В предыдущей статье мы разбирались с основами усилителей, немного было сказано о том, что такое обратная связь и коэффициент усиления. Был приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть чуть глубже, чтобы понять основы основ.
Транзистор можно представить в виде переменного сопротивления. Положение регулятора зависит от тока подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень большое. При подаче на базу небольшого тока, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепи К-Э потечет ток в h21 раз больше тока базы. H21 это величина коэффициента усиления транзистора, находится по справочнику.
Если ток базы постепенно увеличивать, то сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, до тех пор пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы и рассматривали в статье про подключение нагрузки при помощи транзистора.
На этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, то сигнал на выходе будет являться копией входного, но усиленный в несколько раз. Теперь разберемся с усилением. Дело в том, что h21, имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора может находиться в пределах от 400 до 1000. Так же, он зависит от температуры. Поэтому, существует типовая схема усиления, которая учитывает все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать какие они вообще бывают.
Вспомним что мы представляли усилитель, как черный ящик — две ножки вход и две выход. В случае с транзистором, одна из ножек будет постоянно общей для входа и для выхода. В зависимости от этого транзистор может быть включен по схеме с общем базой, с общим коллектором и общим эмиттером.
Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Наша цель рассмотреть включение по схеме с общим эмиттером, потому что данная схема позволяет усилить и ток, и напряжение.
На самом деле, информации с расчетом схемы с общим эмиттером в интернете полно, но на мой взгляд, она не годится для человека, который с трудом представляет себе как выглядит транзистор. Здесь мы будет рассматривать максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приближенный, но, нам мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся шаг за шагом разложить все по полочкам.
Реальный транзистор имеет несколько особенностей, которые нужно учитывать при разработке схемы. Например, если сигнал маленькой амплитуды подать на базу, то на выходе ничего не будет — транзистор просто напросто не откроется. Для того, чтобы на выходе появился сигнал, его нужно приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается при помощи делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимание, расчет будет чуть дальше.
Следующий момент, когда транзистор будет открываться, то по цепи коллектор-эмиттер потечет ток, причем когда транзистор будет полностью открыт, то ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Величина максимального тока приводится в справочнике, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора ставится токоограничивающий резистор (как для светодиода).
Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что когда под влиянием окружающей температуры напряжение на выходе изменяется, изменяется и ток коллектора. Так как ток коллектора и эмиттера одинаков, то и на эмиттерном резисторе изменяется напряжение. Напряжение базы и эмиттера связаны формулой Uбэ = Uб – Uэ. получается, что если на выходе напряжение увеличилось, то на базе оно уменьшится, при этом транзистор призакроется и наоборот. Таким образом транзистор сам себя регулирует, не давая напряжению изменяться под действием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор играет роль отрицательной обратной связи.
Вспомним, что коэффициент усиления находится в довольно большом диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи, позволяет контролировать величину коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллекторного резистора к эмиттерному, примерно, является коэффициентом усиления Ku.
Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для того чтобы ток от внешнего источника VCC не протекал через источник V1 ставят блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.
Теперь, задача рассчитать его. Пусть дан источник сигнала 50mV, который нужно усилить примерно в 10 раз.
Чтобы не было искажения сигнала, на базу необходимо подавать напряжение смещения, т.е. транзистор должен быть постоянно приоткрыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе, по цепи коллектор-эмиттер постоянно будет протекать ток. Этот ток называется ток покоя, его рекомендуемая величина 1-2мА. Остановимся на 1мА.
Теперь нужно выбрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но необходимо учесть, что транзистор не сможет усиливать напряжение ниже 0,7В, поэтому сигнал на выходе обычно колеблется относительно некоторой точки, в качестве которой обычно выбирают половину напряжения питания. Поэтому половина напряжения должна падать на этих резисторах, а вторая половина будет падать на транзисторе.
R3+R4 = (Uпит/2)/Iк = 2,5В/0,001 = 2,5кОм.
Требуемый коэффициент усиления 10, т.е. R3 должен быть больше R4 в 10 раз. Исходя из этого есть два условия:
R3+R4=2500
R3=10*R4
Подставим в первую формулу второе выражение
10R4+R4=2500
11R4=2500
R4=227 Ом ближайший реально существующий номинал 220 Ом
R3=10*R4=2270 ближайший номинал 2,2кОм
Пересчитаем напряжение средней точки на выходе, с учетом выбранных резисторов:
Uк=Uпит-(Rк*Iк)=5-2,2*0,001=2,8В
Теперь нужно вычислить ток базы, для транзистора BC547C h21min=420
Iб=(Uпит/(Rк+Rэ))/h21=(5/(2200+220))/420=0,00000492А
Ток делителя R1,R2 должен быть в 5-10раз больше тока базы, для того, чтобы не оказывать на него влияния
Iд=Iб*10=0,0000492А
Рассчитаем общее сопротивление делителя R1,R2
R12=Uпит/Iд=5/0,0000492=101 692 Ом
Резистор R2 можно рассчитать зная напряжение на базе, для начала определим напряжение эмиттера:
Uэ=Iк0*Rэ= 0,001*220=0,22В
Напряжение Uбэ типовое для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
Uб=Uэ+Uбэ=0,22+0,66=0,88В
Отсюда вычислим сопротивление R2:
Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Eп=(101*0,88)/5=17 776 или 18кОм по номинальному ряду
Из их суммы R1,R2 можно найти R1
R1=R12-R2=101-18=83кОм или 82кОм из существующих
Остался только блокировочный конденсатор, его величина должна быть больше
C>>1/2*pi*f*R2||R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, возьмем 20Гц
С=1/(6,28*20*((82000*18000)/82000+18000))=0,53мкФ, можно поставить 0.47мкФ
В результате мы получили следующую схему:
Как видно выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Кu=432/50~8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще один момент, на графиках видно, что сигнал, как уже говорилось, смещен относительно нуля, убрать постоянную составляющую можно поставив на выход конденсатор. Так же обратите внимание, что усиленный сигнал смещен относительно входного на 180 градусов.
Добавить комментарий
Добрый день! Собрал вот эту схему
Как оказалось, она работает по хлопку. Хотелось бы переделать на любой другой звук (речь и т.д.). Насколько я понял, нужно увеличить значение конденсатора С3 до 100 мкф для увеличения частотного диапазона усиливаемого сигнала с микрофона. А вот с остальным обвесом первого транзистора путаюсь. Особенно беспокоит чувствительность при других звуках. Пожалуйста, помогите расчитать параметры резисторов
попробуйте просто увеличить C1 и C2
До каких, ориентировочно, параметров?
попробуйте 10мкф, если не поможет 100мкф
Можна поробовать поставить такие же, как и в обычных транзисторных усилителях, например — 47 мкФ.
Спасибо, на праздниках попробую!
Замена конденсаторов, к сожалению, результата не дала
Вероятно, не хватает усиления в первом каскаде для того, что бы открыть ключь на VT2. Можна попробовать поуменьшать R5 и R2, и поувеличивать R3 и R4. Лучше не все сразу, а по отдельности, например начав с Р4. А в описании схемы говорилось что-тото регулировке чувствительности? И схема так как есть на крики реагирует? 🙂
С резисторами конечно попробую помудрить, но чувствую, что все дело в узости полосы частот, усиливаемых первым транзистором. Насколько я понял изложенный выше материал, то резисторы Р2, Р3 — это цепь термостабилизации транзистора. (Пробовал пересчитать и получил, что Р2 должен составлять 430 кОм, Р3 1,2 Мом). Р4 — коэффициент усиления транзистора (Пробовал менять на 22 кОм — не помогло). Согласно статьи, чувствительность изменяется переменным сопротивлением ПР1. Но регулируется только чувствительность на громкость хлопка. Сдается мне, что либо полоса пропускания усиливаемого сигнала очень узкая либо одного транзистора не достаточно, что бы раскачать любой звук до нужной величины
Вот еще вопрос — для чистоты эксперимента можно ли убрать вообще Р2, Р3, а уж потом мудрить с Р4, Р5, С3
может быть еще проблема в источнике сигнала, т.е. в микрофоне
Микрофон проверил заменой заведомогодным.
Вообще убирать Р2 и Р3 нельзя, это цепь не столько термостабилизации, это больше задание рабочей точки транзистора. Термостабилизация — это Р5. Коэфициент усиления усилка на транзисторе прямопропорционален сопротивлению Р4, по этому его увеличивать надо.
За полосу отвечают не только С1 и С2, но и С3. Вот его надо бы еще увеличить, можна смело до 100 мкФ, и попробовать убрать (закоротить) ПР1, он выполняет роль отрицательной обратной связи по сигналу, и, соответственно, уменьшает усиление. Переменным можна сделать Р5.
Решил пересчитать значения резисторов и конденсатора С1 по вышеприведенным формулам.
В результате нашел ошибку в схеме автора статьи — перепутаны номера сопротивлений Р1,Р2 с Р3,Р4. Учел.
Приняв за условие, что сигнал с микрофона нужно усилить в 10 раз, получил следующие значения: Р1 (в моей схеме Р2) = 306,7 кОМ; Р2 (в моей схеме Р3) = 112,3 кОм; Р3 (в моей схеме Р4) = 6,8 кОм; Р4 (в моей схеме Р5) = 680 Ом; Расчет конденсатора произвести не смог в силу непонимания формулы C>>1/2*pi*f*R2||R1.
Что означает вот этот ее участок R2||R1 ???
Такая запись означает эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов Р1 и Р2.
На всякий случай, когда я Вам описывал какие резисторы менять — ориентировался на вашу схему 🙂
значит С1 = 0,1 мкф. (10-100 мкф устанавляивал — эффект нулевой). Пожалуйста, проверьте мои расчеты
Как сопрягать несколько транзисторных каскадов ?
основные принципы те же
Спасибо, поэксперементируем 🙂
а что подать на базу +, или —
на базу усиливаемый сигнал + напряжение смещения, если npn то +, если pnp то —
Насколько я понял для следующего каскада нужно также добавлять смещение на базе транзистора с помощью делителя напряжения. А между каскадами ставит конденсаторы, чтобы пролетала только переменная составляющая.
А вот жаль, что насчёт схем ОБ и ОК не расказано.
Насколько я понимаю схема с общим коллектором (ещё называется эмиттерным повторителем) не усиливает сигнал, а именно повторяет его. А нужен он для сопряжения разных сопротивлений входов и выходов.
Насчёт ОБ не уверен, но похоже на открытый ключ, всё время транзистор открыт. Наверное тоже для разных сопротивлений в источнике сигнала и на выходе нужен такой каскад.
К примеру динамик 4 ома — низкоомная нагрузка. Куда его лучше подключать? В схему ОК или ОБ?
Низкоомную нагрузку лучше цеплять в схему с ОК. Она дает усиление, но не по напряжению, а по току.
Схема с ОБ — не усиливает по току, но дает усиление по напряжению. Ее чаще применяют в схеме каскодного усилителя (опечатки нету, именно каскодного), который обладает более хорошими частотными характеристиками.
Похоже у Вас в расчетах косяки. Сделал в эксельке расчеты по вашим формулам. Разница в расчетах R1 b R2 с Вашей программой огромна. И кому верить?
Вчера спаял усилитель для микрофона по данным вашей программы, Итого, на коллекторе транзистора — 2,8 вольт при питании 3в. схема усиливает, но не дает покоя этот режим.
Данные: транзистор P100. h21e 420, Ik-15mA. Kус-420.
Резисторы впаял: R1-62k, R2-16к, R3-1k, R4-0. неужели пол питания на коллекторе не получил из-за расхождений резистора БЭ на 1,7к меньше расчетного?
…По моей эксельке расчет таков: R1-30,6k, R2-9,4k, остальные резисторы сошлись.
забейте на программу
Подскажите в какой программе моделировалась данная схема?
multisim
Прикрепите пожалуйста в статью файл схемы Мультисима, чтобы было уж совсем понятно А то в нем еще не силен:mrgreen:
Здравствуйте! я так понимаю это схема усилительного каскада? только я не могу понять до какого уровня сигнал нужно усилить что бы затем через оконечный каскад вывести на динамик 8 ом?((( у меня получилось 4 каскада, питание 20 вольт однополярное, выходной сигнал 9 воль.
Это схема усилительного каскада класса А. Если Вам нужно для домашних колонок, то лучше поискать готовые схемы, на том же радиокоте.
Спасибо за ответ! Ну то что это А класс я понял, просто не могу понять вот чего, пусть у нас несколько каскадов — на вход первого приходит сигнал 50мв, на выходе 400 мв, затем мы опять усиливаем этот сигнал и на выходе второго каскада получаем уже вольт( я просто для примера привожу единицы). и вот тут у меня проблема, я не могу понять…. кто нибудь объясните на пальцах. Вот этот вольт мы подаем на следующий каскад но вель сигнал имеет большую амплитуду верно? и транзистор этого каскада просто будет уходить либо в насыщение либо в отсечку? Либо для каждого каскада нужно подбирать особый транзистор что бы у него диапазон рабочей точки был выше??? или 1 вольта достаточно для управления выходного каскада???? или же нужно достигать огромных величин сигнала? я в край запутался. Прошу простить меня за ( для кого то это полная чушь что я написал) но я не знаю к кому обратиться. В сети нет схемы где указана какой величины сигнал на выходе каждого каскада. Если бы где нибудь была такая схема все встало бы на свои места. 3 каскада например на входе и выходе подписаны напряжение сигнала, и выходной.
Все упирается в напряжение питания. Транзистор будет «срезать» усиленный сигнал, только если он превышает напряжение питания, ибо он физически не может больше выдать. Т.е. если вы пытаетесь усилить 400мВ допустим до 5В, а питание 3В, то все что должно было быть выше 3В срежется. Достаточно ли одного вольта или нет, зависит от требуемой мощности. Допустим, если вы собираетесь измерять маленький сигнал термодатчика, то мощность не требуется, усилил его с 50мВ до 1В и нормально. А вот для динамика 15Вт, если питание 1В, то нему потечет 15/1 = 15А, если же питание будет 9В, то нему потечет 15/9 = 1.6А. Для первого случая нужны толстенные провода, для второго тонкие. Поэтому, кроме усиления по напряжению, нужно обеспечить усиление по току.
В общем вот что получилось ) входной каскад ОЭ на кт315- ток коллектора 0.001А, и еще 2 усилительных с ОЭ на том же самом( в общем 3 одинаковых), все с Ку 10) а вот оконечный каскад на комплиментарной паре BD139-140 в схеме с общим коллектором. Работает) но жуть… шипит… входное напряжение 0.5 в( мерил осциллографом ) напряжение питания 12 вольт. вот и не могу понять как это так сигнал то усилился…. уважаемый Администратор прошу вас выложить небольшую тему, как сделать самый простой усилитель с такими деталями) хотя бы посмотреть как это примерно должно было выглядеть. потому что как я понял у меня никакого усиления то и не получилось — в кооллекторах то всех каскадов всего лишь по 1 мА. ну только напряжение увеличивается.
http://avr-start.ru/?p=1831
Привет всем! Шипели кт315(((( поставил с2120 все норм стало. но басов нет. и ток потребления маленький какой то…. 0.080… странно блин. питание 12 вольт. громкость отличная.
если басов нет, поставьте кондеры побольше.
Добрый день.Свою схему опишу в словах.Это простая схема цмп на трех транзисторах,но на 220 в.Вход сигнала подается от усилителя автомагнитолы,собрана на микросхеме TDA 2003.Далее идет через выходной трансформатор (от лампового телевизора) на фильтра LC,с них на транзисторы 1D3009 и на лампочки,не более 25 Вт.Так вот,при такой схеме лампочки загораются полностью при максимальном звуке усилителя.Добавил сопротивление база эмиттер в пределах 1 ком,немного улучшилась чувствительность.Вот думаю поможет ли в моем случае делитель напряжения?По материалам которые находятся в интернете,что то не могу разобраться.Помогите пожалуйста.Как рассчитать схему?Быть может еще что куда добавить нужно,может конденсатор какой куда добавить?Напишите может нужна схема нарисованная,тогда как ее сюда расположить?
Поставьте последовательно в базу еще 1 резистор и им регулируйте коэффициент усиления. Секретов в расчетах нет, все считается по закону ома, но обычно у транзисторов большой разброс параметров, поэтому все проблемы решаются подбором резисторов по месту.
Спасибо.Понимаю на 12в,6в.Да.Там поднес резистор и смотри,но это же 220в,шлепнет более не захочешь.Вы имеете ввиду в базу резистор на коллектор или на эмиттер?
Биполярный транзистор усиливает ток подаваемый на базу. Регулируйте его.
