2.10 Каскад унч с динамической нагрузкой
Полевые транзисторы позволяют легко реализовать схемы усилителей низкой частоты с динамической нагрузкой. По сравнению с реостатным каскадом усиления, у которого сопротивление нагрузки постоянно,
усилитель с динамической нагрузкой имеет больший коэффициент усиления по напряжению. Принципиальная схема усилителя с динамической нагрузкой приведена на рисунке 2.7, а. В качестве динамического сопротивления стоковой нагрузки полевого транзистора Т1 используется активный элемент - полевой транзистор Т2, внутреннее сопротивление которого зависит от амплитуды сигнала на стоке транзистора Т1. Транзистор Т1 включён по схеме с общим истоком, а Т2 - по схеме с общим стоком. По постоянному току оба транзистора включены последовательно.
Рисунок 2.7 Принципиальные схемы усилителей с динамической нагрузкой.
а - на двух ПТ; б - на ПТ и биполярном транзисторе; в - с минимальным количеством деталей.
Входной сигнал Uвх подается на затвор полевого транзистора Т1, а снимается с истока транзистора Т2.
Каскад усиления (рисунок 2.7, а) может служить в качестве типового при построении многокаскадных усилителей. При использовании полевых транзисторов типа КП103Ж каскад имеет следующие параметры:
Коэффициент усиления по напряжению |
130 |
Частотная характеристика (по уровню 0,7), Гц |
10-10000 |
Максимальный выходной сигнал (при напряжении питания 9 В), В |
1,4 |
Следует отметить, что при использовании полевых транзисторов с малым напряжением отсечки можно получить больший коэффициент усиления по напряжению, чем при использовании полевых транзисторов с большим напряжением отсечки. Это объясняется тем, что у ПТ с малым напряжением отсечки внутреннее (динамическое) сопротивление больше, чем у ПТ с большим напряжением отсечки.
В качестве динамического сопротивления можно использовать и обычный биполярный транзистор. При этом коэффициент усиления по напряжению получается даже несколько выше, чем при использовании в динамической нагрузке полевого транзистора (за счёт большего Ri). Но в этом случае увеличивается количество деталей, необходимых для построения каскада усиления с динамической нагрузкой. Принципиальная схема такого каскада изображена на рисунке 2.7, б, причем параметры его близки к параметрам предыдущего усилителя, изображенного на рисунок 2.7, а.
Усилители с динамической нагрузкой следует использовать для получения большого коэффициента усиления в малошумящих УНЧ с низким напряжением питания.
На рисунке 2.7, в изображен усилительный каскад с динамической нагрузкой, в котором число деталей сведено к минимуму, причем эта схема обеспечивает коэффициент усиления до 40 дБ при малом уровне шума. Усиление по напряжению для этой схемы можно выразить формулой
(2.38)
где Sмакс1 - крутизна транзистора Т1; Ri1, Ri2 - динамические сопротивления транзисторов Т1 и Т2 соответственно.
3 Мощный усилитель низкой частоты с малошумящим предусилителем
3.1 Выходные каскады усилителя
Рисунок 3.1 Принципиальная электрическая схема
Данный усилитель (см. рис. 3.1) низкой частоты состоит из трёх каскадов: входного, предоконечного и оконечного. Входной каскад, построен на транзисторах VT1 и VT2 ,образующих дифференциальный усилитель.
Конденсатор C1 обеспечивает связь источника входного сигнала по переменному току (исключая проникновение постоянного тока) с входным каскадом усилителя. Резисторы R1 и R2 образуют базовый делитель напряжения, обеспечивающий постоянное напряжение на эмиттерном переходе в рабочей точке. Резистор R3 предназначен для обеспечения режима по постоянному току в коллекторной цепи транзистора. Резистор R4 служит для эмиттерной стабилизации рабочей точки транзисторов VT1 и VT2 дифференциального усилителя в диапазоне температур. 2. Предоконечный каскад построен на транзисторах VT5 и VT6, режим работы которых задан падением напряжения, создаваемым коллекторными токами транзисторов VT3 и VT4, на включённых в прямом направлении диодах VD3 и VD4. Резистор R7, диоды VD1 и VD2 служат для температурной стабилизации, а резистор R8 – для эмиттерной стабилизации транзистора VT4. Резисторы R9 и R10 – нагрузочные сопротивления транзисторов VT5 и VT6 предоконечного каскада. Транзистор VT3 работает как усилитель для раскачки последующих каскадов. 3. Оконечный каскад построен на транзисторах VT7 и VT8 – выходных транзисторах усиления мощности по току. Резисторы R11 и R12 служат для защиты мощных выходных транзисторов от коротких замыканий на выходе, с целью предупреждения превышения коллекторными токами допустимых значений. Резисторы R5 и R6,а так же конденсатор C2 образуют делитель напряжения цепи обратной связи, предназначенной для существенного уменьшения переходных искажений при малых сигналах. Здесь С2 и R5 – тонкомпенсирующая цепочка, предназначенная для увеличения низкочастотной составляющей в слабом выходном сигнале на выходе делителя R6, C2 и R5, т.е. чем меньше резистор R5, тем сильнее «заваливаются» верхние частоты, тем ниже тембр звука. Конденсатор C3 предназначен для связи выходных транзисторов по переменному току с нагрузкой, одновременно выполняет роль источника питания в течение одного из полупериодов, поскольку двухтактный выходной каскад, впрочем как и вся схема, питается «однополярным питанием».
Перечень электрорадиоэлементов:
- конденсаторы К50-16-(16В) – общего назначения, алюминиевые оксидно-электролитические, с однонаправленными проволочными выводами;
- резисторы МЛТ-0,125 и МЛТ-1 – постоянные непроволочные, общего назначения, металлодиэлектрические; - диоды КД 522А – кремниевые импульсные, с временем восстановления обратного сопротивления от 150-500н.сек.; - транзисторы – кремниевые, эпитаксиально-планарные; КТ3102А, КТ342Б – n-p-n универсальные; КТ361Д, КТ814А, КТ816А – p-n-p усилительные; КТ608А – n-p-n переключательные; КТ815А, КТ817А – n-p-n усилительные.
Таблица 3.1 Перечень элементов электрической схемы усилителя.
Поз. обозначение |
Наименование |
Кол. |
Примечание |
|
|
|
|
|
Конденсаторы |
|
|
С1 |
К50-16-10мкФ-16В |
1 |
|
С2 |
К50-16-50мкФ-16В |
1 |
|
С3 |
К50-16-2000мкФ-16В |
1 |
|
|
Резисторы |
|
|
R1 |
МЛТ-0,125-47 кОм±5% |
1 |
|
R2 |
МЛТ-0,125-51 кОм±5% |
1 |
|
R3 |
МЛТ-0,125-8,2 кОм±5% |
1 |
|
R4 |
МЛТ-0,125-2,2 кОм±5% |
1 |
|
R5 |
МЛТ-0,125-1 кОм±5% |
1 |
|
R6 |
МЛТ-0,125-10 кОм±5% |
1 |
|
R7 |
МЛТ-0,125-5,6 кОм±5% |
1 |
|
R8 |
МЛТ-0,125-330 Ом±5% |
1 |
|
R9,R10 |
МЛТ-0,125-100 Ом±5% |
1 |
|
R11,R12 |
0,1 Ом±5% |
1 |
|
|
Диоды |
|
|
VD1- VD4 |
КД 522А |
4 |
|
|
Транзисторы |
|
|
VT1 |
КТ3102А |
1 |
|
VT2 |
КТ342Б |
1 |
|
VT3 |
КТ361Д |
1 |
|
VT4 |
КТ608А |
1 |
|
VT5 |
КТ815А |
1 |
|
VT6 |
КТ814А |
1 |
|
VT7 |
KT816A |
1 |
|
VT8 |
KT817A |
1 |
|
|
|
|
|
Таблица 3.2 Условия эксплуатации.
Параметр |
Значение |
Температура окружающей среды |
10-350С |
Относительная влажность |
80% при 250С |
Давление |
630-800 мм рт. ст. |