ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В. Ломанович, Радио №6/1965, ст. 46

Транзисторные усилители постоянного тока (УПТ) являются важным элементом различных авто­матических и контрольно-измеритель­ных устройств. Обычно такие уси­лители характеризуются прямой за­висимостью между силой тока в исполнительной (или измеритель­ной) цепи и сигналом во входной цепи. Однако, в ряде случаев, необ­ходимо иметь усилители с обратной характеристикой или же такие, у которых предусмотрена возможность компенсации посторонних эдс, наво­димых на вход усилителя. Чаще всего это достигается путем введения в сигнальную цепь усилителя встреч­ной (компенсирующей) эдс. Для это­го обычно используются специаль­ные гальванические батареи или стабилизированные выпрямители, включаемые последовательно в сиг­нальную цепь усилителя. Известны довольно сложные схемы таких ком­пенсирующих устройств. Некоторые из них допускают подачу во вход­ную цепь регулируемого напряже­ния любой полярности.

В настоящей статье приводится описание трехкаскадного транзис­торного усилителя постоянного тока, который служит для автоматическо­го контроля верхнего уровня сиг­нала управления. Выходной каскад можно нагружать исполнительным устройством мощностью до 30 вт. Питание уси­лителя производится от сети пере­менного тока напряжением 220 в, 50 гц.

Усилитель (рис. 1) собран на трех германиевых транзисторах (Т1—Т₃) типа р-п-р по простой схеме усили­теля постоянного тока с непосред­ственной связью и общим эмиттером. Во входной цепи эмиттер — база транзистора Т1 (П13А) действует результирующее напряжение, со­стоящее из напряжения сигнала уп­равления и падения напряжения на сопротивлении R6. Таким образом, у этого УПТ компенсирующее нап­ряжение на входе создается автома­тически за счет падения напряжения на сопротивлении R6, включенном в эмиттерную цепь транзисторов T1—Т₂. Установка начальной рабочей точки (потенциала, при котором будет открываться транзистор T1), осу­ществляется регулировкой величины сопротивления R_б. При указанных на схеме рис. 1 электрических вели­чинах деталей, автоматический кон­троль верхнего уровня входного сигнала обеспечивается в пределах от 0,3 до 1,6 в. Следует отметить, что при величине сопротивления R_б ме­нее 20 ом транзистор T1 запирается (даже при открытом входе) и может быть открыт входным напряжением обратной полярности (то есть ха­рактеристика УПТ примет обычный вид).

Для питания первых двух каска­дов усилителя (транзисторы П13А и П15) используется отдельный ста­билизированный выпрямитель. Он собран по мостовой схеме на четырех германиевых диодах типа Д7А (Д₂— Д₅). Параметрический стабилизатор выполнен на кремниевом стабилитро­не типа Д808 (Д₁). Выпрямитель обеспечивает получение стабилизи­рованного напряжения 8 в, при токе до 25 ма. Питание оконечного усили­тельного каскада, выполненного на транзисторе типа П4В (T₃), произ­водится от двухполупериодного вып­рямителя, собранного на двух мощ­ных германиевых выпрямительных диодах типа Д302 (Д₆—Д₇). Этот выпрямитель подключен к обмотке III трансформатора Тр₁ со средней точкой. Он обеспечивает получение постоянного напряжения 25 в при токе до 1,5 а. Германиевый диод типа Д302 (Д₈), включенный в эмит­терную цепь транзистора T₃, зна­чительно улучшает термостабилиза­цию усилителя, являясь одновре­менно ограничителем тока в выход­ной цепи устройства.

Нагрузка оконечного каскада мо­жет быть активной или же иметь активно-индуктивный характер. В частности, описываемый усилитель очень хорошо зарекомендовал себя в качестве предварительного усили­теля для магнитного усилителя типа УМ 1П-32-64-51. Сопротивление пос­тоянному току обмоток управления этого усилителя равно 32 ом.

На рис. 2 приведен график зави­симости выходного тока оконечного каскада усилителя от напряжения сигнала на входе усилителя. Ха­рактеристика снята при нагрузке в цепи коллектора Т₃ R_н=20 ом и установленной величине контроли­руемого потенциала, равной одному вольту.

Следует отметить, что крутизна нарастания тока на выходе устрой­ства в большой степени зависит от величины коэффициента усиления по постоянному току (В) применяемых в схеме транзисторов (особенно T1). При выборе транзисторов с боль­шой величиной В максимальный ток на выходе устройства может быть получен при отклонении контроли­руемого сигнала от заданной вели­чины всего на 100—150 мв.

Работа УПТ происходит в следу­ющей последовательности: снижение напряжения сигнала, поступающего на вход устройства, нарушает ком­пенсацию напряжения на входе тран­зистора T1 и ток в цепи его коллек­тора растет. При этом падение нап­ряжения на сопротивлении R₃ уве­личивается, закрывая постепенно транзистор T₂, ^{что в} свою очередь вызывает увеличение отрицатель­ного потенциала на базе транзис­тора Т₃. Коллекторный ток тран­зистора Т₃ в зависимости от вели­чины коллекторной нагрузки возрастает с 10—20 ма до 800— 1300 ма.

Данные деталей схемы и налажива­ние УПТ

Все постоянные сопротивления бе­рут типа МЛТ-0,5 и МЛТ-1, пере­менное проволочное сопротивле­ние R6 — типа ППЗ-П. Номинальные величины сопротивлений R₃ и R₄ зависят от коэффициента усиления по току В транзисторов T1 и T₂. Приведенные, на схеме данные спра­ведливы при следующих значениях В для T1 B=30, для Т₂ В=20 и Т₃ В=20. Балластное сопротивление R₆ подбирается при налаживании с та­ким расчетом, чтобы напряжение на выходе выпрямителя не выходило из границ напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона Д808. Си­ловой трансформатор Тр₁ выполнен на сердечнике из трансформаторной стали, пластины Ш-26, набор 35 мм. Его обмотка I содержит 1100 витков провода ПЭЛ 0,3, обмотка II— 40 витков провода ПЭЛ 0,3 и обмотка III — 12,5 витков провода ПЭЛ 1,0. Если необходимо предусмот­реть возможность питания устрой­ства также от сети напряжением 127 в, то первичную обмотку сле­дует выполнить в виде двух секций по 550 витков провода ПЭЛ 0,2 в каждой и добавить переключатель сетевого напряжения, для включе­ния этих обмоток последовательно или параллельно.

Усилитель монтируют на шасси из листовой стали толщиной 1 мм с размерами 225X110X40 мм. Сило­вой трансформатор Тр₁, диоды Д₂— Д₇, конденсаторы фильтра выпря­мителей С₁ и С₂ и транзистор Т₃ с ребристым медным или алюминиевым радиатором диаметром 40 и высотой 30 мм устанавливаются на наружной горизонтальной панели шасси. Все остальные детали устройства раз­мещаются в подвале шасси.

Перед установкой проверяют испра­вность всех полупроводниковых при­боров. У транзисторов кроме измере­ния величины токов проводимости, определяют коэффициент усиления. Особое вниманиеследует уделить под­бору транзистора Т₃ (П4В). Началь­ный ток коллектора (/_кн) у него не должен превышать 10 ма.

Налаживание устройства начи­нают с проверки напряжения на выходе выпрямителей (диод Д₁ временно отключается). После этого на выход устройства подключается амперметр постоянного тока пос­ледовательно с сопротивлением ве­личиной 20—30 ом. На вход тран­зистора Т1 подается контролируемое постоянное напряжение 0—1,5 в. Для этого можно воспользоваться переменным сопротивлением (470— 1000 ом), подключенным к гальва­ническому элементу или аккумуля­тору. Плюс снимаемого напряжения в этом случае должен быть подклю­чен к средней точке сопротивлений R₂ и R₁, а минус — ко второму кон­цу сопротивления R₁.

Установив подвижной контакт пе­ременного сопротивления R₃ в сред­нее положение, изменяют напряже­ние на входе устройства до тех пор, пока ток в выходной цепи не начнет расти. Проверив работоспособность усилителя, следует подобрать оп­тимальные величины сопротивлений R₃ и R₄. Для этого их временно за­меняют переменными сопротивлени­ями 33 ком и 470 ом соответственно. Подбирая оптимальные величин R₃ и R₄, следует добиться максимальной чувствительности входной цепи уст­ройства к изменению сигнала. Одно­временно полезно проконтролиро­вать величину коллекторных токов транзисторов T1 и T₂ при мини­мальном и максимальном токах на выходе устройства. В нормально налаженном устройстве коллектор­ный ток транзисторов в закрытом и открытом состоянии составляет соот­ветственно для T1 300—450 мка, Т₂ 18—16 ма и для T₃ 7—1300 ма.

Далее проверяют диапазон регу­лировки начальной рабочей точки УПТ, обеспечиваемый сопротивле­нием R6. В дальнейшем ручка уп­равления у этого сопротивления может быть снабжена соответствую­щей градуировкой. Подобрав опти­мальную величину сопротивлений R₃ и R₄, заменяют их соответствую­щими постоянными сопротивления­ми. При подборе балластного сопро­тивления R₁ его также временно заменяют переменным сопротивле­нием величиной 50—100 ом, под­ключают стабилитрон Д808 и, конт­ролируя напряжение на выходе вы­прямителя с помощью вольтметра постоянного тока, определяют опти­мальную величину сопротивления T₇. Для оценки степени стабилизации напряжения на выходе этого выпря­мителя можно рекомендовать его дополнительную проверку путем из­менения напряжения на входе Tр₁ на величину ±10—15%, например, с помощью ЛАТР-2.

Следует обратить внимание на тем­пературу корпуса транзистора T₃, которая при нормальном теплоотводе не должны превышать окружающую более чем на 15° С. Если будет об­наружен перегрев транзистора в первую очередь проверяют плотность его прилегания к поверхности ради­атора (на «просвет» или с помощью щупа толщиной 0,03 мм). Иногда при высокой температуре окружаю­щей среды и малом сопротивлении коллекторной нагрузки приходится применять принудительное охлаж­дение устройства. Практика пока­зала, что для этого вполне достаточ­но обдува с помощью вентилятора мощностью 10—20 впг. Транзистор T₂ также проверяется на пере­грев. В некоторых случаях при зна­чительном перегреве целесообраз­но заменить его более мощным тран­зистором, например П203, несмотря на значительно больший обратный ток коллекторного перехода у этого транзистора.