в маломощных устройствах широко применяют стабилизаторы, использующие характеристики полупроводниковых стабилитронов. Качество стабилизащ1и повышается с применением активных приборов, таких, как транзисторы или электронные лампы. Электронное оборудование нормально работает при конкретном диапазоне напряжения питания.

Необходимо следить за тем, чтобы значение входного напряжения ие выходило за установленные рамки. Например, для стабилизатора 7805 эхо от +7 до +25 В. При увеличении входного напряжения растет выделяющаяся в микросхеме мощность. При слишком малом выходном напряжении стабилизация будет недостаточной и могут сильно возрасти пульсации выходного напряжения при больших токах. Оптимальное значение входного напряжения должно быть на 3 В больше выходного. Желательно, чтобы входное напряжение не превышало выходное более чем на 6 В.

ГЛАВА 7 ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ

Транзисторные усилители

Известны три основные конфигурации усилительного транзисторного каскада. Название каждого каскада определяется тем, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей. Так, в случае использования биполярных транзисторов это каскады с общим эмиттером, общей базой и обшим коллектором (рис. 7.1). В случае полевых транзисторов это каскады с общим стоком (рис. 7.2)

Рнс. 7.1. Базовые схемы усилителей на биполярном транзисторе:

о-с общим эмиттером; б - с обшим коллектором (эмиттерный Повторитель); в - с общей базой

Рнс. 7.2. Базовые схемы усилителей на полевом транзисторе с управляющим р-п-перехо-дом:

а - с общим истоком; б ~ с общим стоком (истоковый повторитель); в - с общим затвором

В табл. 7.1 приведены сравнительные характеристики каскадов на биполярных, а в табл. 7.2 на полевых транзисторах.

Следует отметить, что усилительные свойства каскада на полевом транзисторе определяются значением его крутизны gj.- У маломощных транзисторов крутизна составляет 1-10 мА/В, поэтому и коэффициент усиления по напряжению невысок. Мошные транзисторы, рассчитанные на ток порядка нескольких единиц и десятков ампер, имеют значительно большую крутизну (до 6-10* мА/В), но их не имеет смыс-

ТЬблица 7.1. Сравнительные характеристики каскадов иа биполярных транзисторах

Параметр

Каскад

с общим эмиттером

с обшим коллектором

с общей базой

Коэффициент уснлсиня напряжения K Коэффициент усиления тока Kj

Входное сопротивление, кОм Среднее (1) Выходное сопротивление. Среднее (0,5) кОм

Коэффициент усиления мощ- 4000 ности Kj.

Фазовый сдвиг, эл. град 180

Предельная частота уснчення f

Большой (40) < 1 Большой (40)

Большой (100) Большой (100) < 1

Большое (50) Малое (0,01) Малое (0,05) Среднее (0,5)

100 О

40 О

f /(l+*2 )

Примечание. В скобках даны ориентировочные значения параметров.

Таблица 7.2. Сравнительные характеристики каскадов на полевых транзисторах

Параметр

Каскад

с общим истоком с общим стоком с общим затвором

Коэффициент усиления Малый (4) напряжения *:

Коэффициент усиления -юка /Ст

Входное сопротивлсннс. Очень большое

Ом (10*)

Выходное сопротивле- Среднее (1000) ние. Ом

Фазовый сдвиг, эп. град 180

<1

Очень большое (10*)

Малое CSO)

Малый (4) I

Малое (250) Среднее (1000) О

Примечание. В скобках даны ориентировочные значения параметров.

ла использовать в качестве усилителей напряжения. Входной ток полевого транзистора практически равен нулю (прибор управляется напряжением), поэтому нет смысла говорить о коэффициенте усиления тока.

На рис. 7.3 приведены три простейших варианта /гС-усилительных каскадов с общим эмиттером. Схема на рис. 7.3, а крайне нестабильна. Она не допускает изменений температуры окружающей среды и смены транзистора. Схема на рйс. 7.3, б обладает достаточно хорошей стабильностью и вполне работоспособна. Самую хорошую стабильность в работе имеет схема, показанная на рис. 7.3, в, поэтому она получила наибольшее распространение, в том числе и в составе интегральных микросхем (без разделительных конденсаторов).

Ориентировочные значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов могут быть следующими: С. С = 10 мкФ с рабочим напряжением 6-10 В; = 100 мкФ х 6 В; =100 кОм; 7? ~ = 22 кОм; = 3,9 кОм; R- = 1 кОм. В усилителе используются транзисторы ВС107, ВС108, ВС109, ВС184 и т. п. Такой усилитель имеет коэффициент усиления напряжения порядка 50 в диапазоне частот от 10 Гц до 250 кГц.

Схема на рис. 7.3, в можст быть легко приспособлена для работы в качестве резонансного усилителя радиочастот. Для этого вместо резистора Ri следует включить параллельный колебательный контур или трансформатор промежуточной частоты. Максимальное усиление получается на резонансной частоте в диапазоне от 100 кГц до 30 МГц.

На рис, 7.4 показан вариант более сложной схемы усилителя на базе простейших каскадов с общим эмиттером и обшим коллектором. Это двухтактный эмиттерный повторитель, использующий комплемен-150

V С/ыг

Рис. 7.3. Разновидности усилительных каскадов с общим эмиттером:

в - с фиксированным током покоя базы; в - с параллельной обратной связью по напряжению; в - с последовательной обратной связью по постоянному току

тарную пару транзисторов (п-р-п- и р-и-р-типа VT2 и VT3). На транзисторе VTI выполнен предварительный усилитель. Режим транзистора VT1 задается резистором R1, через который осуществляется стабилизирующая параллельная отрицательная обратная связь по напряжению.

Диоды D1 и D2 определяют режим покоя транзисторов VT3 и VT2. Это сделано для уменьшения искажений усиливаемого сигнала за счет нелинейности входных характеристик VT2 и VT3. Резисторы R3 и R4 вместе с диодами D1 и D2 определяют ток покоя выходных транзисторов. Такая схема по существу является усилителем мощности и способна обеспечить мощность 1 Вт в нагрузке сопротивлением 8 Ом при питании от источника напряжением 9 В.

Компоненты схемы имеют следующие параметры: Ci = 10 мкФ х X 15 В; С2 = 470 мкФ х 15 В; =330 кОм; Л2 = 1 кОм; Л5=2,2 Ом. Транзисторы; VT] типа ВС108, VT2 типа BFYSO, VT3 типа ВС461; диоды D1 и D2 типа 1N4148. Эта же схема с параметрами: С1 =22 мкФ х X 25 В; С2 = 1000 мкФ х 25 В; R1 = 100 кОм; R2 = 680 Ом; R3 =R4 = = 02 Ом; D1 и D2 типа 1N4148; VT1 типа ВС337, VT2 типа BD131, VT3 типа BD132 при питании от источника 18 В обеспечивает мощность 5 Вт в нагрузке сопротивлением 8 Ом.

Для балансировки выходного каскада целесообразно вместо резистора/?/ = 100 кОм установить последовательно включенные постоянное сопротивление 47 кОм и переменное сопротивление 100 кОм. Переменное сопротивление нужно регулировать таким образом, чтобы напряже-

Вход О-

-+Ucc Рис. 7.4. Двухтакшый усилтель моишости на комплементарных транзисторах

Выхбд

ние в точке соединения резисторов R3 и равнялось половине напряжения питания схемы. Транзисторы VT2 и VT3 следует установить на радиаторе с тепловым сопротивлением не более 10° С/Вт.

Максимальное значение мощности, которую можно получить в нагрузке для схемы на рис. 7.4, можно рассчитать по формуле

вых max

где - сопротивление нагрузки, подключаемой через конденсатор С2.

Пример 7.1. При напряжении питания f/, =25 В и сопротивлении нагрузки 8 Ом предельная выходная мощность

25 8 8

625 64

= 9,76 Вт.

Небольшие замечания и советы

Значения коэффициента усиления тока транзистора hfg имеют значительный технологический разброс, поэтому необходимо проектировать схемы усилителей, не чувствительные к изменению h. Хорошее стабилизирующее воздействие оказывает, например, применение отрицательных обратных связей Следует также учитывать, что Л сильно зависит от гока эмиттера транзистора, особенно в случае мощных транзисторов.

В nepBbLX каскадах усилителей, работающих с малым уровнем сигналов (менее 0,1 В), следует использовать малошумящие транзисторы (например, типа ВС 109) .

В двухтактных выходных каскадах усилителей мощности очень эффективны мощные комплементарные МДП-транзисторы.

Транзисторные генераторы электрических колебаний

На рис. 7.5 показаны простые схемы транзисторных генераторов синусоидальных колебаний на основе усилителя с общим эмиттером с час-хотозависимой параллельной обратной связью по напряжению.

+Ucc

- njC* -ИЬ

,Выход

Рис. 7.5. Схемы генераторов синусоидальных колебаний

На рис. 7.5, а изображен генератор с двойным Т-образным мостом. Частота генерируемых им колебаний определяется соотношением

где R =R1 =R2 =1R3; С=С1 С2 =С312.

Типичными значениями параметров элементов схемы являются следующие: Ci =С2 = 10 нФ; СЗ =22 нФ; R1 =/?2 = 10кОм; Л=4,7кОм. Применяются транзисторы ВС109, ВС182. В184 и т. п. при =3,9 кОм и С4 = \ мкФ.

Частота колебаний равняется 1,6 кГп и двойная амплитуда колебаний составляет 2 В при напряжении питания 9 В. Возможна подстройка частоты в пределах ± 10% с помощью резистора, включенного последовательно с резистором R3

На рис. 7.5, б показана схема генератора на основе многозвенной RC-цепи. Каждое из трех звеньев дает сдвиг ьО эл. град на резонансной частоте, которая рассчитывается по формуле

где R = Ri = R2 = R4 {R4 равняется параллельному соединению RB и входного сопротивления транзистора УТ1); С =С1=С2= СЗ.