Н. — Я должен признать, что это очень экономичная схема. Но я спрашиваю себя, как можно с такой легкостью выкинуть конденсатор связи?
Л. — В схемах на лампах это можно было бы сделать только ценою больших усложнений, потому что анод должен иметь высокий положительный потенциал, тогда как на сетке следующей лампы должно быть отрицательное смещение.
В транзисторных же схемах все устраивается значительно проще. Разница потенциалов невелика, и потенциалы базы и коллектора должны иметь по отношению к эмиттеру тот же знак, тогда как у ламп сетка должна быть отрицательной, а анод — положительным. Поэтому в схемах на транзисторах можно без труда сообщить каждому электроду необходимый потенциал, создавая соответствующее падение напряжения на подобранных для этого резисторах.
Н. — Я попытаюсь проанализировать твою схему. Стрелками я разметил путь постоянного тока, начиная от отрицательного полюса батареи. Электроны входят в первый транзистор через коллектор и выходят через эмиттер, после чего ток делится на две части. Одна часть электронов проходит через резистор R1, в результате чего вывод этого резистора, соединенный с базой второго транзистора, становится отрицательным по отношению к положительному полюсу источника тока. Другие электроны поступают в базу второго транзистора и идут к его эмиттеру. Это просто-напросто средний ток базы… Действительно, ты прав: в первом транзисторе эмиттер положителен по отношению к коллектору, а во втором — база отрицательна по отношению к эмиттеру. Итак, все в порядке, на этой схеме мы сэкономили один электролитический конденсатор и один резистор.
Л. — Да…, но этим не ограничиваются преимущества непосредственной связи. Вспомни, что конденсатор никогда не передает одинаково все частоты. Даже при большой емкости нельзя передать очень медленные изменения напряжения. Здесь же мы осуществили настоящий усилитель постоянного тока.
Н. — Постой, Любознайкин! Как можно говорить об усилении чего-нибудь постоянного?
Л. — Я признаю, что термин выбран не очень удачно, но так называют усилители, предназначенные для сигналов очень низких частот, у которых период длится несколько секунд. Кроме того, можно усиливать медленно изменяющиеся непериодические напряжения и токи. Именно с такими сигналами мы сталкиваемся в биологии. В таких случаях только усилители постоянного тока и можно применять.
Н. — Я знаю еще один случай, где такие усилители были бы очень полезны: это усиление телевизионных видеосигналов, где очень важно сохранить постоянную составляющую, которой конденсатор связи закрывает путь.
Первое применение симметрии
Л. — Представь себе, Незнайкин, что об этом думали до тебя. И чтобы ты не огорчался, что у тебя воруют идеи…, я предлагаю тебе другую схему с непосредственной связью, где оба транзистора включены по схеме с ОЭ. Но они должны быть для этого противоположны по структуре: один n-р-n, а другой р-n-р. Подобные комбинации обычно называют схемами с дополнительной симметрией (рис. 95).
Рис. 95. Другая возможность осуществления непосредственной связи — применение транзистора с дополнительной симметрией.
Н. — Проследив по стрелкам путь электронов, я без труда установил, что здесь тоже все происходит наилучшим образом. Коллектор первого транзистора положителен по отношению к своему эмиттеру, как это должно быть в транзисторе типа n-р-n. А во втором транзисторе (типа р-n-р) база имеет отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал. Чего еще желать?..
Нет ли возможности освободиться от твоих стабилизирующих резисторов R3 и R4 с их конденсаторами, чтобы добиться еще большей экономии?
Л. — Если нет необходимости поддерживать неизменной абсолютную величину постоянной составляющей, то можно обойтись без этих деталей, но тогда ты лишаешь себя системы температурной стабилизации рабочих точек.
Н. — Досадно, так как эти схемы мне симпатичны.
Последовательный тандем
Л. — Заметь, мой друг, что существуют другие схемы с прямой связью, значительно менее подверженные влиянию изменений температуры, например схема с транзисторами, расположенными тандемом в каскаде предварительного усилителя и в оконечном каскаде.
Н. — Что дает нам эта история с велосипедом?
Л. — Тандемами называют пары транзисторов с последовательным питанием: постоянная составляющая поочередно проходит по обоим транзисторам, что и определяет прекрасную стабильность. Вот схема (рис. 96), где первый транзистор включен с ОК, а второй с ОЭ. Понимаешь ли ты, как работает эта схема?
Рис. 96. Тандем из двух последовательно питаемых транзисторов. Стрелками, как и раньше, указано направление электронного тока.
Н. — Еще раз последуем за проводником, я хотел сказать, проследим по стрелкам. Это напоминает мне время, когда я, будучи бойскаутом, участвовал в играх, где нужно было идти по дороге, размеченной стрелками… Начнем свой путь как обычно с отрицательного полюса источника питания. Пройдя первичную обмотку выходного трансформатора, наши отважные электроны входят во второй транзистор через коллектор и выходят через эмиттер, чтобы устремиться затем в коллектор первого транзистора, откуда они выходят через эмиттер. После этого блестящего похода им остается только пройти через сопротивление нагрузки, чтобы вернуться в отчий дом, я хотел сказать — на положительный полюс источника питания.
Л. — Как ты заметил, один и тот же ток поочередно проходит по обоим транзисторам: коллектор первого транзистора непосредственно соединен с эмиттером второго, а их общая точка блокирована конденсатором С1, чтобы устранить взаимное влияние переменных составляющих токов разных каскадов.
Н. — Я признаю, что схема весьма оригинальна. А можно ли применить этот же принцип к двум транзисторам, включенным по схеме с ОЭ?
Л. — Разумеется. Такой тандем (рис. 97) даст большее усиление, чем рассмотренный ранее. Проследи обозначенный стрелками путь. Ты и здесь обнаружишь, что один и тот же ток поочередно проходит по обоим транзисторам. Для постоянной составляющей они соединены последовательно, а для усиливаемых сигналов имеется самый классический вид связи — с помощью резисторов и конденсатора.
Рис. 97. Другой тандем, состоящий из двух транзисторов, включенных по схеме с ОЭ и питаемых последовательно.
Н. — Эти хитроумные схемы напоминают мне упражнения в вольтижировке на лошади и вызывают у меня головокружение.
Л. — В таком случае я рекомендую тебе отдохнуть. Доброй ночи!
Беседа одиннадцатая
ЭКОНОМИЯ И МОЩНОСТЬ
Рассматривая различные виды межкаскадной связи, наши друзья сосредоточили свое внимание на усилении низкой частоты. Они изучили различные схемы, но проблема выходного каскада осталась неосвещенной. Однако, когда нужно создавать значительную мощность, прибегают к особым схемам и режимам работы, которые являются предметом настоящей беседы.
Содержание: Выбор рабочей точки. Экономическая схема с плавающей рабочей точкой. Двухтактный усилитель в режиме В. Поворот фазы с помощью трансформатора. Фазоинвертор. Катодный повторитель на транзисторах. Двухтактный усилитель с дополнительной симметрией. Практическая схема выходного каскада.
Незнайкин проявляет зазнайство
Незнайкин. — Я полагаю, что с полученными мною знаниями в области низких частот смогу теперь рассчитать все элементы усилителей на транзисторах.
Любознайкин. — Я всегда восхищался твоей скромностью…
Н. — Не иронизируй. В этой области все просто и ясно. Если речь зайдет о трансформаторной связи, то я рассчитаю отношение чисел витков, дающее наилучшее согласование каскадов. И поверь мне, извлечение квадратного корня меня не испугает… Если же встанет вопрос о резистивно-емкостной связи, то разве не ты научил меня определять нагрузочную прямую? Я так проведу ее, что, будучи касательной к гиперболе допустимой мощности, она позволит иметь наибольшую амплитуду сигналов на выходе, потому что рабочая точка будет находиться посередине.
