Принципиальная схема.
На первый взгляд, начинающего может испугать этот монстр, состоящий из паутины и обилия деталей, напоминающих лабиринт, где запросто можно запутаться.
Но это только на первый взгляд.
Чтобы нам легче было разобраться, разобьём схему на некоторые самостоятельные узлы, и рассмотрим работу каждого в отдельности.
Взгляните на схему ниже.

Мы видим, что схема состоит из четырёх самостоятельных узлов, каждый из них представляет собой независимый каскад, выполняющий определённые функции. Обратите внимание, что передача сигналов от одного каскада к другому осуществляется через переходные конденсаторы С3, С4, и С7, о назначении которых будет рассказано далее, по ходу чтения статьи.
Подобные узлы, в сочетании, либо раздельно, вы можете встретить в различных схемах аналоговых устройств, в звуковоспроизводящей, радиоприёмной и радиопередающей аппаратуре.

Микрофонная цепь.
Микрофонная цепь особенностей не имеет, схема включения микрофона является классической.
Данный узел можно встретить во многих схемах звукозаписывающих устройств:
в магнитолах, радиотелефонах, диктофонах и т.д. А так же применять совместно с усилителями звуковой частоты в разных конструкциях.
Электретный микрофон в данной цепи можно представить как некий резистор (роль этого резистора как раз и выполняет полевой транзистор, встроенный в микрофон), сопротивление которого меняется в такт со звуковым сигналом, механически воздействующим на мембрану.
Совместно с резистором R1 (можно так же сказать, что этот резистор является нагрузкой микрофона) микрофон образует делитель напряжения питания. Так как сопротивление микрофона меняется, то и меняется часть постоянного напряжения питания, которая распределена на микрофоне.
Напряжение в точке «А» изменяется синхронно с попадающим в микрофон звуком.
Сигнал для дальнейшей обработки снимается с плюсового контакта микрофона (точка «А»). Но так как он в своем составе кроме переменного сигнала по звуковой частоте имеет еще и постоянную составляющую, мы ее должны отфильтровать (отсечь) как не нужную. Для этого в схеме применен конденсатор С3.
В данном узле конденсатор пропускает через себя только переменное напряжение, не пропуская постоянный ток, идущий через него. В результате с точки «Б» снимается чистый переменный сигнал.
Другими словами, конденсатор не пропускает через себя постоянное напряжение равное 2 вольтам, но реагирует на быстрое изменение этого напряжения, которое, как уже было сказано выше, меняется в такт со звуковым сигналом.
Чтобы было более понятно выше сказанное, посмотрим на следующий рисунок.

Хочу сразу предупредить по данному рисунку, что постоянная составляющая, равная двум вольтам, здесь взята условно. Это напряжение может быть отличное от указанного, в зависимости от разных экземпляров микрофонов, т.к. они имеют определенный разброс по параметрам.
Ну, на этом, пожалуй, и все пока, с первым узлом схемы закончили. Переходим к следующему.

Усилитель НЧ (низкой частоты)

Как мы видим на рисунке, данная схема очень похожа по аналогии с микрофонной цепью, только условным управляемым резистором в делителе, в составе резистора R3, здесь является транзистор VT1.
Можно сказать и так, что, нагрузкой транзистора, как и в предыдущей схеме, нагрузкой у микрофона, здесь является резистор R3.
Усилитель собран по схеме с общим эмиттером.
Каскад работает в режиме класса «А». То есть, уровень тока смещения, через резистор R2, на базу транзистора подается такой величины, при которой напряжение на нагрузке в коллекторной цепи равно половине напряжения питания.
Транзистор выступает в роли управляемого резистора, только сопротивление его меняется в такт входному переменному сигналу. Он усиливает входной сигнал переменного тока по амплитуде, тем самым «разгоняя» его до необходимого, для нашей цели, уровня. А целью нашей является, как вы уже знаете, чтобы жучок «слышал» очень тихие звуки, виде шепота. Можно конечно обойтись и без данного усилителя. Но тогда максимум, что мы услышим, так это разговор среднего уровня в комнате.
Назначение конденсатора С4 такое же, как и в предыдущем узле (напомню, что он отделяет не нужную нам постоянную составляющую от полезного сигнала).
Из особенностей данного каскада можно выделить то, как здесь включен резистор смещения R2. В простейших схемах усилителей данный резистор включается между базой и плюсом источника питания. Здесь же, напряжение смещения подается с коллекторной нагрузки.
Для чего же это сделано?
При таком типе задания смещения рабочей точки каскад охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. За счет этого нам удалось упростить схему усилителя. При этом мы получили достаточную стабильность работы каскада при изменении напряжения питания, просадки батареи в процессе работы схемы, изменения окружающей температуры.
В таком включении можно использовать несколько подобных усилителей (но на практике не более трех), включенных последовательно для получения большого коэффициента усиления. При этом можно особо не беспокоиться о самовозбуждении схемы, благодаря той же «умной» подачи смещения с коллектора на базу, и не использовать дополнительных фильтрующих цепочек питания между каскадами.
А теперь немного о настройке каскада.
Чтобы добиться оптимального режима его работы, нам нужно подобрать сопротивление резистора смещения R2 до получения примерно половины напряжения питания на участке «Коллектор-Общий провод», т.е. при напряжении питания 9 вольт на коллекторе транзистора относительно общего провода (минуса питания) должно быть 4.5 вольта.
Этим мы добьемся наилучшего динамического диапазона усилителя. Рабочая точка транзистора в этом случае будет выведена на наиболее линейный участок. А если сказать проще, то получим максимально чистый и не искаженный звуковой сигнал при разных его уровнях, от малого до большого (не путать с компрессором, так как его динамический диапазон значительно шире).
Ну и естественно, чтобы все это более-менее понять, посмотрим на рисунок ниже.

На этом рисунке мы видим то, что у нас получится при правильной установке рабочей точки, которая равна 4.5 вольтам на коллекторе транзистора.
Как видно, сигнал не искажен, не подрезан сверху и снизу, и имеет вид правильной синусоиды.
Далее рассмотрим диаграммы со смещенной рабочей точкой вверх или вниз относительно номинального значения. Такое может произойти при неправильном выборе сопротивления резистора смещения R2.
Взгляните на следующий рисунок.

Диаграмма 1 показывает тот случай, если напряжение на коллекторе транзистора VT2 будет, к примеру, более 6-и вольт. Синусоида при этом теряет свою идеальную форму, и на слух мы это ощущаем как треск, хрип, искажение сигнала. Данная ситуация говорит о том, что сопротивление резистора R2 превышает требуемое. Его необходимо подбирать в сторону уменьшения, до получения величины на коллекторе, близкой к половине напряжения питания.
Диаграмма 2 показывает что произойдет, если напряжение на коллекторе будет ниже номинального, и равно, например 1..2 вольтам. Здесь мы так же видим, как форма идеальной синусоиды искажена. Сопротивление резистора R2, при подборе в таком случае нужно увеличивать.
Из всего рассмотренного также можно сделать вывод, что чем больше амплитуда сигнала на выходе усилителя, тем больше риск появления нелинейных искажений.
Но все же не стоит пугаться этого относительно данной схемы.
Как было неоднократно получено на практике, напряжение на коллекторе может отличаться от 4.5 вольт в ту, или иную сторону, в пределах плюс/минус 1.5 вольта, без заметных на слух искажений.
Данный пример приведенных диаграмм в большей степени ориентирован для наглядности и пониманий происходящих процессов в схеме усилителя, при максимальном звуковом сигнале на его выходе. На практике же выходной сигнал имеет более низкий размах амплитуды и приведенные отклонения напряжения рабочей точки вполне приемлемы.

Продолжение здесь

Эта запись была опубликована 02.11.2009в 18:16. В рубриках: Очень разумные технологические странички. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой комментарий или трекбек со своего сайта.