Транзисторный усилитель с повышенной выходной мощностью

Сразу же сделаю оговорку: хотя сейчас и пойдет разговор об усилителе для воспроизведения грамзаписи, он с таким же успехом может стать состав­ной частью малогабаритного транзисторного радиоприемника. Принципиальная схема этого варианта усилителя показана на рис. 179. Его выходная мощность 150 мВт, чувствительность — не хуже 150 мВ. Мощность, конечно, небольшая, но она все же обеспечит достаточно громкое воспроизведение грамзаписи. Питать усилитель можно от источника напряжением 9—12 В, составленном из двух-трех батарей 3336Л, или от электросети через выпрямитель. Средний ток, потребляемый усилителем от источника питания, не превышает 30—40 мА.

Разберемся, что в этом усилителе тебе уже знакомо, а что еще нет. Начнем со входа. Низкочастотный сигнал от пьезокерамического звукоснимателя Зс1 поступает на переменный резистор Rlt а с его движка — на базу транзистора первого каскада через конденсатор С1 и резистор R2. Переменный резистор R1 выполняет роль регулятора громкости: при перемещении движка вверх (по схеме) на базу транзистора Т1 подается все большее напряжение сигнала — громкость увеличивается. Когда же его движок находится в крайнем нижнем положении, базовая цепь по переменному току оказывается замкнутой на об­щий плюс источника питания усилителя и сигнал от звукоснимателя на тран­зистор не поступает — звука нет. Резистор R2 — вспомогательный элемент. Он устраняет характерное для пьезокерамического звукоснимателя «шипение». Но в принципе этого корректирующего резистора может и не быть во входной цепи.

Для пьезокерамического звукоснимателя входное сопротивление усилителя должно быть возможно большое. Поэтому транзистор Т1 первого каскада включен по схеме ОК. Смещение на его базу подается через резистор R3. На­пряжение сигнала с нагрузочного резистора R4 этого каскада через конденсатор С2 поступает на базу транзистора Т2, включенного по схеме ОЭ.

Эта часть усилителя тебе уже знакома, так как она в основном является повторением простого двухкаскадного усилителя. Разница только в способе вклю­чения первого транзистора. А вот с третьим, выходным каскадом, работающим как двухтактный усилитель мощности, ты еще незнаком. Разберемся в работе этого каскада по его упрощенной схеме, изображенной на рис. 180.

Рис. 179. Усилитель звуковой частоты с двухтактным выходным каскадом.

В этом каскаде два транзистора — Т3 и Т4, каждый из которых включен по схеме ОЭ. Их эмиттеры «заземлены» — соединены с плюсом источника питания Uпит.

Рис. 180. Двухтактный усилитель и графики, иллюстрирующие его работу.

Питание коллекторных цепей транзисторов осуществляется через первичную обмотку выходного трансформатора Тр2: Т3 — через секцию /а, Т4— через секцию /б. Каждый транзистор и относящаяся к нему секция вторичной обмотки выходного трансформатора представляют обычный, уже знакомый тебе «однотактный» усилитель. В этом нетрудно убедиться, если прикрыть листком бумаги одно из таких плеч каскада. Вместе же они образуют двухтакт­ный усилитель.

Сущность работы двухтактного усилителя заключается в следующем. Колебания звуковой частоты (см. график а на рис. 180) с предоконечного каскада (в нашем случае — с каскада на транзисторе Т2) подаются на базы обоих тран­зисторов так, что напряжения на них изменяются в любой момент времени в противоположных направлениях, т. е. в противофазе. При этом тран­зисторы работают поочередно, на два такта за каждый период подводимого к ним напряжения. Когда, например, на базе транзистора Т3 отрицательная полуволна, он открывается и через обмотку трансформатора идет коллекторный ток только этого транзистора (график б). В это время транзистор Т4 закрыт, так как на его базе положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод, наоборот, на базе транзистора Т3 будет положительная, а на базе транзистора Т4— отрицательная полуволна. Теперь открывается транзистор Т4 и через обмотку трансформатора идет ток его кол­лектора (график в), а транзистор Т3, закрываясь, «от­дыхает». И так при каждом периоде звуковых коле­баний, подводимых к усилителю. В обмотке трансфор­матора коллекторные токи обоих транзисторов сумми­руются (график г), в результате на выходе усилителя получаются более мощные электрические колебания звуковой частоты, чем в обычном однотактном уси­лителе.

Двухтактный режим работы транзисторов выход­ного каскада задает второй каскад усилителя на тран­зисторе Т2. В коллекторную цепь этого транзистора включена первичная обмогка I трансформатора Тр,, вторичная обмотка II которого, как и первичная об­мотка выходного трансформатора, имеет отвод от середины. Через этот отвод и секции вторичной обмотки на базы транзисторов Т3 и Т4 подается с делителя R6R7 напряжение смещения. Резистор R9 термостабилизирует режим работы транзисторов выходного каскада. В состоянии покоя транзисторы Т3 и Т4 почти закрыты. Когда же на выходе предоконечного каскада Т2 появляется сигнал, на базы этих транзисторов подается в противофазе напряжение звуковой частоты, индуцируемое во вторичной обмотке трансформатора Тр1. Это и обеспечивает двухтактную работу транзисторам выходного каскада.

Каскад усилителя, с помощью которого на выходные транзисторы подается напряжение в противофазе, т. е. со сдвигом фаз на 180°, называют фазоинверсным каскадом. Значит, в нашем усилителе каскад на транзисторе Т2 является фазоинверсным, т. е. фазоповорачивающим каскадом.

Ты, конечно, заметил одно противоречие в моем объяснении работы двух­тактного усилителя: по схеме на рис. 180 транзисторы работают без смещения, в действительности же на базы этих транзисторов подается отрицательное на­пряжение смещения с делителя R6R7. Ошибки здесь нет. Транзисторы такого каскада могут работать без начального напряжения смещения. Но тогда появ­ляются искажения типа «ступенька», особенно сильно ощутимые при слабом входном сигнале. «Ступенькой» их называют потому, что на осциллограмме синусоидального сигнала они имеют ступенчатую форму (рис. 181). Наиболее простой способ устранения таких искажений — подача небольшого начального напряжения смещения на базы транзисторов выходного каскада, что и сделано в описываемом усилителе.

А каковы функции конденсаторов С3 и С4? Конденсатор С3, подключенный параллельно первичной обмотке выходного трансформатора, «срезает» высшие частоты звукового диапазона, предотвращая тем самым самовозбуждение уси­лителя — явление, проявляющее себя свистом или шумом. Изменяя емкость этого конденсатора, можно, кроме того, опытным путем подобрать наиболее приятный тембр звука. Конденсатор С4 шунтирует источник питания по пере­менному току — пропускает через себя переменную составляющую усиливаемого сигнала, минуя источник питания. Его роль особенно сказывается к концу раз­ряда питающей батареи, когда ее внутреннее сопротивление увеличивается.

"Ступенька"

Рис. 181. Искажения типа «ступенька», ко­торые можно увидеть на экране осцилло­графа.

И если его не будет, то между каскадами через общий источник питания может возникнуть нерегулируемая положительная обратная связь, из-за чего усили­тель может самовозбудиться — превратиться в генератор колебаний звуковой частоты. Если усилитель питать от выпрямителя, то конденсатор С4 не нужен. Его функцию будет выполнять электролитический конденсатор фильтра блока литания.

Теперь приступай к конструированию усилителя. Но сначала его детали смонтируй на макетной панели. А когда подгонишь режимы транзисторов и ис­пытаешь усилитель в работе, тогда можно будет перенести детали на постоян­ную плату из гетинакса или текстолита. Данные резисторов и конденсаторов л типы транзисторов указаны на принципиальной схеме усилителя. Сопротивле­ния резисторов R7 и Rg обозначены в омах (не перепутай с кило омами). Вообще же сопротивления резисторов могут быть на 15 — 20% больше или меньше, чем указанные на схеме. Электролитические конденсаторы С2 и С4—типа К50-3, ЭМ или К50-6.

Статический коэффициент передачи тока h21э транзисторов Т1 и Т2, не менее 50 — 60, транзисторов Т3 и Т4 — не менее 30. Очень важно, чтобы тран­зисторы Т3 и Т4 были с одинаковыми или возможно близкими коэффициен­тами h21э и обратными токами коллекторов Iкбо. Такую пару транзисторов для выходного каскада подбирай с помощью испытателя транзисторов. В пер­вом каскаде желательно использовать малошумящий транзистор — низкочастот­ный МП39Б или высокочастотный ГТ308В.

Динамическая головка Гр1 мощностью 0,25 — 0,5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 6 — 8 Ом, например 0,5ГД-21. Трансформаторы Тр1 и Тр2 могут быть готовыми или самодельными. Из готовых подойдут трансформаторы, предназначенные для переносных транзисторных приемников с двухтактным выходным каскадом, например, для приемников «Селга», «Сокол». Аналогичные трансформаторы есть в наборах деталей для изготовления транзисторных приемников, где их сокращенно называют: ТС — трансформатор согласующий (в нашем усилителе Тр1) и ТВ — трансформатор выходной (в нашем усили­теле Тр2).

Для самодельных трансформаторов нужны магнитопроводы площадью се­чения 0,6—0,8 см2, например из пластин Ш8; толщина наборов 0,8 — 1 см. Первичная обмотка согласующего трансформатора Тр{ содержит 2200 витков провода ПЭВ 0,1—0,12, вторичная — 520 витков такого же провода с отводом от середины (260 + 260 витков). Первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 может иметь 800 витков провода ПЭВ 0,1—0,2 с отводом от середины (400 + 400 витков), а вторичная — 100 витков ПЭВ 0,25 — 0,3. Когда трансформа­торы будут готовы, проверь их обмотки омметром — нет ли обрывов или сое­динений между обмотками.

Прежде чем подключить звукосниматель ко входу усилителя, проверь с помощью миллиамперметра токи покоя коллекторных цепей транзисторов. И если они значительно отличаются от токов, указанных на принципиальной схеме, подгоняй их подбором сопротивлений резисторов в базовых цепях. Как это делать, ты уже знаешь.

Проверить работу усилителя можно с помощью генератора звуковой часто­ты, генератора-пробника, о которых говорится в четырнадцатой беседе, или заменяющей их радиотрансляционной сети. Подключая эти источники сигналов звуковой частоты ко входам каждого из каскадов усилителя, начиная с вы­годного, можно судить о качестве работы транзисторов, их режимах и общем усилении всеми каскадами. Наибольшая громкость будет, когда источник сиг­нала подключен ко входу первого каскада усилителя.

Монтируя детали усилителя на плате, руководствуйся схемой, показанной на рис. 182. Размеры платы определи по имеющимся деталям. Размечая от­верстия для монтажных стоек или пустотелых заклепок, стремись к тому, чтобы соединительные проводники были возможно более короткими. Проводники вход­ной цепи должны быть возможно дальше от проводников и деталей выходной цепи. Иначе между ними через магнитные поля возникнет паразитная связь, из-за чего усилитель может возбудиться. Звукосниматель подключай ко входу усили­теля экранированным проводом — проводом с гибкой металлической оболочкой.

Рис. 182. Монтажная плата усилителя с двухтактным выходным каскадом.

Экран этого провода можно использовать в качестве «заземленного» соедини­тельного проводника. Трансформаторы, углубленные обмотками в отверстиях в плате, приклей к плате клеем БФ-2.

Какие изменения или дополнения можно внести в усилитель?

В первом каскаде вместо биполярного можно использовать полевой транзистор, например КП103И, или другой — серии КП102 или КП103, включив его по схеме с общим истоком, как показано на рис. 183, а. Небольшое поло­жительное напряжение смещения на затворе относительно стока получается за счет падения напряжения на резисторе Rн в цепи истока. Усиленный сигнал с нагрузки стока (10 кОм) через конденсатор С2 подается на вход второго каскада усилителя. Резистор Rи подбирают для получения указанного тока стока.

Полевой транзистор значительно повышает входное сопротивление усилителя, что улучшает согласование его с внутренним сопротивлением пьезокерамического звукоснимателя, и дает небольшое дополнительное усиление сигнала.

Полевой транзистор монтируй, оберегая нижнюю часть корпуса от попа­дания капелек припоя, канифоли или канифольного флюса, иначе его вход­ное сопротивление резко ухудшится и никакого улучшения усилителя не по­лучится.

Если звукосниматель, которым ты будешь пользоваться, электромагнитный, то биполярный транзистор первого каскада включай по схеме ОЭ (рис. 183, 6), а резистор R2 (220 кОм) исключи. При этом сопротивление переменного резистора R1, выполняющего роль нагрузки звукоснимателя и регулятора гром­кости, должно составлять 6,8 — 10 кОм.

Может случиться, что коэффициент передачи тока h21Э имеющихся у тебя транзисторов небольшой, например 15 — 20. Такие транзисторы, если, конечно, они исправны, тоже можно использовать в первом и втором каскадах усили­теля, включая их по схеме составного транзистора. О таком соединении транзисторов я рассказывал тебе еще в шестой беседе.

В усилитель можешь ввести регулятор тембра звука. Для этого между базой транзистора Т2 и «заземленным» проводником включи последовательно соединенные конденсатор емкостью 0,2—0,25 мкФ и переменный резистор с номинальным сопротивлением 6,8 — 10 кОм. С уменьшением сопротивления резистора, когда колебания высших звуковых частот будут все более «срезаться», звук в головке будет становиться все более «глухим». Подобную цепочку ре­гулирования тембра звука, только с конденсатором емкостью 0,02—0,025 мкФ, можно также включить между базой и коллектором того же транзистора. В этом случае тембр звука будет изменяться за счет изменения глубины отри­цательной обратной связи, создающейся между коллекторной и базовой цепями транзистора.

Когда усилитель будет готов и проверен в работе, тебе, я уверен, захо­чется сделать более мощный усилитель, чтобы повысить значительно громкость звуковоспроизведения. Такое желание вполне закономерно. Вот как его можно осуществить.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель