Воспроизводится музыка.

(В главное меню)

    Ламповые и транзисторные усилители, которые работают в звуковоспроизводящих установках, называют усилителями низкой (звуковой) частоты или, сокращенно, усилителями НЧ Частоты электрических сигналов, которые должен усиливать такой усилитель, это частоты звуков, скажем, от 15-20 Гц до 15-20 кГц В сравнении с тем, что достается другим усилителям, это действительно низкие частоты, в приемнике или в телевизоре, например, транзисторам и лампам нередко приходится усиливать сигналы, частота которых измеряется мегагерцами, десятками и сотнями мегагерц

    Усилитель НЧ - важнейший элемент звуковоспроизводящего комплекса (Р-104. 1), от него в огромной степени зависят и громкость звука, и качество звучания Что касается громкости, то здесь, пожалуй, усилитель даже главное действующее лицо Потому что именно с него электрический сигнал поступает на громкоговоритель и от мощности этого сигнала зависит, насколько громким будет звук Если, конечно, все дело не испортит сам громкоговоритель, если он сможет превратить в неискаженный звук столько электрических ватт, сколько ему даст усилитель Что же касается искажений сигнала, то здесь усилитель НЧ входит в звуковоспроизводящий комплекс на равных со всеми другими его элементами Потому что искажения, грубо говоря, суммируются и каждый из участков тракта «звук-ток-звук» вносит свою лепту в суммарные искажения звука, в то, что мы в конце концов слышим Именно поэтому всеми силами стараются уменьшить искажения на всех участках звуковоспроизводящего тракта - в микрофонах, устройствах звукозаписи, в громкоговорителях И конечно же, в усилителях НЧ (Р-73, 6,7)

    Одна из самых важных характеристик усилителя - его номинальная мощность Рном (Р-104, 2) Это та наибольшая мощность электрического сигнала на выходе усилителя (то есть на входе громкоговорителя), при которой нелинейные искажения в самом усилителе еще не превышают объявленной для него величины Отсюда следует, что вторая важная характеристика усилителя - это коэффициент нелинейных искажений К ни» который соответствует номинальной мощности Рном В принципе усилитель может развить и большую мощность, чем Рном, но при этом коэффициент нелинейных искажений Кни будет больше, чем указано (Р-104, 2) И наоборот, коэффициент нелинейных искажений может оказаться меньше объявленной величины, но уже при мощности меньшей, чем Rhom Вопрос о том, какую мощность должен давать усилитель, не так-то прост, по этому поводу можно услышать самые разные мнения, по-разному обоснованные Но опыт подсказывает такие, например, цифры Карманный приемник мы слышим на небольшом расстоянии (а если вокруг тихо, то и на большом) при мощности усилителя около 100 мВт, а приемники класса «Спидолы», у которых выходная мощность около 0,5 Вт, звучат уже вполне громко Для сравнительно небольшого помещения обычно хватает мощности 1-3 Вт Столько же должны давать звуковоспроизводящие установки в автомобиле, чтобы перекрыть шум двигателя и дороги Для домашних условий вполне хватит мощности 5-8 Вт, а если усилитель дает 10-15 Вт, то можно считать, что есть уже запас выходной мощности Для большого помещения, такого, как школьный зал, нужны мощности побольше, скажем 20 Вт и даже 50 Вт Одно можно сказать уверенно - усилитель не должен давать громкоговорителю больше, чем тот способен без искажений превратить в звук (Р-104, 3) То есть номинальная мощность усилителя и громкоговорителя должна быть одинаковой Лучше даже, чтобы у громкоговорителя или акустического агрегата был некоторый запас, чтобы его номинальная мощность была несколько больше, чем мощность усилителя

    Коэффициент нелинейных искажений Кни усилителя определяется точно также, как Кни громкоговорителя (Т-118),-это соотношение мощности новых составляющих, в частности гармоник, и мощности основного сигнала Разница лишь в том, что для громкоговорителя Кни определяется по новым составляющим звукового сигнала, а для усилителя - по новым составляющим электрического сигнала Они, в частности, появляются, если сигнал выходит за пределы линейного участка вольт-амперной характеристики какого-либо транзистора Снизить нелинейные искажения в усилителе не всегда просто, за это приходится платить схемными сложностями и ограничениями В усилителях среднего класса Кни снижают до 2-5 процентов, в высококачественных усилителях-до 1-2 и даже до десятых долей процента На первый взгляд это может показаться излишеством наше ухо замечает нелинейные искажения при Кни более 5-7 процентов Но ведь иужио учитывать, что к искажениям в усилителе обязательно добавится еще и несколько процентов искажений в громкоговорителе, а кроме того, микрофон, магнитофон или устройство грамзаписи тоже «не дремлют», они, к сожалению, тоже кое-что вносят в суммарные нелинейные искажения звуковоспроизводящего тракта (Р-73)

    Усилитель может вносить также и частотные искажения, не в одинаковой мере усиливать сигналы разных частот (Р-104. 4) Даже не вдаваясь в подробности, можно увидеть виновников частотных искажений в усилителях НЧ - это реактивные элементы, главным образом конденсаторы, которые оказывают разное сопротивление переменным токам разных частот Здесь, наверное, уместно напомнить, что вся электротехника переменного тока, которой нас познакомила глава шестая, действительна только для синусоидальных токов и напряжений В частности, только для них по простым формулам подсчитываются индуктивное и емкостное сопротивления xl_ ихс Реальный же звуковой сигнал - это сигнал сложной формы, его приходится представлять целой суммой синусоидальных составляющих, спектром (Т-100) И если какой-либо конденсатор в усилителе НЧ, как ему и следует, пропускает высокочастотные синусоидальные составляющие сложного сигнала лучше, чем низкочастотные, то этот конденсатор нарушает пропорцию между составляющими спектра, искажает форму сигнала Также как и громкоговоритель с плохой частотной характеристикой (Р-104, 6)

    О том, как ведет себя усилитель НЧ на разных частотах, говорит его частотная характеристика - зависимость напряжения на выходе усилителя от частоты, при условии, что на всех частотах на вход усилителя подается одинаковое напряжение Если усилитель не вносит частотных искажений, то его частотная характеристика - прямая линия Для тех частот, которые усиливаются лучше, частотная характеристика несколько приподнята, для тех, что хуке,- опущена, завалена Подъем либо завал частотной характеристики принято указывать в децибелах, от которых, если н^жно, легко перейти к вольтам, амперам или ваттам (С^) Рабочий частотный диапазон усилителя определяют наибольшая Fmbkc и наименьшая Fmhh частоты, для которых усиление отличается от усиления на средней частоте 1000 Гц на заданную величину, обычно на 3 дБ При этом выходное напряжение на граничных частотах отличается от среднего примерно на 30 процентов, а выходная мощность - в два раза

    Создать усилитель с равномерной частотной характеристикой, особенно в области самых низших частот, не так-то просто Поэтому в простых и недорогих усилителя мирятся с диапазоном воспроизводимых частот примерно от 150 Гц до 6-8 кГц, в усилителях среднего класса - от 60-80 Гц до 10- 12 кГц, в усилителях высшего класса-от 20-40 Гц до 16-20 кГц Однако же расширение диапазона воспроизводимых частот в усилителе имеет смысл только в том случае, если весь этот диапазон может воспроизвести громкоговоритель и если сам воспроизводимый сигнал имеет широкий диапазон составляющих Так, например, для воспроизведения речи вполне хватило бы диапазона от 100 до 5000 Гц На старых пластинках тоже больше 5-6 кГц и меньше 80-100 Гц не записывали А вот звуки оркестра при передаче с частотной модуляцией на УКВ (Т-226) могут иметь весь спектр звуковых частот

    Весьма важная характеристика усилителя-уровень его собственных шумов (Р-104, 5) Часто к шумам относят всю «грязь», все виды непрошеных сигналов, которые тем или иным путем попадают на вход усилителя и шумят, гудят, шипят, ноют (особенно когда не слышно сигнала), хотя и не очень громко, но очень однообразно и противно Основные причины этого вида помех-собственные шумы первого транзистора, которые затем усиливаются (шумят все транзисторы, но наиболее опасен первый, его шумовое напряжение усиливается всеми последующими каскадами), а также наводки сетевого напряжения, слабые сигналы с частотой 50 Гц Как в приемных антеннах (Т-203), они наводятся во входных цепях усилителя, например электромагнитными полями проводки Чтобы оценить уровень шумов (фона), его сравнивают с номинальной мощностью усилителя и результат указывают в децибелах Так, например, если напряжение шумов на выходе в сто раз меньше, чем напряжение самого сигнала при номинальной мощности Р А, то говорят, что уровень шумов минус 40 дБ В усилителях высшего класса удается снизить уровень шумов до минус 60 дБ или в крайнем случае до минус 50 дБ, хотя борьба с шумами и наводками дело не всегда простое и легкое

    Максимальная мощность усилителя и уровень шумов вместе определяют еще одну характеристику звуковоспроизводящей установки-ее динамический диапазон отношение самого громкого звука к самому тихому Музыка, звучащая в концертном зале, может иметь динамический диапазон 60- 70 дБ - от едва слышного пиано-пианиссимо до громыхающего форте-фортиссимо большого симфонического оркестра Динамический диапазон голоса примерно 30-35 дБ - от шепота до крика При радиопередаче и записи звука на пластинку динамический диапазон искусственно сжимают, обычно до 35-40 дБ

    Характеристика усилителя «потребляемая мощность» - это произведение напряжения питающей батареи на ток, который от нее потребляется Конечно, желательно, чтобы потребляемая мощность была как можно меньше, особенно в аппаратуре, которая питается от батарей

    Необходимость таких характеристик, как входное сопротивление усилителя и его выходное сопротивление, связана с тем, что усилитель следует согласовать с источником сигнала и с нагрузкой, также как нужно согласовывать между собой отдельные усилительные каскады в многокаскадном усилителе

    Усилительные способности транзистора ограничены, он обычно может повысить мощность сигнала в десять, в сто, в лучшем случае в тысячу раз А бывает, что нужно увеличить ее в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды раз Вот почему электронные усилители, как правило, оказываются многокаскадными Если один каскад усиливает мощность сигнала в сто раз, передает сигнал на второй каскад и тот усиливает мощность еще в сто раз, затем такое же усиление дает третий каскад, то в итоге получается, что сигнал усилился в миллион раз (100 х 100 х 100 = 1 000000) Последний каскад усилителя НЧ.тот, что работает прямо на громкоговоритель, называют оконечным, выходным каскадом или усилителем мощности А все остальные - это каскады предварительного усиления, первый (входной), второй, третий, иногда еще четвертый, пятый и даже шестой - все зависит оттого, сколько милливатт или микроватт дает источник сигнала, какую мощность потребует входная цепь последнего каскада и какое усиление дает каждый предварительный каскад

    Прежде чем говорить о межкаскадных связях в усилителях, о связи выходного каскада с громкоговорителем и входного каскада с источником сигнала, вернемся к самой простой электрической цепи, в которую входит один генератор постоянного тока с внутренним сопротивлением Rr и одна нагрузка с сопротивлением Rh (Т-24 Р-25 Р-105. 1) Ток 1н в этой цепи, напряжение Uh на нагрузке и мощности Рн, которую она получит от генератора, зависят не только от его электродвижущей силы Ег, но еще и от соотношения между Rr и Rh Типичный график Р-105, 2 показывает, как меняются Ih, Uh и Рн при изменении нагрузки Rh Все эти изменения легко объяснимы С увеличением Rh ток в цепи уменьшается, потому что растет общее сопротивление цепи Робщ = Rr + Rh С увеличением Rh напряжение Uh, растет, потому что Rrn Rh образуют делитель напряжения, делят между собой э д с генератора И чем больше сопротивление участка Rh, этого делителя, тем большая часть э д с ему достается Ну а мощность Рн - это произведение тока на напряжение Сначала с увеличением Rh мощность возрастает, потому что ток уменьшается в меньшей степени, чем растет напряжение Uh А затем, после некоторой оптимальной (самой выгодной) величины Rh опт, мощность начинает падать, потому что ток 1н уменьшается быстрее, чем увеличивается напряжение Uh Объяснимо также и то, что при разных соотношениях Rh и Rr сопротивление нагрузки Rh по-разному влияет на ток и на напряжение Uh Когда Rh мало по сравнению с Rr, то удельный вес нагрузки в общем сопротивлении цепи невелик и увеличение Rh - не очень-то сильно влияет на ток 1н А при большом Rh - в основном оно определяет общее сопротивление, а следовательно, и ток в цепи Теперь о напряжении Uh Увеличивая Rh, мы сразу по двум каналам влияем на это напряжение Во-первых, Uh возрастает за счет увеличениями, так как Uh = IhxRh Во-вторых, Uh уменьшается за счет уменьшения 1н и опять-таки потому, что Uh = Ih x Rh При малых Rh ток, как было отмечено несколькими строчками выше, меняется мало и поэтому напряжение Uh довольно резко растет А вот при больших Rh из-за его сильного влияния на ток, напряжение уже увеличивается незначительно

    Все это арифметика очень простая И убедительная Точно также можно пояснить, почему в пустом ведре каждая капля на виду, а в полном и лишний стакан не очень-то заметен Или почему один свободный день в конце каникул имеет совсем иную ценность, чем в начале

    Из всех возможных соотношений между сопротивлением генератора и нагрузки можно выделить два типичных случая Случай первый сопротивление генератора Rr во много раз меньше, чем сопротивление нагрузки Rh Такой генератор называют генератором напряжения, отмечая этим, что почти вся э д с приложена к нагрузке и что при изменении нагрузки напряжение на ней почти не меняется (Р-105. 3) Для иллюстрации - числовой пример

    Предположим, что Е = 200 В, Rr = 1 Ом и Rh = 200 Ом На внутреннем сопротивлении генератора остается около 1 В, нагрузке достается примерно 199 В Увеличим Rh до 400 Ом, на нагрузке, несмотря на это, останется примерно такое же напряжение, какое было -около 199,5 Ом, на внутреннем сопротивлении генератора остается около 0,5 В Если уменьшить Rh до 100 Ом, то на нем все равно будет около 198 В, на R, потеряется около 2 В

    Во втором типичном случае сопротивление генератора Rh во много раз больше, чем сопротивление нагрузки Rh Это режим генератора тока, он назван так потому, что ток в цепи почти не меняется при изменении нагрузки (Р-105,4) Числовой пример э д с генератора Е = 200 В, Rr= 200 Ом, Rh = 1 Ом, легко подсчитать, что ток в цепи - около 1 А и что он примерно таким и останется, если увеличить или уменьшить Rh в несколько раз

    Оба эти режима имеют свои достоинства и недостатки, оба находят применение, однако генератор напряжения встречается несравнимо чаще В режиме генератора напряжения работает электрическая сеть (внутреннее сопротивление измеряется десятыми и сотыми долями ома), автомобильный аккумулятор (внутреннее сопротивление-тысячные доли ома), батарейка карманного фонаря (внутреннее сопротивление - около ома, у старой батарейки - несколько ом)

    В усилителях НЧ, особенно в выходных каскадах, работающих на громкоговоритель, иногда используется режим оптимального (наилучшего) согласования, оптимальной нагрузки Его главная примета-сопротивление нагрузки Rh, равно сопротивлению генератора R г В этом случае генератор отдает в нагрузку наибольшую мощность, какую вообще может ей отдать (Р-105. 2) Но чаще согласование осуществляют, исходя из допустимых параметров токов и напряжений

    Проблема согласования генератора с нагрузкой, источника энергии с ее потребителем, имеет весьма общий, если хотите - даже философский, смысл Это можно подтвердить примерами из самых разных областей Можно, например, вспомнить, что мощность, которую развивает автомобильный двигатель, используется тем лучше, чем больший груз везет машина Но перегружать автомобиль бессмысленно, генератор должен работать на свою оптимальную нагрузку Можно вспомнить и о том, что польза, которую приносит человек-работник, зависит не только от его сил, способностей и энергии, но еще и от работы Слишком легкое дело и делать неинтересно, и проявить себя на нем не всегда удается Но вряд ли можно принести пользу, взвалив на себя работу не по плечу, взявшись за дело, в котором ничего не понимаешь и делать его не умеешь Человек должен работать на свою оптимальную нагрузку, должен быть наилучшим образом согласован со своей работой.

    Легко произнести слова «Добьемся согласования!», но не всегда легко его добиться В частности, серьезные трудности появляются в усилителях, где на каждом шагу приходится состыковывать низкоомную (обладающую малым сопротивлением) нагрузку с высокоомным генератором Или, наоборот, низкоомный генератор с высокоомной нагрузкой Так, например, громкоговоритель (нагрузка) с сопротивлением звуковой катушки в несколько ом нужно согласовать с транзистором (генератор), выходное сопротивление которого измеряется килоомами или десятками килоом Звукосниматель электропроигрывателя (генератор) с выходным сопротивлением около мегома нужно согласовать с базовой цепью первого усилительного каскада, входное сопротивление которого измеряется килоомами Те же несколько килоом имеет входное сопротивление каждого последующего каскада (нагрузка), и его нужно согласовать с коллекторной цепью предыдущего каскада (генератор), которое, как отмечалось, составляет десятки или сотни килоом

    Пытаясь побыстрее добраться до места назначения, шофер иногда, скажем на ровном пустом шоссе, просто увеличивает скорость А иногда, например, на забитых машинами улицах города, наоборот, едет помедленней, поаккуратней, главным образом старается не попасть в затор Вот так и для достижения одной и той же цели - получения наибольшей выходной мощности транзисторного усилителя - иногда обращают внимание на одни особенности режима, иногда - на другие На жаргоне ученых и инженеров об этом говорят, например, так «Подумайте о мощности в терминах согласования сопротивлений» Или так «Подумайте о мощности в терминах использования транзисторов по току»

    Кстати, эти два примера, два жаргонных выражения, относятся к двум типичным стратегиям согласования транзисторов с громкоговорителем

    Начнем со второго случая Предположим, что в выходном каскаде работают мощные транзисторы, коллекторный ток в них может достигать 2 Л, и, значит, амплитуда его переменной составляющей - 1 А (здесь и дальше все цифры условные) А на коллектор (в отсутствие сигнала) попадает напряжение 10 В, и, значит, амплитуда переменной составляющей напряжения на нагрузке не может быть больше 10 В, иначе в какие-то моменты напряжения на коллекторе вообще не будет И еще одно предположение сопротивление нагрузки равно 20 Ом Закон Ома напоминает U = I x R, I = U/R, чтоб на сопротивлении 20 Ом напряжение было 10 В, нужен токО,5А Что отсюда следует? А то, что мы не сможем полностью использовать транзистор по току на вход его придется подать сигнал послабее, чтобы переменная составляющая коллекторного тока не превышала 0,5 А (0,5 Ах 20 Ом = 10 В), в то время как она могла бы быть 1А И в итоге транзистор отдаст в четыре раза меньшую мощность (Р = I^{A2 x R), чем мог бы}

    Есть ли из этого какой-нибудь выход? Есть, и даже два Во-первых, можно (если можно!) в два раза поднять питающее напряжение (до 20 В), при этом «потолок» переменного напряжения на нагрузке тоже возрастет вдвое и можно будет спокойно увеличить ток А вот другой выход можно в два раза уменьшить сопротивление нагрузки, то есть до 10 Ом, «потолок» переменного напряжения на ней получится при вдвое большем токе, то есть при нашем предельном токе 1А (1 А * 10 Ом = 10 В)

    Этим вторым методом пользуются весьма часто обычно в выходном каскаде стоят транзисторы с запасом мощности, и от них получают нужное число ватт, подбирая сопротивление нагрузки, например группируя тем или иным способом громкоговорители (Р-75) К таким же выводам мы пришли бы, если бы рассматривали все это в «терминах согласования сопротивлений», просто оценка напряжений и токов в транзисторе оказалась в данном случае проще и удобней

    В некоторых случаях, чтобы не усложнять схему, приходится мириться с плохим согласованием Из-за этого, например при передаче сигнала из каскада в каскад, нередко теряется часть той мощной копии, которую создал усилитель В других же случаях, когда с потерями не хотят или не могут мириться, разными схемными ухищрениями меняют входные и выходные сопротивления усилительных каскадов Или пользуются таким эффективным средством согласования, как трансформатор

    Вспомните, как работает трансформатор (Т-87) переменное напряжение U1, подведенное к первичной обмотке I, создает в ней переменный ток И, он наводит переменное напряжение U2 и создает ток 12 во вторичной обмотке II (Р-106) Но на этом дело еще не кончается ток 12 сам создает переменное магнитное поле и наводит ток N в первичной обмотке Если, вернувшись к старому нашему методу мысленных экспериментов, снять с трансформатора вторичную обмотку, а первичную подключить к генератору, то ток в этой одинокой первичной обмотке будет сравнительно небольшим, он определится лишь в основном индуктивным сопротивлением xl_ А если вернуть на место вторичную обмотку и подключить к ней нагрузку, ток в первичной обмотке резко увеличится Это как раз и начнет работать ток 12 - он начнет наводить ток N в первичной обмотке Тот факт, что к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение Шив ней течет ток П, означает, что в этой обмотке имеется какое-то сопротивление, устанавливающее связь между током и напряжением (R = U/I, Т-33). А поскольку сам ток N как бы вносится в первичную обмотку из вторичной обмотки, то и сопротивление R = U1 / N называют вносимым сопротивлением Rbh

    От чего же оно зависит, это вносимое сопротивление Rbh, которого вроде как бы нет, но которое все-таки существует как некий коэффициент, отображающий связь между током и напряжением'? Попробуем увеличить нагрузку, предварительно пояснив, что именно нужно понимать под этими словами Выражение «нагрузка увеличилась» имеет смысл - «больше нагружен генератор», или, точнее, «больше ток, потребляемый от генератора» А значит, выражение «нагрузка увеличилась» означает «меньше стало сопротивление Rh»

    Итак, мы уменьшаем Rh, увеличиваем тем самым ток 12 во вторичной обмотке И тутже увеличится наведенный в первичную обмотку ток N А это значит, что сопротивление Рдц зависит от сопротивления нагрузки Rh (Р-106. 2, 3) - чем больше RH.TeM больше и вносимое сопротивление Rbh В предельном случае, когда Rh бесконечно велико (цепь вторичной обмотки не замкнута, холостой ход), Rbh тоже бесконечно велико, то есть, проще говоря, его нет

    Но величина вносимого сопротивления зависит не только от Rh, она еще зависит от коэффициента трансформации л, от соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотке (Р-106, 4, 5, 6) Причем зависит очень сильно-коэффициент трансформации дважды влияет на величину Rbh Первый раз, когда из первичной обмотки во вторичную наводится ток 12, и второй раз, когда обратно из вторичной обмотки в первичную наводится ток Г2 Поэтому Rbh зависит от квадрата коэффициента трансформации п увеличьте его в два раза, и вносимое сопротивление возрастет в четыре, увеличьте л в 5 раз и Rbh возрастет в 25 раз (Р-106, 4)

    И еще повышающий напряжение трансформатор как бы понижает сопротивление нагрузки при пересчете его в первичную цепь, а понижающий трансформатор, наоборот, увеличивает Rbh по сравнению с Rh Это настолько важный вывод, что изложим его еще раз несколько иными словами если на пути от генератора к нагрузке напряжение понижается, то есть если нагрузка включена через понижающий трансформатор, то Rbh будет больше, чем Rh А если трансформатор повышающий, то Rbh меньше, чем Rh И наконец, если коэффициент трансформации равен единице, то Rbh будет таким же, как и Rh

    Как видите, трансформатор открывает большие возможности для согласования генератора с нагрузкой - достаточно подобрать коэффициент трансформации, и в цепь генератора фактически будет включено такое вносимое сопротивление, какое требуется, например, для оптимального согласования А теперь настал момент рассказать о том, как добиваются согласования, не приспосабливая то, что есть, к тому, что есть, а активно изменяя неизменяемые, казалось бы, характеристики - входное и выходное сопротивление транзистора

    Рассказ этот можно было бы озаглавить «2 + 2 = 3» Такое странное равенство должно привлечь внимание к задаче, которую приходится решать при включении транзистора или лампы в усилительный каскад Дело в том, что у транзистора всего три вывода - эмиттер, база, коллектор (у лампы, соответственно, катод, сетка, анод), а подключить к нему н^жно четыре провода - два от источника сигнала, например от микрофона, и два от нагрузки, например от громкоговорителя (Р-107. 1)

    Подключить четыре провода к трем (2+2=3) можно только так один из выводов транзистора должен быть общим и для входной цепи, и для выходной, то есть и для источника сигнала, и для нагрузки В принципе общим может быть любой из выводов, а значит, возможны три разные схемы - с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК) В ламповых усилителях это, соответственно, схемы с общим катодом, общей сеткой и общим анодом На Р-107, 1, 2, 3,4 вы видите схемы ОЭ, ОБ и ОК в предельно упрощенном виде Из всех трех схем нам знакома одна-схема ОЭ (Р-93) Известно, что она усиливает ток в В раз, а также усиливает Напряжение, так как напряжение на нагрузке может быть больше, чем напряжение на входе транзистора, на участке эмиттер-база Для маломощных транзисторов усиление мощности в схеме ОЭ составляет несколько тысяч Схема ОЭ усиливает мощность во много раз больше, чем две другие, и это одна из причин ее популярности

    Теперь о входном сопротивлении Rbx и выходном RBbix И входная цепь транзистора, и особенно выходная оказывают разное сопротивление постоянному и переменному току Лучше всего это видно на примере коллекторной цепи открытого транзистора (Р-107, 5) В реальном случае при напряжении на коллекторе 0,5 В через транзистор идет постоянный ток до 50 мА, для постоянного тока сопротивление коллекторной цепи 10 Ом Но если мы попробуем менять напряжение и следить за изменением тока, то получим иную цифру - коллекторный ток очень мало меняется при изменении напряжения на коллекторе Если напряжение Uk увеличить от 0,5 В до 10,5 В, то есть на 10 В, ток увеличится всего на 1 мА Так менялся бы ток, если бы в цепи было включено сопротивление 10 кОм, и именно такое сопротивление оказывает транзистор меняющемуся коллекторному току, его переменной составляющей А поскольку продукция транзистора, которую он должен передать дальше, не постоянный ток, а переменный, то можно считать, что эта последняя величина и есть выходное сопротивление транзистора RBbix Именно его нужно согласовывать с последующим каскадом

    Аналогично определяют и входное сопротивление транзистора по изменению входного (базового) тока и входного напряжения В схеме ОЭ входное сопротивление составляет примерно 500-2500 Ом Оно, кстати, тем больше, чем выше коэффициент усиления по току у данного транзистора Потому, что с увеличением В меньшая часть общего эмиттерного тока ответвляется в базу, а чем меньше ток при том же напряжении, тем, значит, больше сопротивление цепи Совсем иные цифры получаются в схемах ОБ и ОК

    В схеме ОБ (общая база) по входной цепи проходит уж не маленький базовыйток, а весь эмиттерный ток целиком Из этого вытекают сразу два следствия, зачастую очень неприятных Во-первых, коллекторный ток не может быть больше эмиттерного (Т-141), а значит, схема ОБ не дает усиления потоку Второе неприятное следствие касается входного сопротивления Из-за того, что по входной цепи проходит большой эмиттерный ток, входное сопротивление транзистора оказывается очень маленьким (R = U /1, чем больше ток, тем, значит, меньше сопротивление) Оно практически в В раз меньше, чем в схеме ОЭ, и составляет несколько десятков Ом А выходное сопротивление, наоборот, во много раз больше, чем в схеме ОЭ, оно достигает сотен килоом и даже нескольких мегом Это связано с тем, что коллекторное напряжение UK в схеме ОБ почти совсем не влияет на коллекторный ток 1к В схеме ОЭ малая часть коллекторного напряжения доставалась эмиттерному переходу и с этого командного пункта как-то влияла на ток 1к В схеме ОБ цепь питания коллектора совершенно изолирована от эмиттерного перехода

    Есть одна мелочь, которую обязательно нужно иметь в виду, рассматривая практические схемы - одна и та же схема может быть просто начерчена по-разному по-разному могут быть расположены детали, соединительные провода, точки их соединения или пересечения (Р-108 Из-за этого знакомая схема может показаться незнакомой, привычная - непонятной Нужно уметь отвлечься от способа начертания схемы, увидеть главные ее особенности, определяющие прохождение токов, передачу напряжений, разделение переменных и постоянных составляющих

    Как только от упрощенных схем мы начнем переходить к реальным, практическим, то сразу же обнаружим, что участок, заземленный (соединенный с общим проводом, Т-156) для переменного тока, не всегда можно заземлить по постоянному А бывает и наоборот участок, который н^жно заземлить по постоянному току, нельзя соединить с общим проводом для переменного тока В схеме появляются цепи раздельного заземления различных ее участков Это, по сути, фильтры, которые по одному пути пропускают постоянную составляющую коллекторного или базового тока, а по другому пути проводят их переменные составляющие Очень часто именно -эти фильтры вместе с фильтрами питания и фильтрами, которые подают усиливаемый сигнал ко входу и отводят усиленный сигнал с выхода, создают ощущение сложности и запутанности схемы, хотя никакой сложности нет Нужно лишь спокойно проследить за прохождением токов и появлением напряжений на тех или иных участках схемы, и она предстанет простой и понятной

    Для иллюстрации на Р-109 приведена схема многокаскадного усилителя НЧ В целом она не имеет практического смысла, это не более чем и_по переменному и по постоянномутоку в разные усилительные каскады и схемы межкаскадной связи, причем схемы каждого каскада и любой пары соседних каскадов вполне реальны, многие из них можно встретить в практических схемах усилителей К-1. К-7. К-13 и в других Первый каскад учебного усилителя Р-109-это привычный уже усилитель по схеме ОЭ По постоянному току его эмиттер «поднят», имеет некоторое напряжение относительно общего провода По переменному току эмиттерзаземлен через Сэ и таким образом соединен с одним из проводов источника сигнала В третьем каскаде по переменному току заземлен через Сф коллектор - каскад собран по схеме ОК По постоянному току коллектор заземлить нельзя - на него подается «минус» питающего напряжения, а заземлен «плюс» батареи Бк Второй каскад тоже собран по схеме ОК, но здесь коллектор заземлен не через конденсатор, как в предыдущем каскаде, а непосредственно заземлен и по переменному, и по постоянному току Потому что в этом каскаде работает транзистор обратной проводимости и на коллектор подается «плюс», заземленный в данной схеме питания Кстати, заземлять «плюс» питания совсем не обязательно, можно заземлить и «минус», все зависит оттого, каких транзисторов в схеме больше и по каким схемам они в основном включены

    Внутреннее сопротивление источника питания невелико, у батарейки карманного фонаря, например, это доли ома, в худшем случае несколько ом И казалось бы, можно считать, что для переменного тока «минус» батареи просто заземлен и что вместе с ним по переменному току заземлены все точки схемы, соединенные с этим «минусом» Однако же пренебречь собственным сопротивлением источника, считать «минус» заземленным по переменному току можно только в самых простых маломощных усилителях Потому что внутреннее сопротивление источника есть элемент никому не нужных связей между каскадами и в многокаскадном усилителе такая паразитная связь сплошь и рядом приводит к самовозбуждению, к превращению усилителя в генератор

    Механизм появления паразитной связи по питанию очень прост Переменная составляющая какого-либо коллекторного тока проходит по внутреннему сопротивлению источника и создает на нем переменное напряжение, которое неизбежно попадает на коллектор, а через резистор смещения и на базы других транзисторов (Р-110. 1) Способ борьбы с этой неприятностью тоже несложен-источник питания шунтируют конденсатором Сф (Р-110, 2), через который все переменные составляющие замыкаются беспрепятственно Кроме того, в цепи включают развязывающие фильтры, задача которых-замкнуть переменную составляющую коллекторного тока на месте, вблизи транзистора, не пустить ее в общие цепи питания Бывает, что через один развязывающий фильтр питается один каскад, бывает, что несколько, а иногда питание на транзистор попадает через несколько фильтров

    Емкость разделительного, или, иначе, переходного, конденсатора Ср, через который сигнал передается из коллекторной цепи на базу следующего каскада, выбирается с учетом усиливаемой частоты чем более низкие частоты н^жно усиливать, тем больше должна быть эта емкость Потому что с уменьшением частоты растет емкостное сопротивление конденсатора (Т-76), и чтобы сопротивление это не оказалось слишком большим, чтобы переходной конденсатор не забрал себе (T^S) заметную часть усиленного сигнала, приходится увеличивать его емкость, уменьшая тем самым емкостное сопротивление В транзисторных высокочастотных усилителях емкость переходного конденсатора обычно составляет 10-50 тысяч пикофарад, в низ ко частотных усилителях- 10-50 микрофарад Здесь многое еще зависит от нагрузки и особенно от входного сопротивления следующего каскада, потому что это сопротивление вместе с емкостным сопротивлением переходного конденсатора образуют делитель напряжения В самом общем виде можно так изложить соображения по выбору переходного конденсатора его емкостное сопротивление на самой низкой из усиливаемых частот должно быть значительно меньше, чем входное сопротивление транзистора, на вход которого этот конденсатор передает усиленный сигнал

    Есть особый класс усилителей, который рассчитан на усиление очень медленно меняющихся сигналов Настолько медленно, что большие отрезки времени, целые часы, это и сутки сигнал вообще остается постоянным Эти усилители так и называют-усилителями постоянного тока, или, сокращенно, УПТ В качестве примера УПТ можно назвать усилитель, задача которого- поднять уровень сигнала, поступающего с фотоэлемента в автомате включения уличного освещения (Т-265) Уровень сигнала на входе такого УПТ может измениться на какие-то проценты в течение целого часа, говорить о частоте сигнала здесь вообще трудно, настолько она мала И если бы пришлось подбирать переходные конденсаторы для такого УПТ, то их емкость, наверное, должна была бы измеряться миллионами, а то и миллиардами микрофарад Конденсаторов с такими емкостями не существует, и многокаскадные усилители постоянного тока собирают вообще без переходных конденсаторов, соединяя коллекторную нагрузку с входом следующего каскада непосредственно, просто проводником Здесь появляются свои трудности, в частности, постоянное напряжение с коллектора попадает на базу следующего транзистора, и нужно сделать так, чтобы оно не нарушило режим этого второго транзистора по постоянному току Но это задачи решенные, и УПТ довольно часто можно встретить, особенно в устройствах автоматики

    Разновидность усилителей постоянного тока - это так называемые составные транзисторы, где нет уже не только переходных конденсаторов, но л самой коллекторной нагрузки первого каскада - роль этой нагрузки выполняет входное сопротивление следующего каскада (Р-111, 1, 2) Иногда в составной транзистор входят три, это и четыре отдельных прибора (Р-111, 3) Составной транзистор можно рассматривать как один усилительный прибор, характеристики которого определяются всеми вошедшими в него отдельными транзисторами и их взаимным соединением В частности, общий коэффициент усиления В равен произведению этих коэффициентов всех транзисторов. Одно достоинство составного транзистора сразу же бросается в глаза - в нем нет «лишних деталей», нет конденсаторов, резисторов А вот другое достоинство составной транзистор из-за того, что в нем нет переходных конденсаторов, усиливает самые низкие частоты, что, кстати, относится ко всем УПТ Но, конечно, эти достоинства не достаются бесплатно из-за взаимной связи транзисторов по постоянному току составной транзистор очень чувствителен к изменениям питающих напряжений и температуры А кроме того, из-за трудностей согласования входных и выходных сопротивлений внутри самого составного транзистора, не удается выжать из усилительных приборов все, что они могли бы отдать в обычных схемах Составные транзисторы часто можно встретить в полупроводниковых интегральных схемах (Т-303), где особо ценится возможность экономить конденсаторы или резисторы.

    Если не хватает мощности одного транзистора, то в принципе можно (на практике стараются этого не делать) соединить два транзистора параллельно А можно сложить выходные сигналы двух транзисторов иным способом - создать так называемый двухтактный усилитель Когда-то двухтактные усилительные схемы называли «пушпул», что в переводе на русский значит «тянитолкай» Так, кстати, звали одного из ближайших помощников доктора Айболита-лошадь, у которой было две головы-одна спереди, другая сзади Это удивительное животное называется Пушми-Пулми в сказке Гью Лофтинга «Доктор Дулитл», которую в свое время пересказал нам Корней Иванович Чуковский Головы Тянитолкая поочередно спят и кушают, и животное всегда следит, чтобы к нему не подкрался охотник Именно поэтому, уверяет автор, Тянитолкая до сих пор нет ни в одном зоопарке

    Электронный тянитолкай, двухтактный усилитель, никак не отнесешь к редким явлениям Двухтактные каскады очень широко используются в усилительной технике, и прежде всего в мощных каскадах усилителей НЧ Сначала несколько слов о том, «как это делается», а затем, что дает Простейшая двухтактная схема на транзисторах одинаковой проводимости показана на Р-112. 1 На базы транзисторов Т1 и Т2 усиливаемые сигналы подаются в противофазе В данном случае эта задача решена с помощью входного трансформатора Трвх с двумя вторичными обмотками II а и II б, но существуют и иные способы получения двух противофазных сигналов (Т-196)

    То, что напряжения Ubx1 , и Ubx2, именно противофазны относительно средней точки, связано только с определенным включением обмоток На и Нб Не забудьте поменять местами концы обмотки-это значит повернуть фазу на 180 град fТ-171) Противофазными напряжения Ubx1, и Ubx2 получаются в том случае, если обмотки На и Нб намотаны в одну сторону и начало одной из них соединено с концом другой То есть если сделан отвод от средней точки всей вторичнрй обмотки (Р-113. 1)

    Поскольку напряжения на базах Т1 иТ2 .действуют в противофазе, то и сами коллекторные токи этих транзисторов тоже меняются в противофазе когда один нарастает, второй уменьшается Эти токи проходят каждый по своей секции la и 16 первичной обмотки выходного трансформатора Грвых И каждый из коллекторных токов наводит часть тока |н во вторичной обмотке этого трансформатора, к которой подключена нагрузка Теперь главное - секции выходного трансформатора la и 16 соединены таким образом, что токи 1н1 и 1н2, которые создаются в нагрузке каждым из транзисторов, суммируются И общая мощность сигнала в нагрузке-это суммарная мощность, результат согласованных действий обоих транзисторов

    Для чего нужны все эти фокусы с фазами'? Что дает в итоге создание двух противофазных сигналов на входе усилителя и складывание противофазных токов в нагрузке'? Окупаются ли сложности, связанные с созданием двухтактного каскада?

    Начнем с мелочей Постоянные составляющие коллекторных токов создают в выходном трансформаторе постоянные магнитные поля противоположного направления и, как это уже не раз бывало с враждующими полями, они просто-напросто уничтожают друг друга В итоге выходной трансформатор работает без постоянного подмагничивания, его стальной сердечник может быть меньше и без воздушного зазора (К-4. 19,20)

    Действуют друг против друга и магнитные поля, созданные токами четных гармоник, если они появляются в выходном сигнале из-за нелинейных искажений Таким образом, двухтактная схема в значительной мере снижает нелинейные искажения

    И наконец, еще одно достоинство, очень часто оно оказывается решающим двухтактная схема позволяет работать в режимах усиления, которые мы до сих пор считали неприемлемыми,- в режимах с отсечкой коллекторного тока, при которых искажается форма сигнала, появляются страшные нелинейные искажения (Т-180)

    Говорят, что если пессимисту и оптимисту дать по половине стакана сока, то первый заноет «Вот Полстакана уже нет », а второй обрадуется «Ура! Еще есть полстакана!» Если бы попросить пессимиста рассказать о событиях в двухтактном каскаде, который работает с отсечкой 8 = 90 град , (Р-101. Р-112. 1, 3), то оценка событий, по-видимому, была бы такой «В транзисторах происходит что-то ужасное Они работают через такт, безумно искажают сигнал, срезают чуть ли не целый полупериод» Иначе, наверное, оценил бы события оптимист «Транзисторы работают прекрасно Они поочередно дают отличный неискаженный сигнал, каждый из них без искажений воспроизводит целый полупериод »

    Именно такие неискаженные полупериоды используются в двухтактных каскадах, работающих с отсечкой Каждый транзистор в течение своего «неискаженного полупериода» создает ток в нагрузке, а оба транзистора, работая через такт, создают целый, неискаженный сигнал, он как бы сшивается из двух половинок При этом мощность выходного сигнала оказывается вдвое больше, чем мог бы дать один транзистор А мощность, потребляемая от источника питания таким двухтактным каскадом, примерно в полтора раза меньше, чем потребовалось бы на создание такой же выходной мощности с помощью однотактного выходного каскада, работающего без отсечки Это, согласитесь, огромное достоинство, особенно для переносной батарейной аппаратуры

    При работе без отсечки - такой режим называется классом усиления А - в коллекторной цепи протекает ток покоя 1покдаже в том случае, когда на входе вообще нет сигнала А самая большая амплитуда переменной составляющей коллекторного тока не может быть больше, чем ток покоя 1пок(Р-112, 2) Поэтому класс А, то есть усиление без отсечки, в принципе не может дать большую выходную мощность, чем половина мощности, потребляемой от коллекторной батареи То есть, иными словами, коэффициент полезного действия (кпд) усилителя не может быть больше, чем 50% И это, заметьте, при самой большой амплитуде переменной составляющей коллекторного тока, которая соответствует самым громким звукам А при меньших переменных составляющих к п д еще меньше ток покоя от коллекторной батареи потребляется такойже, а выходной сигнал имеет значительно меньшую мощность Средний к п д усилителя НЧ в классе А-20-30% Совсем другое дело при усилении в классе В (угол отсечки в = 90 град , то есть каждое плечо двухтактного усилителя работает ровно половину периода) и в классе усиления АВ (угол отсечки 9 больше 90 град , каждый транзистор работает больше, чем полпериода) Во-первых, в этих режимах потребляемый ток составляет примерно 60% от амплитуды переменной составляющей И кроме того, потребляемый ток меняется в зависимости от уровня сигнала В классе В если сигнала нет, то ток от батареи вообще не потребляется, при небольших сигналах и потребляемый ток мал В классе АВ некоторый начальный ток 1пок потребляется и при отсутствии сигнала (Р-112, 4), но также, как в классе В, этот потребляемый ток увеличивается лишь по мере того, как усиливается сигнал Кстати, в названии классов усиления В и АВ подразумевается буква В, иногда пишут «классы усиления Б и АБ»

    Реальный звук-речь или музыка-бывает то громким, то тихим, в какие-то моменты вообще наступает пауза Усилители класса А, не считаясь с этим, потребляют и потребляют энергию батарей, не снижая своих аппетитов А усилители классов АВ и особенно В берут энергию только для дела, и берут ее очень экономно, по-хозяйски чем меньше полезная работа, чем меньше мощность усиливаемого сигнала, тем меньше и потребляемая энергия И в итоге это дает огромный экономический эффект при воспроизведении реальной речи или реальной музыки с паузами, с изменениями громкости класс В оказывается в среднем чуть ли не в четыре раза экономичнее, чем класс А Если же, повернув регулятор громкости, вы несколько убавите уровеньсигнала, удовлетворившись сравнительно тихим звучанием, то разница эта вообще окажется огромной - класс А, как всегда, почти не сбавит своих аппетитов, и окажется, что класс В потребляет энергии в десять, а то и в двадцать раз меньше Wee одна эта экономичность, не говоря о других достоинствах, вполне оправдывает применение двухтактных схем

    Попутно отметим, что на базу усилителя, работающего в классе А, подается довольно большой «минус», который и устанавливает ток покоя При работе в классе В вообще никакого смещения на базу не подается Именно поэтому транзистор полпериода закрыт, его отпирает только отрицательный полупериод, только «минус» на базе, а положительный полупериод, «плюс», напрочь закрывает транзистор Недостаток чистого класса В в том, что при слабых сигналах, при малых отпирающих напряжениях транзистор работает на нелинейном участке входной характеристики, на участке начального загиба, ступеньки (Р-80) Чтобы уменьшить нелинейные искажения слабых сигналов, отказываются от чистого класса В, подают на базу небольшое начальное смещение и работают с углом отсечки чуть больше, чем 90 град , то есть в классе АВ При этом, естественно, в коллекторной цепи существует небольшой ток покоя

    Двухтактная схема с входным и выходным трансформаторами имеет ряд достоинств, в их числе относительная простота, надежность, возможность применить простые схемы температурной стабилизации, небольшое число транзисторов Трансформаторные схемы можно встретить и в очень мощных усилителях, и в самых маломощных, в частности в усилителях НЧ многих карманных и переносных приемников, промышленных и любительских {КТ} От трансформаторной схемы отказываются чаще всего из-за значительных искажений в ней Искажений и частотных (Т-119), и нелинейных, связанных с нелинейностью характеристики намагничивания (Т-236)

    Еще в ламповую эпоху, а особенно с появлением транзисторов разной проводимости, было найдено много остроумных схемных решений, позволивших строить бестрансформаторные усилители НЧ В числе схемных находок, например, бестрансформаторный фазоинвертор (в переводе «поворачива-тель фазы», то есть схема, с помощью которой для двухтактного усилителя получают два противофазных входных напряжения), показанный на Р-113, 2 Этот каскад-гибрид схемы ОЭ (нагрузка в цепи коллектора) и схемы ОК (нагрузка в эмиттере) На вход, как обычно, поступает один сигнал Ubx, а на выходах появляются два сигнала Ывых и Ывых, с противоположным фазами Противоположные фазы у этих напряжений получаются потому, что одно из них снимается с коллекторной нагрузки, а второе - с эмиттер-ной И в тот момент, когда под действием Ubx коллекторный ток растет, напряжение на коллекторе уменьшается (Р-87), а напряжение на эмиттере возрастает Это как раз и означает, что 11вых1 и 11вых2 противофазны

    Включение транзисторов по схеме ОК, которая, как известно, отличается низким выходным сопротивлением (Р-107), позволяет в выходных каскадах отказаться от согласующего трансформатора и включать громкоговоритель прямо в эмиттерную цепь транзистора в качестве нагрузки Используя транзисторы разной проводимости, можно собрать и двухтактный выходной каскад без привычного фазоинвертора, например по схеме Р-113, 3, которая работает в классе В (без смещения), если нет резистора R62 (Р-113, 4), или в классе АВ, если есть R62 Здесь нагрузка (громкоговоритель) включена в эмиттерные цепи обоих транзисторов, и они поочередно создают в этой нагрузке ток, складывают, сшивают из двух половинок выходной сигнал По постоянному току оба транзистора соединены последовательно, причем напряжение общей коллекторной батареи делится между этими транзисторами поровну

    Начальное смещение Ucm оздается на резисторе R62 Оно «минусом» подается на базуТ1 «плюсом» на базуТ2 (относительно их эмиттеров) Нужно сказать, что это слабое место бестрансформаторных каскадов с последовательным питанием Приходится принимать особые меры, чтобы при изменении температуры сохранялась симметрия «половинок» двухтактного каскада Одна из таких мер-включение диода Д1 вместо резистора R62, (Р-113, 5)

    Падение напряжений на открытом диоде очень слабо меняется при изменении тока через диод, и если использовать это напряжение в качестве смещения, то диод окажется элементом, стабилизирующим режим транзисторов Напряжение на германиевом диоде 0,2 В, нередко и половины его хватает, чтобы усилитель работал в классе АВ, в основном миновав начальный загиб характеристики Можно и побольше открыть транзисторы, включив кремниевый диод, на котором напряжение около 0,6 В, или включив два-три диода последовательно В очень распространенном варианте бестрансформаторного двухтактного выходного каскада работают составные транзисторы (Р-113, 6, К-13), и каждая эта пара представляет собой эмиттерный повторитель Как всякий эмиттерный повторитель, такой двухтактный каскад не усиливает напряжение (Т-190), он усиливает мощность, и перед входным блоком всегда включают два-три каскада предварительного усиления Вот одно из главных достоинств таких схем в них нет такого опасного источника частотных искажений, как выходной трансформатор, и бестрансформаторные каскады могут работать с очень небольшими искажениями Особенно если они охвачены глубокой отрицательной обратной связью

    Во всех популярных книжках о кибернетике можно встретить имя английского мальчика Гемфри Поттера, который, как полагают, первым догадался применить в машине обратную связь Было это лет двести назад, Гемфри работал на одной из шахт южной Англии, занимая удивительную должность на большом насосе для откачивания воды он работал открывателем кранов Насос приводился в движение паром, и мальчик целый день делал одно и то же поворачивал рукоятку крана, направляя пар то в одну часть парового цилиндра, то в другую, заставляя таким образом поршень двигаться то в одну сторону, то в другую В какой-то момент мальчик сообразил, что поршень может сам управлять своей работой Гемфри довольно простым способом соединил кран с поршнем так, что поршень, двигаясь сам, стал поворачивать рукоятку крана, сам стал сообщать крану, в каком положении он, поршень, находится и куда нужно пустить пар Это была обратная связь, обратное влияние следствия на причину, влияние движущегося поршня на давление пара, который приводил поршень в движение

    Хотя Гемфри Поттер и вошел в историю техники, справедливости ради н^жно отметить, что обратная связь применялась еще до того, как мальчик связал веревочкой края парового насоса с поршнем Причем задолго до того Достаточно вспомнить, что обратные связи на каждом шагу встречаются в живых организмах, которые миллиарды лет обитают на нашей планете Сотни, тысячи систем с обратной связью работают в каждом из нас Сердце гонит кровь через легкие, где она получает кислород, а управляет работой сердца, в числе других факторов, уровень насыщения крови кислородом Это и есть обратная связь-следствие (насыщение кислородом) влияет на причину (скорость кровотока) Еще пример химический состав крови, в частности содержание углекислого газа в ней, влияет и на частоту дыхания (при чина), а значит, в итоге на процессы газового обмена крови с воздухом (следствие) в легких

    Очень широко используются обратные связи в технике, в частности в электронике Один из примеров нам уже знаком - это генератор с самовозбуждением Небольшая часть энергии, переданная по цепи обратной связи с выхода транзистора на его вход, дает указания, как нужно «открывать кран», как нужно менять напряжение на базе (причина), чтобы поддержать изменения коллекторного тока (следствие) Используется обратная связь и в усилителях низкой частоты, но, в отличие от генераторов, уже не положительная обратная связь (Р-97. 3,4), а отрицательная (Р-97, 5) Это значит, что сигнал обратной связи Uoc не помогает, а мешает поступающему с предыдущего каскада сигналу исиг, действует с ним в противофазе, уменьшав общее напряжение Ubx на входе усилителя (Р-114, 1)

    Можно сразу сказать, что отрицательная обратная связь снижает усиление каскада - раз ослабляется входной сигнал, то уменьшается и выходной, слабее становится «мощная копия» Но зато отрицательная обратная связь позволяет делать то, чего никаким иным способом добиться не удалось бы,- она позволяет снизить нелинейные искажения, которые появляются в каскаде Крайне упрощенно это показано на Р-114, 2

    Все дело в том, что отрицательная обратная связь приносит на вход не только основной сигнал, но все его новые составляющие, которых там не было, они появились в результате искажений Причем они действуют на входе в такой фазе, что сами ослабляют посторонние составляющие коллекторного тока Конечно же, и мы сразу это признали, одновременно ослабляется и основной сигнал Но такую неприятность можно скомпенсировать, подав несколько больший сигнал от предыдущего каскада И, заплатив некоторым количеством, некоторым дополнительным усилением, можно выиграть качество, выиграть верность воспроизведения звука, естественность звучания Особенно нщна отрицательная обратная связь в выходных каскадах, работающих в классах В и АВ, так как в них из-за сложных операций с сигналом, из-за его разрезания и сшивания легче всего могут появляться нелинейные искажения

    Иногда отрицательной обратной связью охватывают один каскад усилителя, а иногда сразу несколько каскадов (К-13) При этом существует четыре варианта обратной связи, к которым в итоге сводится все многообразие схем Вот эти четыре варианта последовательная и параллельная обратна связь по напряжению и последовательная и параллельная обратная связь по току Слова «последовательная» и «параллельная» говорят о том, каким способом обратная связь вводится во входную цепь последовательно с источником сигнала или параллельно ему А слова «по напряжению» и «по току» говорят о том, как сигнал обратной связи получают с выхода усилительного каскада Если напряжение обратной связи определяется током усилительного каскада и мало зависит от выходного напряжения, то это обратная связь по току Так, например, если в схеме ОЭ в цепь эмиттера включен резистор /?э без обычного конденсатора Сд (Р-114, 5), то на этом резисторе создается напряжение обратной связи, и это напряжение как раз и определяется коллекторным током, то есть Рэ является элементом обратной связи по току

    Если в этой схеме мы будем менять выходное напряжение, например изменяя сопротивление нагрузки Rh, to напряжение обратной связи практически не изменится А вот на схеме ОК (эмиттерныи повторитель, Р-107, 4, Р-109) напряжение обратной связи-это фактически напряжение на самой нагрузке, которая включена в цепь эмиттера (в коллекторной цепи теперь уже резистора нет), и всякое изменение выходного напряжения-это одновременно и изменение обратной связи То есть схема ОК создает обратную связь по напряжению Также, как и схема, в которой напряжение обратной связи снимается прямо со вторичной обмотки выходного трансформатора (Р-114, 1)

    Теперь мы можем так объяснить действие конденсатора С у который в традиционной схеме ОЭ (Р-93. 1) шунтирует резистор Rs в эмиттерной цепи этот конденсатор замыкает накоротко для переменного тока резистор Rs и предотвращает таким образом отрицательную обратную связь Но только по переменному току постоянное напряжение, которое коллекторный ток создает на Rs, все равно приложено к базе, и всякие медленные изменения коллекторного тока (не сигнал, не переменная составляющая, а именно медленные изменения, связанные, например, с тепловым режимом или с заменой батареи) приведут к медленным изменениям напряжения на базе Это так называемая обратная связь по постоянному току, в данном случае отрицательная обратная связь, потому что постоянное напряжение на Rs на базу попадет «плюсом», то есть в полярности, которая закрывает транзистор И всякое увеличение коллекторного тока, действуя «само на себя» через элемент обратной связи Rs, препятствует увеличению коллекторного тока Без обратной связи он увеличивался бы сильнее. Существуют и другие схемы отрицательной обратной связи по постоянному току, но все они в принципе действуют одинаково увеличиваясь, коллекторный ток увеличивает некое постоянное напряжение, которое стремится его же и уменьшить И вводятся такие схемы в большинстве случаев тоже с одной и той же целью-чтобы стабилизировать режим усилителя, автоматически поддержать ток при самых разных покушениях на его постоянство.

    Иногда полезно несколько ухудшить частотную характеристику усилителя, например поднять низшие частоты, которые слишком плохо воспроизводит громкоговоритель, или ослабить высшие частоты, частично подавить «шип» старой граммофонной пластинки Для этого используются регуляторы тембра - электрические RC-цепочки, частотные свойства которых можно менять, изменяя, например, одно из сопротивлений На Р-115. 1 самый простой регулятор тембра - RC-цепочка с переменным резистором Rt Цепочку чаще всего включают так, что она шунтирует участок усилительной схемы, старается замкнуть сигнал накоротко. Емкость Ст подобрана с таким расчетом, чтобы на низших частотах ее емкостное сопротивление было достаточно большим, чтобы этот конденсатор, если он будет в схеме один (движок Rt в в крайнем верхнем положении), ослаблял бы лишь высшие частоты, заваливал частотную характеристику в области высших частот Но если переменный резистор Rt введен полностью, то конденсатор Ст вообще ни на что не влияет, общее сопротивление цепи очень велико, и в нее почти не ответвляются ни высшие частоты, ни низшие

    На том же принципе действует распространенный регулятор тембра (Р-115, 2) с раздельной регулировкой высших и низших частот Его элементы рассчитаны таким образом, что одна ветвь регулятора в зависимости от положения движка RB4 заваливает или поднимает частотную характеристику в области высших частот, а вторая ветвь, в зависимости от положения движка резистора RH4, меняет характеристику в области низших частот

    Работает такой регулятор очень эффективно, но уровень сигнала он только уменьшает, и поэтому для него н^жно иметь значительный запас усиления Элементы, корректирующие частотную характеристику, в том числе и регуляторы тембра, можно в принципе включить и в цепь отрицательной обратной связи (Р-115, 3,4) Причем здесь они все делают наоборот те частоты, которые пропускаются без ослабления, создают более сильную обраную связь, и частотная характеристика в области этих частот заваливается

    В последние годы в аппаратуре высокого и среднего класса применяют регулятор тембра, получивший название «Эквалайзер» (Р-115, 5) В нем весь воспроизводимый частотный диапазон с помощью фильтров делят на несколько участков и для каждого вводят свой регулятор усиления Это позволяет, добиваясь желаемого звучания, на любом участке «поднять» либо «завалить» частотную характеристику У каждого из регуляторов может быть свой светящийся индикатор, а иногда рычажки регуляторов совмещают с изображением частотной характеристики, это позволяет видеть, в какой области происходит ее корректировка

    Принятые в электронной книге сокращенные буквенные обозначения деталей тоже отличаются от приведенных в техже синих рамках буквенных обозначений, узаконенных последним стандартом Сделано это потому, что начинающий радиолюбитель будет проще воспринимать обозначения, которые легко связать со знакомыми словами Т-транзистор/?-диод.Я-резистор ит д В случае же если вам придется знакомиться со схемами в свежих журналах, имеющими иные обозначения и начертания деталей, или придется готовить не упрощенный рисунок, а официальный документ или схему, которая должна строго соответствовать стандарту, то вы легко найдете нужное условное обозначение на рисунках К-3.15-41

    Большинство приведенных в электронной книге практических схем можно для начала собрать на небольшом куске фанеры с монтажными лепестками из жести {КТ} На таком макете удобно подобрать нужные детали, установить заданные напряжения, привыкнуть к схеме, а затем уже, если захочется, перенести ее на более элегантную панель и упрятать в корпус Правда, многие схемы можно так и оставить на фанерной монтажной панели в таком развернутом монтаже есть даже какая-то красота Не говоря уже о том, что схема всегда открыта, к любой детали можно быстро добраться, если нужно устранить неисправность или проверить какую-нибудь свежую идею совершенствования прибора

    Помимо тех цепей отрицательной обратной связи, которые вводятся специально, в частности для ослабления нелинейных искажений, могут появиться незапланированные, паразитные цепи обратной связи Например, через источник питания (Р-110) Или через общие для входа и выхода участки самого транзистора Или, наконец, через электрические и магнитные поля, которые создаются выходными цепями и наводят сигнал во входных цепях (Р-116)

    Паразитные обратные связи могут оказаться и отрицательными, и положительными, а может быть и так, что сигнал обратной связи, попав на вход транзистора, будет сдвинут по фазе относительно действующего там сигнала на какой-либо промежуточный угол в пределах от 0 град до 360 град Кроме того, характер обратной связи может меняться с частотой - также, как это наблюдалось в RC-генераторе (Т-173) Потому что любая RC-цепь на разных частотах создает разные сдвиги фаз (Р-116, 4)

    На все эти сложные явления можно было бы и не обращать внимания в усилителях НЧ, если бы не одно прискорбное обстоятельство обратная связь может оказаться настолько сильной, что будет выполняться условие связи (Т-171) и на частотах, где выполняется условие фаз, произойдет самовозбуждение усилителя, он превратится в генератор (Р-116, 3) Устранить самовозбуждение усилителя непросто, особенно на высоких частотах Заметив это, мы от усилителей низкой частоты переходим к усилителям высокой частоты, переходим к радиоприемникам

(В главное меню)