А. Г. Соболевский почему появились искажения?

А.Г.СОБОЛЕВСКИЙ ПОЧЕМУ ПОЯВИЛИСЬ ИСКАЖЕНИЯ?ПРЕДИСЛОВИЕ Многие радиолюбители стремятся создать аппаратуру, которая по ка­чественным показателям не уступает серийной, а в отдельных случаях и пре­восходит ее. Выбрав, казалось бы, оправданную и качественную схему устрой­ства, собрав ее, убеждаешься, что устройство работает значительно ниже своих возможностей. Дело в наладке, т. е. в том, правильно ли выдержаны режимы работы усилительных элементов, например, транзисторов, тщательно ли настроены ко­лебательные контуры, верно ли подобраны коэффициенты усиления отдельны» каскадов. Конечно, совершенство электронной схемы радиоприемника или уси­лителя играет очень важную роль, но работа определяется, в первую очередь, качеством наладки. И можно быть уверенным, что простой по своей принци­пиальной схеме, но хорошо отлаженный радиоприемник будет работать куда лучше, чем собранный по сложной и совершенной схеме, но налаженный не­брежно и неумело. Эта книга и рассказывает о налаживании радиоприемника. Но надо особо-подчеркнуть, что наладить современный транзисторный радиоприемник по су­ществу невозможно без применения измерительных приборов. В самом деле, кш определить режим работы транзистора, настройку колебательных контуров, про­верить чувствительность радиоприемника? Только при помощи измерений на­пряжений, токов, наблюдения формы колебаний, измерений их чаеюты. А для этого надо уметь пользоваться измерительной аппаратурой, знать правила под­ключения ее к анализируемому электронному устройству. Обо всем этом тоже рассказано в книге. Наконец, надо иметь представление о параметрах радиоприемника в целому Это необходимо для того, чтобы оценить работу уже готового и налаженного радиоприемника. Ведь понятие «хорошо работающий радиоприемник» еще мала о чем говорит. Нужно сравнить параметры его работы с эталонными, т. е. определенными ГОСТом. Для этого надо измерить его чувствительность, селек­тивность, вносимые искажения. И тогда вы определите класс вашего радио­приемника и количественно оцените качество его работы. А значит, и «класс» вашей работы, ваших знании и умения. Итак, эта книга о том, как собранное электронное устройство превратите» & хорошо работающий супергетеродинный радиоприемник. Поверьте, это одит из самых увлекательных моментов в творчестве радиолюбителя. Отзывы о книге следует направлять по адресу: 101000, Москва, Почтамп, а/я 693, издательство «Радио и связь», Массовая радиобиблиотека.Автор^ Издательство «Радио и связь», 1985 ИСКАЖЕНИЯ В УСИЛИТЕЛЯХ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ О СВОЙСТВАХ ТРАНЗИСТОРОВ Современные электронные усилительные устройства работают на тран­зисторах и интегральных микросхемах. Аналоговая микросхема представляет «обой миниатюрный усилительный каскад или даже усилитель, изготовленный яа кристалле размером в несколько квадратных миллиметров. В состав инте­гральной микросхемы входят десятки л сотни транзисторов, резисторы и кон­денсаторы. Набор интегральных микросхем весьма обширен, включает в себя усилители звуковой, высокой и промежуточной частот для радиоприемников и телевизоров, различные каскады преобразователей частоты, специальные уси­лители (дифференциальные и операционные и пр.). Степень интеграции все воз­растает, т. е. в одной микросхеме может умещаться все больше каскадов ра­диоприемника или даже телевизора. Но пока основой распространенных ра­диолюбительских конструкций остаются транзисторы, часто в сочетании с ин­тегральными микросхемами. Если для нормальной работы микросхемы необходимо лишь обеспечить ей определенные напряжения питания (мы не говорим сейчас о подключении внеш­них дополнительных элементов и о подборе параметров внешних корректиру­ющих цепей), то транзистор нуждается в правильном выборе режима работы. От этого зависят многие параметры устройства и возникающие при этом ис­кажения усиливаемых сигналов. Особенно это относится к работе мощных тран­зисторов. В настоящее время в электронной аппаратуре применяются обычные тран­зисторы (биполярные) и полевые (униполярные). Биполярные имеют два р-n перехода. Они могут включаться по схеме с общей базой (ОБ), с общим эмит­тером (ОЭ) или общим коллектором (ОК) (рис. 1).^ Рис. 1. Принципиальные схемы включения транзисторов:в — с общей базой; б — с общим эмиттером; в — с общим коллектором (эмиттерный повторитель)В схеме включения ОБ (рис. 1,а) входным электродом является эмиттер, а выходным — коллектор. Входное сопротивление транзистора невелико (де­сятки ом), так как эмиттерный р-n переход включен в прямом направлении, выходное — большое, поскольку коллекторный переход смещен в обратном на­правлении. Такое сочетание входного и выходного сопротивлений неудобно для создания многокаскадных усилителей: трудно согласовать большое выходное со­противление предыдущего с малым входным сопротивлением последующего кас­када.^ Рис. 2. Структурная схема транзистора р-n-р типаИз рис. 2 видно, что входным является ток эмиттера IЭ. Часть его от­ветвляется в базу, образуя ток базы IБ, а другая — ток коллектора Iк. Таким образом, полезный управляемый ток коллектора, протекающий через нагрузку, составляет только часть входного тока эмиттера: Iк=Iэ — IБ, т. е. коэффициент передачи тока h21Э Следует отметить, что не весь ток коллектора Iк управляем. Если разо­рвать цепь эмиттера, то ток коллектора не исчезнет, а только значительно уменьшится и к тому же изменит направление. Такой ток называется обратным током коллектора IKБО. Он почти не зависит от напряжения на коллекторном переходе UKБ, но зависит от температуры перехода. Чем меньше обратный ток коллектора IKБO, тем выше качество транзистора. Если включить транзистор по схеме 03 (рис. 1,6), то его коэффициент пе­редачи тока равен приращению выходного тока коллектора ДIк к вызвавшему его приращению тока базы ДIБ. Следовательно ДIк/ДIБ=h21э что составля­ет девятки и даже сотни единиц. Значительно увеличивается (до сотен и тысяч ом) при включении транзи­стора по схеме ОЭ и входное сопротивление каскада, поскольку теперь вход­ным является незначительный ток базы. Большое входное сопротивление удоб­но для согласования транзистора с предыдущим каскадом, так как в этом случае транзистор меньше шунтирует его. Поэтому включение транзистора по схеме ОЭ — это основная схема использования транзистора в усилительных каскадах. Схема включения ОБ применяется чаще всего в каскадах с двумя транзисторами. При включении транзистора по схеме (Ж (рис. 1,в) входным является ток базы, поэтому транзистор имеет достаточно большое входное сопротивление. Выходное сопротивление такого каскада мало, так как нагрузка включена в эмиттерную цепь, а переход включен в прямом направлении. Такая схема вклю­чения называется эмиттерным повторителем. Достоинство его состоит в том, что ток в эмиттерной нагрузке по фазе и полярности совпадает с входным током базы. В отношении же коэффициента передачи тока схема ОК. не усту­пает схеме ОЭ: ДIЭ/ДIБ=1+h21Э. Статический коэффициент передачи тока h21Э характеризует работу тран­зистора на постоянном токе. При работе транзистора в режиме усиления пе­ременных электрических сигналов его усилительная способность в схеме ОЭ оценивается коэффициентом h21э, который тоже представляет собой отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению входного тока и на­зывается козффициентом передачи тока; в режиме малого сигнала. Коэффициенты передачи тока зависят от токов и напряжений на электро­дах транзисторов. Обычно коэффициент передачи тока достигает максимума при некотором среднем токе эмиттера; именно это значение тока указывают в спра­вочниках как рекомендуемое для измерения коэффициента передачи тока. За­висимость коэффициента передачи тока от коллекторного напряжения стано­вится заметной только при очень малых или очень больших коллекторных на­пряжениях, но в таких режимах транзисторы не используются, особенно при максимальных коллекторных напряжениях, так как велика опасность пробоя перехода.^ КАК ВЫБРАТЬ ПОЛОЖЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ Зависимость тока входного электрода от напряжения на нем при по­стоянном напряжении выходного электрода называется входной статической характеристикой (рис. 3). Другими словами, для транзистора, включенного по схеме ОЭ, входная статическая характеристика представляет собой зависимость тока базы от напряжения на базе при неизменном напряжении на коллекторе. Если напряжение на коллекторе меняется, то характеристика тоже изменяется. Обычно снимают не одну, а семейство входных характеристик для различных напряжений UK3. Выходной статической характеристикой (рис. 4) называется зависимость . тока выходного электрода транзистора от напряжения на этом электроде при неизменном токе входного электрода. При включении транзистора по схеме ОЭ — это зависимость тока Iк от напряжения UK3 при неизменном токе ба­зы IБ. Статические характеристики предполагают, что в коллекторную цепь тран­зистора не включено сопротивление нагрузки. Если такое сопротивление есть, то изменение тока коллектора происходит не тольке под действием изменения тока или напряжения на базе, но и под действием изменения напряжения на самом коллекторе. Это последнее изменение происходит потому, что при изме­нении коллекторного тока, протекающего через резистор нагрузки RK, проис­ходит изменение падения напряжения на этом резисторе. А это значит, что в процессе усиления переменного сигнала на коллекторе транзистора, напряжение изменяется непрерывно и транзистор как бы непрерывно переходит с одной выходной статической характеристики на другую.Рис. 3. Входная характе­ристика транзистораРис. 4. Выходная характеристика транзистораПостроим на выходной статической характеристике линию, которая будет характеризовать ток коллектора в зависимости от изменяющегося коллектор­ного напряжения. Такую линию называют нагрузочной (динамической) выход­ной или рабочей характеристикой транзистора. Для ее построения предполо­жим вначале, что транзистор заперт и ток коллектора равен нулю: Iк= =0. В этом случае напряжение на коллекторе равно напряжению Ек его источника питания, так как падение напряжения на нагрузке Rк отсутствует. На оси напряжений UКэ семейства статических выходных характеристик найдем точку, соответствующую иКэ — Ек. Эту точку нулевого тока обозначим М. Те­перь найдем вторую крайнюю точку динамической характеристики из предполо­жения, что напряжение на коллекторе транзистора иKЭ = 0, т. е. транзистор замкнут накоротко. В этом случае ток коллектора Ik=Ek/Rk. В действитель­ности коллекторный ток таким быть не может, так как при нулевом коллек­торном напряжении транзистор вообще не работает. Отметим, что теоретиче­ский максимальный ток на оси токов семейства статических коллекторных ха­рактеристик соответствует точке N. Таким образом, получили две крайние точ­ки динамической выходной характеристики. Остальные точки лежат на прямой, соединяющей их. Так как уравнение Uk=Ek — IkRk — уравнение прямой линии, через точки М и N проведем прямую, которая и есть выходная динамическая характеристика. Если изменить сопротивление нагрузки Rк, например увеличить его до R'K, то ток I'k = Ek/R'k станет меньше Ik = EК/Rk и точка N опустит­ся, а динамическая характеристика наклонится вниз, повернувшись вокруг точ­ки М. При RK — oo коллекторный ток прекратится. Наоборот, если уменьшить Rk, то коллекторный ток увеличится и динамическая характеристика подни­мется. Далее находят точки пересечения выходной динамический характеристи­ки со статическими характеристиками при различных токах базы. Затем опре­деляют соответствующие напряжения коллектора UK3 этих точек и строят по характеристике IБ(UКэ) точки динамической входной характеристики (см. рис. 3). Как видно из рис. 3, входная динамическая характеристика нелинейна (хотя и получена с помощью линейной выходной характеристики). Следовательно, во входной цепи усилителя возникают нелинейные искажения, т. е. если синусоидальное напряжение UБЭ входной цепи достаточно велико, то ток IБ будет нелинейным. Обычно в справочниках не приводят семейства входных статических харак­теристик для схемы ОЭ и для ОБ. Объясняется это тем, что коллекторное на­пряжение слабо влияет на входной ток, поэтому обычно ограничиваются двумя входными статическими характеристиками: при UКЭ =0 и 5 В. Если особой точности не требуется, то можно считать, что входная динамическая характе­ристика совпадает по форме с входной статической характеристикой при UКЭ= =5 В. При этом в действительности искажения в каскаде будут меньше, так как нелинейность входной динамической характеристики меньше нелинейности, входных статических характеристик. Бели теперь подать на базу транзистора переменное напряжение, то ра­бочая точка Т будет непрерывно перемещаться по динамической характеристи­ке в соответствии с мгновенными значениями входного напряжения. Если по­ложение рабочей точки, напряжения питании и сам транзистор выбраны не­правильно, то могут появиться значительные искажения.^ Рис. 5. Схема усилительного тран­зисторного каскадаНа рис. 5 показана принципиальная схема простейшего усилительного кас­када при включении транзистора по схеме ОЭ. Каскад содержит два источни­ка питания: Ек — коллекторного напряжения и Еб — напряжения смещения. В реальном усилительном каскаде напряжение смещения получают от источника кол­лекторного напряжения. Сделаем два опущения. Первое: нагрузка RK каскада одинакова для постоянного и переменного токов. Такое допущение справедливо-только в том случае, когда выходное напряжение каскада подается на устройство с очень большим входным сопротивле­нием. В нашей схеме роль такого сопро­тивления играет сопротивление резистора Ru переходной цепи, т. е. первое допу­щение справедливо, если Rn>RK. Одна­ко в реальных условиях роль резистора. Ra играет небольшое входное сопротив­ние следующего каскада, поэтому на­грузка транзистора для постоянного то­ка не равна нагрузке для переменного тока. Второе допущение: внутреннее со­противление источника сигнала будем считать одинаковым для постоянного и переменного токов (хотя в действитель­ности это не так). Работа усилительного каскада зависит от исходного режима, т.е. от положе­ния рабочей точки Т на характеристиках при отсутствии сигнала (режим по-постоянному току) и от амплитуды входного сигнала. Как видно из характе­ристик на рис. 3 и 4, исходный режим по постоянному току, т. е. исходное положение рабочей точки Т на характеристиках, зависит от напряжения источ­ника смещения Еб, так как именно этим напряжением определяется (при от­сутствии входного сигнала) ток базы IБ, а следовательно коллекторный ток Iк и напряжение UКэ. Таким образом, изменяя напряжение смещения на базе Е6, можно установить необходимое исходное положение рабочей точки Т на вы­ходной характеристике транзистора. Каким же должно быть это положение? Если неправильно выбрать положение рабочей точки Т (рис. 6), то тран­зистор в процессе усиления будет периодически находиться в режиме насыще­ния (когда коллекторный ток максимален и не увеличивается, несмотря на про­должающееся увеличение амплитуды входного сигнала), либо в режиме отсечки (когда коллекторный ток минимален из-за запирания транзистора). В обоих случаях усиление сигнала будет происходить со значительными нелинейны­ми искажениями, т. е. форма выходного тока усилительного каскада не будет со­Ответствовать форме входного усиливаемого сигнала. Поэтому положение точ­ки Т на выходной характеристике должно удовлетворять условиям: |Uкт|> UКэт+UКЭmin; | UКЭT| + UKЭmKЭmaxТаким образом, выяснив из приведенных соотношений исходное положе­ние точки Т на выходной динамической характеристике, определяют соответст­вующей этому положению исходный ток базы IБT (см. рис. 4 — для нашего случая IБт = 0,6 мА). Затем, отыскав на входной динамической характеристи­ке точку, соответствующую IБТ, определяют необходимое для создания этого тока напряжение смещения на базе U БЭ (по рис. 3 току IБГ = 0,6 мА необхо­димо напряжение смещения на базе UБ=0,37 В). Однако надо учитывать и мощностные возможности транзистора. Ведь, произведение напряжения Uкэ ,,, соответствующее точке Т, на ток коллектора Iк г — это мощность Рк, рассеи­ваемая на транзисторе в состоянии покоя. Она не должна превышать допустимую для данного транзистора Ркmах, иначе он перегреется и выйдет из строя. Поэтому условие для выбора транзистора по мощности: |UKaт|Iкт
Kmax.Рис. 6. График работы усилительного транзисторного каскада^ ЧТО ТАКОЕ РЕЖИМ УСИЛЕНИЯ? Усилительный каскад, схема которого приведена на рис. 5, а харак­теристики — на рис. 6, работает в так называемом режиме А. В этом ре­жиме токи через транзистор протекают непрерывно в продолжение всего периода полезного сигнала (рис. 7). При этом коллекторный ток даже в отсутствие сигна­ла не исчезает, а оказывается равным току покоя Iк т. Во время действия входного сиг­нала коллекторный (выходной) ток изменя­ется около значения Iк т. В режиме А ток Iк т во избежание отсечки и появления зна­чительных искажений должен быть больше амплитуды переменной составляющей Iк m. Поэтому даже в наивыгоднейшем режиме КПД каскада может достигнуть только 45%, но в этом случае усиление происходит с большими нелинейными искажениями, так как используются нелинейные участки характеристик. Остальные 55% энергии источника питания расходуются на нагрев транзисторов.^ Рис. 7. Форма коллекторного тока при работе однотактно-го усилительного каскада в режиме АОднако, если построить схему усилителя по принципу двухтактного уси­ления (рис. 8), то можно заставить транзисторы работать в значительно более экономичном режиме В. Двухтактный усилитель представляет собой совокуп­ность двух однотактных, работающих на общую нагрузку. Каждый из уси­лителей называется плечом, причем оба плеча должны быть симметричны. Для обеспечения симметрии они должны иметь транзисторы с одинаковыми пара­метрами и симметричные режимы по постоянному току. Такие режимы вы­полняются, если первичная обмотка выходного трансформатора Т состоит из двух одинаковых частей, и их входные напряжения ив% i и йвхг симметрич­ны, т. е. одинаковы по значению, но противоположны по фазе. Если условия полной симметрии плеч соблюдены, то составляющие токов аналогичных элект­родов обоих транзисторов равны. Однако на практике идеальной симметрии до­стигнуть невозможно. Поэтому считают, что симметрия хорошая, если постоян­ные составляющие коллекторных токов транзисторов различаются не более чем на 10 — 15%. Но пока будем считать симметрию полной, поскольку в этом слу­чае можно ограничиться рассмотрением любой половины схемы. Если при работе усилителя в режиме А токи в коллекторных цепях тран­зисторов протекают непрерывно, то в режиме В каждое плечо двухтактного усилителя работает с отсечкой выходного тока. В режиме В смещение на базе транзисторов выбирают таким, чтобы угол отсечки выходного тока 0 получился равным п/2 (угол отсечки 9 равен выраженной в градусах половине продол­жительности прохождения тока через транзистор). Тогда при синусоидальном входном сигнале транзистор одного плеча в течение половины периода изме­нения сигнала будет заперт, и усиление входного сигнала происходит только в другой половине периода (см. рис. 8,6).^ Рис. 8. Принципиальная схема двухтактного трансформаторного выходного кас­када (а) и форма тока одного из плеч (б)Транзисторы обоих плеч каскада работают поочередно: один транзистор пропускает ток, другой заперт, а в следующий полупериод — наоборот. Таким образом, в режиме В постоянная составляющая коллекторного тока равна при­мерно одной трети амплитуды выходного тока Iк т. Первая гармоника выход­ного тока каскада пропорциональна амплитуде изменения коллекторного тока 1кт каждого транзистора и ее амплитуда Iвыхm = 0,51к т. Она больше постоянной составляющей в 1,5 раза, что является причиной высокого КПД каскада в режиме В. При максимальной мощности КПД достигает 78,5% (теоретически). Однако в работе транзисторов используются на­чальные и наиболее нелинейные участки входных характеристик, поэтому нелинейные искажения в этом режиме сравнительно велики (рис. 9,а). Когда входной сигнал отсутствует, то через коллекторы транзисторов вообще не дол­жен протекать ток (так как транзисторы заперты смещением). В действительности через коллектор каждого транзистора протекает небольшой ток, равный обратному току коллектора IКБО.^ Рис. 9. Работа двухтактного каскада: а — в режиме В; б — в режиме АВОднотактный каскад может работать только в режиме А, двухтактный — в режиме А и в других режимах. В режиме А он работает сравнительно ред­ко: лишь в тех случаях, когда желательно получить .минимально возможные не­линейные искажения усиливаемого сигнала. Мощность, снимаемая с каждого транзистора, и КПД не имеют существенного значения. Промежуточным между описанными режимами А и В является режим АВ. Для перевода каскада в этот режим надо выбрать смещение таким, при котором угол отсечки Фк=120°. Конечно КПД каскада в режиме АВ меньше чем в режиме В, так как по­стоянная составляющая выходного тока Iк=0,41к т+Iк т. Поэтому КПД кас­када не превышает 60%, но зато нелинейные искажения меньше, чем в режи­ме В, поскольку начальные и нелинейные участки входных характеристик транзисторов не искажают формы выходного сигнала. На практике ток Iкт устанавливают таким, чтобы характеристики обоих плеч схемы как бы допол­няли одна другую, составляя общую прямую линию (рис. 9,6). Если напряжение смещения очень мало, то каскад перейдет в режим С. В этом режиме транзистор имеет высокий КПД, так как постоянная состав­ляющая Iк очень мала по сравнению с Iк т, а угол отсечки ФК Все сказанное о выборе положения рабочей точки Т на характеристиках, о смещении, нелинейных искажениях и т. д. в полной мере относится к работе мощных транзисторов, у которых размах входного и выходного сигналов за­хватывает большую часть входной и выходной характеристик. При работе транзисторов с входным сигналом небольшого размаха положение рабочей точки на характеристике почти не меняется и нелинейные искажения не воз­никают. Однако и для таких транзисторов важен правильный выбор напря­жения смещения, так как от положения рабочей точки на характеристике в» многом зависят такие параметры транзистора, как коэффициент передачи тока h21э и предельная частота fh12Э, определяющая работу транзистора на высо­ких частотах. Обычно следует ориентироваться на режим, рекомендуемый в спра­вочниках: U кэ=5 В, Ik=1 мА. Но в принципе, этот режим не обязателен, не надо только ставить транзистор в крайние режимы, когда возникают нелиней­ные искажения, связанные с его работой на нелинейных участках характери­стик (особенно при токах коллектора менее 0,5 — 0,6 мА). Кроме того при ра­боте в максимальном режиме (коллекторное напряжение и ток максимальны) существенно снижается надежность транзистора.^ ТЕМПЕРАТУРНАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ Итак, мы убедились в необходимости достаточно обоснованного вы­бора положения работай точки маломощных и, особенно, мощных транзисторов. Но, если не принять специальных мер, то положение этой точки на характе­ристике самопроизвольно изменится при работе транзистора в результате из­менения температуры окружающей среды и нагревания самого транзистора про­ходящими через него токами. В цепи коллектора протекает обратный ток IкБо, который зависит от тем­пературы: при повышении температуры на каждые 10° С ток IKБO германие­вого транзистора удваивается, а у кремниевых IKБO изменяется в 2,5 раза (правда, по значению этот ток значительно меньше, чем у германиевого тран­зистора, поэтому кремниевые более температуроустойчивы). Сам по себе ток IКБО незначителен; у маломощных транзисторов он составляет микроамперы, но от него зависит ток коллектора Iк = Iкбо(h21э + 1) Например, если ток IКбо при 20° С составляет 5 мкА, то при 40° С, а это обычная температура внутри работающего транзистора, он возрастает до 20 мкА. И хотя увеличе­ние тока на 16 мкА — это очень мало, ток коллектора изменится (при й31Э= = 25) на ДIк=ДIКБО(h21Э + 1) = 15(25+1) =390 мкА, т. е. почти на 0,4 мА, а это уже заметно, так как рабочий ток коллектора составляет 1 imA.^ Рис. 10. Токи и напряжения в тран­зисторном усилительном каскадеУвеличение тока коллектора приводит к уменьшению тока базы, посколь­ку ток базы IБ равен разности токов эмиттера и коллектора. Изменение же то­ка базы приводит к изменению напряжения на базе, а даже незначительное из­менение напряжения база — эмиттер приводит к значительным изменениям то­ков транзистора. Отсюда понятна зависимость режима работы транзистора от температурного изменения обратного тока коллектора IКБО. Для уменьшения этой зависимости необходимо снизить влияние изменения тока базы на значе­ние напряжения на базе. Если увеличить ток делителя Iд в цепи базы (рис. 10), то уменьшится зависимость напряжений U± и Uz от тока базы IБ. Но для этого придется уменьшить сопротивле­ние резисторов R1 и R2, что приведет к увеличению потребления энергии от источника питания и уменьшению вход­ного сопротивления каскада, так как эти резисторы шунтируют цепь базы тран­зистора. Поэтому на практике ток дели­теля Iд для маломощных каскадов вы­бирают из условия: Iд>(5-10)IБ, а для мощных каскадов: Iд>(1-5)IБ. Чтобы не ухудшать КПД каскада, ток Iд выбирают не более 10 — 15% тока коллектора. Более действенный способ борьбы с температурной нестабильностью тран­зисторного каскада — включение в эмиттерную цепь резистора R3. При изме­нении токов Iк и IБ происходит изменение и тока эмиттера Iд. При увели­чении тока Iэ увеличивается и падение напряжения IэRэ на резисторе RЭ, вследствие чего напряжение между базой и эмиттерам транзистора UБЭ = = — IДR2 + Uэ становится менее отрицательным, что препятствует дальнейшему увеличению тока IЭ. Таким образом в цепи RЭCЭ создается напряжение только за счет постоянной составляющей эмиттерного тока I3, которая зависит от температуры транзистора. С повышением температуры ток эмиттера возрастает, в результате увеличивается напряжение в цепи RЭC3. Но это приводит к умень­шению напряжения между базой и эмиттером транзистора, что сдерживает рост эмиттерного тока. В этом и заключается метод температурной стабили­зации режима каскада за счет ООС по постоянному току. Чем ниже гранич-ная усиливаемая частота, тем больше должна быть емкость конденсатора Сэ. На практике в усилителе звуковых частот она должна быть не менее 500 — ,1000 мкФ в маломощных каскадах предварительного усиления и 1500 — 2000 мкФ в оконечных трансформаторных мощных каскадах. Из рис. 10 следует, что чем больше сопротивление резистора R3, тем эф- фективнее ООС по току и лучше стабилизация. Однако увеличение оопротив-ления резистора R3 требует увеличения напряжения питания Ек: U Кэ= = — Ek+IkRk+I3RЭ. Падение напряжения на резисторе RB не должно превы­шать значения U3 = (0,1 — 0,2)EK, тогда Rэ= (0,1 — 0,2)EK/Iэ. Из этого условия выбирают сопротивление резистора Ra. Сопротивления резисторов делителя базовой цепи (с учетом рассмотренных условий) можно рассчитать по формулам: Применяют и другие схемы температурной стабилизации режима (рис.11). Они обеспечивают меньшую стабилизацию, чем схема на рис. 10, но более эко­номичны в отношении источника питания (так как через резистор R1 проте­кает только небольшой ток базы). Кроме того они меньше шунтируют входное сопротивление транзистора, а значит, входное сопротивление таких каскадов вы­ше, чем каскада, работающего по схеме на рис. 10. Наконец, для них требуется меньше деталей, что тоже немаловажно.Рис. 11. Схема каскада с фиксированным током базы (а) и схема усилительного каскада с ООС по коллекторному напряжению (б)Сопротивление резистора R1 в схеме на рис. 11,a можно подсчитать по формуле R1~EK/IB, а на рис. 11,6 R1=UКЭ/IБ.^ НЕМНОГО О ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Полевые (униполярные) транзисторы обладают рядом преимуществ пе­ред биполярными, главное -из которых — большое сопротивление входной цепи - управление током в таких транзисторах осуществляется изменением поперечного сечения проводящего канала (поэтому их называют также канальными транзисторами), которое происходит под воздействием разности потенциалов Между затвором и истоком (рис. 12). По конструкции полевые транзисторы бы­вают с р-я-переходом, а также со структурой металл-окисел-полупроводник. (JylOn-транзисторы) с встроенным или индуцированным каналом. В транзи­сторах с р-я-переходом и р-каналом на сток надо подавать отрицательное от­носительно истока напряжение, а на затвор — положительное. Увеличение по­ложительного напряжения на затворе приводит к уменьшению тока стока. На транзисторах с р-n-переходом и и-жаналом напряжение на стоке положительное относительно истока, а на затворе — отрицательное. Максимальный ток стока полу­чают при нулевом смещении на затворе, а при увеличении пракладываемого к затвору напря­жения (в направлении запирания) ток стока уменьшается. При изменении полярности на­пряжения на затворе появляется ток затвора и входное сопротивление каскада резко падает. В МОП-транзисторах к затвору можно прикла­дывать напряжение различной полярности и при этом их входное сопротивление остается высоким. В приборах с индуцированным ка­налом ток стока возрастает, если к затвору приложено напряжение в направлении возник­новения проводящего канала, а со встроенным каналом при одной полярности напряжения на затворе ток стока возрастает, а при другой уменьшается. Надо отметить, что режим работы полевых транзисторов значительно мень­ше зависит от изменения температуры. Поэтому в тех случаях, когда к ста­бильности работы усилительного каскада не предъявляется особо жестких тре­бований, можно обойтись схемой автомагического смещения на затворе. Еслв в схеме (рис. 12) исключить резистор R1, то автоматическое смещение на за­творе будет определяться сопротивлением резистора R3. При наличии резисто­ра R1 используется комбинированный способ подачи смещения: фиксированное смещение посредством делителя Rl, R2 плюс автоматическое смещение за счет-цепи R3C2. Сопротивления резисторов R1 и R2 могут достилать сотен килоом.Рис. 12. Принципиальная схе­ма каскада на полевом тран­зисторе^ КАК ИСПЫТАТЬ И НАЛАДИТЬ ВЫХОДНОЙ КАСКАД Итак, если в ремонтируемом или налаживаемом усилителе появились искажения, то прежде всего надо измерить режимы транзисторов по постоян­ному току и только после этого переходить к поиску других неисправно­стей. Наиболее быстро можно проверить усилительный каскад при помощи элект­ронно-лучевого осциллографа в сочетании с генератором звуковой частоты. Генератор присоединяют ж входу, осциллограф — к выходу усилителя, и по форме и амплитуде колебаний на экране осциллографа судят о работоспособности каскада. Любое электронное устройство удобнее налаживать и настраивать покас-хадно или отдельными блоками. Для этого необходимо изолировать налажи­ваемый каскад и тем самым исключить влияние иа него цепей от других, воз­можно неисправных, каскадов. К его входу следует подключить генератор сиг­нала с выходным сопротивлением, равным выходному сопротивлению предыду­щего каскада, а к выходу — индикатор выходного сигнала с входным сопро­тивлением, равным входному сопротивлению следующего за ним каскада. Речь идет о сопротивлениях переменному току, зависящих от многих факторов: ча-етоты и амплитуды сигнала, входных и выходных проводимостей транзисто­ров, наличия цепей обратных связей и пр., поэтому проще их измерять, а не определять расчетным путем. : Для этого измеряют напряжение ^ U на выходе исследуемого каскада при отключенном входе следующего. Затем вместо нагрузки к выходу каскада под­ключают резистор с таким сопротивлением R, чтобы показание вольтметра на выходе каскада было равно U/2, тогда выходное сопротивление каскада рав-яо R. При подобных измерениях на вход испытываемого каскада подают си­нусоидальный сигнал рабочей частоты и амплитуды, обеспечивающей на вы­ходе каскада неискаженный сигнал.^ Рис. 13. Принципиальная схема мощного двухтактного выходного каскадаОбычно проверку и налаживание начинают с выходного блока или каска­да — усилителя звуковой частоты (УЗЧ). Рассмотрим сначала трансформатор­ный выходной каскад (рис. .13). В УЗЧ реализованы два типа ОС: последоэательная по току за счет падения напряжения на резисторе R4 и последова­тельная по -напряжению за счет подачи части выходного напряжения с транс­форматора Т2 в цепь эмиттера транзистора каскада предварительного усиле­ния. Обратная связь по току увеличивает, а по напряжению уменьшает вы­ходное сопротиввение каскада, поэтому его выходное сопротивление довольно трудно рассчитать. Лучше сначала хотя бы приблизительно определить работоспособность выходного каскада. Затем подключить предварительный усилитель и, измерив его входное сопротивление, подобрать соответствующее согласующее устройство между выходом генератора звуковой частоты (ЗГ) и входом уси­лителя. Такое согласующее устройство обычно состоит из двух резисторов: Лсог, включенного параллельно выходному сопротивлению генератора, и Rao6, включенного последовательно между выходом генератора и входом усилитель­ного каскада (рис. 14).^ Рис. 14. Включение измерительных приборов при налаживании и измерении па­раметров выходного каскада УЗЧЕсли входное сопротивление каскада не равно выходному сопротивлению генератора, то необходимо подключить к концам кабеля генератора рези­стор RCot, сопротивление которого равно выходному сопротивлению генерато­ра. Однако после этого общее сопротивление, подключенное к входу испы­тываемого каскада, станет равно: Rвых.общ=Rвых.генRсог/(Rвых.ген+Rсог). Если оно меньше выходного сопротивления отключенного блока Rвых.от.бл (что на практике бывает в подавляющем большинстве случаев), то для согласова­ния этих сопротивлений надо включить последовательно добавочное сопротив­ление Rдоб = Rвых.от.бл — Rвых.общ. Для измерения переменного напряжения к выходу налаживаемого каскада следует подключить вольтметр и осциллограф. Однако, поскольку входные со­противления этих приборов много больше полного сопротивления звуковой ка­тушки головки громкоговорителя, на время налаживания (когда головку гром­коговорителя отключают) к выходной обмотке трансформатора Т2 подключают нагрузочный резистор Rs, сопротивление которого равно полному сопротивле­нию звуковой катушки головки. Это сопротивление можно измерить тем же способом, что и входное сопротивление каскада. Схема соединения измеритель­ных приборов с налаживаемым выходным каскадом УЗЧ показана на рис. 14. Звуковой генератор настраивают на частоту 1 кГц, а амплитуду его выход­ного напряжения устанавливают в пределах 2 — 3 В. При подаче напряжения питания на экране осциллографа возникает изображение синусоидального вы­ходного сигнала. Отклонения формы напряжения от синусоидальной свидетель­ствуют о неправильно выбранном режиме транзисторов по постоянному току, самовозбуждении усилителя, неисправности трансформаторов и т. п. Заметить искажение фо