Простой усилитель на транзисторах – это электронная схема, предназначенная для увеличения амплитуды входного сигнала. В статье рассматриваются различные типы усилителей на транзисторах, их основные параметры, принципы работы и примеры схем. Также представлены инструкции по расчету и выбору компонентов для создания собственного усилителя. Эта информация будет полезна радиолюбителям и студентам, изучающим электронику.
Усилители на транзисторах являются ключевыми компонентами многих электронных устройств, от простых аудиоусилителей до сложных систем связи. Их основная функция – увеличивать мощность сигнала, делая его пригодным для дальнейшей обработки или использования. Транзисторы, как активные элементы, позволяют управлять большим током с помощью небольшого управляющего сигнала, обеспечивая усиление.
Существует множество типов транзисторных усилителей, каждый из которых имеет свои особенности и предназначен для определенных целей. К основным типам относятся усилители класса A, B, AB, C и D, каждый из которых обладает различной эффективностью и уровнем искажений. Выбор типа усилителя зависит от конкретных требований к усилению, частотному диапазону и энергопотреблению.
Усилитель класса A – это наиболее простой тип усилителя, в котором транзистор постоянно находится в активном режиме. Это обеспечивает минимальные искажения сигнала, но также и низкую эффективность (обычно не более 25%). Усилители класса A часто используются в схемах предусилителей и маломощных усилителях, где качество сигнала важнее эффективности.
Усилитель класса B работает только с одной половиной входного сигнала, что значительно повышает эффективность (до 78.5%). Однако при этом возникают значительные искажения, особенно в точке перехода сигнала через ноль. Для устранения этих искажений часто используют схему двухтактного усилителя, состоящую из двух транзисторов, каждый из которых усиливает свою половину сигнала.
Усилитель класса AB является компромиссом между классами A и B. Он работает в активном режиме большую часть времени, но не постоянно, как усилитель класса A. Это обеспечивает более высокую эффективность, чем у класса A, и меньшие искажения, чем у класса B. Усилители класса AB широко используются в аудиоусилителях, где требуется хорошее качество звука и приемлемая эффективность.
Усилитель класса C работает только с небольшой частью входного сигнала, что обеспечивает очень высокую эффективность (до 90%), но и значительные искажения. Усилители класса C обычно используются в радиопередатчиках, где искажения можно отфильтровать с помощью резонансных контуров.
Усилитель класса D (импульсный усилитель) использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Это обеспечивает очень высокую эффективность (до 95%), но требует применения фильтров для восстановления исходного сигнала. Усилители класса D широко используются в усилителях звука высокой мощности, таких как автомобильные усилители и усилители для сабвуферов.
Расчет простого усилителя на транзисторах включает в себя определение параметров транзистора, выбор режима работы и расчет номиналов резисторов в схеме. Рассмотрим пример расчета усилителя класса A на биполярном транзисторе.
Для расчета простого усилителя на транзисторах класса A необходимо определить следующие параметры:
Предположим, что Vcc = 12V, Ic = 2mA, Vce = 6V и hfe = 100. Схема усилителя класса A включает в себя резистор в цепи коллектора (Rc) и резистор в цепи эмиттера (Re), а также резисторы для задания смещения базы (R1 и R2).
Расчет Rc:
Rc = (Vcc - Vce) / Ic = (12V - 6V) / 0.002A = 3000 Ом = 3 кОм
Расчет Re:
Выберем напряжение на резисторе Re равным 10% от Vcc: Ve = 0.1 * Vcc = 1.2V
Re = Ve / Ic = 1.2V / 0.002A = 600 Ом
Расчет R1 и R2 (делитель напряжения на базе):
Напряжение на базе: Vb = Ve + Vbe, где Vbe – напряжение база-эмиттер (обычно 0.7V для кремниевых транзисторов)
Vb = 1.2V + 0.7V = 1.9V
Ток через делитель напряжения должен быть значительно больше тока базы (обычно в 10 раз):
Ib = Ic / hfe = 0.002A / 100 = 0.00002A = 20 мкА
It = 10 * Ib = 200 мкА = 0.0002A
R2 = Vb / It = 1.9V / 0.0002A = 9500 Ом ≈ 9.5 кОм
R1 = (Vcc - Vb) / It = (12V - 1.9V) / 0.0002A = 50500 Ом ≈ 50.5 кОм
Таким образом, для данного примера получаем следующие номиналы резисторов: Rc = 3 кОм, Re = 600 Ом, R1 = 50.5 кОм, R2 = 9.5 кОм.
Рассмотрим несколько схем простого усилителя на транзисторах, которые можно собрать своими руками.
Схема усилителя с общим эмиттером является одной из самых распространенных. Она обеспечивает хорошее усиление по напряжению и току, но имеет относительно низкое входное сопротивление. Эта схема часто используется в качестве первого каскада усиления.
Усилитель с общим коллектором (эмиттерный повторитель) имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление, а также усиление по напряжению близкое к единице. Он используется для согласования импедансов и повышения нагрузочной способности каскада усиления.
Усилитель с общей базой имеет низкое входное сопротивление и высокое выходное сопротивление, а также хорошее усиление по току. Он используется в высокочастотных схемах и для согласования импедансов.
Простые усилители на транзисторах находят широкое применение в различных областях электроники:
Например, в аудиоусилителях простые усилители на транзисторах используются для усиления сигнала от микрофона или другого источника звука. В радиопередатчиках они применяются для усиления сигнала перед передачей в эфир. В измерительной аппаратуре усилители используются для усиления слабых сигналов от датчиков.
При выборе транзистора для усилителя необходимо учитывать следующие параметры:
Для маломощных усилителей часто используются транзисторы типа BC547, BC548, BC549 (NPN) и BC557, BC558, BC559 (PNP). Для более мощных усилителей можно использовать транзисторы типа BD139, BD140, 2N3055 и другие.
Важно учитывать, что Sichuan Microvelo Semiconductor Co.,LTD (https://www.microvelo.ru/) производит широкий спектр транзисторов, которые могут быть использованы в различных схемах усилителей.
Простой усилитель на транзисторах – это полезное устройство, которое можно собрать своими руками. Понимание принципов работы и основных параметров усилителей позволит вам создавать собственные схемы и настраивать их для достижения требуемых характеристик. Не бойтесь экспериментировать и изучать новые схемы, и вы обязательно добьетесь успеха в создании собственных усилителей.
Для тех, кто заинтересован в более глубоком изучении этой темы, рекомендуется ознакомиться с дополнительной литературой и онлайн-ресурсами по электронике. Также полезно посещать форумы и сообщества радиолюбителей, где можно получить советы и помощь от опытных специалистов.
