До сих пор транзистор в этой книге работал ключом — либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Здесь — принципиально другой режим: транзистор держат в "средней" точке, чтобы он мог одинаково свободно двигаться в обе стороны от неё, усиливая слабый переменный сигнал.
В главах 04–06 транзистор находился либо в насыщении (полностью открыт, годится для коммутации нагрузки), либо в отсечке (полностью закрыт). Для усиления нужен третий, линейный (активный) режим: транзистор приоткрыт ровно настолько, чтобы напряжение на коллекторе оказалось примерно посередине между VCC и GND — это и называют рабочей точкой (Q-точкой). От такой средней точки сигнал может одинаково свободно "качнуться" вверх и вниз, не упираясь в потолок питания или в ноль раньше времени.
| Компонент | Роль |
|---|---|
| Электретный микрофонный капсюль | Источник сигнала — внутри уже есть маленький полевой транзистор, поэтому капсюлю нужен резистор смещения от питания |
| R_mic | Резистор смещения микрофона (обычно 2–10 кОм к VCC) |
| Cin | Разделительный конденсатор на входе (пропускает переменный сигнал, блокирует постоянную составляющую) |
| R1, R2 | Делитель напряжения, задающий смещение базы Q1 |
| Rc | Резистор коллектора — на нём "вырастает" усиленный сигнал |
| Re | Резистор эмиттера — стабилизирует рабочую точку от разброса параметров транзистора |
| Ce | Конденсатор, шунтирующий Re по переменному току — без него усиление резко падает |
| Cout | Разделительный конденсатор на выходе |
Cin и Cout пропускают переменный сигнал (звук), но блокируют постоянную составляющую — это позволяет источнику сигнала (микрофону) и нагрузке на выходе иметь собственный постоянный потенциал, не влияя на тщательно выставленную рабочую точку транзистора. Без Cin постоянное напряжение смещения микрофонной цепи напрямую сдвинуло бы напряжение базы транзистора, испортив расчётную рабочую точку.
Резистор Re создаёт отрицательную обратную связь по постоянному току: если рабочая точка "уплывает" из-за нагрева или разброса конкретного экземпляра транзистора, Re автоматически компенсирует это смещение — схема становится предсказуемой независимо от точного коэффициента усиления по току (hFE) конкретного транзистора. Но та же обратная связь снижает усиление по переменному сигналу, если её не устранить для звуковых частот — именно для этого параллельно Re ставится конденсатор Ce: для постоянного тока (медленных изменений рабочей точки) Re продолжает работать как стабилизирующий резистор, а для переменного звукового сигнала Ce фактически закорачивает Re, возвращая полное усиление.
С учётом Ce, шунтирующего Re по переменному току, приближённый коэффициент усиления по напряжению каскада с общим эмиттером:
Av ≈ Rc / r'e, где r'e — внутреннее динамическое сопротивление эмиттерного перехода, приближённо r'e ≈ 26мВ / Iэ (Iэ — ток эмиттера в рабочей точке, в миллиамперах). Для практики проще ориентироваться так: чем больше Rc относительно Re-эквивалента при данном токе, тем выше усиление — точный расчёт менее важен для хобби-проекта, чем реальная проверка на макетке с осциллографом.
Измерь мультиметром напряжение на коллекторе Q1 относительно GND ещё до того, как подключишь микрофон или сигнал. Здоровая рабочая точка для максимального симметричного размаха сигнала — напряжение на коллекторе примерно посередине между GND и VCC (например, около 2.5В при VCC = 5В). Если напряжение сильно смещено к одному из краёв — усилитель будет "обрезать" (клиппировать) сигнал раньше с одной стороны, чем с другой, даже до того как ты увидишь это на осциллографе.
Здесь пригождается практика из главы 02: вместо микрофона на вход Cin можно на первом этапе подать небольшой синусоидальный сигнал прямо с генератора (амплитудой в десятки-сотни милливольт, не больше — вход чувствительный), и смотреть на выходе Cout осциллографом, как каскад усиливает сигнал. Увеличивая амплитуду входного сигнала постепенно, легко поймать момент, когда выходной сигнал начинает "срезаться" сверху или снизу (ограничение, клиппинг) — это наглядно показывает границы линейного режима работы каскада на практике, а не только в теории.
От усилителя слабого сигнала — к обратной задаче: транзистор как силовой ключ, способный надёжно управлять реле и мощной нагрузкой, которую не может напрямую потянуть ни один из маломощных выходов, встречавшихся в этой книге до сих пор.
Книга бесплатна для чтения. Автор — Тариел Бежанидзе, компьютерный мастер в Батуми · tariel.ge · все бесплатные книги. Копировать текст целиком на другие сайты — только со ссылкой на источник.