Pojačala niske frekvencije su vrlo popularna među entuzijastima radio elektronike. Za razliku od prethodne šeme, ova pojačivač snage baziran na tranzistorima sa efektom polja sastoji se uglavnom od tranzistora i koristi izlazni stepen koji, sa bipolarnim naponom napajanja od 30 volti, može obezbijediti do 70 W izlazne snage na zvučnicima sa otporom od 4 oma.
Šematski dijagram pojačala koji koristi tranzistore sa efektom polja
Pojačalo je sastavljeno na bazi operativnog pojačala TL071 (IO1) ili bilo kojeg sličnog, koji stvara glavno pojačanje diferencijalnog signala. Pojačani niskofrekventni signal sa izlaza op-pojačala, od kojih većina teče kroz R3 do srednje tačke. Ostatak signala je dovoljan da ga direktno pojačaju IRF9530 (T4) i IRF530 (T6) MOSFET.
Tranzistori T2, T3 i njihove okolne komponente služe za stabilizaciju radne tačke varijabilnog otpornika, budući da mora biti pravilno postavljen u simetriji svakog polutalasa preko opterećenja pojačala.
Svi dijelovi su sastavljeni na jednostranoj štampanoj ploči. Imajte na umu da na ploči moraju biti instalirana tri skakača.
Postavke pojačala
Podešavanje pojačala najbolje je izvršiti primjenom sinusoidnog signala na njegov ulaz i povezivanjem otpornika opterećenja s vrijednošću od 4 oma. Nakon toga se ugrađuje otpornik R12 na način da je signal na izlazu pojačala simetričan, tj. oblik i veličina pozitivnih i negativnih polutalasa bili su isti pri maksimalnoj zapremini.
Upotreba tranzistora s efektom polja u ulaznim stupnjevima niskofrekventnih pojačala dizajniranih za rad od izvora signala visoke impedancije omogućava poboljšanje koeficijenta prijenosa i značajno smanjenje šumove takvih pojačala. Visoka ulazna impedansa PT-a izbjegava potrebu za korištenjem kondenzatora velikog kapaciteta. Upotreba PT u prvoj fazi ULF radio prijemnika povećava ulaznu impedanciju na 1-5 MOhm. Takav ULF neće opteretiti završni stupanj pojačala srednje frekvencije. Koristeći ovo svojstvo tranzistora sa efektom polja (visoki R ulaz), brojni sklopovi mogu biti značajno pojednostavljeni; Istovremeno se smanjuju dimenzije, težina i potrošnja energije iz izvora napajanja.
Ovo poglavlje razmatra principe konstrukcije i kola ULF-a na tranzistorima sa efektom polja sa p-n spojem.
Tranzistor sa efektom polja može se povezati u kolo sa zajedničkim izvorom, zajedničkim odvodom i zajedničkim gejtom. Svaki od sklopnih krugova ima određene karakteristike o kojima ovisi njihova primjena.
POJAČALO ZAJEDNIČKOG IZVORA
Ovo je najčešće korišteno jednosmjerno kolo i karakterizira ga visoka ulazna impedancija, visoka izlazna impedancija, pojačanje napona veće od jedinice i inverzija signala.
Na sl. 10a je prikazano kolo pojačala sa zajedničkim izvorom u kojem postoje dva izvora napajanja. Generator napona signala Uin je spojen na ulaz pojačala, a izlazni signal se uzima između drena i zajedničke elektrode.
Fiksna pristranost je štetna, jer zahtijeva dodatni izvor napajanja, i općenito je nepoželjna iz razloga što karakteristike tranzistora s efektom polja značajno variraju ovisno o temperaturi i imaju veliki raspršivanje od primjera do instance. Iz ovih razloga, u većini praktičnih kola sa tranzistorima sa efektom polja koristi se automatski prednapon, stvoren strujom samog tranzistora sa efektom polja preko otpornika R i (slika 10, b) i sličan automatskom prednaponu u cijevni krugovi.
Rice. 10. Šeme za povezivanje PT sa zajedničkim izvorom.
a - sa fiksnim pomakom; b - sa automatskim menjačem; c - sa nultim pomakom; g - ekvivalentno kolo.
Razmotrimo kolo sa nultom pristrasnošću (slika 10, c). Na dovoljno niskim frekvencijama, kada se otpor kondenzatora C z.s (sl. 10, d) i C z.i može zanemariti u poređenju sa R z, dobitak napona može se zapisati:
(1)
gdje je R i dinamički otpor PT; definira se na sljedeći način:
Ovdje primjećujemo da je SR i = μ, gdje je μ vlastiti naponski dobitak tranzistora.
Izraz (1) se može napisati drugačije:
(2)
U ovom slučaju izlazna impedancija pojačala (slika 10, c)
(3)
Sa automatskim pomakom (slika 10, b), kaskadni režim je određen sistemom jednačina:
Rješenje ovog sistema daje vrijednost struje odvoda I s u DC radnoj tački:
(4)
Za datu vrijednost I c, iz izraza (4) nalazimo vrijednost otpora u strujnom krugu izvora:
(5)
Ako je specificirana vrijednost napona U s.i., tada
(6)
Vrijednost nagiba za kaskadu sa automatskim prednagibom može se pronaći pomoću izraza
(7)
COMMON DRAIN POJAČALO
Kaskada sa zajedničkim odvodom (slika 11, a) se često naziva sljedbenikom izvora. U ovom kolu, ulazna impedancija je veća nego u zajedničkom izvornom kolu. Izlazna impedancija je ovdje niska; Nema inverzije signala sa ulaza na izlaz. Pojačanje napona je uvijek manje od jedinice, a izobličenje nelinearnog signala je beznačajno. Dobitak snage može biti velik zbog značajnog omjera ulazne i izlazne impedancije.
Izvorni sljedbenik se koristi za dobivanje male ulazne kapacitivnosti, za pretvaranje impedanse naniže ili za upravljanje velikim ulaznim signalom.
Rice. 11. Krugovi pojačala sa zajedničkim odvodom.
a - najjednostavniji sljedbenik izvora; b - ekvivalentno kolo; c - sljedbenik izvora sa povećanom otpornošću na pristrasnost.
Na frekvencijama gdje je 1/ωSz.i značajno veći od R i i R n (slika 11, b), ulazni i izlazni naponi su međusobno povezani relacijom
gdje je naponsko pojačanje K i
(8)
Gdje 
Ulazna impedansa kaskade prikazana na sl. 11, a, određena je otporom R z. Ako je R 3 spojen na izvor, kao što je prikazano na sl. 11, V, ulazna impedancija pojačala se naglo povećava:
(9)
Tako, na primjer, ako je R z = 2 MΩ, a pojačanje napona K i = 0,8, tada je ulazni otpor sljedbenika izvora 10 MΩ.
Ulazna kapacitivnost sljedbenika izvora za čisto omsko opterećenje je smanjena zbog inherentne povratne sprege ovog kola:
Izlazni otpor R iz sljedbenika izvora određen je formulom
(11)
Kada je R i >>R n, što se često dešava u praksi, prema (11) imamo:
(12)
Za visoku otpornost na opterećenje
Rout ≈ 1/S (13)
Izlazni kapacitet sljedbenika izvora
(4)
Mora se reći da pojačanje izvornog sljedbenika slabo ovisi o amplitudi ulaznog signala, te se stoga ovaj sklop može koristiti za rad s velikim ulaznim signalom.
COMMON GATE POJAČALO
Ovaj sklopni krug se koristi za pretvaranje niske ulazne impedancije u visoku izlaznu impedanciju. Ulazni otpor ovdje ima približno istu vrijednost kao i izlazni otpor u kolu sa zajedničkim odvodom. U visokofrekventnim kolima koristi se i uobičajena kaskada kapija, jer u većini slučajeva nema potrebe za neutralizacijom interne povratne sprege.
Pojačanje napona za kolo zajedničkih kapija
(15)
gdje je R r unutrašnji otpor generatora ulaznog signala.
Ulazna impedansa stepena
(16)
i slobodan dan
(17)
IZBOR RADNE TAČKE PT
Izbor radne tačke tranzistora određen je maksimalnim izlaznim naponom, maksimalnom disipacijom snage, maksimalnom promjenom struje odvoda, maksimalnim pojačanjem napona, prisustvom prednapona i minimalnom figurom šuma.
Da biste postigli maksimalni izlazni napon, prvo morate odabrati najveći napon napajanja, čija je vrijednost ograničena dopuštenim naponom odvoda tranzistora. Da bismo pronašli otpor opterećenja pri kojem se postiže maksimalni neiskrivljeni izlazni napon, potonji definiramo kao polovičnu razliku između napona napajanja E p i napona zasićenja (jednak naponu prekida). Podijeleći ovaj napon sa odabranom vrijednošću struje odvoda u radnoj tački I s, dobivamo optimalnu vrijednost otpora opterećenja:
(18)
Minimalna vrijednost disipacije snage postiže se pri minimalnom naponu i struji odvoda. Ovaj parametar je važan za prijenosnu opremu koja se napaja baterijama. U slučajevima kada je zahtjev za minimalnom disipacijom snage od najveće važnosti, potrebno je koristiti tranzistore sa niskim naponom prekida U ots. Struja odvoda može se smanjiti promjenom napona bias-a na gejtu, ali moramo biti svjesni smanjenja transkonduktivnosti koje prati smanjenje struje odvoda.
Minimalni temperaturni drift struje odvoda za neke tranzistore može se postići poravnavanjem radne tačke sa tačkom na karakteristici toka tranzistora koja ima nulti temperaturni koeficijent. U ovom slučaju, radi precizne kompenzacije, žrtvuje se zamjenjivost tranzistora.
Maksimalno pojačanje pri niskim vrijednostima otpora opterećenja postiže se kada tranzistor radi u tački s maksimalnom transkonduktivnošću. Za tranzistore sa efektom polja sa kontrolnim p-n spojem, ovaj maksimum se javlja kada je napon gejt-izvor nula.
Minimalna cifra šuma se postiže uspostavljanjem niskonaponskog režima na gejtu i drenažu.
ODABIR TRANZISTORA POLJA PREMA NAPONU ISKLJUČENJA
U nekim slučajevima, izbor DC napona prekida ima odlučujući uticaj na rad kola. Tranzistori sa niskim graničnim naponom imaju niz prednosti u krugovima koji koriste napajanje male snage i gdje je potrebna veća temperaturna stabilnost.
Razmotrite šta se dešava kada se dva FET-a sa različitim naponima prekida koriste u kolu sa zajedničkim izvorom na istom naponu napajanja i nultom prednaponu.
Rice. 12. Karakteristike PT prijenosa.
Označimo U ots1 - prekidni napon tranzistora PT1 i U ots2 - prekidni napon tranzistora PT2, dok je U ots1
U c1 =U c2 =U c ≥U ots2
Hajde da uvedemo pojam “indikator kvaliteta”:
(20)
Vrijednost M može se razumjeti iz Sl. 12, koja prikazuje tipičnu karakteristiku prijenosa p-kanalnog FET-a.
Nagib krive pri U z.i =0 je jednak S max. Ako se tangenta u tački U z.i =0 nastavi sve dok se ne siječe sa osom apscisa, tada će odsjeći segment U ots /M na ovoj osi. Ovo je lako pokazati na osnovu (20):
(21)
Prema tome, M je mjera nelinearnosti karakteristike protoka tranzistora s efektom polja. B pokazuje da je kod proizvodnje tranzistora s efektom polja primjenom difuzijske metode M = 2.
Nađimo vrijednost struje I c0 koristeći izraz (21):
Zamjenom njegove vrijednosti u (19) dobijamo:
Ako u formulu (1) stavimo R i >>R n, onda je pojačanje napona za kolo sa zajedničkim izvorom
(23)
Zamjenom vrijednosti dobitka (23) u izraz (22) dobijamo:
(24)
Iz relacije (24) možemo izvući sljedeći zaključak: pri datom naponu napajanja, kaskadno pojačanje je obrnuto proporcionalno graničnom naponu tranzistora sa efektom polja. Dakle, za tranzistore sa efektom polja proizvedene difuzionom metodom, M = 2 i pri U ots1 = 1,5 V (KP103E), U ots2 = 7 V (KP103M), napon napajanja 12,6 V i U c = 7 V, faktori pojačanja kaskada su jednake 7,5 i 1,6, respektivno. Dobitak kaskade sa PT1 se još više povećava ako se povećanjem otpora opterećenja R n, U c smanji na 1,6 V. Treba napomenuti da u ovom slučaju, uz konstantan napon napajanja E p, tranzistor sa niskim transkonduktivnost može pružiti veći dobitak napona od tranzistora s većom transkonduktivnošću (zbog većeg otpora opterećenja).
U slučaju niskog otpora opterećenja Rn, preporučljivo je koristiti tranzistore sa efektom polja sa visokim graničnim naponom za postizanje većeg pojačanja (zbog povećanja S).
Za tranzistore s niskim graničnim naponom, promjena struje odvoda od temperature je mnogo manja nego za tranzistore s visokim graničnim naponom, pa su stoga zahtjevi za stabilizaciju radne točke manji. Kod gejta koji postavlja temperaturni koeficijent struje odvoda na nulu, tranzistori sa nižim naponom prekidanja imaju veću struju odvoda od tranzistora sa višim naponom prekida. Osim toga, budući da je napon gejta (pri nultom temperaturnom koeficijentu) drugog tranzistora veći, tranzistor će raditi u načinu u kojem je više pogođena nelinearnost njegovih karakteristika.
Za dati napon napajanja, FET-ovi niskog graničnog napona pružaju veći dinamički raspon. Na primjer, od dva tranzistora koji imaju granični napon od 0,8 i 5 V sa naponom napajanja od 15 V i maksimalnim otporom opterećenja izračunatim iz relacije (18), na izlazu prvog može se dobiti dvostruka amplituda izlaznog signala (definisana kao razlika između E p i U ots), jednaka 14,2 V, dok u drugom - samo 10 V. Razlika u pojačanju će biti još očiglednija ako se E p smanji. Dakle, ako se napon napajanja smanji na 5 V, tada će dvostruka amplituda izlaznog napona prvog tranzistora biti 4,2 V, ali je drugi tranzistor gotovo nemoguće koristiti u ove svrhe.
NELINEARNA DISTORZIJA U POJAČIVAČIMA
Količina nelinearne distorzije koja se javlja u DC pojačavačima određena je mnogim parametrima kola: prednaponom, radnim naponom, otporom opterećenja, nivoom ulaznog signala, karakteristikama tranzistora sa efektom polja.
Kada se na ulaz pojačala sa zajedničkim izvorom dovede sinusoidalni napon U 1 sinωt, može se napisati trenutna vrijednost ukupnog napona u krugu gejt-izvor
U z.i = E cm + U 1 sinωt
gdje je E cm vanjski prednapon primijenjen na kapiju.
Uzimajući u obzir kvadratnu zavisnost odvodne struje od napona gejta (1), trenutna vrednost ic će biti jednaka:
(24a)
Otvarajući zagrade u jednačini (24a), dobijamo detaljan izraz za struju odvoda:
Iz izraza (24b) jasno je da izlazni signal, uz konstantnu komponentu i prvi harmonik, sadrži i drugi harmonik frekvencije ulaznog signala.
Nelinearna distorzija je određena omjerom efektivne vrijednosti svih harmonika i efektivne vrijednosti osnovnog harmonika u izlaznom signalu. Koristeći ovu definiciju, iz izraza (24b) nalazimo koeficijent harmonike koji izražava (E cm -U ots) kroz I c0:
(24v)
Izraz (24c) daje samo približan rezultat, budući da se stvarne karakteristike protoka PT razlikuju od onih opisanih izrazom (1).
Za postizanje minimalnog nelinearnog izobličenja potrebno je:
Održavajte vrijednost U c.i dovoljno velikom da pri maksimalnom padu izlaznog signala uvjet bude ispunjen
U s.i ≥(1,5...3)U s.i.
Nemojte raditi na naponima gejt-drain blizu kvara;
- odaberite dovoljno veliki otpor opterećenja.
Na sl. Na slici 16, c prikazano je kolo u kojem tranzistor s efektom polja radi s velikim R n, što osigurava nisko izobličenje i veliko pojačanje. Drugi tranzistor sa efektom polja T2 se ovdje koristi kao otpor opterećenja. Ovo kolo osigurava pojačanje napona od oko 40 dB pri E napajanju = 9 V.
Izbor tipa FET-a koji daje najmanje izobličenja zavisi od nivoa ulaznog signala, napona napajanja i potrebnog opsega. Sa velikim nivoom izlaznog signala i značajnom širinom pojasa, poželjan je PT sa velikim Urefom. Pri niskom nivou ulaznog signala ili niskom naponu napajanja, poželjniji su PT sa niskim Us.
GAIN STABILIZATION
ULF pojačanje na PT, kao i na ostalim aktivnim elementima, podložno je uticaju različitih destabilizujućih faktora, pod čijim uticajem menja svoju vrednost. Jedan od ovih faktora su promjene temperature okoline. Za borbu protiv ovih pojava, u osnovi se koriste iste metode kao u krugovima baziranim na bipolarnim tranzistorima: koriste negativne povratne informacije i struja i napon, pokrivajući jedan ili više stupnjeva, uvode temperaturno zavisne elemente u krug.
U tranzistoru sa efektom polja sa p-n spojem, pod uticajem temperature, struja gejta se eksponencijalno menja, a struja odvoda i transkonduktivnost se menjaju.
Učinak promjene struje gejta Ig na pojačanje može se oslabiti smanjenjem otpora otpornika Rg u krugu gejta. Da bi se smanjio uticaj promene struje odvoda, kao u slučaju bipolarnih tranzistora, može se koristiti negativna DC povratna sprega (slika 13a).
Pogledajmo bliže neke načine za smanjenje uticaja promena nagiba S na pojačanje.
U modu pojačanja slabog signala, pojačanje nekompenziranog stupnja tranzistora s efektom polja opada kako temperatura raste. Na primjer, pojačanje kola na Sl. 13, a, jednako 13,5 na 20° C, smanjuje se na 12 na +60° C. Ovo smanjenje je prvenstveno zbog promjene temperature nagiba tranzistora sa efektom polja. Bias parametri kao što su struja odvoda I s, napon gejt-izvor U g.i i napon izvor-drejn U c.i se neznatno mijenjaju zbog postojeće istosmjerne povratne sprege.
Rice. 13. Pojačala sa stabilizacijom pojačanja.
a - nekompenzirana kaskada; b - kompenzovani stepen pojačanja; c - kompenzovani stepen pojačanja sa OOS; g -prolazna karakteristika.
Uključivanjem nekoliko običnih dioda u kolo negativne povratne sprege između gejta i izvora (slika 13, b), moguće je stabilizovati pojačanje pojačala bez uvođenja dodatnih stupnjeva. Kako temperatura raste, naprijed napon svake diode opada, što zauzvrat dovodi do smanjenja napona U c.i.
Eksperimentalno je pokazano da rezultirajuća promjena napona pomiče radnu tačku na način da je nagib S relativno stabilan u određenim granicama promjene temperature (slika 13, d). Na primjer, pojačanje pojačala prema krugu na sl. 13, b, jednako 11, praktički zadržava svoju vrijednost u rasponu temperaturnih promjena od 20-60 ° C (K i mijenja se za samo 1%).
Uvođenje negativne povratne sprege između gejta i izvora (slika 13, c) smanjuje pojačanje, ali pruža bolju stabilnost. Pojačanje pojačala prema dijagramu na sl. 13, c, jednako 9, praktično se ne mijenja kada se temperatura promijeni od 20 do 60°.
Pažljivim odabirom radne tačke i broja dioda, pojačanje se može stabilizovati sa tačnošću od 1% u opsegu do 100°C.
SMANJENJE UTICAJA PT ULAZNOG KAPACITETA NA FREKVENCIJSKA SVOJSTVA POJAČALA
Za sljedbenik izvora prikazan na sl. 11, a, prema njegovom ekvivalentnom krugu (slika 11, b), vremenska konstanta ulaznog kola se može odrediti sa dovoljnom tačnošću za praktične proračune na sledeći način:
τ in = R g [C g + C z.s + C z.i (1 - K i)], (25)
gdje su Rg i Cg parametri izvora signala.
Iz izraza (25) je jasno da je vremenska konstanta ulaznog kola direktno zavisna od kapacitivnosti Cz.s i Cz.i, a kapacitivnost Cz.i usled uticaja zaštite životne sredine je smanjena za (1-K i ) puta.
Međutim, postizanje pojačanja napona blizu jedinice (kako bi se eliminirao utjecaj kapacitivnosti C s.i.) u konvencionalnom krugu sljedbenika izvora prepun je poteškoća povezanih s niskim naponom proboja tranzistora s efektom polja. Tako da na tranzistoru sa efektom polja KP102E sa maksimalna struja drain I c0 = 0,5 mA, sa maksimalnim nagibom od 0,7 mA/V za dobijanje naponskog pojačanja od 0,98, potrebno je koristiti otpor R n = 65 kOhm. Pri I c0 = 0,5 mA, pad napona na otporniku R n će biti oko 32,5 V, a napon napajanja bi trebao biti barem veći od ovog napona za iznos U ots, tj. E p = 35 V.
Da bi se izbjegla potreba za korištenjem visokog napona napajanja za dobivanje pojačanja blizu jedinice, u praksi se često koriste kombinirana sljedbena kola bazirana na efektima polja i bipolarnim tranzistorima.
Na sl. 14, a prikazuje kombinovano kolo i po tipu tranzistora koji se u njemu koriste i po krugu njihove veze, nazvan izvorni sljedbenik sa vezom za praćenje. Dren tranzistora sa efektom polja T1 povezan je sa bazom bipolarnog tranzistora T2, sa čijeg kolektora se signal dovodi do izlaznog terminala tranzistora sa efektom polja u antifazi sa ulaznim signalom. Odabirom otpornika R5 i R6, napon signala na izvoru se može dobiti jednak ulaznom naponu, čime se eliminira utjecaj kapacitivnosti C.
Otpornik R1 instaliran u krugu prednapona gejta povezan je na izvor tranzistora T1 preko kondenzatora velikog kapaciteta C2. Efektivni otpor u krugu prednapona određen je otporom otpornika R 1 i koeficijentom povratne sprege, tako da
(35)
gdje je U i amplituda signala na izvoru tranzistora T1.
Rice. 14. Pojačala sa smanjenim ulaznim kapacitetom.
a - izvorni pratilac sa vezom za praćenje; b - sa smanjenim kapacitetom C z.s; c - sljedbenik izvora sa dinamičkim opterećenjem.
Za velike vrijednosti β bipolarnog tranzistora T2, pojačanje kola se može približno procijeniti sljedećim izrazom:
(36)
Ako je pojačalo dizajnirano da radi na niskim frekvencijama, tada se otpornik R6 može zaobići kondenzatorom C3 (prikazano isprekidanom linijom na slici 14a); u ovom slučaju, gornja granica frekvencije je određena izrazom
(37)
Iznad smo raspravljali o metodi za smanjenje utjecaja kapacitivnosti gejt-izvor C na frekvencijski odziv pojačala dobivanjem pojačanja blizu jedinice na izvornom sljedbeniku. Utjecaj kapacitivnosti C z.s ostao je nepromijenjen.
Dalje poboljšanje frekvencijskih karakteristika pojačala može se postići slabljenjem statičkog kapacitivnosti gejt-drain u ulaznom kolu kola.
Da biste smanjili utjecaj kapacitivnosti između gejta i drena, možete koristiti metodu sličnu onoj gore opisanoj kako biste smanjili utjecaj kapacitivnosti C g.i., odnosno smanjili napon signala na kondenzatoru. Na dijagramu prikazanom na sl. 14, b, utjecaj kapacitivnosti C z.s je toliko smanjen da je ulazni kapacitet kaskade gotovo u potpunosti određen rasporedom dijelova u kolu i instalacionim kapacitetom.
Prvi stepen na tranzistoru T1 ima malo opterećenje u odvodnom kolu i predstavlja sljedbenik izvora za signal preuzet iz izvora. Izlazni signal se dovodi do zajedničkog kolektorskog stupnja koji koristi bipolarni tranzistor.
Da bi se smanjio uticaj kapacitivnosti C 3.s, signal sa izlaznog stepena (emiterski sledbenik) se dovodi preko kondenzatora C2 do drena tranzistora T1 u fazi sa ulaznim signalom. Da bi se povećao efekat kompenzacije, potrebno je preduzeti mjere za povećanje koeficijenta prijenosa prvog stupnja. Ovo se postiže primjenom signala sa emiterskog sljedbenika na otpornik za prednapon R3. Kao rezultat toga, napon primijenjen na drenažu postaje veći, a negativna povratna sprega postaje učinkovitija. Osim toga, povećanje koeficijenta prijenosa prvog stupnja dodatno smanjuje utjecaj kapacitivnosti C z.i.
Ako ne koristite navedene metode za smanjenje kapacitivnosti vrata, tada je ulazni kapacitet, u pravilu, prilično značajan (za tranzistor KP103 je 20-25 pF). Kao rezultat, moguće je smanjiti ulazni kapacitet na 0,4-1 pF.
Sljeđivač izvora sa dinamičkim opterećenjem (zasnovano na materijalima Yu. I. Glushkova i V. N. Semenova), pokriven povratnom spregom za praćenje odvoda, prikazan je na Sl. 14, c. Uz pomoć ovakvog kola moguće je eliminisati uticaj statičkog pojačanja tranzistora sa efektom polja μ na koeficijent prenosa izvornog sledbenika, a takođe i smanjiti kapacitet C g.s. Tranzistor T2 djeluje kao generator stabilne struje, postavljajući struju u izvornom krugu tranzistora s efektom polja T1. Tranzistor T3 je dinamičko opterećenje u odvodnom kolu tranzistora sa efektom polja ali naizmjenična struja. Parametri sljedbenika izvora:
ECONOMICAL VLF
Programer se ponekad suočava sa zadatkom stvaranja ekonomičnih niskofrekventnih pojačala koji rade iz niskonaponskog napajanja. U takvim pojačivačima mogu se koristiti tranzistori sa efektom polja sa niskim graničnim naponom U otc i strujom zasićenja I c0; ova kola imaju nesumnjive prednosti u odnosu na cijevna i bipolarna tranzistorska kola.
Izbor radne tačke u ekonomičnim tranzistorskim pojačavačima sa efektom polja određuje se na osnovu uslova dobijanja minimalne disipacije snage. Da bi se to postiglo, napon prednapona U c.i je odabran gotovo jednak graničnom naponu, dok struja odvoda teži nuli. Ovaj način rada osigurava minimalno zagrijavanje tranzistora, što dovodi do niskih struja curenja gejta i visokog ulaznog otpora. Potreban dobitak pri niskim strujama odvoda postiže se povećanjem otpora opterećenja.
U ekonomičnim niskofrekventnim pojačivačima široko se koristi kaskadno kolo prikazano na sl. 10, b. U ovom kolu, napon bias-a se generiše preko otpora u krugu izvora, koji stvara negativnu strujnu povratnu spregu koja stabilizuje režim od uticaja temperaturnih fluktuacija i varijacija parametara.
Možemo predložiti sljedeću proceduru za proračun ekonomičnih ULF kaskada napravljenih prema sl. 10, b.
1. Na osnovu uslova za postizanje minimalne disipacije snage, biramo tranzistor sa efektom polja sa niskim graničnim naponom U ots i strujom zasićenja I c0.
2. Odaberite radnu tačku tranzistora sa efektom polja strujom I c (jedinice - desetine mikroampera).
3. Uzimajući u obzir da se pri prednaponu blizu graničnog napona, struja odvoda može približno odrediti izrazom
Rc ≈ U ots /R i (38)
otpor izvora izvora
Ri ≈ U ots /I i (39)
4. Na osnovu traženog pojačanja nalazimo R n. Od dobitka
(40)
tada, zanemarujući efekt ranžiranja diferencijalnog otpora drejn-izvor R i i zamjenjujući umjesto S njegovu vrijednost dobivenu diferenciranjem izraza za struju odvoda u (40), dobijamo:
(41)
Iz posljednjeg izraza nalazimo potrebnu otpornost opterećenja:
(42)
Tu se završava proračun pojačala i tokom procesa podešavanja samo se specificiraju vrijednosti otpornika R n i R i.
Na sl. Slika 15 prikazuje praktičan dijagram ekonomičnog niskofrekventnog pojačala koji radi od kapacitivnog senzora (na primjer, od piezokeramičkog hidrofona).
Zbog niske struje prednapona izlaznog pojačala, koji se sastoji od dva tranzistora T2 i T3, disipacija snage cijelog pretpojačala je 13 μW. Pretpojačalo troši 10 µA struje pri naponu napajanja od 1,35 V.
Rice. 15. Shematski dijagram ekonomično pojačalo.
Ulazna impedansa pretpojačala određena je otporom otpornika R1. Stvarni ulazni otpor tranzistora sa efektom polja može se zanemariti, jer je za red veličine veći od otpora otpornika R1.
U režimu malog signala, ulazni stepen pretpojačala je ekvivalentan kolu sa zajedničkim izvorom, dok su kola prednapona dizajnirana kao sljedbeno kolo izvora.
Tranzistor sa efektom polja koji se koristi u ovom kolu mora imati mali granični napon Uots i malu struju odvoda I c0 pri naponu gejta U z.i = 0.
Vodljivost kanala tranzistora polja T1 ovisi o struji odvoda, a kako je potonja neznatna, provodljivost je također mala. Stoga je izlazni otpor kola zajedničkog izvora određen otporom otpornika R2. Prema izlaznoj impedanciji pojačala je 4 kOhm, pojačanje napona je 5 (14 dB).
ULF KASKADE SA DINAMIČKIM OPTEREĆENJEM
Tranzistori sa efektom polja olakšavaju implementaciju niskofrekventnih pojačala sa dinamičkim opterećenjima. U poređenju sa stepenom reostatskog pojačanja, u kojem je otpor opterećenja konstantan, pojačalo sa dinamičkim opterećenjem ima veći dobitak napona.
Šematski dijagram pojačala s dinamičkim opterećenjem prikazan je na Sl. 16, a.
Aktivni element, tranzistor sa efektom polja T2, koristi se kao dinamički otpor opterećenja drena tranzistora sa efektom polja T1, čiji unutrašnji otpor zavisi od amplitude signala na drenažu tranzistora T1. Tranzistor T1 je spojen prema zajedničkom izvornom krugu, a T2 je spojen prema zajedničkom krugu odvoda. Za jednosmjernu struju, oba tranzistora su povezana u seriju.
Rice. 16. Šematski dijagrami pojačala s dinamičkim opterećenjima.
a - na dva PT; b - na PT i bipolarnom tranzistoru; c - sa minimalnim brojem detalja.
Ulazni signal Uin se dovodi do kapije tranzistora sa efektom polja T1, a uklanja se sa izvora tranzistora T2.
Kaskada za pojačavanje (slika 16, a) može poslužiti kao standardna pri konstruisanju višestepenih pojačala. Kada se koriste tranzistori s efektom polja tipa KP103Zh, kaskada ima sljedeće parametre:
Treba napomenuti da kada se koriste FET-ovi sa niskim naponom prekida, moguće je postići veći dobitak napona nego kada se koriste FET-ovi sa visokim naponom prekida. Ovo se objašnjava činjenicom da PT sa niskim naponom prekida ima veći unutrašnji (dinamički) otpor od PT sa visokim naponom prekida.
Kao dinamički otpor može se koristiti i običan bipolarni tranzistor. U ovom slučaju, pojačanje napona je čak nešto veće nego kada se koristi tranzistor s efektom polja u dinamičkom opterećenju (zbog većeg R i). Ali u ovom slučaju se povećava broj dijelova potrebnih za izgradnju stupnja pojačanja s dinamičkim opterećenjem. Šematski dijagram takve kaskade prikazan je na Sl. 16, b, a njegovi parametri su bliski parametrima prethodnog pojačala prikazanog na sl. 16, a.
Pojačala sa dinamičkim opterećenjem treba koristiti za postizanje visokog pojačanja u niskim ULF-ovima sa niskim naponom napajanja.
Na sl. 16, c prikazuje stepen pojačanja sa dinamičkim opterećenjem, u kojem je broj dijelova smanjen na minimum, a ovo kolo daje pojačanje do 40 dB uz nisku razinu buke. Pojačanje napona za ovo kolo može se izraziti formulom
(43)
gdje je S max1 transkonduktivnost tranzistora T1; R i1, R i2 su dinamički otpori tranzistora T1 i T2, respektivno.
ULF na čipsu
Mikrokolo tipa K2UE841 jedno je od prvih linearnih mikrokola koje je ovladala naša industrija. To je dvostepeno pojačalo sa dubokom negativnom povratnom spregom (sljedbenikom), sastavljeno pomoću tranzistora sa efektom polja. Mikrokrugovi ovog tipa se široko koriste kao ulazni stepeni osjetljivih širokopojasnih pojačala, kao udaljeni stupnjevi pri prijenosu signala kroz kabel, u aktivnim filterskim krugovima i drugim kolima koja zahtijevaju visoku ulaznu i nisku izlaznu impedanciju i stabilan koeficijent prijenosa.
Šema kola takvog pojačala prikazana je na Sl. 17, a; metode za uključivanje mikrokola prikazane su na sl. 17, b, c, d.
Otpornik R3 je uključen u kolo radi zaštite izlaznog tranzistora od preopterećenja u slučaju kratkih spojeva na izlazu. Blago smanjenjem povratne sprege (na slici 17, u R os prikazano isprekidanom linijom), možete dobiti koeficijent prenosa jednak jedinici ili nešto veći.
Ulazni otpor repetitora može se značajno povećati (10-100 puta) ako se osigura povratna sprega u kolo gejta preko kondenzatora C (prikazano isprekidanom linijom na slici 17, c). U ovom slučaju, ulazna impedancija repetitora je približno jednaka:
R in = R h / (1-K u),
gdje je K i koeficijent prijenosa repetitora.
Osnovni električni parametri repetitora su sljedeći:
Industrija je savladala proizvodnju hibridnih filmskih mikro krugova serije K226, koji su niskofrekventna pojačala sa niskim nivoom šuma s tranzistorom s efektom polja na ulazu. Njihova glavna svrha je da pojačaju slabe AC signale od senzora sa visokim unutrašnjim otporom.
Rice. 17. Čip K24E841.
a - šematski dijagram; b - kolo sa jednim napajanjem napona od 12,6 V; c - krug sa dva izvora napajanja naponom +-6,3 V; d - krug sa jednim napajanjem napona od -6,3 V.
Mikrokrugovi su napravljeni na staklokeramičkoj podlozi koristeći tehnologiju hibridnog filma koristeći efekt polja i bipolarne tranzistore.
Mikrokrugovi niskofrekventnog pojačala podijeljeni su u grupe prema pojačanju i nivou šuma (tabela 1). Izgled a ukupne dimenzije su prikazane na sl. 18.
Šematski krugovi pojačala prikazani su na sl. 19, a, b i 20, a, b i njihovi dijagrami povezivanja prikazani su na sl. 21, a, d. Prilikom uključivanja mikro kola prema dijagramima na sl. 21, a i b, ulazni otpor pojačala jednak je otporu vanjskog otpornika R i. Za povećanje ulaznog otpora (do 30 MOhm ili više), potrebno je koristiti sklopove na sl. 21.6, g.
| Vrste čipova | Dobitak | Napon buke, µV |
| K2US261A | 300 | 5 |
| K2US265A | 100 | 5 |
| K2US261B | 300 | 12 |
| K2US265B | 100 | 12 |
| K2US262A | 30 | 5 |
| K2US262B | 30 | 12 |
| K2US263A | 300 | 6 |
| K2US263B | 300 | 12 |
| K2US264A | 10 | 6 |
| K2US264B | 10 | 12 |
Tabela 1
Rice. 18. Izgled i ukupne dimenzije mikrokola K2US261-K2US265.
Osnovni električni parametri mikrokola K2US261 i K2US262:
| Napon napajanja | +12,6 V +-10% -6.8V +-10% |
| Potrošnja energije: | |
| od +12,6 V izvora | Ne više od 40 mW |
| od -6,3 V izvora | Ne više od 50 mW |
| Promena pojačanja u opsegu radne temperature (od -45 do +55°C) | +-10% |
| Napon unutrašnjeg šuma u opsegu od 20 Hz - 20 kHz u zavisnosti od grupa (sa ulazom kratko spojenim sa kondenzatorom od 5000 pF) | 5 µV i 12 µV |
| 3 MOhm | |
| Izlazna impedansa | 100 Ohm |
| Ulazni kapacitet | 15 pF |
| Gornja granična frekvencija na nivou 0,7 | Ne manje od 200 kHz |
| Niža granična frekvencija | Određeno vanjskim kapacitetima filtera |
| Maksimalni izlazni napon na vanjskom opterećenju je 3 kOhm u frekvencijskom opsegu do 100 kHz sa nelinearnim koeficijentom izobličenja ne većim od 5% | Ne manje od 1,5 V |
Rice. 19. Šematski dijagrami pojačala.
a - K2US261; b - K2US262.
Rice. 20. Šematski dijagrami pojačala.
a - K2US263; b - K2US264 (sve diode su tipa KD910B).
Osnovni električni parametri mikrokola K2US263 i K2US264:
| Napon napajanja | +6 V ±10% -9 V +-10% |
| Potrošnja energije: | |
| od +6 V izvora | 10 mW |
| od izvora - 9 V | 50 mW (K2US263), 25 mW (K2US264) |
| Promjena pojačanja u opsegu radne temperature (od -45 do +55°C) | +-10% |
| Ulazna impedansa na 100 Hz | Ne manje od 10 MOhm |
| Ulazni kapacitet | Ne više od 15 pF |
| Izlazna impedansa | 100 Ohm (K2US263), 300 oma (K2US264) |
| Gornja granična frekvencija sa amplitudom izlaznog signala od najmanje 2,5 V i neujednačenošću frekvencijskog odziva + -5% | 100 kHz (K2US263), 200 kHz (K2US264) |
| Niža granična frekvencija | Određeno kapacitetom eksternog filtera |
| THD na izlaznom naponu od 2,5 V | 5% (K2US263), 10% (K2US264) |
Rice. 21. Sklopovi za povezivanje pojačala.
Preporuke za upotrebu mikrokola. Frekvencijska ovisnost i granična frekvencija na nivou od 0,7 V u niskofrekventnom području s dovoljno velikom vremenskom konstantom ulaznog kola određena je vanjskim filterskim kondenzatorom negativne povratne sprege C2 i otporom otpornika povratnog kola R o.c. u skladu sa odnosima:
Vršni naponi na ulazu mikrokola K2US261, K2US262 ne bi trebali prelaziti 1 V za pozitivan polaritet i 3 V za negativan; na ulazu mikro krugova K2US263, K.2US264 - ne više od 2 V za pozitivan polaritet i ne više od 1 V za negativan polaritet.
Otpor na curenje R1 za ulaznu struju u opsegu radne temperature -60 do +70° C ne bi trebalo da prelazi 3 MOhm. Na nižim maksimalnim temperaturama ili kada su zahtjevi za izlaznim naponom smanjeni, vrijednost otpornika R1 može se povećati kako bi se povećala ulazna impedancija stupnja.
Struja curenja ulaznog kondenzatora za razdvajanje C1 ne bi trebala biti veća od 0,06 μA.
Da bi se održao maksimalni izlazni napon, struja curenja kondenzatora C2 u opsegu radne temperature ne bi trebala prelaziti 20 μA. Ovaj zahtjev zadovoljava kondenzator K52-1A kapaciteta 470 μF, čija struja curenja ne prelazi 10 μA pri ovim naponima.
PRAKTIČNI DIJAGRAMI NISKOFREKVENCIJSKIH POJAČAČA KOJE SE POMOĆU TRANZISTORA POLJA
Tranzistori sa efektom polja se obično koriste u pojačalima u kombinaciji sa bipolarnim tranzistorima, ali se mogu koristiti i kao aktivni uređaji u višestepenim audio pojačalima sa otporno-kapacitivnim spregom. Na sl. Slika 22 prikazuje primjer korištenja tranzistora s efektom polja u RC pojačavaču. Ovo pojačalo je korišteno za snimanje zvučnih signala mora. Signal na ulaz pojačala uziman je sa piezokeramičkog hidrofona G, a opterećenje pojačala je bio kabl tipa KVD4x1.5, dužine 500 m.
Ulazni stepen pojačala je napravljen od tranzistora sa efektom polja tipa KP103Zh sa minimalnim šumom. U istu svrhu (smanjenje buke), prva dva stepena se napajaju smanjenim naponom dobijenim pomoću parametarskog stabilizatora D1R8. Zahvaljujući ovim mjerama, nivo buke koji se odnosi na ulaz u frekvencijskom opsegu 4 Hz-20 kHz bio je 1,5-2 μV.
Da biste podesili frekvencijski odziv pojačala u području viših frekvencija, možete spojiti odgovarajuće korektorne kondenzatore paralelno s otpornicima R6 i R10.
Za usklađivanje visokog izlaznog otpora pojačala s opterećenjem niskog otpora (kablom), koristi se sljedbenik napona na tranzistorima T4, T5, koji je dvostepeno pojačalo s direktnim spajanjem. Da bi se eliminirao ranžirni učinak otpornika za pristrasnost R11, R12, pozitivna povratna sprega na izmjeničnu struju se uvodi kroz lanac R13, C6. Izračunata vrijednost izlaznog otpora takvog repetitora je 10 Ohma.
Da biste provjerili funkcionalnost i pojačanje pojačala, koristite kalibracijski generator sastavljen pomoću simetričnog multivibratorskog kola. Kalibracijski generator proizvodi pravokutne amplitudno stabilizirane impulse frekvencije 85 Hz pomoću D2-D5 zener dioda tipa D808, koje se, kada je kalibrator uključen, napajaju preko hidrofona na ulaz pojačala. Koristeći djelitelj napona na otpornicima R16, R17, amplituda impulsa je postavljena na 1 mV.
Unatoč jednostavnosti kruga pojačala, pojačanje se neznatno mijenja (oko 2%) kada se temperatura okoline promijeni u rasponu od 0-40 ° C, a pojačanje na sobnoj temperaturi od 20 ° C bilo je jednako 150.
Rice. 22. Šematski dijagram hidroakustičkog pojačala.
Ako se izlazni otpor prvog stupnja na tranzistoru s efektom polja može toliko smanjiti da postane moguće koristiti konvencionalne bipolarne tranzistore u sljedećim stupnjevima, tada nije ekonomično koristiti tranzistore s efektom polja za daljnje pojačanje. U tim slučajevima koriste se pojačala sa efektom polja i bipolarni tranzistori.
Na sl. Na slici 23 prikazan je šematski dijagram niskofrekventnog pojačivača sa efektom polja i bipolarnim tranzistorima, koji ima parametre bliske onima trostepenog RC pojačala koji koristi tranzistore sa efektom polja (slika 22). Dakle, sa pojačanjem od 150, frekvencijskim odzivom na nivou od 0,7 od 20 Hz do 100 kHz, vrijednost maksimalnog neiskrivljenog izlaznog signala pri R n = 3 kOhm je 2 V.
Tranzistor sa efektom polja T1 (slika 23) povezan je u kolo sa zajedničkim izvorom, a bipolarni tranzistor je spojen u kolo sa zajedničkim emiterom. Da bi se stabilizirale karakteristike performansi, pojačalo je pokriveno negativnom DC povratnom spregom.
Na sl. Na slici 24 prikazano je kolo niskofrekventnog pojačala s direktnim spojnicama, koje su razvili V.N. Semenov i V.G. Fedorin, dizajniran za pojačavanje slabih signala iz izvora s visokom ulaznom impedancijom. Pojačalo ne sadrži spojne kondenzatore, tako da njegove dimenzije mogu biti male.
Parametri pojačala su sljedeći:
Kolo je UPT sa 100% DC povratnom spregom; Zbog toga se postiže minimum drifta i stabilnost režima. DC povratna sprega se uvodi kroz niskopropusni filter, tako da je donja granična frekvencija pojačala određena parametrima ovog filtera.
Za stabilizaciju pojačanja koristi se negativna povratna sprega na frekvenciji signala sa dubinom od oko 20 dB. Dobitak zavisi od dubine povratne sprege.
Rice. 23. Principijelno ULF kolo na poljski i bipolarni tranzistori.
Rice. 24. Šematski dijagram ULF-a sa direktnim priključcima.
Upotreba povratne sprege čini pojačalo nekritičnim za promjene napona napajanja i varijacije u parametrima tranzistora i svih dijelova osim R10 i R11. Karakteristike kola uključuju činjenicu da tranzistori T3 i T4 rade sa naponima U b.e. jednakim U b.e.
Visoka ulazna impedansa pojačala postiže se upotrebom tranzistora sa efektom polja. Na nižim frekvencijama to će biti određen otporom otpornika R1, na gornjim frekvencijama - ulaznom kapacitivnošću kola.
A.G. Milekhin
književnost:
- Tranzistori sa efektom polja. Fizika, tehnologija i primjena. Per. sa engleskog uređeno od A. Mayorova. M., "Sovjetski radio", 1971.
- Sevin L. Tranzistori sa efektom polja. M., „Sovjetski radio“, 1968.
- Malin V.V., Sonin M.S. Parametri i svojstva tranzistora sa efektom polja. M., "Energija", 1967.
- Sherwin V. Uzroci izobličenja kod tranzistorskih pojačala s efektom polja. - "Elektronika"‚ 1966, br. 25.
- Downs R. Ekonomično pretpojačalo. "Elektronika", 1972, br. 5.
- Holzman N. Eliminacija emisija pomoću operacionog pojačala. "Elektronika", 1971, br. 3.
- Gozling V. Primena tranzistora sa efektom polja. M., "Energija". 1970.
- De Kold. Upotreba dioda za stabilizaciju temperature pojačanja tranzistora sa efektom polja - "Elektronika", 1971, br. 12.
- Galperin M.V., Zlobin Yu.V., Pavleiko V.A. DC tranzistorska pojačala. M., "Energija", 1972.
- Tehnički katalog. “Novi uređaji. Tranzistori sa efektom polja. hibridna integrirana kola". Ed. Centralni istraživački institut "Elektronika", 74.
- Topčilov N. A. Hibridna linearna mikro kola sa visokootpornim ulazom - "Elektronska industrija", 1973, br. 9.
Specifikacije
Maksimalna RMS snaga:
na RH = 4 Ohma, W 60
na RH = 8 Ohm, W 32
Radni frekvencijski opseg. Hz 15...100 000
Faktor harmonične distorzije:
na f = 1 kHz, Pout = 60 W, RH = 4 Ohm, % 0,15
na f = 1 kHz, Pout = 32 W, RH = 8 Ohm, % 0,08
Pojačanje, dB 25...40
Ulazna impedansa, kOhm 47
Postavke
Malo je vjerovatno da će bilo koji iskusni eksperimentator imati poteškoća u postizanju zadovoljavajućih rezultata kada konstruira pojačalo koristeći ovaj sklop. Glavni problemi koje treba uzeti u obzir su nepravilna ugradnja elemenata i oštećenje MOSFET-a zbog nepravilnog rukovanja ili pobude kola. Sljedeća kontrolna lista za rješavanje problema se predlaže kao vodič za eksperimentatora:
1. Prilikom sastavljanja PCB-a, prvo instalirajte pasivne elemente i provjerite je li polaritet elektrolitskih kondenzatora ispravan. Zatim instalirajte tranzistore VT1 ... VT4. Konačno, instalirajte MOSFET-ove, izbjegavajući statički naboj kratkim spojem vodova na masu u isto vrijeme i korištenjem uzemljenog lemilice. Provjerite montiranu ploču za ispravnu ugradnju elemenata. Da biste to učinili, bit će korisno koristiti raspored elemenata prikazan na Sl. 2 Provjerite štampane ploče provjerite ima li šorc za lemljenje na šinama i, ako ih ima, uklonite ih. Provjerite lemne spojeve vizualno i električno pomoću multimetra i ponovite ako je potrebno.
2. Sada se napon napajanja može primijeniti na pojačalo i može se podesiti struja mirovanja izlaznog stupnja (50...100 mA). Potenciometar R12 se prvo postavlja na minimalnu struju mirovanja (do kvara u smjeru suprotnom od kazaljke na satu na topologiji ploče sl. 2). U pozitivnoj grani napajanja se uključuje ampermetar sa granicom mjerenja od 1 A. Okretanjem klizača otpornika R12 očitavanje ampermetra je 50...100 mA. Podešavanje struje mirovanja može se izvršiti bez priključenja opterećenja. Međutim, ako je zvučnik za opterećenje uključen u krug, on mora biti zaštićen DC osiguračem od preopterećenja. Kada je struja mirovanja podešena, prihvatljivi izlazni offset napon bi trebao biti manji od 100 mV.
Prekomjerne ili nepravilne promjene struje mirovanja pri podešavanju R12 ukazuju na pojavu generiranja u krugu ili nepravilno povezivanje elemenata. Trebali biste se pridržavati prethodno opisanih preporuka (serijsko povezivanje otpornika u krugu kapije, minimiziranje dužine spojnih vodiča, zajedničko uzemljenje). Pored toga, kondenzatori za razdvajanje snage moraju biti instalirani u neposrednoj blizini izlaznog stepena pojačala i tačke uzemljenja opterećenja. Kako bi se izbjeglo pregrijavanje snažnih tranzistora, regulaciju struje mirovanja treba izvršiti sa MOS tranzistorima instaliranim na hladnjaku.
3.Nakon uspostavljanja struje mirovanja, ampermetar se mora ukloniti
od pozitivnog kruga napajanja i do ulaza pojačala može biti
dat je radni signal. Nivo ulaznog signala za postizanje pune nazivne snage mora biti sljedeći:
UBX = 150 mV (RH = 4 Ohm, Ki = 100);
UBX= 160 mV (RH = 8 Ohm, Ki = 100);
UBX = 770 mV (RH = 4 Ohm, Ki = 20);
UBX = 800 mV (RH = 8 Ohm, Ki = 20).
"Rezanje" na vrhovima izlaznog signala kada radi na nazivnoj snazi ukazuje na lošu regulaciju napona napajanja i može se ispraviti smanjenjem amplitude ulaznog signala i smanjenjem nazivnih karakteristika pojačala.
Frekvencijski odziv pojačala može se testirati u frekvencijskom opsegu 15 Hz... 100 kHz pomoću audio test kompleta ili generatora i osciloskopa. Izobličenje izlaznog signala na visokim frekvencijama ukazuje na reaktivnu prirodu opterećenja, a za vraćanje oblika signala bit će potrebno odabrati vrijednost induktivnosti izlaznog induktora L1. Amplitudno-frekvencijski odziv na visokim frekvencijama može se izjednačiti korištenjem kompenzacijskog kondenzatora spojenog paralelno sa R6. Niskofrekventni dio amplitudno-frekventne karakteristike koriguje se elementima R7, C2.
4. Prisustvo pozadine (šum) najvjerovatnije se javlja u kolu
kada je pojačanje postavljeno previsoko. Visoki ulazni prijem
impedansa se minimizira korištenjem oklopljenih
kabl uzemljen direktno na izvor signala. Niskofrekventno talasanje snage ulazi u ulazni stepen sa napajanjem
pojačalo, može se eliminisati kondenzatorom SZ. Dodatno
pozadinsko slabljenje se vrši diferencijalnom kaskadom
na tranzistorima VT1, VT2 pretpojačala. Međutim, ako je pozadinski izvor napon napajanja, tada se vrijednost SZ, R5 može odabrati za suzbijanje amplitude talasanja.
5. Ako tranzistori izlaznog stupnja pokvare zbog kratkog spoja u opterećenju ili zbog generiranja visoke frekvencije, oba MOS tranzistora moraju biti zamijenjena, a malo je vjerovatno da će drugi elementi otkazati. Prilikom instaliranja kruga novih uređaja, postupak podešavanja se mora ponoviti.
Dijagram napajanja
Najbolji dizajni "Radija amatera" broj 2
Krug pojačala sa promjenama:
Pojačala sa tranzistorskim efektom polja (FET) imaju visoku ulaznu impedanciju. Obično se ovakva pojačala koriste kao prvi stupnjevi pretpojačala, DC pojačala za mjerenje i druge elektronske opreme.
Upotreba pojačala sa visokom ulaznom impedancijom u prvim kaskadama omogućava uparivanje izvora signala sa visokim unutrašnjim otporom sa kasnijim snažnijim kaskadama pojačala koje imaju nisku ulaznu impedanciju. Stepeni pojačanja pomoću tranzistora sa efektom polja najčešće se implementiraju pomoću kola sa zajedničkim izvorom.
Pošto je prednapon između gejta i izvora nula, režim mirovanja tranzistora VT karakteriše položaj tačke A na karakteristici drenažnog gejta pri U ZI = 0 (slika 15, b).
U tom slučaju, kada na ulaz pojačala dođe naizmjenični harmonički (tj. sinusoidni) napon U 3G amplitude U m3, pozitivni i negativni poluperiod ovog napona će se nejednako pojačati: sa negativnim poluperiodom od ulaznog napona U 3G, amplituda naizmjenične komponente struje odvoda I" mc će biti veća, nego kod pozitivnog polu-ciklusa (I"" mc), budući da je nagib karakteristike drenažne kapije u AB presjeku je veći u odnosu na nagib u AC presjeku: kao rezultat toga, oblik naizmjenične komponente struje odvoda i naizmjenični napon koji stvara na opterećenju U OUT će se razlikovati od oblika ulaznog napona, odnosno izobličenja doći će do pojačanog signala.
Da bi se smanjilo izobličenje signala prilikom njegovog pojačavanja, potrebno je osigurati da tranzistor sa efektom polja radi na konstantnom nagibu svoje karakteristike drenažne kapije, odnosno u linearnom dijelu ove karakteristike.
U tu svrhu, otpornik Ri je uključen u kolo izvora (slika 16, a).
Struja odvoda I C0 koja teče kroz otpornik stvara napon na njemu
U Ri = I C0 Ri, koji se primjenjuje između izvora i gejta, uključujući EAF formiran između područja kapije i izvora, u suprotnom smjeru. To dovodi do smanjenja struje odvoda i režim rada će u ovom slučaju biti okarakterisan tačkom A" (Sl. 16, b).
Da bi se spriječilo smanjenje pojačanja, kondenzator velikog kapaciteta C je povezan paralelno s otpornikom Ri, što eliminira negativnu povratnu spregu na izmjeničnu struju formiranu izmjeničnim naponom na otporniku Ri. U režimu karakteriziranom točkom A", nagib karakteristike drain-gate-a pri pojačavanju naizmjeničnog napona ostaje približno isti kada se pojačavaju pozitivni i negativni poluciklusi ulaznog napona, zbog čega dolazi do izobličenja pojačanog napona. signali će biti beznačajni
(odjeljci A"B" i "A"C" su približno jednaki).
Ako je u mirovanju napon između kapije i izvora označen sa U ZIO, a struja odvoda koja teče kroz PT je I C0, tada se otpor otpornika Ri (u omima) može izračunati pomoću formule:
Ri =1000 U ZIO /I C0,
u koju je zamijenjena struja odvoda I C0 u miliamperima.
Kolo pojačala prikazano na slici 15 koristi FET sa kontrolnim p-n spojem i kanalom p-tipa. Ako se sličan tranzistor koristi kao PT, ali s kanalom n-tipa, krug ostaje isti, a mijenja se samo polaritet priključka za napajanje.
Pojačala napravljena na MOS tranzistorima sa efektom polja sa indukovanim ili ugrađenim kanalom imaju još veći ulazni otpor. Pri konstantnoj struji, ulazna impedansa takvih pojačala može premašiti 100 MΩ. Budući da njihovi naponi gejta i odvoda imaju isti polaritet, da bi se osigurao potreban prednapon u krugu gejta, možete koristiti napon napajanja G C tako što ćete ga povezati na djelitelj napona spojenog na ulaz tranzistora na prikazan način na slici 17.
Common Drain pojačala
Sklop DC pojačivača sa zajedničkim odvodom sličan je krugu pojačala sa zajedničkim kolektorom. Na slici 18a prikazan je dijagram pojačala sa zajedničkim odvodom na PT sa kontrolnim p-n spojem i kanalom p-tipa.
Otpornik Ri je uključen u krug izvora, a drejn je direktno spojen na negativni pol izvora napajanja. Dakle, struja odvoda, koja zavisi od ulaznog napona, stvara pad napona samo na otporniku Ri. Rad kaskade je ilustrovan grafikonima prikazanim na slici 18b za slučaj kada ulazni napon ima sinusni oblik. U početnom stanju, struja odvoda I C0 teče kroz tranzistor, koja stvara napon U I0 (U OUT0) preko otpornika R i. Tokom pozitivnog poluciklusa ulaznog napona, obrnuti prednapon između gejta i izvora se povećava, što dovodi do smanjenja struje odvoda i apsolutne vrijednosti napona na otporniku Ri. U negativnom poluperiodu ulaznog napona, naprotiv, napon bias gejta opada, struja odvoda i apsolutna vrijednost napona na otporniku Ri rastu. Kao rezultat toga, izlazni napon uklonjen sa otpornika Ri, odnosno sa izvora PT (slika 18b), ima isti oblik kao i ulazni napon.
U tom smislu, pojačala sa zajedničkim odvodom nazivaju se sljedbenicima izvora (napon izvora ponavlja ulazni napon po obliku i vrijednosti).
Stara ali zlatna
Stara ali zlatnaSklopovi pojačala su već prošli kroz spiralu u svom razvoju i sada smo svjedoci „renesanse cijevi“. U skladu sa zakonima dijalektike koji su nam tako uporno bubnjali, trebala bi uslijediti „tranzistorska renesansa“. Sama činjenica toga je neizbježna, jer su lampe, uza svu svoju ljepotu, veoma nezgodne. Čak i kod kuće. Ali tranzistorska pojačala imaju svoje nedostatke...
Razlog za "tranzistorski" zvuk objašnjen je još sredinom 70-ih - duboka povratna informacija. To dovodi do dva problema odjednom. Prvi je prolazna intermodulacijska distorzija (TIM distorzija) u samom pojačalu, uzrokovana kašnjenjem signala u povratnoj petlji. Postoji samo jedan način za borbu protiv ovoga - povećanjem brzine i pojačanja originalnog pojačala (bez povratne sprege), što može ozbiljno zakomplicirati sklop. Rezultat je teško predvidjeti: ili će se dogoditi ili ne.
Drugi problem je što duboka povratna sprega uvelike smanjuje izlaznu impedanciju pojačala. A za većinu zvučnika to je prepuno pojavom istih intermodulacijskih izobličenja direktno u dinamičkim glavama. Razlog je taj što kada se zavojnica kreće u procjepu magnetskog sistema, njegova induktivnost se značajno mijenja, pa se mijenja i impedansa glave. Uz nisku izlaznu impedanciju pojačala, to dovodi do dodatnih promjena struje kroz zavojnicu, što dovodi do neugodnih prizvuka koji se pogrešno uzimaju za izobličenje pojačala. Ovo takođe može objasniti paradoksalnu činjenicu da uz proizvoljan izbor zvučnika i pojačala, jedan set „zvuči“, a drugi „ne zvuči“.
tajna zvuka cijevi =
pojačalo visoke izlazne impedancije
+ plitke povratne informacije
.
Međutim, slični rezultati se mogu postići i sa tranzistorskim pojačalima. Svi krugovi navedeni u nastavku imaju jednu zajedničku stvar - nekonvencionalan i sada zaboravljen "asimetričan" i "nepravilan" dizajn kola. Međutim, da li je ona tako loša kao što se predstavlja? Na primjer, bas refleks sa transformatorom je pravi Hi-End! (Sl. 1) A fazni pretvarač sa podeljenim opterećenjem (Sl. 2) je pozajmljen iz cevnog kola...
Fig.1
Fig.2
Fig.3
Ove šeme su sada nezasluženo zaboravljene. Ali uzalud. Na osnovu njih, koristeći modernu elementnu bazu, moguće je kreirati jednostavna pojačala sa vrlo visoka kvaliteta zvuk. U svakom slučaju, ono što sam sakupio i slušao zvučalo je pristojno – mekano i „ukusno“. Dubina povratne sprege u svim kolima je mala, postoji lokalna povratna sprega, a izlazni otpor je značajan. Ne postoji opšta zaštita životne sredine za jednosmernu struju.
Međutim, dati dijagrami funkcionišu u učionici B, stoga ih karakteriziraju "preklopna" izobličenja. Da bi se oni eliminisali, potrebno je raditi na izlaznom stepenu u "čistoj" klasi A. I takva shema se također pojavila. Autor šeme je J.L.Linsley Hood. Prvi spomeni u domaćim izvorima datiraju iz druge polovine 70-ih godina. 
Fig.4
Glavni nedostatak klasa pojačala A, ograničavajući opseg njihove primjene je velika mirna struja. Međutim, postoji još jedan način da se eliminišu izobličenja prebacivanja - upotreba germanijumskih tranzistora. Njihova prednost je malo izobličenja u modu B. (Jednog dana ću napisati sagu posvećenu germanijumu.) Drugo pitanje je da ove tranzistori sada nije lako pronaći, a izbor je ograničen. Kada ponavljate sljedeće dizajne, morate imati na umu da je termička stabilnost germanijevih tranzistora niska, tako da nema potrebe štedjeti na radijatorima za izlazni stupanj.
 Sl.5 | Ovaj dijagram prikazuje zanimljivu simbiozu germanijumskih tranzistora sa tranzistorima sa efektom polja. Kvalitet zvuka je, i pored više nego skromnih karakteristika, veoma dobar. Kako bih osvježio utiske od prije četvrt stoljeća, odvojio sam vrijeme da sastavim konstrukciju na maketi, malo je modernizujući kako bi odgovarao modernim vrijednostima dijelova. Tranzistor MP37 se može zamijeniti silikonskim KT315, jer ćete tokom podešavanja i dalje morati odabrati otpor otpornika R1. Kada se radi s opterećenjem od 8 Ohma, snaga će se povećati na približno 3,5 W, a kapacitet kondenzatora C3 će se morati povećati na 1000 µF. A da biste radili s opterećenjem od 4 Ohma, morat ćete smanjiti napon napajanja na 15 volti kako ne biste prekoračili maksimalnu disipaciju snage tranzistora izlaznog stupnja. Budući da ne postoji ukupni DC OOS, termička stabilnost je dovoljna samo za kućnu upotrebu. |
Fig.6
Slika 7 Autor: A.I. Shikhatov (izrada i komentari) 1999-2000.
Objavljeno: zbirka "Dizajneri i dijagrami za čitanje sa lemilom" M. Solon-R, 2001, str. 19-26.
- Šeme 1,2,3,5 objavljene su u časopisu "Radio".
- Šema 4 je posuđena iz zbirke
V.A. Vasiljev "Strani radioamaterski dizajn" M. Radio i komunikacije, 1982, str. 14...16 - Šeme 6 i 7 su posuđene iz zbirke
J. Bozdekh "Dizajn dodatnih uređaja za magnetofone" (prevod sa češkog) M. Energoizdat 1981, str. 148,175 - Detalji o mehanizmu intermodulacijskog izobličenja: Da li UMZCH treba da ima nisku izlaznu impedanciju?
UMZCH na tranzistorima s efektom polja
UMZCH na tranzistorima s efektom poljaUpotreba tranzistora sa efektom polja u pojačalu snage može značajno poboljšati kvalitet zvuka dok pojednostavljuje cjelokupno kolo. Prijenosna karakteristika tranzistora s efektom polja je bliska linearnoj ili kvadratnoj, tako da u spektru izlaznog signala praktički nema ravnomjernih harmonika; osim toga, amplituda viših harmonika brzo opada (kao kod cijevnih pojačala). Ovo omogućava da se koristi plitka negativna povratna sprega u pojačivačima tranzistora sa efektom polja ili da se potpuno napusti. Nakon što su osvojili prostranstvo "kućnog" Hi-Fi-ja, tranzistori sa efektom polja počeli su da napadaju auto audio. Objavljeni dijagrami su prvobitno bili namijenjeni kućnim sistemima, ali možda će neko riskirati da ideje sadržane u njima primijeni u automobilu...
Fig.1
Ova shema se već smatra klasičnom. U njemu je izlazni stepen, koji radi u AB modu, napravljen od MOS tranzistora, a preliminarni stupnjevi su od bipolarnih. Pojačalo pruža prilično visoke performanse, ali da bi se dodatno poboljšao kvalitet zvuka, bipolarni tranzistori bi trebali biti potpuno isključeni iz kola (sljedeća slika). 
Fig.2
Nakon što su iscrpljene sve rezerve za poboljšanje kvaliteta zvuka, preostaje samo jedno - jednostruki izlazni stepen u "čistoj" klasi A. Struja koju troše preliminarni stepeni iz izvora višeg napona i u ovom i u prethodnom kolu je minimalna . 
Fig.3
Izlazni stepen sa transformatorom je potpuni analog cevnih kola. Ovo je za užinu... Integrisani izvor struje CR039 postavlja način rada izlaznog stepena. 
Fig.4
Međutim, širokopojasni izlazni transformator je prilično složena jedinica za proizvodnju. Kompanija je predložila elegantno rješenje - izvor struje u odvodnom kolu