|
Настоящая книга продолжает серию практических пособий известного американского популяризатора электронной техники, с которым уже знаком советский читатель1). Автор прекрасно чувствует актуальность темы, что обеспечивает его книгам репутацию технических бестселлеров.
1) На русский язык переведены его книги «Справочник по твердотельным усилителям». — М.: Мир, 1977; «Руководство для использования операционных усилителей». — М.: Связь, 1978.
Электроника в настоящее время настолько пронизывает всю профессиональную деятельность, отдых и быт человека, что стала чуть ли не основным объектом приложения самостоятельных творческих усилий широких масс любителей техники. Можно в качестве примера сослаться на радиолюбительство, которое прошло путь от конструирования простейших детекторных приемников до проектирования собственных спутников связи. Кроме того, возможности микроэлектроники позволяют любительски заниматься разработкой электронных игр, музыкальных инструментов, устройств сигнализации, приборов управления бытовой техникой и других электронных «поделок». Для такой массы любителей уже не подходит обычная техническая литература, а альтернативой могут служить пособия предлагаемого типа.
Исходя из этого автор делает акцент иа чисто качественном описании устройств с привлечением многочисленных иллюстраций. Для расширения возможностей практического использования схем приводятся необходимые расчетные соотношения, которые хотя и даны без выводов, но с пояснением их проектного назначения. Благодаря краткости описания в книге небольшого объема представлена большая номенклатура устройств, в результате чего охватывается широкая область бытовой и промышленной электроники.
В русском издании термины и условные обозначения элементов и схем приведены в соответствие с принятыми в советской литературе, но имеются и некоторые незначительные отклонения в части наиболее употребительных иностранных символов. Для удобства пользования руководством приведена таблица аналогов отечественных полупроводниковых приборов.
И. Я. Теплюк
Предисловие
Данная книга представляет собой практическое руководство по электронным схемам и дает возможность читателю ознакомиться более чем с 270 схемами, без которых не обходится ни одна область современной электроники. Однако это не просто перечень схем и их описание. Основное назначение этого руководства — помочь читателю выбрать такую схему, которую непосредственно или с некоторыми изменениями можно было бы использовать для решения поставленных задач. Поэтому в рассмотрении всех приводимых схем содержатся ответы на вопросы «почему работает схема» а «как она работает». При этом описание одних схем включает подробное изложение принципов их работы и расчеты с указанием номиналов используемых элементов, в то время как описание других схем сводится к воспроизведению принципиальной схемы и даче рекомендаций относительно выбора номиналов элементов, обеспечивающих заданные рабочие характеристики.
В книге приводится множество схем, выполненных на широко используемых в настоящее время управляемых вентилях (различных диодных, триодных и тетродных тиристорах, фототиристорах и оптопарах). Кроме того, даются детально разработанные практические схемы сопряжения цифрового электронного оборудования с различными системами управления.
Уровень изложения материала предполагает знакомство читателя с основами транзисторной схемотехники и «е требует специальных математических или теоретических знаний. Это делает книгу доступной для широкого круга читателей, в том числе студентов и даже школьников.
В подготовке книги принимало участие много специалистов, приложивших немало усилий для выхода ее в свет. Автор с благодарностью признает, что объем проделанной работы не под силу одному человеку, и выражает признательность всем, кто прямо или косвенно содействовал подготовке рукописи к печати.
Дж. Д. Ленк
Глава 1
СХЕМЫ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ
В этой главе рассматриваются схемы, работающие в диапазоне звуковых частот (34). Сюда включены цепи смещения (питания), основные усилители на биполярном транзисторе, многокаскадные транзисторные усилители, усилители с трансформаторной связью, усилители на основе пластмассовых транзисторов и устройства управления схемами 34 при их эксплуатации н регулировке. Здесь рассматривается также влияние элементов усилителя звуковых частот на его частотную характеристику, выбор цепей связи и классификация усилителей.
1.1. Цепи смещения
Все транзисторы (и другие полупроводниковые приборы) требуют обеспечения им определенного вида смещения. В транзисторе переход коллектор — база должен быть смещен в обратном направлении, т. е. между коллектором и базой не должен протекать ток. Здесь ток, протекающий через переход коллектор — база, представляет собой либо ток утечки, либо пробоя. Возможность пробоя исключается правильным конструированием схемы. Утечка же является нежелательным {но почти всегда присутствующим) фактором, и ее необходимо учитывать при проектировании схем.
Переход эмиттер — база транзистора должен быть смещен в прямом иаправлеиин. В режиме нормальной работы между базой и эмиттером протекает ток. В некоторых схемах {например, усилители класса А и большинство генераторов) определенный ток протекает постоянно. В других же {например, усилители класса С, ключи и т. д.) ток протекает только при наличии рабочего сигнала илн сигнала запуска. В любом случае переход эмиттер — база должен быть смещен таким образом, чтобы обеспечивалось протекание тока.
Требуемое смещение достигается с помощью подачи напряжений на соответствующие элементы транзистора, обычно через сопротивления. В следующих параграфах даиы описания некоторых основных цепей смещения. Приведенные цепи {или их разновидности) охватывают большинство используемых в транзисторных схемах методов смещения.
При изучении описываемых далее цепей смещения необходимо помнить следующее: задача цепи смещения состоит в установке соотношений тока и напряжения коллектор — база — эмиттер для рабочей точки данной схемы. (Эта рабочая точка известна также как точка покоя, Q-точка, бессиг-нальная точка, точка холостого хода или статическая точка.) Поскольку транзистор редко работает в этой статической точке, то цепи смещения используются для задания опорной точки, с которой и начинается проектирование. Реальные же конфигурации схем и (особенно) значения параметров цепей смещения должны выбираться исходя из динамических режимов работы схем (требуемого размаха выходного напряжения, предполагаемого уровня входного сигнала и т. д.).
Исходные данные
На первом этапе расчета цепи смещения необходимо определить характеристики как самой схемы, так н используемого транзистора. Напрнмер, будет эта схема функционировать как усилитель, генератор или ключ? Какой требуется режим работы (класс А, АВ, В или С)? Какое необходимо усиление? Какие имеются в распоряжении номиналы питающих напряжений? Какой тип транзистора должен применяться? Допустимы ли произвольные значения входного и выходного полных сопротивлений?
1.1.2. Сопротивление и ток нагрузки
Как только получены ответы на основные вопросы проектирования, приступают к следующему этапу расчета, связанному с определением рабочего тока нагрузки и сопротивления. В некоторых схемах должна иметься возможность задавать сопротивление нагрузки произвольным образом (например, для обеспечения необходимого выходного полного сопротивления схемы). От других же схем требуется обеспечение тока нагрузки (для получения заданной выходной мощности). В приводимых далее примерах предполагается, что как ток нагрузки, так и сопротивление нагрузки выбираются исключительно для формирования заданной рабочей точки. Обычно в рабочей точке при отсутствии входного сигнала напряжение па коллекторе составляет половину напряжения питания.
Для транзистора рабочий ток нагрузки определяется двумя главными факторами, а именно током утечки н максимально допустимым током. Очевидно, что для самого транзистора ток нагрузки не может превышать этого максимально допустимого тока. Аналогичным образом ток нагрузки не должен быть меньше тока утечкн, в противном случае через нагрузку ие будет протекать ток. Если же сама схема питается от батареи, то, для того чтобы минимизировать потребление тока от иее, ток нагрузки обычно выбирают вблизи его нижиего предела. Часто же ток нагрузки выбирается посредине между этими двумя крайними значениями (током утечкн и максимально допустимым током).
После установления тока нагрузки требуется вычислить номинальное значение сопротивления нагрузки. При работе на частотах приблизительно до 100 кГц значение сопротивления нагрузки можно рассчитывать на постоянном токе. На более же высоких частотах может потребоваться определение сопротивления нагрузки исходя из полного сопротивления. Это будет рассмотрено в последующих главах и. в частности, в гл. 2.
Когда ток нагрузки соответствует выбранной точке, то на коллекторном сопротивлении нагрузки должно падать напряжение, равное половине напряжения питания. Это характерно для схем класса А. (Рабочие классы усилительных схем рассматриваются далее в разд. 1.4.)
1.1.3. Смещение на основе последовательной обратной связи
Поскольку уже определены ток нагрузки и сопротивление нагрузки (или выбраны произвольным образом), на заключительном этапе расчета цепи смещения необходимо выбрать номиналы подключаемых к эмиттеру и базе транзистора сопротивлений, которые и задают правильную рабочую точку. Хотя существует много разновидностей цепей смещения и каждая нз них обладает своими преимуществами и недостатками, один главный показатель характеризует любую цепь. Она должна поддерживать требуемый ток базы при наличии температурных (а в некоторых случаях и частотных) изменений. Под этим часто подразумевается стабилизация смещения.
Существуют несколько методов обеспечения температурной и частотной коррекции цепей смещения. Одним из наиболее эффективных является метод последовательной обратной связи. Следует отметить, что во всех рассматриваемых в этом параграфе цепях смещения для реализации обратной связи используется в каком-либо виде сопротивление в цепи эмиттера.
Необходимость использования такого сопротивления последовательной обратной связи в любой цепи смещения можно кратко обосновать следующим образом. Ток базы (н, следовательно, ток коллектора) зависит от разности напряжений между базой и эмиттером. Если это разностное напряжение уменьшается, то уменьшается ток базы (и, следовательно, ток коллектора) н наоборот. Всякий ток, протекающий через коллектор (без учета тока утечки коллектор — база), протекает также и через резистор в цепи эмиттера. KOHEЦ ФPAГMEHTA
|
