Юный техник, 2009 № 05

на базу транзистора подан положительный открывающий потенциал. Для кремниевых транзисторов (а подавляющее большинство современных транзисторов именно кремниевые) он должен быть не менее 0,5…0,6 В. При дальнейшем увеличении положительного напряжения на базе ток транзистора растет очень резко. Как говорят, входная характеристика транзистора нелинейна. По этой причине управлять транзистором от источника переменного звукового напряжения невыгодно — будут наблюдаться очень большие искажения сигнала.

Транзистор — токовый прибор, поэтому и управлять им нужно током, другими словами, от источника с высоким внутренним сопротивлением. Для простоты на схеме (рис. 1) показан резистор R1, имитирующий внутреннее сопротивление источника. На практике, при грамотном проектировании усилителя, используют предварительные усилительные каскады с высоким выходным сопротивлением. Отношение коллекторного тока транзистора к току базы называется коэффициентом передачи по току и обозначается как (ранее) или В _ст. У современных транзисторов он достигает нескольких десятков и даже сотен.

Итак, чтобы открыть транзистор, нужно пропустить некоторый начальный ток через цепь базы. Он называется током смещения. Иногда его подают через дополнительный резистор прямо от источника питания. В нашей простейшей схеме ток смещения должен быть не меньше амплитуды переменного тока звуковой частоты, как показано на графике входного тока I _вхна рисунке слева, иначе возникнут искажения.

Выходной ток (график справа) также будет содержать постоянную составляющую, которая нам, вообще-то, совсем не нужна. Но мы вынуждены мириться с ее присутствием, если не хотим искажений звукового сигнала. КПД усилителя класса А очень низок, лишь при больших сигналах (при максимальной громкости) он достигает примерно 30 %, а при малых сигналах совсем мал. Ведь мы не можем убрать постоянную составляющую выходного тока I _о, иначе при больших сигналах появятся искажения. Другой недостаток — постоянный ток I _очерез головку громкоговорителя ухудшает ее работу, нагревает звуковую катушку и выдвигает ее из зазора магнитной системы.

Если последнее устранить, то эти усилители воспроизводят звук очень чисто, практически без искажений при малых сигналах.

Усилители следующего, класса В, работают вообще без начального смещения. При этом транзистор открывается только положительной полуволной входного сигнала, а отрицательную волну не пропускает совсем (рис. 2).

Но зато при отсутствии сигнала и ток через транзистор равен нулю. КПД этого усилителя достигает 60…70 %.

Такие усилители не годятся для усиления звука, но нашли применение в радиопередатчиках, где нагрузкой транзистора служит не динамическая головка, а выходной колебательный контур, который в силу своей «инерционности» дополняет колебания второй полуволной, и на выходе передатчика получается синусоидальный сигнал. Для еще большего повышения КПД в передатчиках используют и усилители класса С, в которых на транзистор подают некоторое напряжение смещения, но запирающее, отрицательной полярности. При этом ток через транзистор имеет вид еще более коротких импульсов, ударно возбуждающих выходной колебательный контур.

Для УЗЧ класс Сникогда не используют из-за больших искажений, но он-то как раз и дал название усилителям, которые мы и собираемся рассмотреть, поскольку D— это просто следующая буква латинского алфавита.

УЗЧ класса Втем не менее бывают, но только двухтактные, состоящие как бы из двух усилителей, каждый из которых усиливает свою полуволну сигнала. Специально для них разработаны комплементарные (взаимодополняющие) пары транзисторов различного типа проводимости, но с одинаковыми параметрами. К ним относятся, например, пары КТ315 — КТ361 (маломощные), КТ815 — КТ817 (средней мощности) и многие другие.

Схема УЗЧ класса В показана на рисунке 3.

Этот усилитель требует двуполярного питания, то есть двух источников питания с одинаковым напряжением, но с разной полярностью относительно общего провода «земли». При положительной полуволне входного тока работает верхний по схеме усилитель на транзисторе VT1, а при отрицательной — нижний, VT2.

КПД усилителя такой же высокий (60… 70 %), как у предыдущего, по схеме рисунка 2. Теперь о его недостатках. На практике не удается обеспечить идеальное токовое управление транзисторами, и в моменты перехода входного сигнала через нуль оба транзистора на короткое время оказываются закрытыми.

Это приводит к образованию в выходном сигнале «ступеньки» между двумя полуволнами (см. рис. 3, график справа). Опыты, в том числе и автора, показали, что человеческое ухо чрезвычайно чувствительно к такого рода искажениям. Особенно они заметны при слабых сигналах, что немедленно сказывается на качестве звука. В то же время ухо относительно слабо реагирует на искажения в области максимума полуволн (искажения типа ограничения), перенося их довольно спокойно.

Для полного устранения искажений типа «ступенька» в чистом виде класс В для УЗЧ не используют, подавая некоторый начальный открывающий ток в цепь базы каждого транзистора. Появляется и соответствующий коллекторный «ток покоя».

Но при этой схеме включения транзисторов он не попадает в головку ВА1, протекая через оба транзистора из одного источника питания в другой! Такой усилитель относят к промежуточному классу АВ. Именно таковы в подавляющем большинстве современные усилители мощности звуковых частот.

В.ПОЛЯКОВ, профессор

(Окончание следует)

* * *

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Если вы решите выписать «Юный техник» на II полугодие 2009 года, напоминаем: подписная кампания завершается 10 июня. При желании вы можете воспользоваться купоном, напечатанным ниже, вписав туда количество номеров (с 6-го по 12-й), свою фамилию, адрес и индекс «ЮТ». При подписке по каталогу агентства «Роспечать» индекс журнала — 71122, в Объединенном каталоге «Пресса России» наш индекс — 43133, но каталогу «Почта России» — 99320. Надеемся на встречи в новом полугодии.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Пенициллин спас миллионы жизней. С его помощью многие страны победили эпидемии чумы, оспы, тифа, холеры. Если бы не он, утверждает статистика, население Земли было бы втрое меньше. Открыл пеницилин в 1928 г. шотландский ученый Александр Флеминг.

А. Флеминг(1881–1955)

Занимаясь опытами по выращиванию бактерий, он подметил, что на питательной среде, вблизи островка, заселенного зеленой плесенью penicillinum notation, образуется зона, где нет никаких других микроорганизмов. Стало ясно, что плесень выделяет вещество, тромозящее их рост. В 1931 г. Флеминг выделил из зеленой плесени кислоту, подавлявшую рост бактерий многих страшных болезней. Однако получить это вещество в количестве, достаточном для лечения даже одного больного, ему не удалось. Этого добились англичане Г. Флори и Э. Чейни лишь в 1938 г. Они сумели испытать новое лекарство на безнадежных больных с заражением крови и добились их полного излечения.