рательность. Транзисторы принимают на себя задачу усиления…
Н. — …а настроенные контуры, которые образуют связывающие звенья, обеспечивают избирательность.
Л. — Именно это я и хотел тебе сказать. Но возьми каскад, где на входе и на выходе имеется по настроенному контуру (рис. 109).
Рис. 109.Колебательные контуры на входе и выходе каскада высоком частоты на транзисторе.
Контур на входе включен между базой и эмиттером, т. е. параллельно входному сопротивлению, имеющему 200 — 2000 Ом. Это сопротивление шунтирует контур и значительно увеличивает его затухание, из-за чего резонансная характеристика становится более тупой. Менее катастрофически обстоит дело с выходным контуром, включенным параллельно сопротивлению коллектор — эмиттер, имеющему несколько десятков килоом. Но и в этом случае затухание возрастает.
Н. — Как же тогда согласовать сопротивления и избежать при этом чрезмерного шунтирования контуров? Это история о козе и капусте…
Л. — Примирить их удастся путем соответствующего выбора отношения индуктивности к емкости и неполной связью контура с транзисторами, для чего на входе и выходе включают не всю обмотку, а только часть ее витков. Это должно снизить вносимое затухание. И, разумеется, стараются согласовать эти сопротивления путем подбора необходимого соотношения чисел витков в обмотках трансформатора.
Н. — Значит, связь всегда должна устанавливаться с помощью трансформатора.
Л. — Не обязательно. Зачастую применяют простую схему с параллельным колебательным контуром в цепи коллектора. Это своеобразная разновидность резистивно-емкостной связи (рис. 110). Но лучше прибегнуть к помощи автотрансформатора с настроенной обмоткой, которая при помощи отводов соединяется с выходом предшествующего транзистора и со входом следующего (рис. 111 и 112). Максимальную же избирательность и наилучшее воспроизведение звука можно получить, применив трансформатор с настроенной первичной обмоткой (рис. 113) или, еще лучше, с обеими настроенными обмотками (рис. 114, 115). Последнее часто используется в каскадах промежуточной частоты, где такие трансформаторы при правильном выборе связи между обмотками представляют прекрасные полосовые фильтры.
Рис. 110–115.Схемы межкаскадной связи.
110 — схема связи с одиночным колебательным контуром;
111 — схема автотрансформаторной связи со следующим каскадом. Здесь сопротивления согласованы лучше, чем в предыдущей схеме;
112 — схема для уменьшения затухания, вносимого в колебательный контур выходным сопротивлением предыдущего транзистора, последний соединяют лишь с частью витков катушки колебательного контура;
113 — схема трансформаторной связи с колебательным контуром;
114 — схема связи с двумя индуктивно связанными колебательными контурами, образующими полосовой фильтр;
115 — та же схема, что и на рис. 114, но с автотрансформаторным включением обоих транзисторов. Это обеспечивает лучшую избирательность, так как вносимое транзисторами в колебательные контуры затухание уменьшается.
Н. — Это значит, что они пропускают всю полосу модулирующих частот, но очень сильно ослабляют все частоты вне этой полосы.
Л. — Да, Незнайкин. Ты не забыл, что это наилучший способ решить противоречие между высокой избирательностью и верным воспроизведением музыки.
Н. — Я все больше убеждаюсь, что если заводы, выпускающие катушки индуктивности, правильно выполняют свою работу, то я не столкнусь ни с какими трудностями при реализации своих каскадов высокой и промежуточной частоты.
Л. — Я вынужден охладить твой пыл. В транзисторе имеется скрытая опасность, которая может причинить немало неприятностей.
Н. — Ну так что же, я предпочитаю сражаться с открытым забралом. Что же представляет собой эта твоя новая ловушка?
Л. — Это внутренняя емкость между коллектором и базой. Если на входе и на выходе ты имеешь контуры, настроенные на одну частоту, то этой емкости (которая может быть порядка нескольких десятков пикофарад) достаточно, чтобы образовать между контурами связь, превращающую мирный транзистор в генератор высокочастотных колебаний.
Н. — Вспомни, что для предотвращения подобных связей, возникающих из-за емкости между анодом и сеткой в лампах-триодах, между этими электродами устанавливают экранирующую сетку, на которую подается постоянный потенциал, я подозреваю, что так же поступают и в транзисторах.
Л. — В некоторой мере ты прав: так устроены транзисторы p-n-i-p, о которых мы уже говорили. Слой беспримесного полупроводника (i) в определенном смысле играет роль экрана, снижающего емкость база — коллектор. В дрейфовых моделях транзисторов также имеется зона, удаляющая коллектор от базы. А при работе с обычными транзисторами для предотвращения самовозбуждения используют метод, предложенный для высокочастотных схем на лампах еще до изобретения тетродов.
Этот метод заключается в нейтрализации паразитной емкости путем приложения на управляющий электрод напряжений такой же амплитуды, но в противофазе. В ламповых схемах для этого использовался маленький «нейтродинный» конденсатор, который часть усиленного напряжения передавал на сетку в противофазе.
Н. — По-моему, это своего рода обратная связь, и в транзисторных схемах она должна подаваться на базу. Но как в этих условиях выполнить требование о противофазе? Нужно ли включать специальный фазоинверторный каскад?
Л. — К чему такие усложнения? Всегда можно найти точку, где напряжение будет в противофазе по отношению к напряжению на коллекторе. В случае трансформатора с ненастроенной вторичной обмоткой один из выводов этой обмотки и является такой точкой (рис. 116).
Рис. 116.Конденсатор Сн служит для нейтрализации действия внутренней емкости коллектор — база.
Н. — Следовательно, его просто соединяют с базой через конденсатор Сн, емкость которого подобрана так, чтобы напряжения имели ту же амплитуду, что и напряжения, проходящие через емкость коллектор — база. А почему нельзя применять этот же способ с трансформатором, у которого вторичная обмотка тоже настроена? Разве у него на одном из выводов вторичной обмотки не появляется напряжение с фазой, противоположной напряжению на первичной обмотке?
Л. — Увы, нет! После настройки вторичной обмотки напряжение на ее концах сдвинуто по фазе только на четверть периода. Это несколько усложняет дело, и для получения нейтрализующего напряжения приходится применять небольшую вспомогательную обмотку. Однако вместо нее можно сделать у первичной обмотки вывод для соединения с отрицательным полюсом источника питания. Тогда конец первичной обмотки, расположенный по другую сторону от части, соединенной с коллектором, будет иметь напряжение в противофазе с напряжением на коллекторе. И нам остается только сиять это напряжение и приложить его через конденсатор Снк базе (рис. 117).
Рис. 117.Вариант схемы нейтрализации, применяемый в усилителях с полосовыми фильтрами.
Н. — А всегда ли нужно прибегать к нейтрализации в каскадах высокой и промежуточной частоты?
Л. — Нет. Часто затухания, вызванного малым сопротивлением транзисторов, достаточно, чтобы устранить всякую возможность самовозбуждения. А при транзисторах структуры p-n-i-p и дрейфовых транзисторах нейтрализация, как правило, не нужна вообще. Впрочем, заметь, Незнайкин, что я не изображал на схемах, чтобы сделать их более наглядными, никаких устройств температурной стабилизации (обратная связь с помощью резистора в цепи эмиттера), которые тоже применяются в каскадах высокой и промежуточной частоты.
Н. — Можно ли в транзисторных схемах сделать автоматическую регулировку усиления (АРУ), зависящую от величины принимаемых сигналов? Я хочу сказать — такую регулировку, которая бы служила не только для сглаживания замирания сигнала, но и для устранения любых колебаний принимаемого сигнала, как, например, при проезде автомобиля с приемником под металлическим мостом.
Л. — АРУ в транзисторных схемах строится по тем же принципам, что и в ламповых схемах. Ты знаешь, что усиление транзистора зависит от его крутизны, которая в свою очередь изменяется от тока эмиттера. Следовательно, изменяя смещение базы, можно изменять усиление. Если используется, как это обычно бывает, транзистор структуры р-n-р, то ток эмиттера, а следовательно, и усиление можно уменьшить, сделав базу менее отрицательной.
Н. — А, я догадался, для этой цели используют напряжение, снимаемое после детектирования и усредненное с помощью сопротивления, развязанного емкостью.
Л. — Правильно, однако и здесь следует иметь в виду, что управление транзистором требует не напряжения, а мощности. Поэтому часто приходится снимать регулирующее напряжение после усиления постоянной составляющей полученного от детектора сигнала. Позднее ты увидишь, что в этом нет ничего сложного.
Н. — А пока я вижу (рис. 118), что каскады высокой и промежуточной частоты управляются довольно простой системой АРУ.
Рис. 118.Усилительный каскад высокой или промежуточной частоты, управляемый системой автоматической регулировки усиления (АРУ).
Напряжение, которое должно иметь положительную полярность при увеличении уровня сигнала, поступает на базу через резистор R4. Другой резистор R2, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, вместе с образует делитель напряжения. Таким образом, средний потенциал базы будет изменяться: он будет тем отрицательнее, чем слабее сигнал; это повлечет за собой увеличение усиления. При больших уровнях сигнала, наоборот, потенциал базы будет менее отрицательным, что приведет к снижению усиления. Итак, все будет прекрасно!