усилите

ли напряжения применяются, главным образом, для полу­чения высокого усиления по напряжению. Усилители мощности используются для передачи большой мощнос­ти в нагрузку. Например, усилитель напряжения приме­няется, главным образом, для повышения напряжения вы­ходного сигнала до уровня, достаточного для раскачки уси­лителя мощности. После этого используется усилитель мощности для получения высокой мощности, необходимой для передачи сигнала на усилительные колонки или дру­гое устройство высокой мощности. Обычно усилители на­пряжения работают как усилители класса А, а усилители мощности — как усилители класса В.

На рис. 28-26 изображен простой усилитель напряже­ния. Изображенная цепь является цепью с общим эмитте­ром. Смещение транзистора выбрано для работы в классе А, чтобы обеспечить минимальные искажения. Усилитель может обеспечить заметное усиление по напряжению в ши­роком диапазоне частот. Наличие конденсатора связи не позволяет цепи усиливать сигнал постоянного тока.

Два или более усилителя напряжения могут быть соеди­нены последовательно для получения большего усиления. Каскады могут быть соединены с помощью RC связи или трансформаторной связи. Трансформаторная связь более эф­фективна. Трансформатор используется для согласования входного и выходного импеданса двух каскадов. Это пре­дохраняет второй каскад от перегрузки первым каскадом. Перегрузка возникает, когда устройство создает большую нагрузку и сильно влияет на выход, потребляя слишком

R

Ц о

Рис. 28-26. Усили­тель напряжения

большой ток. Трансформатор, используемый для связи двух каскадов, называется межкаскадным трансформатором.

Когда достаточный уровень выходного напряжения до­стигнут, используется усилитель мощности для раскачки нагрузки. Усилители мощности рассчитаны для раскачки определенных нагрузок и характеризуются мощностью в ваттах. Обычно сопротивление нагрузки лежит в пределах от 4 до 16 Ом.

На рис. 28-27 изображена схема усилителя мощности на двух транзисторах, которая называется двухтактной. Верхняя половина цепи является зеркальным отображени­ем нижней. Каждая половина представляет собой усилитель на одном транзисторе. Выходное напряжение снимается с первичной обмотки трансформатора в течение чередующих­ся полупериодов входного сигнала. Оба транзистора рабо­тают как усилители класса АВ или В. Вход двухтактного усилителя требует сдвинутых по фазе на 180° входных сигналов. Это означает, что один сигнал должен быть ин­вертирован по отношению к другому. Однако оба сигнала должны иметь одинаковую амплитуду и частоту. Цепь, со­здающая такой фазовый сдвиг сигнала, называется фазов­ращателем. Фазовращатель на одном транзисторе изобра­жен на рис. 28-28. Выходы взяты с коллектора и эмитте­ра транзистора. Фазовращатель работает, как усилитель класса А, обеспечивая наименьшие искажения выходно­го сигнала. Конденсаторы связи необходимы для компен-

^С2

С

KJ—

I

Фазовра­

щатель

< *

R

■О

-^J\_r- О—If

■о

Рис. 28-28. Фа­зовращатель.

сации разницы между коллекторным и эмиттерным напря­жениями постоянного тока.

Двухтактный усилитель, не требующий фазовращателя, называется комплементарным двухтактным усилителем. Для работы двухтактного каскада в нем используются тран­зисторы п-р-п и р-п-р (рис. 28-29). Два транзистора соеди­нены последовательно, эмиттерами друг к другу. Когда на каждый транзистор подается напряжение смещения в пря­мом направлении, между его базой и эмиттером возника­ет напряжение 0,7 вольт или 1,4 вольт между двумя база­ми. Два диода помогают поддерживать разность потенци­алов 1,4 вольт постоянной. Выходное напряжение берется из точки соединения ^эмиттеров через конденсатор связи.

Для усилителей мощностью более 10 ватт, трудно и до­рого подобрать пару п-р-п и р-п-р транзисторов с одинако­выми характеристиками. На рис. 28-30 изображена цепь, использующая два п-р-п транзистора в качестве мощного выходного транзистора. Мощные транзисторы раскачивают­ся двумя транзисторами п-р-п и р-п-р меньшей мощности. Верхний набор транзисторов образует схему Дарлингтона.

Рис. 28-29. Компле­ментарный двухтакт­ный усилитель мощ­ности.

с,

-К-

Рис. 28-30. Квазиком- плементарный усили­тель мощности.

021 ' °з:'

Нижний набор Транзисторов использует транзисторы п-р-п и р-п-р. Работая как одно устройство, они соответствуют р-п-р транзистору. Усилитель этого типа называется ква- зикомплементарным усилителем. Он работает так же, как и комплементарный усилитель, но не требует комплемен­тарных выходных транзисторов высокой мощности.

Так как усилители мощности развивают высокую мощ­ность, некоторые его детали сильно нагреваются. Для от­вода накопленного тепла используются радиаторы. Ради­атор — это устройство, имеющее большую площадь, кото­рая может излучать тепло. На рис. 28-31 изображены различные типы радиаторов для транзисторов.

Ф

Рис. 28-31. Типы радиаторов

28-5. Вопросы

1. В каком диапазоне частот используются усилители зву­ковой частоты?

2. Каковы два типа усилителей звуковой частоты?

3. Что такое межкаскадный трансформатор?

4. Нарисуйте схемы следующих устройств:

а. Двухтактного усилителя.

б. Комплементарного двухтактного усилителя.

в. Квазикомплементарного двухтактного усилителя.

28-6. ВИДЕОУСИЛИТЕЛИ

Видеоусилители — это широкополосные усилители, используемые для усиления видеоинформации. Диапазон частот видеоусилителя значительно шире, чем диапазон частот усилителя звуковой частоты. Он занимает полосу ча­стот от нескольких герц до 5 или 6 мегагерц. Например, для передачи телевизионного сигнала требуется полоса частот от 60 герц до 4 мегагерц. Радиолокаторы используют поло­су частот от 30 герц до 2 мегагерц. В цепях, использующих пилообразное или импульсное напряжение, необходим ча­стотный диапазон от одной десятой наименьшей частоты сигнала до десятикратно увеличенной наибольшей частоты. Такой широкий диапазон частот необходим потому, что не­синусоидальное напряжение содержит в своем составе мно­го гармоник и все они должны быть одинаково усилены.

Так как видеоусилители должны иметь однородную ам­плитудно-частотную характеристику, в них используется только гальваническая или RC связь между каскадами. Гальваническая связь обеспечивает наилучшую амплитуд­но-частотную характеристику, тогда как RC связь имеет эко­номические преимущества. Усилитель с RC связями имеет плоскую амплитудно-частотную характеристику в облас­ти средних частот диапазона, подходящую для видеоуси­лителей. Плоская амплитудно-частотная характеристи­ка — это термин, показывающий, что усиление усилите­ля только незначительно меняется в пределах заданного частотного диапазона. Амплитудно-частотная характери­стика такого усилителя представляет собой почти прямую линию; отсюда и термин — плоская амплитудно-частотная характеристика.

Фактор, ограничивающий усиление транзисторного усилителя на высоких частотах — это шунтирование транзистора паразитной емкостью цепи. Между перехода­ми транзистора существует небольшая емкость, ее величи­на определяется размером перехода и расстоянием между выводами транзистора, а также смещением, приложенным к переходу. Переход база-эмиттер, смещенный в прямом направлении имеет большую емкость, чем переход коллек­тор-база, смещенный в обратном направлении.

Для того, чтобы уменьшить влияние шунтирующей емкости и увеличить усиление на высоких частотах, в тран­зисторных видеоусилителях используются корректирую­щие катушки индуктивности. На рис. 28-32 изображен метод параллельной коррекции. Небольшая индуктивность включается последовательно с резистором нагрузки. В ди­апазоне низких и средних частот корректирующая индук­тивность почти не влияет на амплитудно-частотную харак­теристику. На высоких частотах катушка индуктивности резонирует с емкостью цепи, что приводит к увеличению выходного импеданса и поднимает усиление.

Другим методом является включение небольшой индук­тивности последовательно с конденсатором межкаскадной связи. Этрт метод называется последовательной коррекци­ей (рис. 28-33). Корректирующая индуктивность эффектив­но отделяет входные и выходные емкости двух каскадов.

Часто параллельная и последовательная коррекции комбинируются для того, чтобы усилить преимущества обоих методов (рис. 28-34). Это комбинирование может рас­ширить полосу пропускания усилителя до частот, превы­шающих 5 мегагерц.

Чаще всего видеоусилители используются в телевизи­онных приемниках (рис. 28-35). Транзистор Q_t включен,

Выход

Рис. 28-32. Парал­лельная коррекция.

как эмиттерный повторитель. Сигнал на транзистор Q, подается с видеодетектора. Видеодетектор получает видео­сигнал с усилителя промежуточной частоты. В цепи кол­лектора Q, транзистора включена параллельная корректи­рующая индуктивность (Lj). На пути выходного сигнала включена последовательная корректирующая индуктив­ность (L₂). После этого видеосигнал подается на электрон- но-лучевую трубку через конденсатор связи С₅.