Добре, ще се постарая да му обясня макар че знам че трябва да започна от много подробни обяснения на транзистора още и сигурно няма да го разбере на този етап. Просто съдя по себе си че на неговата възраст трудно стоплях работата на транзисторни схеми и особено режима на работа на транзистора като усилвател на напрежение ми беше труден за разбиране. Виж представях си го добре как работи като ключ. Обяснението ще се постарая да е достатъчно просто за да може на Даката наистина да му стане ясно, а не на место това да се получи още по-голяма неяснота и объркване макр че май точно това ще стане.
Започваме с диод - полупроводниковия диод е елемент с два извода (електрода) анод и катод който има способността да пропуска ток в едната посока, и да спира тока в другата. Ток тече през диода когато върху електродите му е приложено напрежение с + към анода и - към катода. След достигане на напрежението на отпушване на диода (около 0.7 волта напрежение приложено с + към анод и - към катод) тока през диода започва да нараства много бързо (експоненциален закон). Може да се приеме че след отпушване при най-малкото увеличение на приложеното върху диода напрежение, тока през него се увеличава много силно. В обратна посока на приложеното напрежение може да приемем диода за отворен ключ - независимо от приложеното напрежение никакъв ток не тече.
Биполярния транзистор е полупроводников елемент с три извода (електроди) чиято основна функция е да усилва тока. Имаме Емитер, База и Колектор. Имаме два основни тока в биполярния транзистор - ток база - емитер и ток колектор - емитер. Разглеждам NPN транзистор (стрелката на емитера сочи навън) за простота при обяснението. Емитера свързваме към маса. Ако не сме подали никакъв базов ток то независимо от напрежението което подаваме на колектора, ток през транзистора не протича. Той е запушен. Ако подадем някакъв ток на базата, вече започва да протича и колекторен ток, като докато сме в линейната област на работа на транистора колекторния ток като големина не зависи от напрежението колектор-емитер което сме подали. Той зависи само от подадения базов ток. С увеличаване на тока който подаваме на базата се увеличава тока който тече от колектора към емитера. Отношението на двата тока в линейната област на работа на транзистора е винаги едно и също (приемаме го така за опростяване) и е равно на Колекторния ток разделен на Базовия ток, наричано коефициент на усилване по ток още означаван с гръцката буква Бета, hfe или h21. Този коефициент дава усилването по ток на транзистора в пъти, или колко пъти колекторния ток е по-голям е от базовия ток. Обикновено за мощните високоволтови транзистори коефициента на усилване по ток е много нисък от 4-5 пъти до 20 пъти макс. Докато при маломощни нисковолтови транзистори коефициента на усилване по ток може да достига стойности от 50 - 100 до 400 - 600 пъти. Тоест ако искаме да отпушим транзистора и през колектора да протече ток 1 ампер, то на базата трябва да подадем ток 0.0025 ампера или 2.5 милиампера при усилване по ток на транзистора 400 пъти. Това ни дава възможността да управляваме големи токове с помощта на малки управляващи токове (сигнали). Нека сега обаче помислим как транзистора освен че усилва по ток, има усилване и по напрежение. Ами прехода база-емитер с който управляваме транзистора представлява на практика един полупроводников диод. И както казахме след достигане на напрежението на отпушване 0.7 волта тока през този диод започва да нараства много бързо. В случая си представи че променяме напрежението приложено върху базата с 40 миливолта в единия случай имаме 700 миливолта, в другия 740 миливолта. Това ще доведе до промяна в базовия ток която ще бъде голяма, да кажем например че базовия ток ще се промени от 1 на 2 милиампера. Имаме двойно увеличение на базовия ток за едно съвсем малко изменение на базовото напрежение. Това двойно увеличение на базовия ток естествено ще доведе до двойно увеличение и на колекторния ток. Но той е да кажем 100 пъти по-голям от базовия ток, т.е. ще имаме увеличение на колекторния ток от 100 на 200 милиампера. Ако сме подали напрежението от захранването към колектора на транзистора през резистор да кажем 50 ома то напрежението което пада върху този резистор ще се промени от 5 на 10 волта. Т.е. имаме 5 волта промяна на напрежението върху колектора на транзистора предизвикано само с 40 миливолта промяна на напрежението на базата. Или при сигнал 40 миливолта, получаваме усилен сигнал 5 волта, транзистора ни в тази конфигурация усилва по напрежение 125 пъти. Ако обаче свържем резистор не 50 ома а 100 ома например то със същото изменение на колекторния ток, напрежението върху резистора ще се промени два пъти повече от 10 на 20 волта или вече имаме 10 волта изменение или усилване 250 пъти. Както виждаш прекия параметър е усилването на транзистора по ток, докато усилването по напрежение е косвен параметър който зависи както от параметрите на самия транзистор (стръмност на промяна на базовия ток в зависимост от базовото напрежение) така и от схемата в която е свързан транзистора.
Нека сега разгледаме двата основни типа свързване на транзистора които ще ни трябват за тази схема - общ емитер - когато емитера е свързан към масата, входния сигнал се подава на базата, а изходния усилен сигнал се взима от колектора. Казва се общ емитер защото входния сигнал се подава между база и емитер, а изходния се взима между колектор и емитер. Т.е. емитера е общия възел за входния и изходния сигнал. Транзистора в схема общ емитер както обясних по-горе усилва сигнала по напрежение. Освен че усилва сигнала той го инвертира, т.е. увеличението на входния сигнал като стойност води до понижение на изходния сигнал като стойност (увеличението на входния сигнал увеличава базовия ток, с което се увеличава колекторния ток и по този начин пада на напрежение върху колекторния резистор се увеличава, или напрежението в колектора става по-ниско). Това го запомняш, винаги ОЕ усилва и инвертира сигнала.
Другата съществена схема на свързване която ще разгледаме е общ колектор. Тук нещата са по-интересни. Свързваме колектора на транзистора към захранването. Входния сигнал както и преди подаваме на базата на транзистора, а изходния сигнал взимаме от емитера. Представи си в началото че на базата имаме подадени 0 волта, на емитера също имаме 0 волта и транзистора е запушен. През него ток не протича. Започваме да подаваме на базата напрежение, да кажем подаваме 3 волта. Протича базов ток който отпушва транзистора и започва да протича ток от захранването (колектора) към емитера. Напрежението на емитера започва да се увеличава. До кога обаче ще се увеличава? Ако напрежението на емитера достигне базовото, базовия преход ще се запуши и транзистора ще престане да провежда ток с което напрежението на емитера ще започне да спада отново. Т.е. в тази конфигурация ще се постигне баланс в който напрежението на емитера винаги ще бъде с 0.7 волта по-ниско от напрежението на базата, и точно ще следва напрежението на базата. Т.е. в схема общ колектор транзистора не усилва напрежението а само го „повтаря“ затова тази схема се нарича още емитерен повторител. Липсата на усилване по напрежение в тази схема се дължи на 100%-товата локална обратна връзка - това че емитерното напрежение се „саморегулира“ така че винаги да бъде с 0.7 волта по-ниско от базовото поради това че ако се понижи, базовия ток се увеличава с което се компенсира това понижение, или ако се повиши базовия ток намалява с което отново се компенсира това повишение.
Сега въпреки че ще ти трябва поне седмица да осмислиш и истински разбереш работата на самия транзистор, ще опиша и работата на схемата НЧУ. Съветвам те да не започваш да мислиш върху схемата и нейното описание преди окончателно и напълно да си разбрал предната част от поста. И тъй като ми е невъзможно от сегашната си позиция да се поставя изцяло на твоето място и да опиша нещата така че да са ти ясни, разчитам на много въпроси от твоя страна за всички неясноти които имаш с цел да се изясни всичко с допълнителни обяснения в посоката в която трябва.
Та по схемата. Имаме схема на нискочестотен усилвател с двутактно крайно стъпало с комплементарни транзистори (PNP и NPN) и усилвател на напрежение с два транзистора.
Започваме от двутактното крайно стъпало - и двата транзистора Т3, Т4 са свързани в схема общ колектор, т.е. емитерен повторител. Т.е. крайното стъпало в тази схема не усилва по напрежение, каквото е подадено на базите на двата крайни транзистора като напрежение излиза усилено по ток на емитерите. Стъпалото е двутактно т.е. и през положителната и отрицателната полувълна някой от двата транзистора се грижи за повторението на базовото напрежение. През положителната полувълна работи горния транзистор както вече описах преди това. През отрицателната полувълна същото се случва, но работи долния транзистор. Т.е. тока може да тече и от транзисторите към товара, така и от товара към транзисторите. Това стъпало ни осигурява „буферирането“ на усилвателя на напрежение реализиран с другите два транзистора към нискоомния товар (високоговорителя).
За да работи този буфер както трябва обаче трябва някой да даде първоначалното напрежение за отпушване на транзисторите. Т.е. и двата транзистора трябва да са „подготвени“ за появата на най-малкия сигнал който да се прехвърли към изхода. Това „подготвяне“ се нарича преднапрежение и в тази схема се осъществява от диодите D1 и D2. Точно по 0.7 волта на всеки транзистор. Така вече имаме работещ буфер който приема на базите си сигнал с малък ток, и го превръща в същия сигнал но с голям ток достатъчен да управлява високоговорителя.
Сигнала идващ от детектора на радиото обаче не само че е с малък ток, но е и с малка амплитуда по напрежение. Т.е. трябва да усилим сигнала още и по напрежение. Усилването по напрежение в тази схема става с два транзистора, и двата свързани по отношение на входния сигнал в схема общ емитер. Представяме си че входния сигнал постъпва на базата на T1 и той го усилва по напрежение и обръща като полярност. Входния сигнал вече усилен и обърнат постъпва на базата на T2 който на свой ред усилва сигнала още повече и отново обръща полярността. Така усиления входен сигнал, със същата полярност с която е влязъл в схемата се подава на базите на изходния буфер където се усилва по ток и отива към товара. До тук добре, но усилването на тези два усилвателя по схема общ емитер свързани един след друг е ненужно голямо за нуждите на нашия усилвател. Освен това сигнала усилен от такива стъпала без наличие на никакви обратни връзки търпи доста големи нелинейни изкривявания. Т.е. сигнала ще бъде доста изкривен. Трябва ни някакъв начин по който да намалим усилването и изкривяванията на сигнала. най-добрия начин да направим и двете е да въведем обща отрицателна обратна връзка. Тук нея я реализираме с резистора R4. Как работи тя - увеличаваме нивото на базата на T1 с което се понижава нивото на неговияколектор, което води до понижаване на нивото на базата на T2 (но тук имаме PNP транзистор обратното на NPN и с понижаване на базовото напрежение се увеличава базовия ток). Та нивото на базата на T2 се понижава което пък води до повишаване на нивото на колекторното му напрежение, от където и увеличаване на нивото на напрежението на изхода на буфера. Значи дотук имаме повишаване на входното ниво, и повишаване на изходното ниво, но много пъти повече от повишението на входното ниво. Напрежението от изхода на буфера се подава с резистора R4 към емитера на T1. Получава се така че напрежението на емитера на T1 започва да се повишава заедно с базовото повишение. Ако повишението на изходния сигнал превиши повишението на базовия (входния) сигнал то T1 ще започне да се запушва, напрежението в колектора му ще престане да се понижава, напрежението в колектора на T2 ще престане да се повишава и системата достига до равновесие в което изходния сигнал винаги следва входния. Също както в схема общ колектор, намо че тук обратната връзка не е локална а обхваща всички стъпала от усилвателя. И въпреки че всички стъпала усилват по напрежение, общото усилване по напрежение на схемата ще бъде равна на 1. Имаме 100% обща отрицателна обратна връзка. Тя освен че намалява усилването на стъпалото до 1, служи и да компенсира всички нелинейности на стъпалата, както на двете усилвателни стъпала по напрежение, така и на крайното стъпало буфер. Т.е. обратната връзка има линеаризиращо действие.
Обаче какво стана искахме да усилим сигнала по напрежение, а се оказва че отново имаме усилване равно на 1. Значи трябва общата отрицателна обратна връзка да не е 100% а по-малко. Значи освен R4 трябва да прибавим още някакъв резистор в обратната връзка който да намалява напрежението върнато от изхода към емитера на T1. Това в нашия случай е R5 свързан към маса който с R4 образува резисторен делител. И така вече имаме само една част от изходното напрежение върната към входа. Напрежението в изхода ще бъде винаги приблизително равно на входното напрежение + коефициента на деление на делителя в обратната връзка. В случая Ku = 1+R4/R5. Така вече имаме както усилване по напрежение колкото ни трябва, така и обратна връзка която да линеаризира работата на схемата.
Сега ще питаш - добре, но защо последователно на резистора R5 има кондензатор C3? При разглеждането на електронни схеми може да се приеме че когато един кондензатор е с достатъчно голям капацитет той представлява все едно късо съединение (затворена верига) за променливотоковите сигнали (звуковия сигнал), и отворена верига (много високо съпротивление) за постояннотоковите сигнали. В случая постояннотоковите сигнали са постояннотоковите режими на схемата, защото за да работи като усилвател всеки транзистор трябва да има някакъв постояннотоков режим обикновено в средата на линейната му област. Тези постояннотокови режими за конкретната схема са най-вече напрежението на изхода на буфера което трябва да бъде равно или близко до половината от захранващото напрежение. Но как да се осигури това, ами отново с обратната връзка, но в случая поставяйки кондензатора C3 на практика за постояннотоковия режим R5 не съществува и обратната връзка е 100% т.е. най-точно изходното напрежение се опитва да повтори напрежението на базата на T1. Така тази отрицателна обратна връзка по постоянен ток стабилизира постояннотоковите режими на цялата схема и ги прави до голяма степен независими от параметрите на отделните транзистори и другите елементи. Останалото в схемата са резисторите осигуряващи постояннотоковите режими на транзисторите. Делителя R1, R2 осигурява базово напрежение за T1. Това напрежение трябва да бъде равно приблизително на половината от захранващото напрежение + 0.7 волта, затова както виждаш R2 е с по-високо съпротивление. R3 служи като колекторен товар за T1. R6 служи за колекторен товар на T2. Стандартно можеш да го приемеш че е свързан към маса. Това нестандартно свързване към товара цели да увеличи максималния размах на изходното напрежение в отрицателната полувълна, защото когато започне да намалява напрежението на базите на изходния буфер, започва да намалява и напрежението на товара с което започва да се понижава и напрежението на долния край на R6 и става по-ниско от масата. По този начин се запазва почти постоянен пада на напрежение върху R6 с което той започва да действа по-скоро като токов източник а не като резистор. Това хем увеличава отрицателния размах на напрежението на буфера преди достигане на ограничение, хем подобрява параметрите на T2 като усилвател на напрежение. Тази методика при която сигнал от изхода на буфера се връща към входа се нарича bootstrap и има за цел или да повиши входното съпротивление на буфера, или да осигури източник на постоянен ток за базовата верига на транзисторите (както в случая). Ако в тази схема се откажем от bootstrap техниката, трябва да добавим още един транзистор отдолу, комплементарен на T2 който да служи като източник на постоянен ток за базовата верига на буфера. Ето как с едно хитро схемно решение спестяваме цял транзистор без практически да влошаваме параметрите на схемата.
C2 и веригата R9,C4 са елементи които осигуряват стабилността на усилвателя. Всеки усилвател при някакви условия се самовъзбужда (превръща се в генератор). Нашата цел е чрез външни елементи да направим невъзможно изпълнението на условията за самовъзбуждане. Тук тези елементи служат именно за това, да предотвратят евентуално самовъзбуждане на схемата. Как точно го правят ще коментираме по-нататък. Засега мисля че и тази информация ти е ужасно много и объркваща, но няма как да се обясни по-просто действието на тази схема. Това е предимството на обяснението на 4 очи. Ако сега в един разговор ти я бях обяснил щеше да ти стане по-ясно за какво става въпрос, сега съм сигурен че след като прочетеш всичко това ще ти прозвучи все едно е на китайски. Надявам се обаче да не се отчаяш. Очаквам от теб да отделиш необходимото време на всяка част от това обяснение, и всичко което не ти е станало ясно да бъде доуточнено с въпроси от теб към мен. Не се чувствай неудобно да питаш. Няма срамни въпроси, наясно съм че в настоящия момент тези неща няма как да са ти ясни и няма как да ги разбираш. Ако изобщо ги разбереш, ще ти трябва време поне седмица две, през което да мислиш само върху тези неща - транзистор, начин на работа в различните му схеми на свързване и т.н. даже това време е малко. Както и да е, обикновено обучението в тази област става паралелно с практиката. Ще направиш схемата, ще измеприш напреженията, ще видиш как работи, може да промениш веригата за обратна връзка малко с цел да промениш усилването и така ще видиш как се случват нещата. И дори на този етап нищо от работата на схемата да не ти стане ясно, то по-нататък ако продължаваш да се занимаваш с тези неща постепенно нещата ще се избистрят. Искам да ти кажа че започнах пълно да разбирам схемите на нискочестотните усилватели едва когато станах студент в ТУ втори курс. Така че не се чувствай неудобно ако нищо не си разбрал.
Начало
Активни теми
Търси
Вход
Регистрация
Тема: Самоделен радиоприемник (Прочетена 12423 пъти)