Транзистор – это полупроводниковый элемент, предназначенный для усиления электрических сигналов.

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Первые управляются сигналом тока, подаваемым на его вход, а вторые – напряжением. Биполярный транзистор имеет два электронно-дырочных, перехода и три вывода – эмиттер, базу и коллектор. Биполярные транзисторы могут быть прямой или обратной проводимостями, а полевые с р или п каналами. Возможны три схемы включения транзистора: с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером.

На рис. 2 показаны схемы включения биполярного транзистора прямой проводимости их основные характеристики: а) – с общей базой; б) с общим коллектором; в) с общим эмиттером:

где Кi – коэффициент усиления по току; Ku – коэффициент усиления по напряжению; Rвх – входное сопротивление; Rвых выходное сопротивление.

Преимущественное распространение имеет схема с общим эмиттером (рис. 2, в).

Свойства транзистора в статическом режиме при такой схеме включения определяются семействами входных и выходных характеристик, показанных нарис. 3, а, б. Зависимость тока коллектора от тока базы определяется выражением

где Iк – ток коллектора; Iб -ток базы; Iк.о – обратный ток коллектора; β -коэффициент передачи тока базы. Значение коэффициента β в зависимости от типа транзистора и режима его работы может быть от 30 до 300. Биполярный транзистор имеет малое входное и значительное выходное сопротивление. Если в цепь коллектора включить резистор, то при изменении тока базы будут одновременно изменяться ток и напряжение коллектора. При этом изменение мощности, выделяемой в коллекторной цепи, будет значительно больше изменения мощности на входе транзистора. На этом основана работа транзисторного усилителя.

По роду усиливаемого, сигнала различают транзисторные усилители постоянного и переменного тока. Так как с помощью одного каскада не удается решить задачу усиления, то усилители обычно выполняются многокаскадными. В многокаскадных усилителях переменного тока связи между каскадами, между источником сигнала и входом усилителя, а также между выходом и нагрузкой выполняются с помощью конденсаторов или трансформаторов. В усилителях постоянного тока эти связи выполняются непосредственно. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельные каскадов.

Каскад(усиления) – это функциональный узел устройства, содержащий усилительный элемент, связанный с предыдущими или последующими узлами устройства.

Схема усилительного каскада переменного тока с ёмкостной связью показана на рис. 4, а.

а б

В ней резисторы R1 и R2 обеспечивают режим покоя транзистора (на входе нет сигнала) заданием потенциала базы, при котором усилитель работает в пределах линейного участка входной характеристики транзистора. Резистор Rэи конденсатор Сэпредназначены для температурной стабилизации схемы. Конденсаторы С/ и С2 обеспечивают развязку каскада по постоянному току и напряжению со стороны его входа и выхода.

Читайте также:  Как правильно вшить молнию в юбку видео

Коэффициент усиления каскада зависит от частоты сигнала, подаваемого на вход. В области средних частот его значение Ко. Эта зависимость может быть представлена амплитудно-частотной характеристикой (рис. 4, б), которая содержит три области частот: средние ω, низшие ωн и высшие ωв. Снижение коэффициента усиления в области низших частот определяется наличием, входной и выходной емкостей, а в области высших частот – емкостью коллекторного электронно-дырочного перехода транзистора и паразитной емкостью монтажа.

Усилители постоянного тока (УПТ) применяются в автоматических регуляторах, в моделирующих устройствах и в других системах. Особенностью их является непосредственная связь между источником сигнала и входом усилителя, между каскадами и между выходным каскадом и нагрузкой. Это обстоятельство требует, чтобы в режиме покоя потенциалы точек связи были равны, что достигается с помощью резисторных делителей напряжения, опорных диодов или дополнительных источников питания.

Усилители постоянного тока имеют недостаток, называемый дрейфом нуля. Он состоит в том, что при закороченном входе выходное напряжение может изменяться по случайному закону. Это явление связано с температурной нестабильностью параметров транзисторов и других элементов схемы усилителя, а также со случайными колебаниями напряжения источника питания. Существует ряд схемных методов уменьшения дрейфа нуля, к которым относится применение отрицательной обратной связи и балансных схем УПТ.

Схема трехкаскадного УПТ и его частотная характеристика показаны на рис. 5, а

Завал частотной характеристики в области высших частот (рис. 5, б) связан с теми же причинами, что и в усилителях переменного тока (наличие Ск и емкости монтажа). УПТ могут усиливать и переменные сигналы.

Для получения значительной мощности, соответствующей мощности нагрузки, применяются выходные каскады усилителей – усилители мощности. Они бывают однотактными и двухтактными. В первых транзистор усиливает обе полуволны, а во вторых имеется два транзистора, каждый из которых усиливает свою полуволну (рис.4.5.).

Усилители мощности могут быть с трансформаторными входом и выходом. Применение трансформатора позволяет согласовать сопротивление усилителя и нагрузки и таким образом получить большой коэффициент усиления.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Усилителиэто электронные цепи, используемые для увеличения амплитуды электрического сигнала. Цепь, рассчитанная на преобразование низкого напряжения в высокое, называется усилителем напряжения. Цепь, рассчитанная на преобразование слабого тока в большой по величине, называется усилителем тока.

Типы усилителей

Для обеспечения усиления транзистор должен принять входной сигнал и выдать выходной, значительно больший, чем входной.

Входной сигнал управляет током, текущим через транзистор. Этот ток, в свою очередь, управляет напряжением на нагрузке. Транзисторная цепь рассчитана таким образом, чтобы брать напряжение от внешнего источника питания (Vcc) и подавать его на резистор нагрузки (Rl) в виде выходного напряжения.

Транзистор используется, главным образом, как усилительное устройство. Существует несколько способов включения в цепь транзистора: схема с общей базой, схема с общим эмиттером и схема с общим коллектором. В каждой из этих схем один из выводов транзистора служит общей точкой, а два других являются входом и выходом. Каждая схема может быть собрана как с р-п-р, так и с п- р-п транзистором. В каждом случае на переход эмиттер- база подается напряжение смещения в прямом направлении, а на переход коллектор-база — в обратном. Каждая схема имеет преимущества и недостатки.

Читайте также:  В какой программе можно сделать проект кухни

В схеме с общей базой входной сигнал подается в цепь эмиттер-база, а выходной наблюдается в цепи коллектор-база. База является общим элементом для входа и выхода.

В схеме с общим эмиттером входной сигнал подается в цепь эмиттер-база, а выходной сигнал снимается с нагрузки в цепи коллектор-эмиттер. Эмиттер является общим для входа и выхода. Этот способ включения транзистора используется наиболее широко.

Третий тип соединения — это схема с общим коллектором. В этой схеме входной сигнал подается в цепь база-коллектор, а выходной сигнал снимается с цепи эмиттер-коллектор. Здесь коллектор является общим для входа и выхода. Эта схема используется для согласования импедансов.

В таблице, приведены входные и выходные сопротивления, а также величина усиления по напряжению, току и мощности для трех схем включения транзистора.

В зависимости от используемых усилительных элементов, усилители мощности звуковой частоты подразделяются на:

Ламповые.

На электронных, электровакуумных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). С конца XX века наблюдается повышение интереса к ламповой звукотехнике в среде аудиофилов, многие, из которых считают, что только ламповый усилитель способен передать максимально чистый и верный звук. В настоящее время ламповые УМЗЧ выпускаются за рубежом небольшими партиями для аудиофилов, стоить такой усилитель может крайне дорого. Ламповые УМЗЧ обладают значительными габаритами и весом, низким к.п.д. и высоким тепловыделением.

Транзисторные.

На биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется интегральными даже в мощных усилителях.

Интегральные.

На интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле, как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ – минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.

Гибридные.

Часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.

По количеству независимых каналов звукоусиления можно выделить:

  1. Моноусилители (одноканальные).
  2. Стереоусилители (двухканальные).
  3. Усилители систем объемного звука (многоканальные).
Читайте также:  Как соединить два резиновых шланга

Подавляющее большинство усилителей имеют 2 канала, то есть, рассчитаны на применение в стерео-системах звуковоспроизведения. Однако многие из них имеют мостовой режим подключения к нагрузке и могут использоваться как одноканальные. Выходная мощность при этом увеличивается примерно в 2 раза.

Моноусилители используются в стереосистемах высокого класса или, например, в многоканальных системах для воспроизведения отдельных сигналов.

Многоканальная звуковая технология делает доступной реализацию собственного домашнего кинотеатра, даёт возможность построить по своему усмотрению систему объёмного высококачественного звука. Это позволяет ощутить тончайшие детали звуковой картины разных концертных залов при прослушивании аудиозаписей выполненных в многоканальном формате. Главной трудностью проектирования таких систем является сложность обеспечения одинаково точной локализации источников звука воспринимаемых слушателем во время воспроизведения по отношению к реальному расположению этих источников звука при записи. Данный эффект проявляется тем сильнее, чем дальше от центра зоны прослушивания удаляется слушатель.

Многоканальные системы используются не только для реализации звуковых эффектов и расширения стереобазы. Многие театры и концертные комплексы строились без учета современных требований к архитектурной акустике и имеют сложную многоярусную структуру, объемом более 10 куб.м на человека. Реализация стереосистемы в таких помещениях неизбежно приведет к тому, что отраженные от ярусных перекрытий, потолка и стен волны будут действовать локально, появятся участки с неравномерным распределением звукового поля. Дополнительная неприятность заключается в том, что на разных частотах эта неравномерность проявляется по-разному.

Решить подобную задачу способна только многоканальная система. Сигнал с помощью кроссоверов, входящих в состав оборудования профессиональной системы, разделяется на несколько частотных диапазонов, которые отдельно усиливаются и воспроизводятся. Добиться ровного звукового поля во всем диапазоне воспроизводимых частот удается только при использовании множества правильно подобранных и расположенных узкополосных акустических систем. Направленное действие акустических систем приводит к существенному уменьшению реверберации, увеличению звукового давления и минимизации фазовых искажений в озвучиваемом участке помещения. Следует отметить, что ошибка в 1 градус при ориентировании акустических систем линейного массива (вследствие низкого качества проекта и/или монтажа) может свести на нет все преимущества многоканальной системы. Как правило, каждый элемент устанавливаемых кластеров питается от собственного цифрового усилителя D или T класса, который настраивается для получения оптимальных характеристик звукового поля с учетом типа применяемых динамиков и твиттеров, объема и материала корпуса. Цифровой усилитель может содержать звуковой процессор, способный вносить в сигнал частотные и временные предыскажения.

Многоканальные системы также могут использоваться при необходимости разделить помещения на несколько независимых зон, в которых воспроизводятся различные музыкальные программы. Этот прием используется, например, в развлекательных комплексах, состоящих из множества залов. Достоинство такой системы заключается в возможности централизованного управления.

Похожие записи: