УСИЛИТЕЛИ С АВТОПОДСТРОЙКОЙ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРОВ

И. Акулиничев, Радио №6/1964, ст.39

Стабильность работы аппарату­ры, собранной на транзисторах, зависит от изменений температуры, колебаний питающего напряжения и неустойчивости параметров самих транзисторов во времени. Широко применяемые схемы стабилизации режима работы транзисторов не да­ют нужного результата. Обеспече­ние высокой надежности аппаратуры и повышение эффективности исполь­зования в ней транзисторов связано с поиском более совершенных схем­ных и конструктивных решений.

Анализ причин низкой эффектив­ности известных методов стабили­зации показывает, что обратная связь по питанию, охватывающая всего лишь один каскад, не обеспе­чивает необходимой компенсации. Кроме того, часто применяемая об­ратная связь по цепи эмиттера зна­чительно уменьшает усиление кас­када, что в свою очередь снижает эффективность использования тран­зистора как активного элемента схемы.

Эти недостатки можно в значи­тельной степени устранить, приме­нив усилитель с так называемой авто­подстройкой режима транзисторов. В таком усилителе осуществляется автоматическая компенсация ухода режимов транзисторов одновремен­но в нескольких каскадах. С этой целью все транзисторы включаются без переходных конденсаторов (см. схему рис. 1). Транзисторы T1 и Т2 выполняют здесь роль усилителя, а транзистор Тз обеспечивает уси­ленную отрицательную обратную связь через цепь R3С2, проводящую лишь постоянную составляющую с выхода усилителя на вход и препят­ствующую ослаблению усиливаемого спектра частот.

Для этой простой схемы доста­точно взять исправные транзисторы, подобрать величину сопротивления Rз и усилитель будет работать ста­бильно при значительных колеба­ниях окружающей температуры и величины напряжения источника коллекторного питания. Это достигается за счет того, что каскад ав­топодстройки, работающий на тран­зисторе Тз, фактически контролирует выходное напряжение на коллекторе транзистора Т2 и через транзистор T1 изменяет его режим.

Преимущество нового принципа построения усилительной схемы лег­ко проследить на примере усилителя, выполненного по схеме рис. 2. Этот усилитель был сконструирован для простейшего переговорного устрой­ства, но он также хорошо работает в качестве усилителя низкой часто­ты радиоприемника, телевизора или проигрывателя грампластинок.

В усилителе три каскада, рабо­тающих на транзисторах T1, Т2, Тз- Первый транзистор (П13) включен по схеме с общим эмиттером, второй (П13) — эмиттерный повторитель и третий (П201) — усилитель мощно­сти, согласованный с громкоговори­телем при помощи трансформатора Tp1, Сопротивление R2 служит кол­лекторной нагрузкой транзистора T1. Через сопротивление обеспечи­вается подача напряжения на базу транзистора T4 (П101), осуществляю­щего подстройку режима остальных транзисторов. Величина этого соп­ротивления выбирается в зависимо­сти от падения напряжения на пер­вичной обмотке выходного трансфор­матора Tp1. Последнее в свою оче­редь зависит от величины активного сопротивления первичной обмотки трансформатора Tp1, равного при­мерно пяти омам, и коллекторного тока транзистора Тз, равного при­мерно 200—-250 ма. Падение напряжения на первичной обмотке транс* форматора и используется в качестве управляющего напряжения для кас­када автоподстройки, работающего на транзисторе Т4.

Конденсатор С2 обеспечивает филь­трацию управляющего напряжения от усиливаемых звуковых частот. Включение его можно осуществить иначе, например, между коллекто­ром и базой транзистора Т4. При этом сопротивление R1 следует уве­личить до 50—100 ком, и тогда ав­топодстройка будет осуществляться по схеме реактивного каскада, поз­воляющего получить весьма боль­шую величину постоянной времени. В усилителе, предназначенном для звуковых частот, приведенная в схе­ме величина емкости конденсатора С2 вполне достаточна.

Описанный усилитель при всей его простоте обладает высокой тер­мостабильностью и работоспособно­стью при изменениях напряжения источника питания в два-три раза от номинального, в то время как уси­лители, выполненные по обычным схемам, едва ли обеспечивают на­дежность работы при изменениях напряжения питания на ±15%. Бо­лее эффективное использование уси­лительных свойств транзисторов в новой схеме обеспечивается прежде всего за счет исключения переход­ных конденсаторов, делителей напряжения базы и компенсирующих сопротивлений из эмиттерных цепей.

Этот пример не исчерпывает всех достоинств автоподстройки режима. Она, очевидно, необходима при по­строении хорошо сбалансирован­ных двухтактных или малошумящих усилителей, в которых обеспечение коллекторных напряжений, равных десятым долям вольта, немыслимо без автоматики. Важна автоподст­ройка и в достижении стабильной рабочей точки выходного каскада, рассчитанного на большие мощности или, наоборот, на меняющийся динамический режим, то есть на авто­матическое расширение динамиче­ского диапазона звучания

На основе описанного принципа разработан следящий индикатор кож­ногальванической реакции. В этом медицинском приборе автоподстрой­ка режима транзисторов одновре­менно выполняет и другую важную роль — подгонку входных парамет­ров усилителя к изменяющемуся параметру R в контролируемой це­пи.

Метод исследования кожногальва­нической реакции основан на ана­лизе изменений кожного сопротив­ления или кожных потенциалов, возникающих через 1,7—2,4 сек после воздействия световых, звуко­вых, болевых и психогенных раздра­жителей. Сопротивление между электродами, наложенными на кожу тыла и подошвы стопы, у разных лиц и в разных условиях может быть рав­ным 3-100 ком, а под влиянием раздражителя изменяется оно при­мерно на 5%, отсюда вытекает вся сложность исследования.

Десятилетиями для этой цели при­менялся классический мост, всякий раз настраиваемый исследователем, но необходимость производства ис­следований в процессе трудовой дея­тельности или при нахождении опе­ратора в особых условиях, например в космическом корабле, потребовало разработки автоматических индика­торов, действующих не на мостовом, а на потенциометрическом принципе. Этим требованиям отвечает прибор, выполненный по схеме рис. 3. Эта схема как бы в перевернутом виде повторяет схему рис. 1. Отличается от последней она лишь тем, что в раз­рыв эмиттерной цепи транзистора Тз включаются электроды, наложенные на пациента, а в коллекторной цепи транзистора Т2 включен гальвано­метр для визуального контроля реак­ции. Такое включение обеспечивает автоподстройку усилителя в усло­виях медленных изменений меж­электродного (кожного) сопротивле­ния и позволяет выявлять быстрые изменения, возникающие после воз­действия раздражителя.

Чувствительность прибора в ши­роких пределах может регулиро­ваться переменным сопротивлением, включенным последовательно с кон­денсатором С2. Значительное повы­шение чувствительности легко до­стигается включением эмиттерного повторителя между транзисторами T1 и Т2. С коллекторной цепи тран­зистора Т2 снимается напряжение для подачи на самописец или на вход радиотелеметрической системы. Сопротивления R1 и R2 в данной схеме служат лишь для защиты транзисторов от импульсов тока, возникающих в момент короткого замыкания входа или в момент вклю­чения питания.

Область применения прибора, по­строенного по аналогичной схеме, выходит за пределы столь узкого назначения, как индикация кожно- гальванической реакции. Он очень хорошо работает с омическим дат­чиком при исследовании процессов в диапазоне частот от тысячной доли герца до нескольких десятков кило­герц.

Транзисторы, указанные на схе­мах усилителей, можно заменить следующими: П13 на П6, П14, П15, П16, П27, П28 и т. п.; П101 на П102, П103 П201 на П202, П203, П4. Для проверки транзисторов может быть рекомендован простейший при­бор, схема которого приведена на рис. 4. Проверка транзисторов про­изводится по показаниям миллиам­перметра, включенного в коллектор­ную цепь при различных величинах тока базы (10, 20, 30 мка и т. д.), выбранного с помощью потенцио­метра R3.

Выходной трансформатор усили­теля (схема рис. 2) намотан на сер­дечник из трансформаторной стали сечением 4 см². Его первичная об­мотка содержит 300 витков провода ПЭЛ-0,33, вторичная —100 витков провода ПЭЛ-0,51 (для громкогово­рителя типа 1ГД—9).

Задача дальнейшего усовершенст­вования усилителя с автоподстрой­кой режима транзисторов состоит в том, чтобы транзистор, работаю­щий в автоподстройке, выполнял одновременно и другую роль, напри­мер усилителя полезных сигналов, либо компенсатора пульсаций пи­тающего напряжения, либо узла, создающего напряжения управле­ния динамическим режимом.