Каскады усилителя

Усилитель колебаний звуковой (низкой) частоты — составная часть каждого современного радиоприемника, радиолы, любого телевизора или магнитофона. Усилитель является основой радиовещания по проводам, аппаратуры телеуправ­ления, многих измерительных приборов, электронной автоматики и вычислитель­ной техники, кибернетических устройств. По в этой беседе я буду говорить о немногом: об элементах и работе усилителей применительно к очень узкой области радиотехники — для усиления и преобразования электрических колебаний звуковой частоты в звуковые колебания.

Усилительным каскадом принято называть транзистор или электронную лампу с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспе­чивают им условия работы как усилителя. Усилитель, который ты делал к детек­торному приемнику (см. рис. 100), был однокаскадным. Его транзистор может быть составным (рис. 102), но усилитель все равно останется однокаскадным.

Но однокаскадный усилитель, будь он транзисторным или ламповым — безразлично, обычно не может обеспечить такое усиление низкочастотного сигнала, поступающего к нему ог детекторного приемника или звукоснимателя, чтобы звуковоспроизведение было громким. Для громкого воспроизведения колебаний звуковой частоты транзисторный усилитель должен быть минимум двух-трехкаскадным, а ламповый — двухкаскадным.

В усилителях, содержащих несколько каскадов, различают каскады пред­варительного усиления и выходные, или оконечные, каскады. Выходным является последний каскад усилителя, работающий на телефоны или громкоговоритель, а предварительными — все находящиеся перед ним каскады.

Задача одного или нескольких каскадов предварительного усиления заклю­чается в том, чтобы увеличить напряжение звуковой частоты до величины, необходимой для работы транзистора или лампы выходного каскада. От тран­зистора или лампы выходного каскада требуется повышение мощности колебаний звуковой частоты до величины, необходимой для работы громкоговорителя.

Для выходных каскадов наиболее простых транзисторных усилителей радио­любители часто используют такие же маломощные транзисторы, что и в кас­кадах предварительного усиления. Объясняется это желанием делать усилители более экономичными, что особенно важно для переносных конструкций с пита­нием от батарей. Выходная мощность таких усилителей небольшая — от несколь­ких десятков до нескольких сотен милливатт, но ее бывает достаточно для работы телефонов или маломощных динамических головок прямого излучения. В тех же случаях, когда вопрос экономии энергии источников питания не имеет столь существенного значения, например при питании усилителей от электро­осветительной сети, в выходных каскадах используют мощные транзисторы.

В выходных каскадах ламповых усилителей используют главным образом предназначенные для этой цели выходные пентоды и лучевые тетроды. Если у ламп каскадов предварительного усиления анодный ток обычно не пре­вышает нескольких миллиампер, а иногда и долей миллиампера, то у выходных ламп он достигает нескольких десятков миллиампер. Чем больше анодное напряжение и анодный ток лампы выходного каскада, тем мощнее может быть подключаемая к нему динамическая головка. Но чтобы выходная лампа отдала головке большую мощность, на управляющую сетку этой лампы нужно подать достаточно большое напряжение звуковой частоты. Бессмысленно, например, подводить к управляющей сетке такой мощной лампы, как 6П3С, напряжение от детекторного приемника. Хотя анодный ток этой лампы будет большим, но его низкочастотная составляющая будет слишком малой. Чтобы лампа 6П3С отдала большую мощность и заставила динамическую громко звучать, на ее управляющую сетку нужно подать напряжение низкой частоты с ампли­тудой до 10—12 В. Детекторный же приемник развивает на своем «выходе» Лишь доли вольта. Лампа 6П3С будет нормально работать от детекторного Приемника только в том случае, если действующее на его выходе напряжение Звуковой частоты будет предварительно усилено одним или двумя каскадами.

Каков принцип работы усилителя, состоящего из нескольких каскадов?

Схему простого транзисторного двух каскадного усилителя звуковой частоты ТЫ видишь на рис. 172. Рассмотри ее внимательно. В первом каскаде усили­теля работает транзистор Ть во втором — транзистор Т2. Первый его каскад является каскадом предварительного усиления, второй — выходным. Между ними — разделительный конденсатор С2. Принцип работы любого из каскадов этого усилителя одинаков и аналогичен знакомому тебе принципу работы Однокаскадного усилителя. Разница только в деталях: нагрузкой транзистора Т1 первого каскада служит резистор а нагрузкой транзистора Т2 выходного каскада — телефоны Тф1 (или, если выходной сигнал достаточно мощный, го­ловка громкоговорителя). Смещение на базу транзистора первого каскада пода­ется через резистор R1, а на базу транзистора второго каскада — через резистор R3. Оба каскада питаются от общего источника Uпит, которым могут быть ба­тареи или выпрямитель. Режим ра­боты транзисторов устанавливают подбором резисторов R1 и R3, что обозначено на схеме звездочками.

Действие усилителя в целом за­ключается в следующем. Электриче­ский сигнал, поданный через кон­денсатор С, на вход первого кас­када и усиленный транзистором Т1, с нагрузочного резистора R2 через разделительный конденсатор С2 по­ступает на вход второго каскада. Здесь он усиливается транзистором Т2 и телефонами Тф1, включенными в коллекторную цепь транзистора, преобразуется в звук.

Какова роль конденсатора С1, на входе усилителя? Он выполняет две задачи: свободно пропускает к транзистору переменное напряжение сигнала и преду­преждает замыкание базы па эмиттер через источник сигнала. Представь себе, что этого конденсатора во входной цепи нет, а источником усиливаемого сигнала служит электродинамический микрофон с малым внутренним сопротивлением. Что получится? Через малое сопротивление микрофона база транзистора ока­жется соединенной с эмиттером. Транзистор закроется, так как будет работать без начального напряжения смещения. Он будет открываться только при отри­цательных полупериодах напряжения сигнала. А положительные полупериоды, еще больше закрывающие транзистор, будут им «срезаны». В результате транзистор станет искажать усиливаемый сигнал.

Конденсатор С2 связывает каскады усилителя по переменному току. Он должен хорошо пропускать переменную составляющую усиливаемого сигнала и задерживать постоянную составляющую коллекторной цепи транзистора первого каскада. Если вместе с переменной составляющей конденсатор будет проводить и постоянный ток, режим работы транзистора выходного каскада Нарушится и звук станет искаженным или совсем пропадет.

Конденсаторы, выполняющие такие функции, называют конденсато­рами связи, переходными или разделительными.

Входные и переходные конденсаторы должны хорошо пропускать всю полосу частот усиливаемого сигнала — от самых низких до самых высоких. В ламповых усилителях звуковой частоты емкость таких конденсаторов не пре­вышает обычно 0,01—0,025 мкФ, в транзисторных же усилителях они должны иметь емкости не менее 5 мкФ.

Использование в транзисторных усилителях конденсаторов связи больших емкостей объясняется малыми входными сопротивлениями транзисторов по срав­нению с электронными лампами. Конденсатор связи оказывает переменному току емкостное сопротивление, которое будет тем меньшим, чем больше его емкость. И если оно окажется больше входного сопротивления транзистора, на нем будет падать большая часть напряжения переменного тока, чем на входном сопротивлении транзистора, отчего будет проигрыш в усилении. Емкост­ное сопротивление конденсатора связи должно быть по крайней мере в 3 — 5 раз меньше входного сопротивления транзистора. Поэтому-то .на входе, а также для связи между транзисторными каскадами ставят конденсаторы больших емкостей. Здесь используют обычно малогабаритные электролитические конденсаторы с обязательным соблюдением полярности их включения.

Таковы наиболее характерные особенности элементов двухкаскадного тран­зисторного усилителя звуковой частоты.

Схема лампового двухкаскадного усилителя показана на рис. 173. Левая (по схеме) часть усилителя тебе уже знакома по седьмой беседе (см. рис. 116).

А правая? Она аналогична левой. Отрицательное напряжение смеще­ния на управляющей сетке лампы Л1 первого каскада усилителя полу­чается благодаря падению напря­жения на катодном резисторе R2. Конденсатор С2, шунтируя резистор смещения R2, устраняет отрицатель­ную обратную связь между катодом и управляющей сеткой лампы. Вы­сокое положительное напряжение на анод этой лампы подается от источника питания Uпит через нагру­зочный резистор R3. Второй каскад усилителя отличается от первого только тем, что в анодную цепь его лампы включена обмотка / выходного трансформатора Тр1, к обмотке II которого подключена головка Гр1.

Источником входного сигнала может быть звукосниматель, микрофон, детекторный приемник. В результате работы лампы первого каскада на ее анод­ной нагрузке Я$ выделяются усиленные колебания звуковой частоты, которые через конденсатор связи Съ поступают на вход второго каскада. После допол­нительного усиления лампой второго, выходного каскада головка, являющаяся его нагрузкой, преобразует их в звуковые колебания.

Функции конденсаторов С1 и С3 здесь аналогичны функциям конденсаторов транзисторного усилителя. Но здесь роль конденсатора связи С3 более ответ­ственна: он должен быть абсолютным непроводником постоянного тока. Если же он будет хотя бы немного проводить постоянный ток, то на сетку лампы Л2 одновременно с усиливаемым сигналом попадет и высокое положительное напряжение из анодной цепи предыдущей лампы. От этого анодный и сеточный токи лампы второго каскада резко увеличатся, появятся большие искажения звука. Чтобы этого не случилось, качество диэлектрика этого конденсатора должно быть очень высоким.

Сопротивление анодного нагрузочного резистора определяется свой­ствами используемой лампы. Для лампы 6Ж8, например, его сопротивление должно быть 430—470 кОм, а его мощность рассеяния 0,25—0,5 Вт. Сопротив­ление сеточных резисторов R1 и R4, называемых также резисторами уте­чек сеток, может быть от 100 кОм до нескольких мегаом.

Вот, собственно, и все то основное общее, что можно сказать о сущности работы транзисторного и лампового усилителей и их особенностях. Число каскадов может быть больше, но принцип работы усилителя останется таким же — сигнал последовательно усиливается всеми каскадами и головкой громкого­ворителя, подключенной к его выходу, преобразуется в звук.

Для закрепления в памяти принципа работы транзисторного двухкаскад­ного усилителя звуковой частоты предлагаю смонтировать, наладить и про­верить в действии несколько его вариантов.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель