Режимы работы усилителя

До сих пор мы рассматривали схемы усилителей, работающих в режиме А. В этом режиме на базу транзистора подаётся такое смещение, которое создаёт в коллекторной цепи падение напряжения, составляющее половину напряжения питания. В режиме А искажения сигнала в усилителе минимальны (рис. 1).

Рис. 1

Достоинства усилителя, работающего в режиме А:

• Простота схемы

• Лёгкость в настройке

• Малые искажения

Недостатки:

• Даже при отсутствии сигнала через нагрузку течёт ток, составляющий половину максимально допустимого тока. При наличии сигнала средний ток на нагрузке также составляет половину максимально допустимого. Поэтому, есть сигнал или его нет, усилитель всегда потребляет одинаковую мощность. Следовательно режим А можно применять, когда не требуются большие мощности, например, когда нагрузкой является наушник.

 

Другим распространённым режимом работы усилителя является режим B. В этом режиме смещение на базу либо не подаётся, либо оно очень низкое, поэтому в таком усилителе возникают сильнейшие искажения сигнала: усиливаются только положительные полупериоды для n-p-n транзистора или отрицательные для p-n-p транзистора (рис. 2).

Рис. 2

Достоинства усилителя, работающего в режиме В:

• Средний ток потребляемый усилителем пропорционален амплитуде входного сигнала: если сигнал отсутствует, то через коллектор не течёт ток, если есть сигнал, то средний ток будет тем больше, чем больше этот сигнал.

• Большая экономичность усилителя. Это особенно важно, если устройство работает не от сети, а от батареек.

Недостатки:

• Очень сильное искажение сигнала, поэтому одиночный усилительный каскад, работающий в режиме В не применяется для усиления звуковых частот, зато его можно использовать в устройствах, где не важна форма сигнала, например, в цифровой технике.

Рассмотрим работу трансформатора, изображённого на рисунке (рис. 3). Ровно от середины вторичной обмотки имеется отвод. Если пропустить через первичную обмотку переменный ток, то во вторичной обмотке возникнет переменное напряжение. Если измерять напряжение на выводе 1 и 2 относительно среднего вывода, то напряжение окажется одинаковым по амплитуде, но противоположное по фазе. Значит, если напряжение на выводе 1 увеличивается в положительную сторону, то на выводе 2 напряжение увеличивается в отрицательную сторону, и наоборот (рис. 4).

Рис. 3

Рис. 4

При помощи двух транзисторов и двух трансформаторов можно собрать двухтактный каскад усиления мощности звуковой частоты, схема которого изображена на рисунке 5.

Рис. 5

Через первичную обмотку проходит переменный ток звуковой частоты от предварительного усилителя. Средний вывод вторичной обмотки первого трансформатора соединён с эмиттерами транзисторов и с «минусом» источника питания. Когда на выводе 1 трансформатора положительное напряжение первый транзистор открыт, поэтому он усиливает напряжение, на выводе 2 – отрицательное напряжение, поэтому второй транзистор закрыт. Когда полярность меняется, второй транзистор начинает усиливать напряжения, а первый становится запертым. Таким образом, каждый транзистор усиливает только 1 полупериод (рис. 6). При помощи трансформатора токи коллекторов обоих транзисторов комбинируются, и на вторичной обмотке второго трансформатора образуется неискажённый усиленный сигнал звуковой частоты, который можно подать на громкоговоритель (рис. 7).

Рис. 6

Рис. 7

Эта схема широко использовалась раньше в переносных приёмниках, работающих от батареек т.к она обладает высокой экономичностью.

Недостатком этой схемы является то, что в ней используются два трансформатора, которые достаточно громоздки, имеют большой вес и искажают сигнал.

При помощи транзисторов разной структуры (p-n-p и n-p-n) можно собрать двухтактный каскад усиления звуковой частоты без трансформаторов (рис. 8). Через конденсатор связи сигнал с выхода предварительного усилителя подаётся на базы транзисторов двухтактного каскада, которые включены по схеме с общим коллектором. Во время положительного полупериода, транзистор структуры n-p-n открывается и усиливает сигнал, транзистор структуры p-n-p в это время закрыт. Во время отрицательного полупериода транзистор p-n-p усиливает сигнал, а транзистор n-p-n закрыт. Поэтому один транзистор (n-p-n) усиливает только положительные полупериоды, а другой (p-n-p) – только отрицательные. Эмиттеры транзисторов соединены, поэтому полупериоды усиленного сигнала складываются и через конденсатор большой ёмкости подаются на громкоговоритель.

Рис. 8

На рисунке 9 приведена усовершенствованная схема двухтактного усилителя, а на рисунке 10 - практическая схема усилителя мощности звуковой частоты, состоящая из разобранных ранее блоков.

Рис. 9

Рис. 10.

Устройство громкоговорителя

Громкоговоритель состоит из корпуса, диффузора, постоянного магнита и электромагнита, прикреплённого к диффузору (рис. 11). Катушка электромагнита находится в поле постоянного магнита. Если пропустить через катушку ток, то вокруг неё появится магнитное поле, которое, в зависимости от направления тока, будет либо втягивать катушку глубже в поле постоянного магнита, либо наоборот выталкивать. Если через обмотку пропустить переменный ток звуковой частоты, то катушка будет колебаться. Так как диффузор прикреплён к электромагниту, он будет колебаться вместе с катушкой, излучая при этом звуковые волны.

Рис. 11

Громкоговоритель (или динамик), в отличие от наушника, характеризуется высоким качеством звука.

Максимальная громкость звучания динамика определяется его мощностью. Существуют динамики различных мощностей: от долей Ватта до тысяч Ватт. Мощность динамика можно определить из его названия. Например, громкоговоритель 5ГД имеет мощность 5 Ватт, а динамик 0,5ГД – 0,5 Ватт.

Ещё одной важной характеристикой динамика является сопротивление обмотки. Обычно оно составляет 4 – 8 Ом. Но сопротивление высокоомных громкоговорителей может составлять несколько десятков Ом.

Различные динамики неодинаково воспроизводят высокие и низкие звуковые частоты, Поэтому они подразделяются на высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные. Чтобы воспроизвести весь спектр звуковых частот, необходимо использовать несколько динамиков различных типов.

Часто динамик можно использовать в качестве микрофона: под действием звуковых волн диффузор динамика будет колебаться. Так как катушка электромагнита прикреплена к диффузору, она будет колебаться вместе с ним, находясь при этом в магнитном поле постоянного магнита, а значит, в ней будет возникать переменное напряжение, совпадающее по форме со звуковыми колебаниями. Далее полученное напряжение можно усилить при помощи транзисторного усилителя и подать это напряжение на такой же динамик.