Как увеличить напряжение с помощью транзистора

10

Как увеличить напряжение с помощью транзистора

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

Автор: Р-ль.
Опубликовано 16.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Каменный век закончился вовсе не потому, что на Земле закончились камни…

Усилить в десять раз.

Просматривая форум, видел множество тем, в которых начинающие радиолюбители спрашивают схемы предварительных усилителей и что бы он был на транзисторах, т.к. у многих возникают трудности в приобретении микросхем. Это натолкнуло на мысль поэкспериментировать с подобными схемами, т.к. и сам вроде бы представляю, как это сделать, но как то руки не доходили проверить это на практике и систематизировать полученные результаты, да и многим начинающим это думаю пригодиться.

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 начинающих радиолюбителей, которые захотят их повторить.

Статья моя конечно не может конкурировать с чем то на МК или с чем то где применили сверхновые микросхемы, да я и не собираюсь это делать.

Для начала взял конечно самую простую схему с усилением по напряжению в десять раз. На коллекторе с помощью резистора R1 выставил половину напряжения питания, т.е. 3 вольта. Это для того, что бы получить максимальный неискаженный сигнал на выходе.

Сразу столкнулся с трудностями. Т.к. дома давно уже не держал паяльник в руках, то оказалось, что у меня даже нечего подать на вход этого усилителя и в начале экспериментов нечем было измерить напряжение порядка 1 кгц на его выходе. По сути вообще ничего дома не оказалось, поэтому начал все с нуля. Хотя потом все-таки добыл осциллограф, но это уже было потом. Т.е. я оказался в положении самого начинающего, у которого под рукой ничего нет и я начал с нуля. По сути и данная статья предназначена для начинающих. Напряжение для всех экспериментов выбрал 6 вольт.

Для экспериментов сделал простейший генератор звуковой частоты.

Дальше опять начались проблемы. Во первых нужно определить, что генератор работает, а во вторых выставить на выходе определенное напряжение, что бы можно было ориентироваться в дальнейшем, что же я подаю на вход усилителя.

Как это обычно для настоящего времени у меня не оказалось германиевого диода, что бы сделать хотя бы простейший пробник, поэтому стал ориентироваться на кремниевые диоды.

На работе экспериментировал и оказалось, что если поставить диод КД503, то для получения напряжения на выходе генератора 1 вольт амплитудного значения пробник с диодом КД503 должен показывать 0,55 вольт. Если брать диод КД522, то напряжение должно показывать 0,6 вольт.

Напряжение выставляется с помощью резистора R5. Я переменный ставил на 100 ком и крутил. Потом замерил и поставил постоянный.

Точность конечно маленькая, но для проверки хватит.

Теперь нужно что то сделать, что бы измерять напряжение с частотой в килогерцы. Мой мультиметр уже на 400 гц врет, поэтому решил сделать и вольтметр самодельный.

Проблема опять в отсутствии германиевых диодах, поэтому вольтметр сделал по схеме с линеаризацией с помощью ООС. В качестве индикатора взял стрелочный микроамперметр на 50 мка. Можно вместо него мультиметр приспособить в режиме измерения постоянного напряжения. Если у него большое входное сопротивление, то параллельно ему нужно поставить резистор на 200 ком

Дальше его нужно отградуировать.

В генераторе параллельно резистору R8 ставим резистор 1,8 ком. Напряжение на выходе получается 0,1V. Подаем его на вход нашего вольтметра и резистором R10 ставим стрелку на конец шкалы. Дальше на выходе генератора параллельно нашим резисторам ставим еще параллельно резистор 1 ком и смотрим на стрелку. У меня она встала на середину шкалы, т.е. шкала получилась довольно линейная.

Дальше вход вольтметра в точку «А» генератора и резистором R7 опять выставляем стрелку на конец шкалы. У нас получился предел вольтметра 1 вольт.

С помощью еще одного делителя R8, R9 при необходимости подключаемого к входу 1 вольт делаем предел измерения 5 вольт.

Теперь можно измерять и смотреть параметры нашего усилителя.

Подал на него 0,1 вольт и четко получил на выходе в десять раз больше, т.е. 1 вольт.

Входное сопротивление, как и ожидал, получилось 5 ком. Выходное тоже ожидаемое 2 ком.

Входное и выходное сопротивление усилителя оценить довольно просто. Для того, что бы оценить входное сопротивление ставим последовательно со входом переменный резистор и крутим его добиваясь уменьшения напряжения на выходе в два раза. Потом измеряем этот резистор. Его величина будет равно входному сопротивлению усилителя на частоте измерения.

Выходное сопротивление можно оценить, подключая параллельно выходу усилителя через конденсатор большой емкости переменный резистор и опять крутим его добиваясь уменьшения напряжения звуковой частоты в два раза. Величина этого резистора будет равна выходному сопротивлению усилителя.

На форуме про это писали.

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.

Задержать на десять секунд.

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.

Передать на десять метров.

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.

Заглушить радио на десять метров.

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.

Как увеличить напряжение с помощью транзистора

Новый Эталон Килограмма

может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый. »»»

Солнце Становится Ближе

получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory. »»»

Человек «Искрививший» Время

биография Альберта Эйнштейна — величайшего физика создавшего «Общую теорию относительности». »»»

Что за Очки у Будущего?

история создания, развития и будущее популярного оптического прибора. »»»

Усилитель — это приспособление для увеличения входного сигнала.

Усиление тока

Усилитель — это приспособление для увеличения входного сигнала. Электронные усилители увеличивают малые входные сигналы и образуют большие входные сигналы. На входе может быть ток или напряжение. Ра­нее было показано, что малый ток базы I_ь управляет гораздо большим током I_с, идущим от коллектора к эмиттеру через транзистор, и I_е = I_с +I_ь— По­скольку малый ток базы управляет большим током от коллектора к эмит­теру, то транзистор работает как уси­литель тока. Коэффициент усиления постоянного тока равен отношению стабильного тока коллектора к ста­бильному току базы: h_FE = I_c/I_b

Усилительная функция транзисто­ра может быть продемонстрирована с помощью цепи, показанной на ри­сунке 1. Для изменения тока, идущего через базу, применяется перемен­ное сопротивление, при этом будет изменяться и ток коллектора. Обрати­те внимание на постоянное сопротив­ление, которое не дает току базы ста­новиться настолько большим, чтобы повредить транзистор. Изменения зна­чений токов базы и коллектора по­казывают, что ток усиливается тран­зистором. Для транзистора с изменяю­щимися постоянными токами коэффи­циент усиления тока h_FE определяется по формуле

h_FE = изменение тока коллектора Δ I_c / изменение тока базы ΔI_b

Для транзистора ВС 108 типичны­ми значениями могут быть следующие: изменение тока базы с 10 мкА до 60 мкА приводит к изменению тока коллектора с 5 мА до 25 мА. Коэффи­циент усиления тока

Обратите внимание на то, что оба тока находятся в фазе в ходе изменения.

Усиление напряжения

Обычно усилители применяются для усиления напряжения, а не тока. Практическими примерами использо­вания транзисторных усилителей на­пряжения являются устройства связи,

сигнализации и радиол Усиление на­пряжения может быть достигнуто включением нагрузочного резистора в цепь коллекторного вывода транзисто­ра. Если к базе транзистора прило­жено переменное напряжение, то об­разуется изменяющийся ток базы, ко­торый будет усилен транзистором. Усиленный выходной ток, проходя че­рез нагрузочный резистор, образует изменяющееся усиленное выходное на­пряжение. Использование различных сопротивлений нагрузочного резисто­ра позволяет менять значение выход­ного напряжения.

Простой усилитель с одним тран­зистором показан на рисунке 2. Два резистора R₁ и R₂ действуют как делитель напряжения для образова­ния нужного смещения на базе тран­зистора. R_L, является нагрузочным ре­зистором, на котором будет создавать­ся выходное напряжение, а резистор R_e применяется для создания нужного смещения эмиттера. Конденсатор С добавляется в цепь базы, поскольку он блокирует постоянный ток, т. е. изолятор между пластинами конден­сатора не позволяет постоянному току проходить через него. Вместе с тем конденсатор пропускает переменный ток. Следовательно конденсатор С позволит сигналу переменного тока пройти на вход и блокирует любые компоненты постоянного тока, которые повлияли бы на смещение транзисто­ра. Конденсатор С называется сопря­гающим конденсатором. Малое напря­жение переменного тока, поступаю­щее к базе транзистора через сопрягающий конденсатор, будет усилено на нагрузочном резисторе (выходе). Обратите внимание, что усиленное вы­ходное напряжение по отношению к входному напряжению инвертировано (смещено по фазе на 180°). Увели­чение тока базы создаст увеличение тока коллектора, которое в свою оче­редь увеличивает разность потенциа­лов на R _L Результатом этого является понижение потенциала на X. Следо­вательно, увеличение входного напря­жения Vi создает уменьшение выход­ного напряжения V₀.Коэффициент усиления по напряжению определяет­ся как отношение изменения выходно­го напряжения к изменению входного напряжения, т. е. ΔV₀/V_i

3. Усиление с помощью транзистора

Рассмотрим схему усилительного каскада с транзистором n–p–n типа (рис. 5.7). Эта схема называется схемой с общим эмиттером (ОЭ), т.к. эмиттер является общей точкой для входа и выхода схемы.

Рис. 5.7. Схема включения транзистора с ОЭ

Входное напряжение, которое необходимо усилить, подается от источника колебаний ИК на участок база – эмиттер. На базу подано также положительное смещение от источника E₁, которое является прямым напряжением для эмиттерного перехода. Цепь коллектора (выходная цепь) питается от источника E₂. Для получения усиленного выходного напряжения в эту цепь включена нагрузка R_н.

C₁ – конденсатор большой емкости необходим для того, чтобы не происходила потеря части входного переменного напряжения на внутреннем сопротивлении источника E₁. C₂ – необходим для того, чтобы не было потери части выходного усиленного напряжения на внутреннем сопротивлении источника E₂.

Рассмотрим эквивалентную схему коллекторной цепи (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Эквивалентная схема коллекторной цепи при включении транзистора с ОЭ

Работа усилительного каскада с транзистором происходит следующим образом. Напряжение источника E₂ делится между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением транзистора r₀, которое он оказывает постоянному току коллектора. Это сопротивление приближенно равно сопротивлению коллекторного перехода r_к0 для постоянного тока. В действительности к сопротивлению r_к0 еще добавляются небольшие сопротивления эмиттерного перехода, а также n– и p–областей, но эти сопротивления можно не принимать во внимание.

Если во входную цепь включается источник колебаний, то при изменении его напряжения изменяется ток эмиттера, а следовательно, сопротивление коллекторного перехода r_к0. Тогда напряжение источника E₂ будет перераспределяться между R_н и r_к0. При этом переменное напряжение на peзиcтopе нагрузки R_н может быть получено в десятки раз большим, чем входное переменное напряжение. Изменения тока коллектора почти равны изменениям тока эмиттера и во много раз больше изменений тока базы. Поэтому в данной схеме получается значительное усиление тока и очень большое усиление мощности.

Для большей наглядности рассмотрим работу усилительного каскада с транзистором на числовом примере. Пусть питающие напряжения E₁ = 0,2 В и E₂ = 12 В, сопротивление резистора нагрузки R_н = 4 кОм и сопротивление транзистора r₀ при отсутствии колебаний на входе также равно 4 кОм, т.е. полное сопротивление коллекторной цепи равно 8 кОм. Тогда ток коллектора, который можно приближенно считать равным току эмиттера, составляет

Напряжение E₂ разделится пополам, напряжение на R_н и на r₀ будет по 6 В.

Пусть oт источника колебаний на вход поступает переменное напряжение с амплитудой 0,1 В. Максимальное напряжение на участке база – эмиттер при положительной полуволне становится равным 0,3 В. Предположим, что под влиянием этого напряжения ток эмиттера возрастает до 2,5 мА. Таким же практически станет и ток коллектора. Он создаст на резисторе нагрузки падение напряжения 2,5·4=10 В, а падение напряжения на сопротивлении r₀ транзистора уменьшится до 12–10 = 2 В. Следовательно, это сопротивление уменьшится до 2:2,5 = 0,8 кОм.

Через полпериода, когда источник колебаний даст напряжение, равное – –0,1 В, произойдем обратное явление. Минимальное напряжение база – эмиттер станет 0,2–0,1=0,1 В. Токи эмиттера и коллектора уменьшатся до 0,5 мА. На резисторе R_н падение напряжения уменьшится до 0,5·4=2 В, а на сопротивлении r₀ оно возрастет до 10 В. Следовательно, это сопротивление увеличится до 10:0,5=20 кОм.

Таким образом, подача на вход транзистора переменного напряжения с амплитудой 0,1 В вызывает изменение сопротивления от 0,8 до 20 кОм. При этом напряжения на резисторе нагрузки и на транзисторе изменяются на 4 В в ту и другую сторону (от 10 до 2 В). Следовательно, выходное напряжение имеет амплитуду колебаний 4 В, т. е. оно в 40 раз больше входного напряжения. Этот числовой пример является приближенным, так как на самом деле зависимость между током коллектора и входным напряжением нелинейна.

входное напряжение ;

напряжение на участке база – эмиттер где ;

ток коллектора

напряжение на нагрузке

где и

напряжение на выходе

где

Урок 4.2. Биполярный транзистор — режим усиления.

В предыдущей статье мы разбирались с основами усилителей, немного было сказано о том, что такое обратная связь и коэффициент усиления. Был приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть чуть глубже, чтобы понять основы основ.

Транзистор можно представить в виде переменного сопротивления. Положение регулятора зависит от тока подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень большое. При подаче на базу небольшого тока, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепи К-Э потечет ток в h21 раз больше тока базы. H21 это величина коэффициента усиления транзистора, находится по справочнику.

Если ток базы постепенно увеличивать, то сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, до тех пор пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы и рассматривали в статье про подключение нагрузки при помощи транзистора.

На этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, то сигнал на выходе будет являться копией входного, но усиленный в несколько раз. Теперь разберемся с усилением. Дело в том, что h21, имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора может находиться в пределах от 400 до 1000. Так же, он зависит от температуры. Поэтому, существует типовая схема усиления, которая учитывает все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать какие они вообще бывают.

Вспомним что мы представляли усилитель, как черный ящик — две ножки вход и две выход. В случае с транзистором, одна из ножек будет постоянно общей для входа и для выхода. В зависимости от этого транзистор может быть включен по схеме с общем базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Наша цель рассмотреть включение по схеме с общим эмиттером, потому что данная схема позволяет усилить и ток, и напряжение.

На самом деле, информации с расчетом схемы с общим эмиттером в интернете полно, но на мой взгляд, она не годится для человека, который с трудом представляет себе как выглядит транзистор. Здесь мы будет рассматривать максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приближенный, но, нам мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся шаг за шагом разложить все по полочкам.

Реальный транзистор имеет несколько особенностей, которые нужно учитывать при разработке схемы. Например, если сигнал маленькой амплитуды подать на базу, то на выходе ничего не будет — транзистор просто напросто не откроется. Для того, чтобы на выходе появился сигнал, его нужно приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается при помощи делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимание, расчет будет чуть дальше.

Следующий момент, когда транзистор будет открываться, то по цепи коллектор-эмиттер потечет ток, причем когда транзистор будет полностью открыт, то ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Величина максимального тока приводится в справочнике, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора ставится токоограничивающий резистор (как для светодиода).

Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что когда под влиянием окружающей температуры напряжение на выходе изменяется, изменяется и ток коллектора. Так как ток коллектора и эмиттера одинаков, то и на эмиттерном резисторе изменяется напряжение. Напряжение базы и эмиттера связаны формулой U_бэ = U_б – U_э. получается, что если на выходе напряжение увеличилось, то на базе оно уменьшится, при этом транзистор призакроется и наоборот. Таким образом транзистор сам себя регулирует, не давая напряжению изменяться под действием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор играет роль отрицательной обратной связи.

Вспомним, что коэффициент усиления находится в довольно большом диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи, позволяет контролировать величину коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллекторного резистора к эмиттерному, примерно, является коэффициентом усиления Ku.

Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для того чтобы ток от внешнего источника VCC не протекал через источник V1 ставят блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

Теперь, задача рассчитать его. Пусть дан источник сигнала 50mV, который нужно усилить примерно в 10 раз.

Чтобы не было искажения сигнала, на базу необходимо подавать напряжение смещения, т.е. транзистор должен быть постоянно приоткрыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе, по цепи коллектор-эмиттер постоянно будет протекать ток. Этот ток называется ток покоя, его рекомендуемая величина 1-2мА. Остановимся на 1мА.

Теперь нужно выбрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но необходимо учесть, что транзистор не сможет усиливать напряжение ниже 0,7В, поэтому сигнал на выходе обычно колеблется относительно некоторой точки, в качестве которой обычно выбирают половину напряжения питания. Поэтому половина напряжения должна падать на этих резисторах, а вторая половина будет падать на транзисторе.

R3+R4 = (Uпит/2)/Iк = 2,5В/0,001 = 2,5кОм.
Требуемый коэффициент усиления 10, т.е. R3 должен быть больше R4 в 10 раз. Исходя из этого есть два условия:
R3+R4=2500
R3=10*R4

Подставим в первую формулу второе выражение
10R4+R4=2500
11R4=2500
R4=227 Ом ближайший реально существующий номинал 220 Ом
R3=10*R4=2270 ближайший номинал 2,2кОм

Пересчитаем напряжение средней точки на выходе, с учетом выбранных резисторов:
Uк=Uпит-(Rк*Iк)=5-2,2*0,001=2,8В

Теперь нужно вычислить ток базы, для транзистора BC547C h21min=420
Iб=(Uпит/(Rк+Rэ))/h21=(5/(2200+220))/420=0,00000492А

Ток делителя R1,R2 должен быть в 5-10раз больше тока базы, для того, чтобы не оказывать на него влияния
Iд=Iб*10=0,0000492А

Рассчитаем общее сопротивление делителя R1,R2
R12=Uпит/Iд=5/0,0000492=101 692 Ом

Резистор R2 можно рассчитать зная напряжение на базе, для начала определим напряжение эмиттера:
Uэ=Iк0*Rэ= 0,001*220=0,22В

Напряжение Uбэ типовое для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
Uб=Uэ+Uбэ=0,22+0,66=0,88В

Отсюда вычислим сопротивление R2:
Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Eп=(101*0,88)/5=17 776 или 18кОм по номинальному ряду

Из их суммы R1,R2 можно найти R1
R1=R12-R2=101-18=83кОм или 82кОм из существующих

Остался только блокировочный конденсатор, его величина должна быть больше
C>>1/2*pi*f*R2||R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, возьмем 20Гц
С=1/(6,28*20*((82000*18000)/82000+18000))=0,53мкФ, можно поставить 0.47мкФ

В результате мы получили следующую схему:

Как видно выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Кu=432/50

8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще один момент, на графиках видно, что сигнал, как уже говорилось, смещен относительно нуля, убрать постоянную составляющую можно поставив на выход конденсатор. Так же обратите внимание, что усиленный сигнал смещен относительно входного на 180 градусов.

65 комментариев: Урок 4.2. Биполярный транзистор — режим усиления.

Будьте любезны,подскажите пожалуйста,как скинуть сюда какое либо изображение?Мог бы скинуть фото или рисунок своей схемы,для понятия обоих сторон.

Вот эту ссылку выделить,потом посмотреть можно в Яндексе,там обсуждалась эта схема.Только без понижающего трансформатора,пытаюсь собрать,параметры конечно тоже другие,как ранее описал.

Вставлять обычными html тегами.

По поводу самой схемы уровень сигнала подстраивается r2, r4, r6, но вопрос скорее не в этом.

Так в чем тогда?В этой схеме транзисторы прямой проводимости,а D13009 обратной.А сопротивления база коллектор,пока еще нет.Вот и пытаюсь у Вас как у специалиста спросить,возможен ли он там?Быть может собрать эту схему на кт315,с нее выход подать на D13009.Пробовал кт 972,это составной транзистор,но почему то не пошло ничего.

Тут нет места гаданиям. По Вашим фразам можно понять, что Вы не представляете, что есть на входе и что должно получиться на выходе, отсюда и все проблемы. Составьте для себя максимально подробное тз, какой сигнал должен быть на входе, какой сигнал должен быть на выходе, какие частоты должны проходить, какие не должны. Ответы на эти вопросы, кроме Вас никто не знает. Когда Вы самостоятельно дадите ответы, тогда еще раз прочитайте статью и все остальные вопросы отвалятся. Останется практическая часть. Берёте генератор, подаете на вход сигналы нужной частоты, смотрите осциллографом уровень сигнала до и после транзистора. Подстраиваете уровни. И наверняка не нужно сразу лепить 220В, заведите сначала на каких нибудь лампочках для фонарика, это существенно облегчит задачу.

�� Пока общался с Вами,еще раз просмотрел много разных схем.Привлекла одна из них,это прометей-1.Выходит да,нужно спаять схему на более низкое напряжение,потом с нее подать на выходные транзисторы,которые задумал поставить.Низковольтные схемы цветомузыки чем не заинтересовали меня.У них для того чтобы осветить экран хотя бы по 4 лампочки на канал,нужен такой большой и мощный трансформатор.Вот и зародилась такая идея.Ведь технологии не стоят на месте.Сейчас стали более доступны мощные транзисторы.А светодиодная работа,тоже не подходит.У них режим работы не тот что у лампочек накаливания.Про тиристоры и не буду писать.Так что большое спасибо.А цветомузыка это всегда работа раздумий,а не изготовление шаблонов.Ведь творишь искусство,рисования музыки на экране.А не простые всполохи того или иного цвета.И еще на всякий случай,посоветуйте на Ваш вкус какую либо схему.Очень рад общению.