Читать книгу «Юный радиолюбитель [7-изд]» онлайн.
По предыдущей беседе ты уже знаешь, что для нормальной работы транзистора на базу кроме входного сигнала подают еще открывающее его напряжение смещения: для транзистора структуры р-n-р — отрицательное, для транзистора структуры n-р-n — положительное. Наиболее простой способ подачи напряжения смещения — это соединение базы транзистора с соответствующим проводником источника питания через резистор. В данном случае такую функцию выполняет, резистор R2.
В усилителе можно использовать любой из германиевых транзисторов серий МП39-МП42. А чтобы германиевый транзистор открыть, на его базу относительно эмиттера достаточно подать всего 0,1 В. Нетрудно подсчитать (по закону Ома), что такое напряжение можно создать на эмиттерном переходе, сопротивление которого примем равным 1000 Ом, ток 100 мкА (0,001 А). При этом в зависимости от коэффициента передачи тока h21э коллекторный ток транзистора может достигать 0,8–1 мА.
Примерно в такой режим работы и ставят обычно маломощный транзистор, чтобы он при усилении не искажал сигнал. Дальнейшее увеличение напряжения смещения, а значит и тока коллектора, не имеет смысла, так как от этого усиление сигнала не возрастет, а лишь увеличится расход энергии на питание транзистора. А если напряжение смещения на базе окажется слишком большим? Транзистор также будет искажать сигнал и, кроме того, станет нагреваться из-за большого тока коллектора. Такой ток должен быть и в коллекторной цепи маломощного кремниевого транзистора, но при напряжении смещения на базе 0,5–0,6 В.
Коллекторный ток, соответствующий работе транзистора в режиме усиления, радиолюбители обычно устанавливают подбором сопротивления резистора, через который на базу подается напряжение смещения. На схеме этот резистор обозначают звездочкой, символизирующей подбор. Проводник коллекторной цепи этого транзистора пересекают двумя косыми линиями — крестом, а возле него указывают ориентировочный ток покоя, т. е. коллекторный ток транзистора в отсутствии сигнала на базе. Это — статический режим работы транзистора. При подаче сигнала на вход усилителя коллекторный ток станет изменяться, и тем значительнее, чем больше напряжение входного сигнала. Это — динамический режим работы транзистора.
Ориентировочное сопротивление резистора смещения R2, отмеченного звездочкой, можно подсчитать простым умножением сопротивления нагрузки на удвоенное значение коэффициента передачи тока транзистора, используемого в усилителе. Предположим, коэффициент h21э транзистора равен 50, а сопротивление излучателей высокоомного головного телефона, соединенных последовательно, составляет 4 к Ом. Следовательно, сопротивление резистора R2 усилителя твоего первого транзисторного приемника должно быть примерно 400 кОм. Но это, повторяю, ориентировочное сопротивление резистора смещения. Во время подгонки заданного режима оно в зависимости от коэффициента h21э транзистора может значительно отличаться от расчетного.
Детали усилителя и резистор R1 смонтируй на картонной панели примерно в том порядке, как показано на рис. 93.
Рис. 93. Монтаж усилителя и схема подгонки режима работы транзистора с помощью переменного резистора
Выводы деталей пропускай через отверстия панели и, не наращивая, соединяй снизу. Места соединений обязательно пропаивай. Не ошибись: при включении транзистора его коллекторный вывод должен соединяться через телефоны с отрицательным полюсом батареи питания, эмиттерный — непосредственно с заземленным (плюсовым) проводником, а базовый — через конденсатор С4 с верхним (но схеме) выводом резистора R1.
В усилителе используй маломощный низкочастотный транзистор со статическим коэффициентом передачи тока h21э, равным 50–60. Но транзистор может быть и высокочастотным, например П401, ГТ309 с любым буквенным индексом. Конденсатор С4 — типа К50-6 или К50-3 на номинальное напряжение не менее 6 В. Через резисторы R1 и R2 текут незначительные токи, поэтому они могут быть рассчитаны на мощность рассеяния 0,125 Вт (МЛТ-0,125). Сопротивление резистора R1 = 6,8-10 кОм.
Если в усилителе будешь использовать транзистор структуры n-p-n, например МП35-МП38, КТ315, то не забудь изменить полярность включения батареи питания и электролитического конденсатора С4.
Прежде чем подключить батарею, проверь монтаж усилителя по принципиальной схеме — нет ли ошибок? К входу усилителя подключи выход любого из трех детекторных приемников, с которыми ты экспериментировал в третьей беседе. Подключи к контуру приемника антенну и заземление, а параллельно резистору R1 — высокоомные головные телефоны. Настрой приемник на местную радиостанцию. Затем телефоны включи в коллекторную цепь транзистора, а резистор R2 временно замени двумя соединенными последовательно резисторами: постоянным с номинальным сопротивлением 20–30 кОм и переменным сопротивлением 220–300 кОм. Постоянный резистор в этой цепочке нужен для того, чтобы избежать попадания на базу транзистора полного напряжения батареи, из-за чего он может испортиться. Движок переменного резистора, включенного реостатом, поставь в положение наибольшего введенного сопротивления (по схеме на рис. 93 — в крайнее верхнее), а затем, подсоединив батарею, медленно уменьшай сопротивление переменного резистора. При этом громкость звучания телефонов должна постепенно нарастать, но только до некоторого предела, после которого появятся искажения и звук в телефонах пропадет. Поставь движок переменного резистора в такое положение, когда звук в телефонах наиболее громкий и неискаженный.
Установка режима работы транзистора «на слух» — наиболее простой способ налаживания усилителя приемника. Лучше, однако, делать это с помощью миллиамперметра, включенного в разрыв коллекторной цепи транзистора, отмеченный на схеме крестом. Постепенно уменьшая сопротивление резистора в базовой цепи транзистора, надо добиться, чтобы ток в коллекторной цепи был 0,7–0,8 мА. Такой ток будет соответствовать нормальному режиму работы транзистора. Если при наибольшей громкости усилитель будет возбуждаться (в телефонах появятся звуки высокой тональности, ухудшающие качество радиоприема), то параллельно телефонам или между коллектором транзистора и заземленным проводником источника питания включи конденсатор емкостью примерно 0,01 мкФ (на схеме рис. 92 он показан штриховыми линиями). Свистящие звуки должны исчезнуть. Заменяя его конденсаторами других емкостей, примерно до 0,05 мкФ, можно опытным путем подобрать наиболее приятный тон звучания телефонов.
Можно ли в коллекторную цепь транзистора включить низкоомные головные телефоны или электромагнитный телефонный капсюль ДЭМ-4м.
Можно! Режим работы транзистора и в этом случае устанавливай временной цепочкой подстроечных резисторов, добиваясь наибольшей громкости звучания телефонов. Но теперь ток коллекторной цепи будет немного больше, чем с высокоомными телефонами. Но можно пойти по другому пути: в коллекторную цепь транзистора включить резистор, а головные телефоны, будь они высокоомными или низкоомными — безразлично, или капсюль ДЭМ-4м подключить через конденсатор параллельно участку эмиттер-коллектор транзистора, как показано на рис. 94.
Рис. 94. Схема усилителя с резистивной нагрузкой
В этом случае резистор R3 будет выполнять функцию нагрузки транзистора. Создающиеся на нем колебания звуковой частоты, т. е. низкочастотная составляющая коллекторного тока, через конденсатор С5 будут поступать к телефонам В1 и преобразовываться ими в звуковые колебания. Конденсатор С5 может быть электролитическим емкостью 1–5 мкФ на номинальное напряжение не менее, чем напряжение источника питания Uи. п. В данном случае выводом отрицательной обкладки он должен подключаться к коллектору транзистора, а выводом положительной обкладки к телефонам.
Каким должно быть сопротивление нагрузочного резистора R3? Такое, чтобы в режиме покоя на коллекторе относительно эмиттера, т. е. на участке эмиттер-коллектор, было напряжение, равное примерно половине напряжения источника питания. При этом эффективность работы транзистора будет наилучшей. Такому условию отвечают резисторы сопротивлением в несколько килоом, обычно от 3 до 5,1 к Ом. И здесь режим работы транзистора устанавливай подбором сопротивления цепочки резисторов в его базовой цепи.
На этом, по существу, и заканчивается процесс налаживания усилителя. Остается только измерить омметром суммарное сопротивление временной цепочки резисторов, впаять в базовую цепь транзистора резистор такого же или ближайшего номинала, еще раз проверить работу приемника и смонтировать детали детекторного приемника и усилителя на постоянной панели. Но этим, если захочешь, ты займешься после нашей беседы, самостоятельно. Сейчас же я предлагаю проверить в работе несколько вариантов такого приемника.
Прежде всего — включи в цепь питания последовательно еще одну батарею 3336Л, чтобы увеличить напряжение источника питания до 9 В, и точно так же переменным резистором добейся наиболее громкого и неискаженного приема сигналов той же радиостанции. Теперь телефоны будут звучать немного громче. Это потому, что увеличивая напряжение источника питания, ты тем самым повышаешь напряжение на коллекторе транзистора и, следовательно, его усиление. Затем замени батарею питания одним элементом типа 332 или 343. Теперь, чтобы добиться наиболее громкого приема, сопротивление подстроечной цепочки резисторов придется уменьшить. Телефоны будут звучать тише.
Зависит ли громкость звучания телефонов от статического коэффициента передачи тока h21э транзистора? Конечно, и значительно больше, чем от напряжения источника питания. А чем больше h21э используемого транзистора и напряжение источника питания, тем больше должно быть сопротивление резистора в базовой цепи транзистора. В твоем распоряжении могут оказаться транзисторы с малым коэффициентом h21э, например, равным 10–15. Транзистор с таким h21э даст меньшее усиление низкочастотного сигнала и телефоны будут звучать тише. Но и в этом случае можно добиться громкого радиоприема, если в усилителе будет работать не один, а два таких транзистора. Соедини их так, как показано на рис. 95: коллекторы транзисторов вместе, а эмиттер первого транзистора V2 — c базой второго транзистора V3. Получится так называемый составной транзистор V2V3.
Рис. 95. Усилитель приемника с составном транзистором
Усиление составного транзистора приблизительно равно произведению h21э входящих в него транзисторов. Так, например, если h21э каждого из транзисторов 15, то общий коэффициент усиления составного транзистора будет около 200.
Проверь работу составного транзистора в твоем опытном приемнике. При этом учти: первым транзистором (V2) должен быть тот из составляемых транзисторов, у которого обратный ток коллекторного перехода IКБО меньше.
Обязательно ли конденсатор С4 должен быть электролитическим? Нет, но емкость должна быть большой, во всяком случае не меньше 1 мкФ, чтобы оказывать возможно меньшее емкостное сопротивление току звуковой частоты. Среди малогабаритных бумажных нет конденсаторов, обладающих такими емкостями. А если в этом связующем узле приемника будет стоять конденсатор меньшей емкости, то на нем будет падать большая часть напряжения тока звуковой частоты, чем на эмиттерном р-n переходе транзистора, из-за чего будет проигрыш в усилении. Чтобы снизить потери, емкостное сопротивление конденсатора С4 должно быть по крайней мере в 3–5 раз меньше входного сопротивления транзистора. Этому требованию и отвечают электролитические конденсаторы.
А нельзя ли вообще обойтись без связующего конденсатора, соединив базу транзистора непосредственно с резистором R1? Можно. Но тогда обязательно надо будет изменить полярность включения диода V1. В этом случае схема приемника примет вид, показанный на рис. 96.
Рис. 96. Схема возможного варианта однотранзисторного приемника
Теперь резисторы R1 и R2 образуют делитель, подключенный к батарее, с которого на базу транзистора снимается начальное напряжение смещения. Основной же нагрузкой детектора становится уже не резистор R1, как было в предыдущем варианте приемника, а эмиттерный переход транзистора. А так как сопротивление эмиттерного перехода много меньше сопротивления резистора R1, этот резистор вообще можно исключить из приемника. Испытай этот вариант приемника в действии. Режим работы транзистора устанавливай так же — подбором резистора R2.
Почему полярность включения диода должна быть обязательно такой, как показано на рис. 96? Чтобы по постоянному току база транзистора не оказалась замкнутой на эмиттер. Объясняется это очень просто. На базе транзистора относительно эмиттера действует отрицательное напряжение, равное примерно 0,1 В. И если с ней будет соединен не анод диода, а катод, то диод откроется, через него и катушку L1 потечет прямой ток и он перестанет выполнять функцию детектора.
А нельзя ли и диод исключить из приемника? Можно. Но тогда транзистор должен быть полевым, например КП103. Принципиальная схема такого варианта приемника показана на рис. 97.
Рис. 97. Схема приемника на полевом транзисторе