Site Loader

Истоковый повторитель Расчет схемы | Техника и Программы

Включая нагрузку в цепь истока полевого транзистора, мы получаем показанную на рис. 5.18 схему с общим стоком или истоковый повторитель. Истоковый повторитель, подобно эмиттерному повторителю, является схемой согласования сопротивлений с коэффициентом усиления напряжения, близким к единице, и с тем дополнительным достоинством, что полевой транзистор по своей природе обладает большим входным сопротивлением.

На рис. 5.19 показана эквивалентная схема истокового повторителя, где приняты во внимание только переменные токи и напряжения точно так же, как это было сделано в отношении эмиттерного повторителя на рис. 5.14. Коэффициент усиления напряжения истокового повторителя чуть-чуть мень-

Рис. 5.18. Основная схема истокового повторителя.

ше единицы. Достаточно беглого взгляда на рис. 5.19, чтобы убедиться в этом; между затвором и истоком полевого транзистора имеется лишь малый сигнал v , так что vbx и увых отличаются только на эту малую величину, в результате чего коэффициент усиления и оказывается примерно равным 1. Более подробное рассмотрение подтверждает это и приводит к выражению для коэффициента усиления.

Поскольку ток стока i пренебрежимо мал, переменный ток стока id, как известно, равен току истока is. Но ток стока id связан с напряжением затвор—исток v коэффициентом пропорциональности, равным крутизне gm:

Рис. 5.21. Истоковый повторитель со следящей обратной связью. Z = 100 МОм.

падает примерно 3 В, так что потенциал истока, как в идеальном случае, находится посредине между землей и напряжением питания.

Это простое усовершенствование дает дополнительный выигрыш, заключающийся в том, что посредством резистора в цепи затвора величиной 2,2 МОм частично осуществляется следящая обратная связь, поскольку потенциал нижнего вывода этого резистора колеблется с амплитудой, составляющей примерно 3/4 от величины выходного сигнала. В результате его эффективное сопротивление возрастает приблизительно в четыре раза, и входное сопротивление оказывается в районе 10 МОм. Путем простого увеличения сопротивления R

G в цепи затвора легко получить значения входного сопротивления в сотни мегаом без какого-либо изменения режима по постоянному току.

Другой способ задания режима по постоянному току в истоковом повторителе состоит в том, чтобы поддерживать затвор положительным по отношению к земле с помощью делителя напряжения. На рис. 5.21 приведена такая схема с делителем напряжения, включенным в цепь следящей обратной связи; ее входное сопротивление порядка 100 МОм. Затвор поддерживается на уровне +3 В относительно земли, а смещение затвор-исток будет устанавливаться само, так что исток окажется на 1—2 В положитель- нее затвора, то есть будет иметь положительный потенциал, равный 4—5 В относительно земли; это и есть идеальная рабочая точка при напряжении питания 9 В.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

истоковый повторитель » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)


Здравствуйте все! В своей статье я решил рассказать о двух несложных приставках для электрогитары, сделанных мной в не совсем обычном виде. Они имеют небольшие габариты и подключаются непосредственно к гитарному разъёму.
Забегая вперёд скажу, что выполнены приставки на полевых транзисторах и основное их назначение — согласование по сопротивлению выхода электрогитары с последующими устройствами, имеющими относительно низкое входное сопротивление.
На Датагоре уже была статья об оснащении электрогитары активной электроникой, она и послужила для меня отправной точкой.

Содержание / Contents

Активную электронику лучше всего, конечно, встраивать в электрогитару, а ещё лучше при этом выкинуть пассивный темброблок и полностью изменить схему. Но меня как раз именно это и не устраивало, так как хотелось сохранить и существующую пассивную схему. Также хотелось избежать сверления новых отверстий в корпусе (либо искать потенциометры с push-pull переключателем для байпаса). А если у кого-то гитара раритетная, или если она не одна (а две, три, десять)? Делать в виде обычной педали тоже нежелательно, так как шнур на входе должен быть минимальной длины.

И тут я нашёл компромисс. А что, если входной шнур вообще убрать? Эта идея, которая пришла мне в голову, оказалась уже давно придуманной и реализованной. Есть серия гитарных усилителей для наушников со встроенными эффектами VOX amPlug:

VOX amPlug amPlug Joe Satriani
Итак, идея есть, осталось выбрать и спаять схему и изготовить сам корпус (жаль, не такой красивый, как у заводских amPlug-ах).Первая схема, которую я спаял, была найдена на одном из гитарных форумов. По сути, это схема S.A.G.E., упрощённая до самого крайнего минималистического вида. В итоге остался один истоковый повторитель с фиксированной точкой и с регулировкой частоты резонанса. Здесь используется немного дефицитный малошумящий полевой транзистор 2SK170BL.

Переменный резистор 10 кОм для более плавного регулирования должен иметь логарифмическую характеристику (Б — по отечественному стандарту, или С — по западному). Так как я не нашёл такого, то применил антилогарифм (с «нашей» буквой В), поменяв местами крайние выводы резистора. Регулировка, конечно, получилась тоже наоборот (максимум — против часовой стрелки).

Ёмкость конденсатора C8 с движка потенциометра подбираем на свой вкус (4,7 — 10 нФ).

Вначале я собрал схему «на проводках», схема-то — проще некуда. Послушал — понравилось. Размышляя, из чего бы сделать корпус, я перебирал старые запчасти, и тут наткнулся на алюминиевый экран для контуров от какого-то старого телевизора.

amPlug Joe Satriani
Примерив внутрь батарейку «крону», я убедился, что это идеальный вариант корпуса. Отполировал его. Пришлось всё-таки пожертвовать регулятором громкости, а также байпасом, так как места внутри было маловато. В итоге схема приобрела вид:

Оказалось удобным наличие в экране пазов, куда я решил вставить печатную плату. Вначале я хотел спаять всё на плате (кроме потенциометра). Вырезал заготовку из текстолита, на бумаге прикинул расположение дорожек, но тут меня начали терзать смутные сомнения. Просверлил отверстия на плате под выходное гнездо, вставил его туда и попытался всё собрать, но как я и думал, потенциометр вставить было невозможно.

Пришлось прибегнуть к «хирургическому вмешательству»: вырезать кусок платы, а гнездо ставить отдельно. Хорошо, что не успел сразу протравить плату. Немного переделал дорожки, и вот готовая плата. Основная часть деталей будет расположена со стороны дорожек.


Подготавливаем все детали к сборке:
amPlug Joe Satriani

Некоторые детали самодельные: пластинка, крышка и крепления для крышки. Входной джек — обычный угловой со снятой крышечкой. Ручка регулятора — от «Маяка-233», при окончательной сборке внутрь неё был залит термоклей, и затем аккуратно по центру ручка была одета на ось резистора. Гнездо под элемент питания — от старой «кроны», изолированное любым изоляционным материалом (я оклеил тефлоновой тканью, просто на работе остались небольшие обрезки).

Теперь паяем схему:
amPlug Joe Satriani
Детали лучше дополнительно зафиксировать термоклеем. Провода использовать минимальной длины, но такой, чтобы потом можно было собрать. Подключаем гитару на вход, и ещё раз проверяем.

Из-за ограниченного пространства в корпусе собираем всё в строго определённой последовательности (это как головоломка). Сначала прикручиваем выходное гнездо, затем — потенциометр, потом вставляем в пазы плату. Дальше через пластинку прикручиваем изнутри входной джек с заранее припаянным к лепестку проводком, который продеваем в отверстие и припаиваем на плату. Прикручиваем крепления для крышки (в них отверстия с резьбой М2).

amPlug Joe Satriani

Подсоединяем и вставляем внутрь «крону».

amPlug Joe Satriani

Закрываем крышку и одеваем на потенциометр ручку.

amPlug Joe Satriani

Лишнее отверстие сбоку я просто заклеил бумагой со скотчем.

amPlug Joe SatrianiТеперь сравним звучание гитары, записанной непосредственно во встроенную звуковуху бюджетного ноута со звучанием при записи в эту же звуковуху через изготовленное устройство.
Из обработок — только нормализация в Adobe Audition. Датчик — бриджевый хамбакер с отсечкой в паре с синглом.

Напрямую в звуковуху:

Через наш повторитель (TONE на максимум):


Звук получился чётче, выразительнее, богаче обертонами.

А вот так меняется звучание при вращении ручки TONE от минимума к максимуму.
Датчик — хамбакер в бридже с отсечкой.

Недостаток данной приставки в том, что она не усиливает сигнал (ведь это истоковый повторитель).
Если нужно ещё и усилить сигнал, тогда нужно собрать какой-нибудь бустер (от английского booster — «ускоритель», «умощнитель»). Я решил собрать Zvex SHO (Super Hard On), и об этом во второй части.

Продолжение следует!

Камрад, смотри полезняхи!

amPlug Joe Satriani

Виталий (Vitaliy75)

Украина, Белая Церковь

Увлечения: музыка, электрогитара, и всё, что с этим связано — усилители, приставки и др. звуковое оборудование.

 

Баланс нуля буфера на истоковом повторителе

Истоковый повторитель на полевом транзисторе с p-n переходом, нагруженный на источник тока, построенный на идентичном истоковом повторителе, по самой топологии схемы не подвержен сколько-нибудь ощутимому дрейфу нуля на выходе. Приведу упрощённую схему буфера HotFET-Pre:

 

Отбросим всю «обвязку». Рассмотрим только VT2 — самый обычный истоковый повторитель. Затвор крепко сидит на земле по постоянке через входной аттенюатор и R4, если вдруг потенциометр взглюкнёт.
Так что на истоке напряжение выше земли лишь на напряжение З-И, необходимое для задания тока покоя. Ток покоя роняет на R9 ровно то же самое напряжение потому, что сам ток покоя задан идентичной парой VT4 — R10.

Так что ноль может «уплыть» лишь очень недалеко и лишь при плохо согласованных VT2 и VT4, ну или откровенно некачественных R9 и R10.

Кто виноват?

Тем не менее, если плечи буфера неидентичны, то даже в случае калибровки токов покоя обоих плечей с помощью подбора резисторов в цепях истоков, при изменении температуры окружающей среды, прогреве аппарата и даже просто небольшом ветерке, возможен дрейф нуля на выходе в диапазоне от единиц до десятков милливольт.

Для своего макета HotFET-Pre я подбирал полевые транзисторы из партии в 100 штук. Практически идеальных рабочих пар, которые обеспечивали бы дрейф нуля на выходе в районе единиц милливольт, нашлось лишь несколько. Подавляющее большинство транзисторов вполне удовлетворительно разобрались по парам, достаточно близким, чтобы не задумываться об искажениях, но всё же приводящим к дрейфу в десятки милливольт «постоянки» на выходе буфера. Ситуация оказалась ещё печальнее, когда люди стали повторять HotFET-Pre: человек покупает всего лишь 4 штуки J310 в каком-либо магазине, соответственно ни о каком подборе компонентов речи просто не идёт.

Конечно, если аппарат, подключенный к выходу буфера, имеет разделительный конденсатор на входе, то 20-30мВ постоянного смещения будут преспокойно ликвидированы. Возможно, конечно, поставить конденсатор на выходе. К сожалению, если хочется сохранить преимущества низкого выходного импеданса буфера, такой конденсатор должен иметь ёмкость порядка пяти тысяч микрофарад, а то и больше. Фирмачи, что штампуют аппараты массово — так и делают. Но есть вполне обоснованное мнение, что конденсаторы, а особенно электролиты, могут оказывать нежелательное влияние на сигнал внося нелинейные искажения (физика там непростая, но вполне реальная).

Что делать?

Но что делать, если нет конденсатора? Или если очень хочется избавиться от лишних деталей в тракте на пути сигнала? Кроме того, наличие постоянного смещения может оказаться весьма неприятным в случае коммутации, при определённых условиях даже при наличии разделительных конденсаторов: при переключении будут слышны щелчки, тем громче и противнее, чем больше смещение. Вобщем, было решено снабдить HotFET-Pre простеньким следящим усилителем, обеспечивающим стабильный ноль на выходе.

Для данной задачи подойдёт практически любой бюджетный Операционный Усилитель с полевыми транзисторами на входе. Внимание! Не стоит брать даже очень качественные ОУ с биполярными транзисторами на входе — из-за того, что интегратор по сути устройство «токовое», даже тщательно скомпенсированный входной ток биполярного входа ОУ внесёт погрешность, которая приведёт к смещению на выходе много большему, нежели может выдать любая самая кривая пара j-FET’ов в данном буфере безо всяких серво-усилителей. Я применил TL072 от Texas Instruments (ссылка на datasheet TL072).

На схеме ниже предусилитель изображён без каскодов, чтобы не загромождать рисунок. Если у кого-либо возникнут сложности с отрисовкой полной схемы HotFET-Pre вместе со схемой устранения дрейфа нуля — оставьте комментарий — пособим 🙂

Нумерация компонентов продолжает оригинальную схему HotFET-Pre.

  • R11 = 1 МОм
  • C10, C11 = 1 мкФ
  • R12 = 470 Ом
  • R13, R14 = 100 КОм
  • VT5 = IRFD9110

ОУ включен по схеме интегратора с постоянной времени в одну секунду. Отклонение напряжения на выходе буфера приводит к коррекции смещения на затворе полевого транзистора с p-n переходом в нижнем плече, т.е. корректируется ток источника тока, нагружающего повторитель. Дополнительный p-канальный МДП транзистор (может быть заменён на p-канальный полевой транзистор с p-n переходом без изменения схемы) служит для сдвига уровня выходного напряжения ОУ, являет собою по сути неплохой источник тока, что, в свою очередь, «развязывает» выход ОУ от отрицательной шины питания и позволяет запитывать буфер от напряжения, намного превышающего допустимое напряжение питания ОУ. Да, запитать ОУ можно от нестабилизированного источника если напряжения на пике пульсаций не превышают максимально допустимых для выбранной микросхемы. В противном случае парочка 78L12 и 79L12 плюс шунтирующие конденсаторы по 0.1мкФ отлично справятся с задачей.

При выборе параметров цепей коррекции я старался обеспечить минимально возможное вмешательство в работу собственно буфера. Т.е. максимальное изменение напряжения на выходе ОУ может привести лишь к относительно небольшой коррекции тока ИТ. Это в свою очередь обеспечивает как стабильность корректирующего контура, так и пренебрежимо малый уровень искажений сигнала, вносимых собственно цепями коррекции нуля.

Так же стоит обратить внимание на переходные процессы при включении аппарата, о чём многие разработчики аудио просто не задумываются: при разряженных конденсаторах схема является практически полностью сбалансированной. Или зайдём с другой стороны: если пара J-FET’ов подобрана идеально, то конденсаторы интегратора и сглаживающего фильтра будут иметь нулевую разность потенциалов на обкладках. Если быть совсем щепетильным, в случае с МДП транзистором интегратор всё же должен выдавать небольшое отрицательное напряжение. А вот если для сдвига уровня применить p-канальный полевой транзистор с p-n переходом, то сказанное выше может выполняться в точности.

Данная схема коррекции дрейфа нуля может быть применена не только с HotFET-Pre буфером, но, с соответствующими поправками в организации питания ОУ, и с его «младшими братьями», например с буфером на истоковом повторителе по схеме Нельсона Пасса «The First Watt B1 Buffer Preamp».

 

Вам было интересно? Что-то не понравилось, или имеете что сказать, дополнить тему? Наберитесь мужества — оставьте комментарий!

  • Во-первых — Вы прославитесь 🙂
  • Во-вторых, я постараюсь ответить на все мысли и пожелания

Спасибо,

— Сергей Патрушин.

P.S. Подумайте, может среди ваших знакомых есть человек, который будет рад пообщаться об электронике, схемотехнике, радиоделе, hi-fi, high-end аудио… Поделитесь с друзьями статьёй в соц-сети.

2.1.7. Истоковый повторитель

Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.

Рис.2.11. Истоковый повторитель

В этом каскаде сток по переменной составляющей соединен с общей точкой усилителя, нагрузочный резистор Ru включен в цепь истока.

Свойства этого каскада аналогичны свойствам эмиттерного повторителя: он имеет высокое входное сопротивление до 10 МОм и выше, низкое выходное сопротивление менее 1 кОм, коэффициент передачи напряжения Кu  1, фаза выходного напряжения практически равна фазе входного напряжения. Коэффициент усиления по току Кi истокового повторителя значительно больше, чем у эмиттерного повторителя, Кi доходит до величины от нескольких десятков тысяч до миллиона.

Истоковые повторители, так же как и эмиттерные повторители, чаще всего применяют в качестве вспомогательных усилительных каскадов для согласования высокоомных источников усиливаемого напряжения с низкоомными нагрузочными устройствами.

2.1.8. Усилители мощности

Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов являются коэффициент усиления по напряжению, а в эмиттерном и истоковом повторителе коэффициент усиления по току.

В том случае, когда в нагрузочном устройстве необходимо выделить максимальную мощность, используются усилители мощности. Они, как правило, являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основным параметром усилителя мощности является коэффициент усиления по мощности, равный произведению коэффициентов усиления по напряжению и току:

Кр = Кu  Кi

Нагрузочными устройствами усилителя мощности являются обмотки электродвигателей, реле, громкоговорителей и других элементов электрических цепей, имеющие сравнительно небольшие сопротивления (единицы и десятки Ом). При выбранном усилительном элементе усилителя и заданном источнике усиливаемого сигнала получение максимальной мощности в нагрузочном устройстве возможно лишь при условии, что сопротивление нагрузки равно выходному сопротивлению усилительного каскада, т.е. в согласованном режиме.

Рис.2.12. Схема однотактного усилителя мощности

Для согласования сопротивлений нагрузочного устройства с выходным сопротивлением усилителя мощности используются понижающие трансформаторы. Схема усилительного каскада с трансформатором, нагруженным на резистор RН, показана на рис. 2.12.

Первичная обмотка трансформатора включена в цепь коллектора; сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора равно:

R/Н = (W1/W2)2 RН,

где W1 и W2 – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Следовательно при определенном коэффициенте трансформации трансформатора = W1/W2 можно добиться равенства Rвых=R/Н.

Назначение остальных элементов схемы аналогично усилителю напряжения.

Для усилителей мощности важное значение имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.), который зависит от режима работы усилительного элемента. В приведенной схеме, называемой однотактным усилителем мощности, используется режим усиления класса А. При этом нелинейные искажения минимальны, однако к.п.д. низок (не более 50%).

С целью повышения к.п.д. усилительного каскада используется двухтактные усилители мощности, состоящие из двух симметричных плеч (рис. 2.13). Эти усилители работают чаще всего в режиме класса В, что значительно повышает к.п.д. ( до 80 %).

Рис. 2.13. Схема двухтактного усилителя мощности

Транзисторы Т1 и Т1 , которые подбирают с максимально близкими характеристиками, работают в одинаковом режиме. Единственным отличием в работе плеч усилителя является противофазность токов и напряжений в цепях баз транзисторов и обусловленная этим противофазность переменных токов и напряжений в коллекторных цепях.

Назначение элементов двухтактного усилителя аналогично назначению соответствующих элементов однотактного усилителя с учетом того, что они обслуживают два транзистора. Входной трансформатор ТрВХ обеспечивает получение двух одинаковых по модулю но противофазных напряжений UBX1иUВЫХ2. Выходной трансформатор ТрВЫХс первичной обмоткой с числом витков W суммирует переменные выходные токи и напряжения транзисторов. Ко вторичной обмотке трансформатора ТрВЫХ подключен нагрузочный резистор RН. При этом ток нагрузки состоит из двух полуволн, каждая из которых формируется поочередно одним из плеч двухтактного усилителя, в то время как вторая полуволна отсекается в режиме класса В.

Для простоты предложим, что на вход подано гармоническое напряжение. Тогда на базы транзисторов будут воздействовать напряжения (рис.2.13).

uбэ1= U+ UВХ1msin ωt,

uбэ2= U– UВХ2msin ωt,

причем UВХ1m= UВХ2m.

В результате воздействия входных напряжений изменяются базовые и соответственно коллекторные токи транзисторов (рис.2.13)

iк1= I+ Iк1m sin ωt,

iк2= I– Iк2m sin ωt,

причем Iк1m= Iк2m.

Коллекторные токи будут создавать суммарный магнитный поток ТрВЫХ,

Определяемый магнитодвижущей силой

F=0,5wiк1 – 0,5wiк2.

Подставив значения токов и учитывая, что их постоянные и переменные составляющие одинаковы, окончательно получим

F= wIк1m sin ωt.

Таким образом, как следует из последнего выражения, постоянное подмагничивание трансформатора отсутствует, а транзисторы работают как бы поочередно, образуя гармоническое выходное напряжение из двух полусинусоид.

Напряжение на нагрузочном резисторе RН пропорционально магнитному потоку, определяемому магнитодвижущей силой F, поэтому напряжение на выходе усилителя также будет гармоническим.

Преимущества двухтактных усилителей мощности: меньшие нелинейные искажения, поскольку высшие гармонические составляющие компенсируются; возможность получения высокого к.п.д. при использовании режима В; меньшая чувствительность к пульсация напряжения питания.

Все на десять. Усилить, задержать, передать, заглушить.

Все на десять. Усилить, задержать, передать, заглушить.

Вот как раз выходное сопротивление мне и не понравилось. По сути коэффициент усиления данного усилителя зависит от сопротивления нагрузки, а она равна параллельному сопротивлению R4 и входному сопротивлению следующего за ним каскада.

Хотелось, что бы выходное сопротивление было по меньше. Не долго думая поставил на выход эмиттерный повторитель. На выходе опять получил практически то же напряжение, т.е 1 вольт.

 

Стал проверять выходное сопротивление. К моему разочарованию при подключении на выход резистора порядка нескольких сотен Ом сигнал стал обрезаться снизу. При этом на коллекторе первого транзистора никаких искажений не было. Стал уменьшать входной сигнал. В конце концов оказалось, что выходное сопротивление этого усилителя всего несколько десятков Ом, но выходное напряжение при этом не должно превышать величины 0,1 вольта.

Т.е. при полной нагрузке усилитель усиливает в пять раз и входное напряжение при полной нагрузке не должно превышать 20 мв. В этом случае получаем на выходе 0,1 вольт неискаженного сигнала.

Т.о. получилось, что для того, что бы на выходе получить напряжение порядка вольта нагрузка этого усилителя должна быть больше одного килоома. В общем, для усиления в десять раз для малых входных напряжений данный усилитель вполне подходит если его здорово его не нагружать.

С этим можно справиться, если на выход поставить двухтактный эмиттерный повторитель.

Транзисторы желательно подобрать с близкими параметрами. Резистором R6 нужно выставить в точке соединения эмиттеров половину напряжения питания. При данных на схеме деталях выходное сопротивление равно 30 ом, а главное то, что при нагрузке в 270 ом максимальное неискаженное напряжение достигает 2 вольта.

Ступеньки нет даже при малых напряжениях на выходе, т.к. эмиттерный повторитель работает в классе «А»

 

Данный эмиттерный повторитель можно поставить на выходе любой схемы. Во всяком случае я нагружал на наушники 32 ома и даже на 16 ом. Слышно нормально.

На этом с ним закончил и решил попробовать другие схемы. Схемы конечно не сам придумывал. Просто искал в книжках.

Вторая попытка усилить ровно в десять раз.

Схему взял общеизвестную. Просто решил её испытать.

 

 

Как известно усиление, входное и выходное сопротивление данного усилителя зависит от глубины ООС. Её удобнее менять подбором резисторов R1и R2, но оставлять их сумму постоянной. Этим мы избежим изменения режима по постоянному току при изменении ООС.

Для удобства в качестве их взял переменный на 47 ком и к средней точке подключил конденсатор С1 по схеме. Резистор R1  в зависимости от коэффициента усиления может быть от сотен ом, до десятка килом.

Чем меньше этот резистор, тем больше усиление, но меньше входное сопротивление.

Подал на вход 0,2 вольта и переменным резистором установил напряжение на выходе в десять раз больше, т.е. 2 вольта.

Перешел к измерению входного и выходного сопротивления. Входное сопротивление оказалось порядка 200 ком. Выходное сопротивление порядка 60 ом. При этом максимальное неискаженное напряжение на выходе получается 0,6 вольт. При дальнейшем увеличении входного сигнала появляется ограничение снизу. Значит если его не нагружать, то выходное неискаженное напряжение можно получить больше двух вольт, т.е. подавать на вход порядка 0,2 вольта.

При нагрузке 60 ом выходное неискаженное напряжение достигает 0,6 вольт при входном напряжении 120 мв

По-моему хороший усилитель. Я его поставил на входе своего вольтметра и получил чувствительность по входу 10 мв

Еще про транзисторы. Я их брал какие под руку попадутся, начиная с КТ315 и КТ31. Т.е. любые маломощные транзисторы, хотя имеет смысл брать транзисторы с большим коэффициентом усиления по току. Имеется в виду порядка 100

Усилить ровно в сто раз.

В принципе ничто не мешает сделать коэффициент усиления предыдущего усилителя в сто раз по напряжению. Для этого нужно просто изменить номиналы резисторов R1 и R2.

Т.к. у меня там стоит переменный резистор, то мне достаточно просто покрутить. При этом R1 уменьшается, а R2 увеличивается. Смотрим параметры. Подаю на вход 10 мв. Входное сопротивление получилось порядка 30 ком. Выходное сопротивление порядка 100 ом. Максимальное неискаженное напряжение на выходе 1 вольт при входном 10 мв. Т.е. больше 10 мв на данный усилитель подавать нельзя, т.к. начинаются искажения сигнала. При нагрузке 100 ом на выходе получается 0,5 вольт неискаженного сигнала.Исходя из этого, данный усилитель и можно применять.

На глаза попалась еще несколько схем. Решил тоже проверить.

Резистором R1 выставил на выходе половину питания, т.е. 3 вольта в моем случае.

Дальше, как и выше. Сначала на вход подал 10 мв и получил на выходе 0,8 вольт. Т.е. получилось, что он в 80 раз у меня усиливает. Ничего менять не стал, хотя можно было немного увеличить резистор R6. Дальше проверил выходное, входное сопротивление и максимальное выходное напряжение на выходе при полной нагрузке усилителя. Входное сопротивление оказалось порядка 15 ком. Выходное сопротивление порядка 150 ом. При этом при нагрузке усилителя резистором 150 ом максимальное выходное неискаженное напряжение усилителя 0,4 вольта. При нагрузке 1 ком можно добиться неискаженного напряжения на выходе 1,5 вольта.

Если усилитель не нагружать, то выходное неискаженное напряжение на выходе составляет почти половину питания. Если нужно большое напряжение на выходе на низкоомной нагрузке, то на выходе можно поставить двухтактный эмиттерный повторитель, как ставил в первой схеме.

 Третья схема усилителя в сотню раз на двух транзисторах. Она хорошо подходит для фантомного питания, например от звуковой карты. Если успею, то попробую её подключить к компьютеру, а вместо микрофона подключить просто динамическую головку.

Усиление зависит от величины резистора R3. У меня стоит 5 ом. Усиление получилось порядка 180. В зависимости от этого резистора усиление можно менять в широких пределах. Чем меньше этот резистор, тем больше усиление. Недостаток этого усилителя в том, что его усилительные свойства сильно зависят от сопротивления нагрузки и его лучше нагружать на сопротивление больше чем R4. Так же у этого усилителя довольно низкое входное сопротивление и составляет всего лишь 1,5 ком, но при желании на входе можно поставить обычный эмиттерный повторитель на одном транзисторе. Если R4 поставить 1 ом, то усиление возрастает до 400, а входное сопротивление становится меньше одного килоома. Схема конечно работоспособна, но нужно учитывать её особенности. А теперь.

Усилить в тысячу раз или еще больше.

Во первых в тысячу раз можно усилить поставив последовательно два усилителя с коэффициентом 100 и 10. Для начала я к предыдущему усилителю добавлю еще один каскад и посмотрю, что из этого выйдет. 

При таком усилении первый транзистор желательно поставить с нормированным коэффициентом шума. Резистором R5 выставил в точке «А» половину напряжения питания, что бы ограничение при сильном сигнале было симметричным.

Усиление при R4 равным 5 ом получилось 3500.

При R4 равном 1 ом усиление получилось больше десяти тысяч.

Сигнал с генератора пришлось подавать через делитель 1:30

С резистором R4 равным 5 ом выходное сопротивление получилось порядка 600 ом и при этом максимальное неискаженное напряжение на выходе достигает 0,7 вольта при напряжении на входе усилителя порядка 0,4 мв или 400мкв. Это кому как больше нравится.

Подбором R4 усиление можно выставить как и было задумано 1000.

При R4 равном 30 ом усиление стало 1300. Входное сопротивление порядка 10 ком.

Максимальное выходное напряжение при нагрузке усилителя на резистор 600 ом составило около 0,7 вольт. При большем сопротивлении нагрузки выходное неискаженное напряжение еще больше. Этот усилитель мне понравился.

С R4 равным 1 ом не стал смотреть параметры. Думаю, усиление в 10 000 раз вряд ли когда мне понадобится, хотя кто его знает.

Еще одна задача, это получить выдержку времени на какое то время. Самый хороший способ это взять микроконтроллер, написать программу и вперед.

Второй способ, это применение логики.

Третий способ, это сделать это на полевых транзисторах.

Четвертый, это использовать то свойство КМОП логики, что она имеет большое входное сопротивление и её можно использовать вместо полевых транзисторов.

Все это широко известно и схемы легко находятся с помощью поисковиков.

В данном случае я просто решил попробовать, что получится если использовать одни биполярные транзисторы. Ничего нового я тут не придумывал и все это по сути элементарные схемы.

Просто я их спаял и посмотрел, что же от них можно получить. О точности выдержки конечно и говорить нечего, она низкая, но иногда это не имеет значения.

Первая схема просто «в лоб»

Взял составной эмиттерный повторитель и на входе стал заряжать емкость через резистор.

Питание для всех экспериментов взял 9 вольт.

 

В итоге получилось, что до напряжения пробоя стабилитрона схема ведет себя хорошо, но когда начинает открываться первый транзистор напряжение на выходе начинает немного прыгать, хотя и незначительно. Что бы уменьшить это, поставил конденсатор С2. 

По этой же причине величину времязадающего транзистора не нужно брать более 270 ком, а лучше порядка 50 ком.

Также после эмиттерного повторителя желательно поставить схему с гистерезисом. В данном случае я поставил электромагнитное реле.

Схему можно запускать просто включением питания или кнопкой.

Если нормально разомкнутый контакт реле завести так, как нарисовано пунктиром, то получим циклическое реле.

Выдержка с резистором 270 ком и конденсатором 1000 мкф получилась чуть больше 9 минут.

С конденсатором 470 мкф порядка 6 минут.

С конденсатором 47 мкф примерно 25 сек.

С конденсаторами большей емкости схема работала нестабильно, хотя вполне вероятно мне попались просто некачественные конденсаторы.

Для получения гистерезиса вместо электромеханического реле пробовал использовать триггер Шмидта. 

Величина гистерезиса зависит от отношения резисторов R8/R12. У меня получился гистерезис 1 вольт. Для подключения исполнительного устройства на выход можно подключить эту схему.

Если нет в наличии переменного времязадающего резистора нужной величины, то вместо него можно поставить схему стабилизатора тока. При этом величина переменного резистора может быть любой в пределах 1 – 100 ком. Резистор R1 должен иметь величину примерно в десять раз меньшую, чем переменный резистор. Схема со стабилизатором тока работает даже стабильнее, чем просто с переменный резистором.

Эту схему можно применить в любом таймере, что рассматриваются здесь.

Вторая схема реле времени сути циклический генератор выдающий импульсы через заданное время. Сделана по всем известной схеме с применением однопереходного транзистора. Просто здесь стоит его эквивалент сделанный на биполярных транзисторах.

Схема запускается включением питания, хотя можно поставить кнопку параллельно времязадающему конденсатору.

Выдержка с резистором R1 равным 2,5 мегома и с конденсатором 500 мкф примерно 20 минут.

Резистор R1 и конденсатор С1 можно менять в широких пределах.

При испытании получилось 2,5 мегома и 10 мкф выдержка 25 сек.

560 ком и 500 мкф выдержка была 4 мин.

Если на выходе поставить тиристор хотя бы КУ101, то получится не циклический таймер, а просто таймер заданного времени. Как выше писал, я решил делать только на биполярных транзисторах, поэтому и тиристор сделал на его транзисторном эквиваленте. Только нужно помнить, что максимальный ток такого тиристора довольно маленький и определяется максимальным током базы примененных транзисторов. Схема запускается так же, что и выше.

Если нужен алгоритм, что при нажатии кнопки пусть через 10 минут должна загореться лампочка на 1 минуту, то таймеры нужно включить последовательно и тогда первый таймер запустит второй. Если выдержка по времени нужна не более нескольких секунд, то её можно сделать просто по схеме ждущего мультивибратора. Длительность импульса зависит от R3, С1

При данных на схеме длительность порядка 15 секунд

Тогда можно сделать хотя бы так. Берем первую схему с триггером Шмидта и подключаем последнюю схему, а к ней схему на транзисторе для исполнительного устройства.

В принципе такое можно сделать и с другими схемами. Можно подключить даже две одинаковые схемы.

 

Еще одна задача когда просто хочется попробовать передать что либо по радио хотя бы на несколько метров для начала. Понятно, что нужно купить радиомодули, подать на них питание, подключить антенну и вперед, но это потом, а для начала просто хочется посмотреть, что это такое.

Обычно основная трудность с приемником. С передатчиком как то легче, поэтому решил взять схему самого простого приемника и попробовать. Схема приемника до безобразия простая. Конечно её я не сам придумал. Это по сути схема сверхрегенератора В.Т. Полякова из ж. Радио 2002 год номер 3.

Транзистор работает в барьерном режиме. Частота суперизации задается резистором R1 и конденсатором С3. У меня схема заработала сразу. Признаком работоспособности схемы является наличие импульсов суперизации на эмиттере транзистора. У меня она получилась 100 кгц.

Частота, на которой работает приемник зависит от L1 и С2. Я выбрал частоту 75 мгц. Почему именно её, напишу ниже. Частоту можно измерить частотомером, предварительно отпаяв конденсатор С3 от общего провода. В моем случае при сердечнике из карбонильного железа и без конденсатора С2 приемник перекрывает радиовещательный диапазон и в последствии можно будет попробовать принять вещалки. Без конденсатора и с латунным сердечником приемник перестраивается в пределах 120 – 150 мгц. Нужно будет попробовать авиа принять. Частоту также можно проконтролировать с помощью вещательного приемника отпаяв конденсатор С3

Еще одна задача когда просто хочется попробовать передать что либо по радио хотя бы на несколько метров для начала. Понятно, что нужно купить радиомодули, подать на них питание, подключить антенну и вперед, но это потом, а для начала просто хочется посмотреть, что это такое.

Обычно основная трудность с приемником. С передатчиком как то легче, поэтому решил взять схему самого простого приемника и попробовать. Схема приемника до безобразия простая. Конечно её я не сам придумал. Это по сути схема сверхрегенератора В.Т. Полякова из ж. Радио 2002 год номер 3.

Транзистор работает в барьерном режиме. Частота суперизации задается резистором R1 и конденсатором С3. У меня схема заработала сразу. Признаком работоспособности схемы является наличие импульсов суперизации на эмиттере транзистора. У меня она получилась 100 кгц.

Частота, на которой работает приемник зависит от L1 и С2. Я выбрал частоту 75 мгц. Почему именно её, напишу ниже. Частоту можно измерить частотомером, предварительно отпаяв конденсатор С3 от общего провода. В моем случае при сердечнике из карбонильного железа и без конденсатора С2 приемник перекрывает радиовещательный диапазон и в последствии можно будет попробовать принять вещалки. Без конденсатора и с латунным сердечником приемник перестраивается в пределах 120 – 150 мгц. Нужно будет попробовать авиа принять. Частоту также можно проконтролировать с помощью вещательного приемника отпаяв конденсатор С3

Недостаток этого приемника, это маленькая нагрузочная способность и маленькая величина полезного сигнала, но это уже исправляется с помощью низкочастотных схем, что уже не так сложно, как ВЧ.

Я нагрузил его на схему с общим коллектором, которая заодно является ФНЧ не пропускающий частоту суперизации на вход УНЧ. У меня подавление получилось не совсем полным, но я не стал переделывать ФНЧ, а просто в УНЧ добавил конденсатор «С»

Еще недостаток, но он присущ всем сверхрегенераторам, это изменение частоты настройки при касании рукой антенны, поэтому на входе добавил УВЧ. Данный УВЧ никакого увеличения чувствительности не дает, а только позволяет уменьшить расстройку при касании антенны. Если это не важно, то его можно и не ставить.

На данный приемник можно принимать и аналог и цифру. Сначала попробовал принять цифру.

Кстати в виду маленькой величины полезного сигнала здесь как раз пригодился УНЧ с усилением больше тысячи, схему которого делал раньше.

На выходе УНЧ стоит фиксатор уровня на диоде VD1 и конденсаторе С8. Дальше стоит пороговый элемент. Его можно сделать на транзисторах по схеме триггера Шмита или поставить К561ТЛ1. Я спаял триггер Шмита на двух инверторах. Напряжение срабатывания в моем конкретном случае лучше всего сделать 1,5 вольта, т.к. амплитуда импульсов на выходе УНЧ у меня получилась порядка 3 вольта. С выхода триггера Шмидта сигнал поступает на дешифратор или на логике или на МК. У меня на логике, но здесь я про него не пишу, т.к. в статье как задумано описывается применение биполярных транзисторов, да и схемы я уже «замучился» рисовать. Если дешифратор с частотным разделением, то понятно, что никакого триггера Шмита не нужно, а с УНЧ сигнал подавать на канальные фильтры которые кстати тоже можно сделать на транзисторах. Если хватит терпения, то здесь про них напишу, но думаю терпения уже не хватит.

Теперь передатчик для передачи цифры. Схема стандартная. Задающий генератор на кварце с основной гармоникой 25 мгц. Такие стоят в сетевых карточках. В более старых карточках стоят кварцы на 20 мгц. Тогда приемник нужно делать на 60 мгц. В нем можно попробовать увеличить конденсатор С3 в контуре, а лучше намотать катушку с большим количеством витков. Думаю сделать нужно 8 витков с отводом от третьего витка.

Кварц возбуждается на третьей гармонике. Дальше идет усилитель, который коммутируется цифровым сигналом с помощью транзистора VT3.

Не забыть расположить катушки задающего генератора и усилителя под углом 90 градусов по отношению друг к другу.

Особой дальности я не добивался, т.к. не было такой цели. С антеннами на приемнике и передатчике по 10 см в пределах квартиры работает нормально.

На этом с цифровым закончил и решил попробовать с аналогом.

Схема для приема аналога практически такая же, только снизил усиление УНЧ, а на выходе поставил составной эмиттерный повторитель, что испытывал выше. Он даже маленький динамик тянет, но я на наушник 16 ом пробовал.

Для начала отпаял конденсатор С3 и попробовал принять вещалки в диапазоне 100 – 108 мгц

В принципе принимается, но качество звучания широкополосной ЧМ конечно маленькое с подобным приемником. Ввернул латунный сердечник и попытался принять авиа, но вероятно у нас здесь ничего нет или мне не хватило терпения, поэтому стал делать передатчик для передачи голоса.

Схема передатчика отличается от предыдущей только схемой модулятора. Модулятор, это по сути усилитель с эмиттерным повторителем на выходе, а от него питается выходной каскад передатчика. Напряжение на выходе эмиттерного повторителя с помощью резистора R4 нужно установить в данном случае чуть меньше четырех вольт. На вход можно поставить микрофон, но я просто подал звуковой сигнал с линейного выхода компьютера и слушал через приемник.

Большой дальности я не добивался. По сути это были просто эксперименты, но если в передатчике модулятор сделать с модуляционным трансформатором, то дальность будет больше. Схему я привожу, но без элементов. Для данного приемника я такой не делал. Такой я раньше пробовал с приемником на 27 мгц и он у меня с тех пор на столе валяется. В нем еще и антенна включается через удлиняющую катушку.

 

 

Понятно, что можно еще напряжение питания увеличить.

Тоже часто на форуме спрашивают как сделать простейшую глушилку.

Представляет из себя генератор ВЧ перестраиваемый с помощью варикапов в полосе частот FM диапазона. На варикапы подается пилообразное напряжение. Схема пили такая же, как описывалась в таймерах на аналоге однопереходного транзистора. Для перестройки в данном диапазоне у меня получилось, что нужно подавать пилу с амплитудой от одного до четырех вольт. Нижняя граница устанавливается резистором R4, а верхняя резистором R3. Питание выбрал 9 вольт.

В качестве варикапов поставил два диода КД104А в параллель. 

Резистором R5 устанавливается ток транзистора VT3. Чем он больше, тем дальность больше. Я установил 30 ма. Можно поставить два транзистора в параллель и увеличить ток до уровня 50 – 100 ма. Тогда дальность возрастет. Возможно и больше можно, только при увеличении тока нужно контролировать температуру транзистора. У меня не хватило терпения это попробовать, хотя раньше транзисторы в параллель часто ставил. С антенной 40 см нормально глушит по квартире. Антенну лучше сделать 1 метр.

Катушка намотана на каркасе диаметром 6 мм. Количество витков 2+5

Шаг намотки 1 мм. Диаметр провода не критичен. У меня 0,45 мм

В катушку заворачивается сердечник из карбонильного железа. При настройке просто с помощью него устанавливают пределы качания частоты.

Если карбонильного сердечника нет, то можно применить латунный (медный, алюминиевый). Просто увеличить количество витков катушки. Думаю нужно намотать 3+6 витков.

В принципе подобную схему можно сделать на каком либо мощном СВЧ транзисторе и думаю она километр заглушит, но пробовать не стал. Так вообще писанина не закончится.

Интересно, кто нибудь до этого места дочитал мою писанину?

Как уже в начале писал, ничего нового я не придумывал. Просто брал известные схемы и проверял их работоспособность, что бы точно удостовериться, что все работает, и что бы подобного вопроса не возникало у тех, кто захочет их повторить.

 

 

 

истоковый повторитель — патент РФ 2024111

Использование: в микроэлектронике, а именно в конструкции интегральных схем на основе полевых транзисторов, в составе схем высокоомных источников сигнала. Сущность изобретения: в истоковом повторителе, содержащем основной полевой транзистор с управляющим p — n-переходом, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, на поверхности которой сформирован слой второго типа проводимости, в котором с помощью изолирующей области первого типа проводимости выделена изолированная область, в которой сформированы области истока, стока и затвора, в изолированной области сформирован дополнительный транзистор, у которого область истока контактирует с одной стороны с изолирующей областью, с другой с областью затвора, стоком является область истока основного транзистора, а исток, затвор и изолирующая область имеют общий омический контакт. 1 табл., 3 ил. Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции интегральных схем на основе полевых транзисторов. Истоковый повторитель является активным входным устройством микрофонных усилителей, электретных микрофонов, осциллографов и ряда приборов, измеряющих маломощный высокоомный сигнал. Применение истокового повторителя позволяет преобразовать входной сигнал в низкоомный. Этим определяются основные требования к истоковым повторителям: коэффициент передачи (Кп, входное сопротивление (Rвх), уровень шумов (Uш), сопротивление нагрузки (Rн), уровень входного сигнала (Uвх), ток потребления (Iп). Простейший истоковый повторитель представляет собой полевой транзистор с управляющим р — n-переходом (ПТУП) с истоковым резистором (Rн) [1]. Выходной сигнал снимается с истока. Определяют выходное напряжение
Uвых=RнIc; (1)
Ic=S Uзи(Uз-Uвых) ; (2)
Uвых=[RнS/(1+RнS)]Uз, (3) где Ic — ток стока;
S — крутизна;
Uзи — напряжение между затвором и истоком;
Uз — входной сигнал на затворе. Из выражения (3) определяют коэффициент передачи
Кп= Uвых/Uз=RнS/(1+RнS) (4) и при Rн >> 1/S UвыхUз, Кп стремится к единице, но всегда меньше этой величины. В интегральном исполнении ПТУП изготавливают по базовой технологии, резистор может быть выполнен одновременно с затворной областью либо его изготавливают по гибридной технологии. Недостатки известного повторителя. Амплитуда выходного сигнала может быть значительно меньше, чем амплитуда входного, даже при значительно высоком сопротивлении нагрузки, поскольку любой Rн образует в сочетании с выходным сопротивлением истока делитель. Так как ток стока меняется на протяжении периода сигнала, S и вместе с ней выходное полное сопротивление изменяются, внося в выходной сигнал нелинейность (искажения). Искажения можно уменьшить, увеличивая S, но это приводит к увеличению Iп, что крайне нежелательно в автономной аппаратуре. Так как параметр Uзи ПТУП имеет значительный технологический разброс, то истоковый повторитель имеет непредсказуемое смещение по постоянному току — недостаток при использовании в схемах усилителей постоянного тока. Известно также техническое решение, заключающееся в том, что вместо Rн используется источник тока [1]. В качестве источника тока могут использоваться как биполярные транзисторы (БТ), так и ПТУП. Постоянный ток истока стабилизирует напряжение Uзи, а это устраняет нелинейности. Недостатки этих схем. При использовании БТ остается проблема ненулевого напряжения смещения от входа к выходу Uзи, что требует индивидуальной регулировки тока для каждого ПТУП в схеме, и даже при данном Uзи в рабочем диапазоне температур ток стока может меняться почти двукратно. При использовании ПТУП для нулевого смещения используются согласованные пары, что позволяет реализовать повторитель с нулевым смещением, а так как оба ПТУП находятся в одних и тех же температурных условиях, смещение остается почти нулевым при любой температуре. Однако значительной технологической сложностью является реализация пары ПТУП на одном кристалле, при этом возрастает стоимость, а введение двух дополнительных истоковых резисторов в каждом ПТУП усложняет при увеличении стоимости и интегральную реализацию. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является истоковый повторитель КА 1403 [2]. Основные параметры истокового повторителя приведены в таблице. Напряжение питания 2,9-4,7В, сопротивление нагрузки (входное сопротивление следующего каскада) 10 кОм. Уровень входного сигнала Uвх(Uз) 200 мВ. Схема содержит ПТУП и резистор R1, сформированные в первом кармане, двухвыводной элемент смещения — БТ с отсоединенной базой (устанавливает напряжение смещения затвор — исток), сформированный во втором кармане, резистор R1, являющийся частью резистора нагрузки (Rн=R1+R2), резистор R2 (cформирован в третьем кармане), образующий делитель с элементом смещения и регулирующий ток через БТ. Для обеспечения Uзи, стремящегося к нулю, площадь кармана с БТ в 2-3 раза больше, чем у ПТУП. Резистор R1выполнен в виде р-области, примыкающей к области истока. ПТУП содержит только верхний замкнутый затвор, нижний затвор — подложка соединен через резистор R1 c истоком. Внутри верхнего затвора расположен сток. Во втором кармане сформирован элемент смещения — БТ с отсоединенной базой, причем коллектором служит подложка р-типа, базой — n-слой, а эмиттером — р-область. Резистор R2 выполнен в виде р-области. Недостатки схемы КА1403: низкий коэффициент передачи, Кп0,35, малое значение входного сопротивления, Rвх20 МОм, что приводит при работе с емкостным датчиком с R 1 ГОм (109 Ом) к шунтированию сигнала, индуцированного на нем; низкий коэффициент передачи при минусовых температурах, Кп>0,28 (при Т=-40оС). Целью изобретения является улучшение основных параметров. Цель достигается тем, что в истоковом повторителе, содержащем основной ПТУП, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, на поверхности которой сформирован слой второго типа проводимости, в котором с помощью изолирующей области первого типа проводимости выделена изолированная область, в которой сформированы области истока, стока и затвора, в соответствии с изобретением в изолированной области сформирован дополнительный транзистор, у которого область истока контактирует с одной стороны с изолирующей областью, с другой с областью затвора, стоком является область истока основного транзистора, а исток, затвор и изолирующая область имеют общий омический контакт. Наиболее существенное отличие предлагаемого истокового повторителя заключается в том, что вместо резистора нагрузки используется полевой транзистор, что позволяет значительно увеличить коэффициент передачи, стабилизировать напряжение затвор — исток основного транзистора без применения БТ — элемента смещения, значительно снижающего входное сопротивление. На фиг.1 изображен истоковый повторитель, в разрезе; на фиг.2 изображена топология истокового повторителя с замкнутым затвором основного транзистора и двумя контактами выхода схемы; на фиг.3 — электрическая принципиальная схема истокового повторителя. Истоковый повторитель содержит подложку 1 первого типа проводимости, сформированный на ее поверхности эпитаксиальный слой 2, изолирующую область 3 первого типа проводимости, область 4 истока дополнительного транзистора второго типа проводимости, область 5 затвора дополнительного транзистора первого типа проводимости, область 6 стока (истока) — выход схемы — дополнительного транзистора (основного транзистора) второго типа проводимости, область 7 затвора основного транзистора первого типа проводимости, область 8 стока основного транзистора второго типа проводимости. Топология изобретения имеет следующие особенности. Основной транзистор является однозатворным, а дополнительный — двухзатворным. У основного транзистора только верхний затвор, а у дополнительного верхний затвор и подложка (нижний затвор). Напряжение отсечки у обоих транзисторов разные. Следовательно, достаточно просто обеспечить термостатирование: у одного ПТУП напряжения отсечки менее 0,63В, а другого больше. В этом случае последовательно включены два транзистора с различными температурными коэффициентами (у одного он положительный, у другого отрицательный). Исток дополнительного транзистора контактирует с одной стороны с изолирующей областью, с другой с затвором. В этом случае уменьшается паразитное сопротивление истока Rп дополнительного транзистора, что улучшает все его основные параметры: увеличивается крутизна, выходное сопротивление и т.д. Схема работает следующим образом. На сток основного транзистора подается положительное смещение питания, на исток дополнительного транзистора — отрицательное смещение напряжения питания. На вход схемы подается переменный сигнал входного напряжения, с выхода схемы снимают преобразованный сигнал. Для сравнения параметров микросхемы КА1403 и предлагаемого решения из формулы (4) определяют крутизну
S = . (5)
С учетом производственного запаса и падения напряжения на элементе смещения принимают Кп=0,5 (по ТУ Кп0,35) и из выражения (5) получают S = 0,1 (мА/B) при эквивалентной нагрузке 10 кОм. Пример конкретной реализации. Изготовленная по стандартному технологическому процессу схема (фиг.3) имеет следующие геометрические размеры: островная область n-типа (канал), выделенная в эпитаксиальном слое с помощью изолирующей области 3 р+-типа проводимости, 77,6х113,8 мкм2, длина затвора 7 (с учетом боковой диффузии) L 3,6 мкм, размер области 4 истока 3 мкм, области стока 6 4,4 мкм, области 8 стока 4,4х3,8 мкм2, длина затвора 5 (с учетом боковой диффузии) L 12 мкм. Отношение длины затвора к ширине у основного транзистора приблизительно в два раза превышает это же отношение у дополнительного транзистора. В полученных схемах у основного транзистора следующие параметры: крутизна S=0,15-0,5 мА/В, начальный ток стока Ico=0,2-0,6 мА, напряжение отсечки Uотс1= 1-2 В, ток утечки затвора Iут.з=5 10-11—5 10-12 А при Uзи=0,5 Uотс. Выходное сопротивление дополнительного транзистора 100-400 кОм, напряжение отсечки дополнительного транзистора Uотс2=0,3-0,9В. Коэффициент передачи схемы не хуже 0,8 для всех режимов работы. Так как нижний затвор (подложка) 1, канал 2 и затвор 7 основного транзистора образуют БТ с очень малым смещением эмиттер — база, то паразитный биполярный транзистор выполняет функцию элемента смещения, как в прототипе. Однако во всех случаях Rвх повторителя не хуже 500 МОм. В диапазоне температур от -30 до +70оС коэффициент передачи не менее 0,8. Необходимо отметить, что при Uотс2 По сравнению с прототипом предлагаемый истоковый повторитель имеет следующие преимущества: значительно увеличивается (более чем в два раза) коэффициент передачи (с 0,35 до 0,8), более чем на порядок возрастает входное сопротивление (с 20 до 500 МОм), в диапазоне температур и особенно при отрицательных температурах Кп возрастает в 2,5 раза (с 0,28 до 0,8). Предлагаемая конструкция истокового повторителя позволяет интегрировать в одном кармане несколько элементов, чем повышается стабильность его работы.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ, содержащий основной полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, выполненный на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, на поверхности которой сформирован слой второго типа проводимости, в котором с помощью изолирующей области первого типа проводимости выделена изолированная область, в которой сформированы области истока, стока и затвора, отличающийся тем, что в изолированной области сформирован дополнительный транзистор, у которого область истока контактирует с одной стороны с изолирующей областью, а с другой — с областью дополнительно затвора, стоком является область истока основного транзистора, а исток, затвор и изолирующая область имеют общий омический контакт.

2.1.7. Истоковый повторитель

Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.

Рис.2.11. Истоковый повторитель

В этом каскаде сток по переменной составляющей соединен с общей точкой усилителя, нагрузочный резистор Ru включен в цепь истока.

Свойства этого каскада аналогичны свойствам эмиттерного повторителя: он имеет высокое входное сопротивление до 10 МОм и выше, низкое выходное сопротивление менее 1 кОм, коэффициент передачи напряжения Кu  1, фаза выходного напряжения практически равна фазе входного напряжения. Коэффициент усиления по току Кi истокового повторителя значительно больше, чем у эмиттерного повторителя, Кi доходит до величины от нескольких десятков тысяч до миллиона.

Истоковые повторители, так же как и эмиттерные повторители, чаще всего применяют в качестве вспомогательных усилительных каскадов для согласования высокоомных источников усиливаемого напряжения с низкоомными нагрузочными устройствами.

2.1.8. Усилители мощности

Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов являются коэффициент усиления по напряжению, а в эмиттерном и истоковом повторителе коэффициент усиления по току.

В том случае, когда в нагрузочном устройстве необходимо выделить максимальную мощность, используются усилители мощности. Они, как правило, являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основным параметром усилителя мощности является коэффициент усиления по мощности, равный произведению коэффициентов усиления по напряжению и току:

Кр = Кu  Кi

Нагрузочными устройствами усилителя мощности являются обмотки электродвигателей, реле, громкоговорителей и других элементов электрических цепей, имеющие сравнительно небольшие сопротивления (единицы и десятки Ом). При выбранном усилительном элементе усилителя и заданном источнике усиливаемого сигнала получение максимальной мощности в нагрузочном устройстве возможно лишь при условии, что сопротивление нагрузки равно выходному сопротивлению усилительного каскада, т.е. в согласованном режиме.

Рис.2.12. Схема однотактного усилителя мощности

Для согласования сопротивлений нагрузочного устройства с выходным сопротивлением усилителя мощности используются понижающие трансформаторы. Схема усилительного каскада с трансформатором, нагруженным на резистор RН, показана на рис. 2.12.

Первичная обмотка трансформатора включена в цепь коллектора; сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора равно:

R/Н = (W1/W2)2 RН,

где W1 и W2 – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Следовательно при определенном коэффициенте трансформации трансформатора = W1/W2 можно добиться равенства Rвых=R/Н.

Назначение остальных элементов схемы аналогично усилителю напряжения.

Для усилителей мощности важное значение имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.), который зависит от режима работы усилительного элемента. В приведенной схеме, называемой однотактным усилителем мощности, используется режим усиления класса А. При этом нелинейные искажения минимальны, однако к.п.д. низок (не более 50%).

С целью повышения к.п.д. усилительного каскада используется двухтактные усилители мощности, состоящие из двух симметричных плеч (рис. 2.13). Эти усилители работают чаще всего в режиме класса В, что значительно повышает к.п.д. ( до 80 %).

Рис. 2.13. Схема двухтактного усилителя мощности

Транзисторы Т1 и Т1 , которые подбирают с максимально близкими характеристиками, работают в одинаковом режиме. Единственным отличием в работе плеч усилителя является противофазность токов и напряжений в цепях баз транзисторов и обусловленная этим противофазность переменных токов и напряжений в коллекторных цепях.

Назначение элементов двухтактного усилителя аналогично назначению соответствующих элементов однотактного усилителя с учетом того, что они обслуживают два транзистора. Входной трансформатор ТрВХ обеспечивает получение двух одинаковых по модулю но противофазных напряжений UBX1иUВЫХ2. Выходной трансформатор ТрВЫХс первичной обмоткой с числом витков W суммирует переменные выходные токи и напряжения транзисторов. Ко вторичной обмотке трансформатора ТрВЫХ подключен нагрузочный резистор RН. При этом ток нагрузки состоит из двух полуволн, каждая из которых формируется поочередно одним из плеч двухтактного усилителя, в то время как вторая полуволна отсекается в режиме класса В.

Для простоты предложим, что на вход подано гармоническое напряжение. Тогда на базы транзисторов будут воздействовать напряжения (рис.2.13).

uбэ1= U+ UВХ1msin ωt,

uбэ2= U– UВХ2msin ωt,

причем UВХ1m= UВХ2m.

В результате воздействия входных напряжений изменяются базовые и соответственно коллекторные токи транзисторов (рис.2.13)

iк1= I+ Iк1m sin ωt,

iк2= I– Iк2m sin ωt,

причем Iк1m= Iк2m.

Коллекторные токи будут создавать суммарный магнитный поток ТрВЫХ,

Определяемый магнитодвижущей силой

F=0,5wiк1 – 0,5wiк2.

Подставив значения токов и учитывая, что их постоянные и переменные составляющие одинаковы, окончательно получим

F= wIк1m sin ωt.

Таким образом, как следует из последнего выражения, постоянное подмагничивание трансформатора отсутствует, а транзисторы работают как бы поочередно, образуя гармоническое выходное напряжение из двух полусинусоид.

Напряжение на нагрузочном резисторе RН пропорционально магнитному потоку, определяемому магнитодвижущей силой F, поэтому напряжение на выходе усилителя также будет гармоническим.

Преимущества двухтактных усилителей мощности: меньшие нелинейные искажения, поскольку высшие гармонические составляющие компенсируются; возможность получения высокого к.п.д. при использовании режима В; меньшая чувствительность к пульсация напряжения питания.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *