Шаг за шагом. Транзисторы

Это приводит к тому, что транзисторы поочередно открываются и запираются: если один из них запирается, то он отпирает своего запертого соседа, а тот, в свою очередь, открывшись, запирает своего избавителя, открываясь при этом сам. Процесс этот происходит непрерывно, чем-то напоминая перебрасывание мяча через волейбольную сетку (слова «отпирается» и «запирается» применительно к транзистору, как всегда, означают пропускание коллекторного тока под действием «минуса» на базе и прекращение этого тока под действием «плюса»). Частота колебаний, которые дает мультивибратор, зависит от того, настолько быстро происходит заряд и разряд конденсаторов С' и С. Изменяя емкость этих конденсаторов, а также сопротивление резисторов R'_б и R_б, через которые происходит заряд и разряд конденсаторов, можно в довольно широких пределах менять частоту колебаний.

Рассмотрим несколько практических схем транзисторных генераторов.

Простейший генератор, выполненный по трехточечной схеме с индуктивной обратной-связью (рис. 118—1), может заменить в вашей квартире электрический звонок.

рис. 118—1

Роль контурной катушки с отводом в таком звонке выполняет автотрансформатор, намотанный на любом сердечнике сечением 3 см² (можно взять, например, сердечник от трансляционного громкоговорителя). Данные секций: Iв содержит 25 витков, Iа и Iб — по 35 витков провода ПЭ 0,45. Непосредственно к секции Iв подключен низкоомный громкоговоритель. Частоту колебаний можно менять, подбирая емкость конденсатора С₁, который входит в колебательный контур.

Следующий генератор (рис. 118—2) дает прерывистые колебания звуковой частоты, чем-то напоминающие сигналы нашего первого спутника, знаменитое «Бип-бип-бип…». Сам генератор звуковой частоты собран по трехточечной схеме с емкостной обратной связью. В качестве катушки L₁ можно включить обмотку выходного или согласующего трансформатора.

рис. 118—2

Прерывистая генерация получается благодаря периодическому запиранию транзистора Т₁ напряжением, которое появляется на R*₃. После того как транзистор запрется и колебания срываются, запирающее напряжение падает, и транзистор вновь открывается. Частота отпирания транзистора, а значит, и частота появления «пакетов» звуковых колебаний зависят от данных зарядной цепочки R₃С₃. Подбором этих деталей можно добиться того, что звуковые сигналы будут появляться один — три раза в секунду. Частота звуковых колебаний, то есть сам тон звука, в основном определяется деталями контура L₁C₂. При налаживании генератора может оказаться полезным заземлить базу Т₁ через конденсатор в несколько микрофарад. На транзисторе Т₂ собран усилитель, в коллекторную цепь которого включается телефонный капсуль или громкоговоритель с выходным трансформатором.

Периодический заряд конденсатора используется в другом, очень простом двухтранзисторном генераторе (рис. 118—5), который дает два «сорта» электрических сигналов — пилообразный и близкий к прямоугольному.

рис. 118—5

В первый момент после включения оба транзистора заперты, а конденсатор С₁ через R₃ заряжается питающим напряжением. При этом запирающее напряжение уменьшается, и в какой-то момент транзисторы оказываются открытыми. Через них разряжается конденсатор, и весь процесс начинается сначала. При указанных на схеме величинах продолжительность одной «пилы» составляет около 3,5 сек. Чтобы уменьшить это время, то есть увеличить частоту колебаний, нужно ускорить процесс заряда конденсатора, уменьшив С₁ или R₃. Особенность генератора — высокое выходное сопротивление, и его нужно подключать к усилителю с первым каскадом по схеме ОК.

Во многих практических схемах RС-генераторов используются два транзистора, так как при этом появляется запас усиления и легче выполнить условие связи. Сигнал поступает с выхода второго транзистора на вход первого через обычную линию передачи, состоящую из трех RС-цепочек, и каждая из них поворачивает фазу на 60°. При подсчете общего сдвига фаз нужно помнить, что на коллекторе и на базе одного и того же транзистора напряжения противофазны (когда на базе растет напряжение, на коллекторе оно уменьшается). Если же нагрузка включена в эмиттерную цепь (схема ОК), то на этой нагрузке напряжение совпадает по фазе с напряжением на базе (когда напряжение на базе растет, то увеличивается коллекторный ток и напряжение на эмиттерной нагрузке тоже увеличивается).

После этих предупреждений станет понятно, как получается необходимый сдвиг фаз в практической схеме RС-генератора, приведенной на рис. 118—3.

рис. 118—3

Транзистор Т₂ не поворачивает фазу обратной связи, транзистор Т₁ поворачивает фазу на 180° и на столько же поворачивает фазу линия передачи, состоящая из трех RС-цепочек. Общий сдвиг фаз равен 360°, то есть равен нулю, и условие фаз выполняется.

Для приведенных на схеме данных частота колебаний составляет примерно 5—15 гц. Такие низкочастотные колебания используются в электромузыкальных инструментах для создания так называемого вибрато — своеобразной модуляции звука. Если уменьшить емкость и сопротивление RС-цепочек, то генератор будет давать более высокую частоту.

В качестве низкочастотного генератора радиолюбители чаще всего используют мультивибратор — он прост по схеме, не требует каких-либо сложных деталей, начинает работать без всякого налаживания и позволяет очень легко менять частоту колебаний. Два типичных мультивибратора вы найдете на рис. 118—6, где приводится схема игрушки «Спутник».

рис. 118—6

Мультивибратор, выполненный на транзисторах Т₁ и Т₂,— это, по сути дела, самостоятельный блок, который дает колебания с частотой около 1 кгц. Увеличивая С₁С₂ или в крайнем случае R₃R₄ (сопротивление этих резисторов влияет не только на частоту, но и на режим триодов), можно уменьшить эту частоту вплоть до долей герца. Так, в частности, во втором мультивибраторе, собранном на транзисторах Т₄Т₅, благодаря увеличению емкости разделительных конденсаторов до 25 мкф частота понижена до 3 гц.

Второй мультивибратор является своего рода ключом, подающим питание на первый, «звуковой» мультивибратор. В результате, так же как и в схеме рис. 118—2 звук получается прерывистым и напоминает сигналы первого спутника.

Периодическое включение «звукового» мультивибратора происходит потому, что он фактически является коллекторной нагрузкой одного из транзисторов (Т₄) «ключевого» (правого по схеме) мультивибратора. Когда этот транзистор заперт, то на нагрузке, то есть на «звуковом» мультивибраторе, нет питающего напряжения (при I_к = 0 напряжение U_н = I_к·R_н также равно нулю). Когда же транзистор Т₄ отпирается, то сопротивление его падает и напряжение источника почти полностью поступает на коллекторную нагрузку — на «звуковой» мультивибратор. Поскольку этот мультивибратор вместе с сигнальной лампочкой от карманного фонаря потребляет сравнительно большой ток — больше 100 лш, — то в схему пришлось ввести еще один, уже довольно мощный транзистор П201 (Т₃). Он помогает транзистору Т₄ выполнять трудную работу и легко пропускает нужный ток. Этот транзистор можно назвать полупроводниковым реле, которое, получив команду от своего управляющего транзистора (Т₄), подает питание на «звуковой» мультивибратор.

Еще одно применение мультивибратора — электронный метроном (рис. 118—7), то есть генератор, отбивающий для музыканта ровный такт во время репетиций.

рис. 118—7

Частоту следования импульсов можно менять скачкообразно переключателем П₁ или плавно одним из резисторов R₅ или R₆ (в зависимости от положения переключателя). Этот же мультивибратор с усилителем Т₃, если резко уменьшить емкость переходных конденсаторов, можно использовать как самостоятельный звуковой генератор, например, для обучения азбуке Морзе или в простейшем электромузыкальном инструменте. Для увеличения выходной мощности можно в качестве Т₃ включить транзистор П201.