Мендл М. 200 избранных схем электроники. Матью Мэндл 200 избранных схем электроники редакция литературы по информатике и электронике 1978 PrenticeHall, Inc
 Скачать 2.25 Mb.
|
|
1.11. Двухтактные усилители В двухтактных усилителях (звуковых или радиочастотных) используются два транзистора, включенных на балансной схеме. Выходная мощность двухтактного усилителя более чем в два раза выше выходной мощности, получаемой в однотактной схеме. Кроме того, в двухтактной схеме снижается содержание четных гармоник в сигнале, поэтому для данного напряжения питания усилитель позволяет получать большую неискаженную мощность. Рис. 1.14. Двухтактная схема с бестрансформаторным выходом. Как уже обсуждалось в разд. 1ЛО, на входы двухтактного усилителя, собранного на одинаковых транзисторах, необходимо подавать сигналы, сдвинутые по фазе на 180°. Поэтому при работе в классе С или В транзисторы попеременно открываются в каждом периоде входного сигнала; полный выходной сигнал получается при сложении сигналов каждой половины в выходном трансформаторе. При работе в классе А проводимости транзисторов усилителя в каждом полупериоде входного сигнала различны. Поэтому, когда ток первого транзистора увеличивается, ток второго транзистора уменьшается. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора выделяется суммарная мощность выходных сигналов двух транзисторов. Рис 1.15. Бестрансформаторный двухтактный усилитель низкой частоты на транзисторах с проводимостью разного типа. Два варианта построения схем двухтактных усилителей были рассмотрены в разд. 1.10 (рис. 1.13). На рис. 1.14 показан еще один тип схемы двухтактного усилителя низкой частоты. Здесь используется входной трансформатор с двумя вторичными обмотками, а выходной трансформатор отсутствует. Как и в других транзисторных усилителях, транзисторы n — р — n-типа, изображенные на рис. 1.14, а можно заменить транзисторами р — n — р-типа, изменив соответствующим образом полярность источников питания. Как можно видеть из рис. 1.14, отрицательное напряжение, поступающее от источника питания В 2 через катушку громкоговорителя, создает необходимое прямое смещение эмиттерного перехода транзистора Т 2 . Так как ниж- ний вывод источника питания В 2 и коллектор Т 2 заземлены, то потенциал коллектора Т 2 выше потенциала эмиттера, что необходимо для создания обратного смещения коллекторного пеое-хода. Требуемый положительный потенциал базы транзистора Т 2 относительно эмиттера обеспечивается при помощи делителя напряжения на резисторах R 1 и R 2 ; делитель связан с источником питания В 2 через заземленный коллектор транзистора Т 2 . Полярность падений напряжений на резисторах указана на рисунке; как можно видеть, потенциал базы Т 2 положителен относительно эмиттера. Прямое смещение для транзистора Т 3 также создается делителем напряжения на резисторах Rз и R 4 , подключенных к батарее В 1 . Падение напряжения на резисторе R 4 обеспечивает положительный потенциал базы транзистора T 3 и отрицательный потенциал эмиттера. Отрицательный вывод батареи В 1 соединен непосредственно с эмиттером транзистора T 3 , а необходимое обратное смещение коллекторного перехода этого транзистора создается подключением коллектора к положительному выводу батареи В 1 через катушку громкоговорителя. Как показано на рисунке, входной трансформатор имеет две вторичные обмотки, что обеспечивает поступление входных напряжений на двухтактный усилитель в противофазе, т. е. сигнал, приложенный к базе одного транзистора, находится в противофазе с сигналом базы другого транзистора. Коллекторно-эмиттерные цепи транзисторов Т 2 и T z как бы включены последовательно с источниками питания. Оба транзистора соединены с катушкой индуктивности громкоговорителя так, что указанные элементы образуют мост, эквивалентная схема которого приведена на рис. 1.14, б. Если транзисторы хорошо подобраны, то падения напряжений на них будут равны. А если напряжения источников питания одинаковы и равны их внутренние сопротивления, то мост окажется сбалансированным и постоянный ток через катушку громкоговорителя будет равен нулю. Когда на вторичных обмотках входного трансформатора появится звуковой сигнал, то на базу одного транзистора поступит положительная полуволна, а на базу другого — от- рицательная. В связи с этим проводимость одного транзистора возрастет, а другого уменьшится, через транзисторы потекут разные токи и мост разбалансируется. Разбаланс моста приведет к появлению сигнального напряжения на катушке громкоговорителя, и, следовательно, через нее потечет ток сигнала, а в громкоговорителе появится звук. Сопротивление катушки громкоговорителя, необходимое для согласования с транзисторным двухтактным усилителем, намного меньше сопротивления, требуемого для согласования с двухтактным усилителем на лампах. Так как транзисторные схемы имеют малое выходное сопротивление, они хорошо согласуются с низкоомными громкоговорителями. На рис. 1.15 показана схема двухтактного усилителя на двух транзисторах с проводимостью разного типа. В этой схеме транзистор TI не является фазоинвертором, поскольку с его выхода на базовые входы транзисторов Т 2 и T z (подаются сигналы одной и той же фазы и полярности. Предположим, что на входы транзисторов поступает положительная полуволна сигнала. Положительный входной сигнал увеличивает прямое смещение транзистора Т 2 n — р — n-типа, а следовательно, и его проводимость. Прямое же смещение транзистора 7з и его проводимость при этом уменьшаются, поскольку это транзистор с другим типом проводимости. Таким образом, действие входного сигнала на транзистор Т 5 обратно действию на транзистор Т 2 . При отрицательном входном сигнале прямое (Смещение транзистора Т 2 уменьшается, а транзистор а Т 3 увеличивается. Теперь проводимость Т 2 уменьшилась, а проводимость Т 3 увеличилась, т. е. схема, собранная на транзисторах с проводимостью разного типа, обеспечивает такие же выходные параметры, как схема двухтактного усилителя на транзисторах одного типа с фа-зоинвертором или трансформатором. Таким образом, в последней схеме также реализуется двухтактный режим работы, при котором в одни моменты времени на резистор R& поступает положительный сигнал через R 6 , а в другие моменты — отрицательный через R 7 . Следовательно, в положительные полупериоды сигнал на громкоговоритель поступает через резистор R & , а в отрицательные через резистор R? Цепочка R 4 C 4 обеспечивает отрицательную обратную связь в схеме (см. разд. 1.8). В качестве резистора R 5 служит термистор, сопротивление которого меняется при изменениях температуры. Этим достигается стабилизация токов и напряжений транзисторов. При работе громкоговорителя резистор RQ отключен. Если же в гнездо вставить штекер телефона, то громкоговоритель отключается, а последовательно с телефоном для предохранения его от перегрузок включается резистор сопротивлением 120 Ом. Это стандартный способ подключения телефона, причем величина сопротивления резистора может достигать 330 Ом. Иногда в схемах такого типа исключают разделительный конденсатор Cs, а нижний вывод громкоговорителя присоединяют непосредственно к земле. Конденсатор Cs (220 мкФ) представляет собой малое реактивное сопротивление для сигналов звуковых частот и поэтому заземляет их. Так как выводы транзистора Т 2 имеют более высокие потенциалы относительно земли, чем выводы транзистора Г 3 (коллектор которого заземлен), то для симметрирования схемы и выравнивания токов выходных транзисторов иногда используют дополнительные резисторы и конденсаторы. Гл ава 2 УСИЛИТЕЛИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2.1. Схема Дарлингтона Обозначение составного транзистора, выполненного ! из двух отдельных транзисторов, соединенных по схеме Дарлингтона, указано на рис. 2Л,а. Первый из упомянутых транзисторов включен по схеме эмиттерного повторителя, сигнал с эмиттера первого транзистора поступает на базу второго транзистора. Достоинством этой схемы является исключительно высокий коэффициент усиления. Общий коэффициент усиления по току р для этой схемы равен произведению коэффициентов усиления по току отдельных транзисторов: р = р г р 2 . Например, если входной транзистор пары Дарлингтона имеет коэффициент усиления, равный 120, а коэффициент усиления второго транзистора равен 50, то общее р составляет 6000. В действительности усиление будет даже несколько большим, так как общий коллекторный ток составного транзистора равен сумме коллекторных токов пары входящих в него транзисторов. Полная схема составного транзистора показана на рис. 2.1,6. В этой схеме резисторы R 1 и R 2 составляют делитель напряжения, создающий смещение на базе первого транзистора. Резистор Rн, подключенный к эмиттеру составного транзистора, образует выходную цепь. Такой прибор широко .применяется на практике, особенно в тех случаях, когда требуется большой коэффициент усиления по току. Схема имеет высокую чувствительность к входному сигналу и отличается высоким уровнем выходного коллекторного тока, что позволяет использовать этот ток в качестве управляющего (особенно при низком напряжении питания). Применение схемы Дарлингтона способствует уменьшению числа компонентов в схемах. Рис. 2.1. Схема Дарлингтона. Схему Дарлингтона используют в усилителях низкой частоты, в генераторах и переключающих устройствах. Выходное сопротивление схемы Дарлингтона во много раз ниже входного. В этом смысле ее характеристики подобны характеристикам понижающего трансформатора. Однако в отличие от транформа- тора схема Дарлингтона позволяет получить большое усиление по мощности. Входное сопротивление схемы примерно равно $ 2 Rn, а ее выходное сопротивление обычно меньше R н . В переключающих устройствах схема Дарлингтона применяется в области частот до 25 кГц. 2.2. Операционные усилители Операционные усилители — специальные усилители постоянного тока (УПТ), которые отличаются высоким коэффициентом усиления (иногда более 1 млн.) и пологой частотной характеристикой. В этих усилителях для получения линейной характеристики используют непосредственную связь между каскадами. Поэтому полоса пропускания таких усилителей занимает область от нуля до весьма высоких частот. Обычно для получения требуемого операционного соотношения между выходным и входным импедансами операционного усилителя вводят цепь обратной связи. Рис. 2.2. Операционный усилитель. На рис. 2.2 показана типичная схема операционного усилителя. Коэффициент обратной связи р выражает относительную величину напряжения, поступающего по цепи обратной связи с выхода на вход. Отрицательная обратная связь (ОС) ослабляет шумы, частотные искажения сигнала и расширяет полосу пропускания (см. разд. 1.8). Сигнал обратной связи, поступающий на вход усилителя, усиливается и проходит на выход в противофазе с действующим там сигналом. В результате выходной сигнал ослабляется в степени, определяемой глубиной обратной связи. Пусть при отсутствии обратной связи входной сигнал е ът усиливается (коэффициент усиления схемы без цепи обратной связи обозначим буквой А) и на выходе получается сигнал е выг (2.1) Следовательно, коэффициент усиления схемы без обратной связи, или коэффициент усиления схемы с разомкнутой петлей обратной связи, есть отношение мгновенных значений выходного и входного напряжений сигнала ;, (2.2) Перед коэффициентом обратной связи |3 ставят знак минус, если обратная связь отрицательна; в схемах генераторов, где используется положительная обратная связь, перед (3 ставят знак плюс. Символом А' обозначают коэффициент усиления схемы, охваченной обратной связью. Произведение Л|3 называют фактором обратной связи. Величина (1 — Л(3) есть мера глубины обратной связи. Уравнения усиления для схемы с обратной связью имеют вид (2.3) где А' — коэффициент усиления усилителя с обратной связью, А — коэффициент усиления усилителя без обратной связи, Р — коэффициент обратной связи. Если фактор обратной связи много больше единицы, то величина коэффициента усиления по напряжению практически не зависит от А и для коэффициента усиления по напряжению схемы с обратной связью можно записать следующее выражение: (2.4) Поскольку отрицательная обратная связь ослабляет также и искажения сигнала, полезно выразить величину искажений сигнала на выходе схемы. Обозначим относительную величину искажений сигнала на выходе схемы при наличии и при отсутствии обратной связи соответственно D' и D; тогда можно записать уравнение (2.5) Таким образом, как величина коэффициента усиления сигнала, так и величина его искажений ослабляются одинаково, причем величина ослабления определяется глубиной обратной связи (il — Лр). Если, например, абсолютная величина глубины обратной связи равна 3, а величина коэффициента усиления без обратной связи равна 60, то при наличии обратной связи величина коэффициента усиления составит Соответственно, если относительная величина искажений сигнала составляла 6%, то при действии обратной связи она упадет до 2%: Когда фактор обратной связи много больше единицы (и коэффициент усиления сигнала по напряжению не зависит от А), выходное напряжение е вых определяется только значениями токов сигнала, протекающих по сопротивлениям R 1 и R 2 , и входного напряжения е в х (рис. 2.2). Поэтому в операционных усилителях с высоким коэффициентом усиления при наличии обратной связи выходное напряжение сигнала схемы определяется следующим выражением: (2.6) 2.3. Дифференциальные усилители Схема дифференциального усилителя содержит два транзистора, у которых эмиттеры соединены непосредственным образом (рис. 2.3, aj. К общей точке объединенных эмиттеров подключен резистор Я 3 - Схема имеет два входа и два выхода. К достоинствам дифференциального усилителя можно отнести большую полосу пропускания, высокую стабильность работы и широкий диапазон применений. Дифференциальный усилитель можно использовать как смеситель для гетеродинирования нескольких сигналов, как ограничитель для ограничения максимальной и минимальной величин сигнала, в качестве модулятора, а также умножителя частот сигнала. Поскольку такой усилитель имеет мало компонентов (отсутствуют конденсаторы и индуктивности), он широко используется в интегральных микросхемах и часто входит в состав операционных усилителей, описанных в разд. 2.2. Рис. 2.3. Схемы дифференциальных усилителей. Возможны несколько вариантов использования этой схемы. В первом варианте (рис. 2.3, а) сигнал поступает только на один из входов (при этом второй вход может быть заземлен). Поэтому, если сигнал поступает на вход транзистора Т 1 , то усиленный сигнал появится на коллекторе этого транзистора. Как и з схеме с общим эмиттером, входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 180°. Изменения сигнального тока, проте- кающего через резистор R 3 , приводят к незначительному изменению падения напряжения на нем. Так как токи обоих транзисторов T 1 и Т 2 протекают через резистор R 3 , то ток транзистора Т 2 также будет меняться в соответствии с изменением тока транзистора Т 1 . Если, например, на базу транзистора Т 1 поступает положительная полуволна входного сигнала, то прямое напряжение на эмиттерном переходе возрастет и ток коллектора транзистора Т 1 увеличится. Поэтому падение напряжения на R 1 также увеличится и потенциал коллектора станет менее положительным. Это изменение падения напряжения представляет собой отрицательный сигнал, и, следовательно, между входным и выходным напряжениями образуется сдвиг фаз в 180°. Увеличение тока транзистора Т 1 вызовет увеличение (хотя и небольшое) тока через резистор R 3 и приведет к небольшому возрастанию потенциала объединенных эмиттеров. В резуль-1ате прямое напряжение на эмиттерном переходе транзистора Т 2 уменьшится и ток через Т 2 также уменьшится, что вызовет уменьшение падения напряжения на резисторе R 2 . Коллектор транзистора Т 2 становится более положительным, т. е. на нем появляется сигнал, находящийся в противофазе с сигналом на коллекторе T 1 . Таким образом, данный усилитель представляет собой парафазный усилитель. Если выходной сигнал снимается с коллектора транзистора T 1 , то схема представляет собой однотактный инвертирующий усилитель. Если же выходной сигнал снимается с коллектора Т 2 , то схему можно рассматривать как однотактный неинвертирующий усилитель. Сигнал можно подавать на две базы (рис. 2.3,6); в этом случае вход схемы называют дифференциальным [При любой конфигурации схем, показанных на рис. 2.3, снимаемый сигнал пропорционален разности потенциалов на входах усилителя, т. е. разностному (дифференциальному) сигналу. — Прим. ред.]. Выходной сигнал (рис. 2.3, в) можно снимать с коллектора транзистора Т 1 или Т 2 , а также с обоих коллекторов для получения симметричного выхода относительно земли. Важной характеристикой дифференциального усилителя является характеристика передачи напряжения при действии синфазного сигнала одновременно на оба входа. Если на вход усилителя поступают сигналы помехи, такие, как пульсации источника питания, сигналы наводки, обусловленные влиянием паразитных связей, излучения и т. д., то такие сигналы находятся в фазе на обоих входах, так что на эмиттерном резисторе RZ действует разностный сигнал. Синфазные сигналы взаимно ослабляются, не оказывая заметного воздействия на полезный усиливаемый сигнал. По этой причине дифференциальный усилитель мало чувствителен к наводкам переменного тока. Когда такие наводки появляются на обоих входах одновременно, они взаимно подавляются. Лучшие характеристики дифференциального усилителя получаются на хорошо подобранной паре транзисторов и коллекторных резисторов. Наилучшей стабильности и оптимальных характеристик можно достичь, если увеличить величину сопротивления общего резистора в цепи эмиттера, поскольку в этом случае этот элемент ведет себя как источник постоянного тока с большим внутренним сопротивлением. В результате ослабляется связь между входными и выходными цепями транзисторов. Однако при этом вследствие большого падения напряжения на Rз необходимо значительно увеличить напряжение источника питания. Для улучшения характеристик можно использовать отдельный источник тока. Характеристики усилителя тем лучше, чем выше внутреннее сопротивление источника тока. Если в схеме на рис. 2.3, а высокое значение сопротивления источника тока получают путем увеличения R 3 , то в схеме на рис. 2.3, г этого достигают другим способом. В последнем случае используют дополнительные транзистор и резистор. В схеме на рис. 2.3, г, соответствующей схеме транзистора с ОБ, выходное сопротивление для постоянного тока в коллекторной цепи транзистора Г 3 весьма велико — значительно больше R 3 . Это позволяет уменьшить величину сопротивления R z , в результате чего уменьшаются падение напряжения и рассеиваемая мощность на R 3 , а также потребляемая мощность по сравнению с аналогичными параметрами для схемы на рис. 2.3, а. Известны другие, более .совершенные схемы построения источников постоянного тока. В этих схемах вместо резистора R4 применяют диод со специально подобранными характеристиками, который способен компенсировать изменение смещения транзистора 7 3 , вызываемое нестабильностью температуры. 2.4. Усилитель сигнала выключения канала цветности В цветном телевизионном приемнике необходимо генерировать поднесущую, которая должна подмешиваться к боковым полосам входных сигналов цветности, передаваемых с учетом требований к спектру сигнала цветности без поднесущей (см. разд. 4.6) [В СССР используются другая система и другой стандарт цветного телевидения. — Прим. перев.]. В черно-белом приемнике отсутствуют генератор поднесущей, полосовые усилители сигналов цветности, а также другие каскады, имеющие отношение к получению цветного изображения; поэтому в таком устройстве при приеме сигналов цветности помех не возникает. Однако при приеме и воспроизведении сигналов черно- белого изображения в цветных телевизионных приемниках могут возникать некоторые нарушения нормальной работы. При прохождении черно-белых сигналов через каскады,, предназначенные для получения цветного изображения, черно-белые тона воспроизводятся плохо. Поэтому необходима специальная схема, которая бы автоматически отключала полосовой усилитель сигналов цветности на время приема сигналов черно-белого изображения. Такая схема изображена на рис. 2.4; ее называют выключателем канала цветности (color killer). Здесь схема на транзисторе Т 1 одновременно выполняет функции фазового детектора, ключевого каскада и усилителя. Этот транзистор открыт только в отсутствие сигнала цветовой синхронизации, называемого также сигналом цветовой вспышки (reference burst signal). При открытом транзисторе Т 1 падает практически до нуля прямое смещение транзистора полосового усилителя и канал сигналов цветности при приеме сигналов черно- белого изображения, поступающих без сигнала цветовой синхронизации, выключается. Как показано на рис. 2.4, сигнал цветовой синхронизации подается на трансформатор, состоящий из индуктивных обмоток L 1 и L 2 . Этот сигнал частотой 3,58 МГц поступает на схему фазового детектора. Основные процессы, протекающие в этом каскаде, более полно описаны в гл. 9. В фазовом детекторе сравнивается входной сигнал цветовой синхронизации с сигналом генератора поднесущей. Когда присутствуют оба сигнала,, то в фазовом детекторе устанавливается нулевое смещение базы транзистора Т 1 , что приводит к запиранию последнего, Установка смещения производится потенциометром R 10 , который регулирует состояние баланса в фазовом детекторе. Рис. 2.4. Усилитель-выключатель сигналов цветности. Прямое смещение на транзистор Т 2 полосового усилителя подается через резистор R 7 ; при запертом транзисторе Т 1 транзистор Тъ открыт. В таком состоянии полосовой усилитель нормально усиливает входной видеосигнал. При .приеме же сигналов черно-белого изображения, не содержащих сигналов цветовой синхронизации, возникает разбаланс моста фазового детектора, что приводит к появлению положительного напряжения на базе Т 1 и к отпиранию этого транзистора. Ток транзистора Т 1 создает значительное падение напряжения на резисторе R 7 (полярность .падения напряжения указана на рисунке). Это приводит к резкому уменьшению прямого смещения транзистора Тъ, который запирается, в результате чего видеосигналы пе- рестают проходить через полосовой усилитель на Т 2 . 2.5. Полосовой усилитель сигналов цветности Полосовой усилитель сигналов цветности в цветном телевизионном приемнике служит для выделения (отфильтровывания) импульсов синхронизации и цветовой вспышки из полного видеосигнала для того, чтобы воспрепятствовать прохождению указанных сигналов на вход кинескопа и появлению на экране интерференционных полос. Для достижения этого необходимо периодически, в определенные моменты времени выключать транзистор. Полосовой усилитель устанавливается между выходом видеоусилителя и детектором (демодулятором) сигналов цветности. Типичная схема полосового усилителя показана на рис. 2.5. Как можно видеть, сигнал с видеоусилителя поступает на катушку индуктивности L 1 , снабженную подстроечным сердечником, при помощи которого устанавливается максимальный коэффициент передачи сигнала. Нижний вывод резистора Rз соединен со схемой канала цветности, описанной в разд. 2.4. В схеме, показанной на рис. 2.5, в точку соединения конденсаторов С 2 и C z , шунтирующих первичную обмотку трансформатора L 2 , поступает импульсный сигнал с выхода строчного трансформатора. Этот сигнал называют бланкирующим сигналом или сигналом гашения. Так как полярность бланкирующего импульса противоположна полярности источника питания, то в течение короткого времени действия он прерывает прохождение тока через транзистор. Бланкирующий импульс существует только во время интервала строчного гасящего импульса и выключает ток транзистора только на это время. Поэтому ни сигналы синхронизации, ни сигнал цветовой вспышки частотой 3,58 МГц не усиливаются. Таким образом, полосовой усилитель усиливает только собственно видеосигналы. Рис. 2.5. Полосовой усилитель сигналов цветности. Выходной сигнал, появляющийся на вторичной обмотке L 3 , поступает либо на следующий каскад усилителя, если требуется дополнительное усиление, либо непосредственно на схему демодулятора цветности. Для пропускания сигналов цветности полосу пропускания контура, настроенного на частоту 3 ; 58МГц, расширяют при помощи шунтирующего резистора R 6 . Для большего ослабления яркости более низкочастотных черно-белых компонентов сигнала используются дополнительные фильтрующие цепи. При помощи резистора R 7 — регулятора цвета — устанавливают нужную амплитуду сигнала, прикладываемого к последующим каскадам. С увеличением сопротивления между выхо-. дом полосового усилителя и демодулятором цветности уменьшается амплитуда сигнала и интенсивность цвета ослабляется. Таким образом, эта регулировка аналогична регулировке контрастности в черно-белых телевизионных приемниках. 2.6. Усилитель сигналов цветности После демодуляции сигналов цветности их следует усилить до уровня, необходимого для нормальной работы трубки. Для получения цветного изображения сигналы цветности смешивают с сигналом яркости. На рис. 2.6 показана типичная схема» собранная на трех транзисторах для усиления соответственно сигналов синего, красного и зеленого цвета. При смешивании этих цветовых составляющих различным соотношениям уровней этих сигналов соответствуют различные цвета, появляющиеся на экране трубки. Усилители работают в обычном режиме, и сигналы, поступающие на базовые входы, усиливаются и появляются в коллекторных цепях. Для точного подбора прямого и обратного смещений используют резисторы. Как следует из приводимой схемы, имеются два регулятора цвета — резистор R 2 (для синего цвета) и резистор R 4 (для красного цвета). Поэтому для того чтобы установить необходимое соотношение уровней усиления усилителей цветовых сигналов, уровни усиления синего и красного цвета подгоняют под фиксированный уровень зеленого. Так, например, если уровень зеленого велик по сравнению с уровнями синего и красного, последние увеличивают. Если уровень зеленого мал, то уровни красного и -синего уменьшают, так что уровень зеленого возрастает. Между выводом источника литания и сопротивлениями нагрузки коллекторных цепей включают высокочастотный дроссель. Этот дроссель устраняет паразитные связи между схемами, подключенными к источнику питания. Искровые разрядники предназначены для ограничения высоковольтных импульсов, возникающих в схеме. Рис. 2.6. Усилители сигналов цветности. 2.7. Схема стробирования цветовой вспышки При цветной телевизионной передаче на заднем уступе строчного гасящего импульса передается сигнал цветовой синхронизации, называемый также сигналом цветовой вспышки, в виде 9 периодов колебаний поднесущей частотой 3,58 МГц. Этот опорный сигнал служит для синхронизации генератора поднесущей той же частоты в телевизионном приемнике. Генератор воспроизводит в приемнике цветовую по дне сущую, кото- рая была подавлена в передатчике. Восстановленная в приемнике поднесущая добавляется к сигналу боковых полос, что необходимо для правильного детектирования сигналов цветности. Рис. 2.7. Устройство стробирования и усиления сигнала цветовой вспышки»- В телевизионном приемнике необходимо из полного видеосигнала выделить сигналы цветовой синхронизации, чтобы подать их в соответствующие цепи. Нежелательные сигналы устраняются схемой стробирования (рис. 2.7). Эта схема представляет собой транзисторный каскад с двумя входами и транс- форматорным выходом. Транзистор Т 1 открыт только в те моменты времени, когда поступает сигнал цветовой вспышки. Он производит также некоторое усиление сигнала цветовой синхронизации, однако, если требуется сигнал большей амплитуды, обычно используют дополнительный усилитель (каскад на транзисторе Т 2 ). В транзисторе Т 1 n — р — n-типа (рис. 2.7) для создания прямого смещения эмиттерного перехода, отпирающего транзистор, потенциал базы должен быть положительным относительно эмиттера. Поскольку резистор Rz заземлен, он имеет общую точку с нижним выводом резистора R z . Однако падение напряжения на R 3 возникает практически только при открытом транзисторе Т 1 , поскольку специфической особенностью режима работы этой схемы является то, что основную часть времени транзистор Т 1 заперт. Как видно, полный видеосигнал, поступающий с выхода видеоусилителя, подается на базовый вход устройства стробирования цветовой вспышки через конденсатор С 1 . Через резистор R 1 на базовый вход подается включающий положительный импульс. Этот импульс поступает с отвода выходного трансформатора строчной развертки и существует в течение строчного гасящего импульса, причем амплитуда импульса включения устанавливается достаточно большой для создания прямого смещения, поддерживающего транзистор в открытом состоянии. Так как в течение времени действия гасящего импульса передается также и цветовая вспышка, то транзистор отпирается именно на то время, когда она появляется в видеосигнале, поступающем на базу транзистора. Стробирующий импульс включения, снимаемый с коллектора, -поступает на выходной транс- форматор, через который он передается на усилитель сигналов цветовой синхронизации и другие схемы. Стробирующий импульс задерживается примерно на 3 — 5 мкс для предотвращения прохождения строчного синхроимпульса, а также для того,. чтобы транзистор был открыт во время действия сигнала цветовой вспышки. Как уже отмечалось, сигнал цветовой синхронизации содержит примерно 9 периодов колебаний поднесущей. Конденсатор С 3 образует с первичной обмоткой трансформатора резонансный контур, который настраивается на частоту 3,58 МГц подстроечным сердечником, перемещающимся .между первичной и вторичной обмотками. После дополнительного усиления этот сигнал поступает на фазовый детектор и гене- ратор поднесущей для автоматической подстройки частоты генератора. 2.8. Магнитные усилители Магнитные усилители применяются в промышленной электронике для регулирования мощности, используемой в той или иной нагрузке или системе. Магнитные усилители могут управлять большими мощностями при управляющих сигналах очень малой мощности. Они отличаются от обычных НЧ- и УВЧ-уси- лителей тем, что в них вместо транзисторных элементов используется специальный дроссель, называемый насыщающимся дросселем, который снабжен специальными обмотками, позволяющими регулировать выходную мощность. Магнитные усилители могут изготавливаться на значительные .мощности. Они отличаются большим сроком службы, высокой прочностью и простотой конструкции. Их основные недостатки немногочисленны: узкая полоса пропускания и высокий уровень нелинейных искажений. Однако для усиления звуковых сигналов магнитные усилители не применяют, а для усиления мощности эти недостатки не существенны. Рис. 2.8, а поясняет принцип работы магнитного усилителя. В усилителе используется трехстержневой ,(Ш- образный) сердечник, подобный применяемым в стандартных трансформаторах. Сердечник изготовляется из магнитного материала, имеющего прямоугольную (Петлю гистерезиса (штриховая линия на рис. 2.8,6). Магнитная проницаемость материала сердечника не является фиксированной величиной, а зависит от величины магнитной индукции (соответствующая кривая приведена на рис. 2.8, б). Заметим, что магнитная проницаемость, имеющая малую величину при нулевом значении напряженности магнитного поля, вначале нарастает с увеличением напряженности намагничивающего поля и достигает максимальной величины при некотором среднем уровне напряженности магнитного поля непосредственно леред переходом сердечника в насыщенное состояние. При дальнейшем увеличении напряженности намагничивающего поля магнитная проницаемость уменьшается до весьма малой величины. Поскольку поток магнитной индукции пропорционален магнитной проницаемости, индуктивность катушки уменьшается по тому же закону, что и магнитная проницаемость. Поэтому при достижении насыщения .индуктивность резко уменьшается. Это Следует из выражения для индуктивности катушки (2.7) где L — индуктивность, Г; N — число витков катушки, сцепленных с магнитным потоком; Ф — поток магнитной индукции, Вб; I — намагничивающий ток, А. Как видно из уравнения (2.7), индуктивность прямо пропор-циональна произведению числа витков катушки на поток магнитной индукции, воздействующий на эти витки. Поэтому, по-скольку при изменении магнитной проницаемости меняется поток магнитной индукции, меняется соответственно и индуктивность. В магнитном усилителе, показанном на рис. 2.8, а, можно изменять величину магнитной проницаемости сердечника при помощи управляющей обмотки L 3 . Эта обмотка имеет большое число витков, что позволяет менять степень насыщения сердечника. Рис. 2.8. Типичная схема магнитного усилителя (а) и зависимость магнитной индукции и магнитной проницаемости материала сердечника от напряженности магнитного поля (б). При этом также изменяются индуктивности обмоток L 1 и L 2 - Так как эти обмотки включены в цепь источника переменного напряжения последовательно с нагрузочным сопротивлением Rн, то выделяемая на нагрузке мощность может непосредственно управляться уровнем насыщения, устанавливаемым подмагничивающим током, протекающим через обмотку L 3 . Если управляющее напряжение, определяющее величину этого тока, возрастает, то сердечник приближается к состоянию насыщения и магнитная проницаемость уменьшается. При уменьшении магнитной проницаемости индуктивности обмоток L 1 и L 2 также уменьшаются. Так как реактивное сопротивление этих обмоток зависит от индуктивности (X L = 6,28fL), то мощность, отдаваемая в нагрузку, также меняется. Это происходит (Потому, что при изменении индуктивности (а значит, и индуктивного сопротивления) меняется сдвиг фаз между током и напряжением; следовательно, изменяется и мощность в нагрузке: P = EIcosФ. (2.8) Если индуктивности обмоток L 1 и L 2 равны нулю, то сдвиг фаз между током в нагрузочном сопротивлении и напряжением также равен нулю. При этом cosФ = 1, и полная мощность источника выделяется в нагрузке. При индуктивности же, отличной от нуля, cosФ 3 намотана на среднем стержне сердечника, а катушки L 1 и L 2 расположены таким образом, что их суммарный магнитный поток в этом керне равен нулю, и поэтому они не индуцируют э. д. .с. в управляющей обмотке. Изменение направления управляющего тока в обмотке L 3 не приводит к изменению напряжения на нагрузке, так как при любом направлении тока магнитный поток L 3 усиливает магнитный поток одной обмотки и ослабляет магнитный поток другой. Однако сила тока управляющей обмотки регулирует напряженность магнитного поля, прикладываемого к сердечнику, и, следовательно, влияет на величину магнитной индукции в сердечнике. 2.9. Магнитный усилитель с самонасыщением На рис. 2.9, а приведена схема магнитного усилителя с самонасыщением (self-saturating magnetic amplifier). Этот усилитель позволяет получить большее усиление и больший к. л. д. по сравнению с рассмотренным выше магнитным усилителем. Усилитель с самонасыщением известен также как усилитель с внутренней обратной связью. Как показано на схеме, последовательно с нагрузкой R н и источником переменного тока включен полупроводниковый диод Дь Здесь вместо трехстержневого применен обычный сердечник, который также характеризуется прямоугольной петлей гистерезиса. Диод производит выпрямление выходного тока (рис. 2.9, б), который состоит в этом случае из однополярных .полуволн переменного тока. Возникающие пульсации в принципе можно сгладить при помощи фильтра состоящего из дросселей и конденсаторов, который .мини- мизирует пульсирующую составляющую тока и позволяет таким образом получить практически постоянное напряжение на нагрузочном резисторе. Рис. 2.9. Магнитный усилитель самонасыщающегося типа. Гистерезисная характеристика магнитного усилителя с последовательно включенным в цепь нагрузки диодом показана на рис. 2.9, в. Однонаправленный ток протекает через обмотки L 1 и L 2 только в течение одного полупериода и поэтому насыщает сердечник только в одном направлении. В те полупериоды, когда ток равен нулю, напряженность магнитного поля также равна нулю, а магнитная индукция в сердечнике равна остаточной индукции. В другие полупериоды, по мере того как ток возрастает от куля до максимальной величины, магнитная индукция изменяется от уровня остаточной индукции до состояния насыщения. Сердечник фактически находится все время в насыщенном состоянии, поскольку диод обеспечивает протекание тока только в одном направлении, а следовательно, и одно направление магнитного потока. Пиковое значение пульсирующего напряжения на нагрузке равно пиковому значению напряжения источника питания, так как реактивное сопротивление обмоток при сердечнике в насыщенном состоянии фактически равно нулю и имеется лишь падение напряжения на малом активном сопротивлении обмоток. Если управляющее постоянное напряжение приложено к обмотке L y , то оно будет влиять на характеристики сердечника. Если полярность управляющего тока такова, .что последний вызывает магнитную индукцию противоположного направления по сравнению с .индукцией, обусловленной полупериодами тока от источника литания, то магнитная индукция стремится к некоторому уровню, определяемому управляющим постоянным подмагничиванием (подмагничивающим полем) (Рис. 2.9, в). В те полупериоды, когда ток равен нулю, управляющий ток эффективно снижает намагниченность сердечника. Как показано на рис. 2.9, в, в эти полупериоды напряженность магнитного поля уменьшается до некоторого отрицательного уровня, соот- ветствующего падающему участку петли гистерезиса. В те по-лупериоды, когда диод находится в состоянии проводимости, ток обмоток L 1 и L 2 компенсирует действие управляющего тока и вводит сердечник опять в состояние насыщения. Для того тобы повторно увеличить индукцию от уровня, соответствующего постоянному подмагничиванию, до уровня насыщения, необходимо, чтобы ток, протекающий через обмотки L 1 и L 2 , превышал уровень, при котором компенсируется, действие тока постоянного подмагничивания; этот процесс длится определенное время. Так как выходное напряжение остается малым до тех пор, пока не достигается состояния полного насыщения, то в течение необходимого для этого времени всякие изменения выходного напряжения замедляются (рис. 2.9, б), в результате форма выходного напряжения несколько изменяется. При увеличении постоянного подмагничивания рабочая точка на петле гистерезиса смещается в нижнюю левую часть. Это вызывает увеличение времени перехода в насыщенное состояние. Поэтому подмагничивание можно использовать для регулирования выходной мощности путем изменения величины напряженности магнитного поля .(создаваемого каждой полуволной пульсирующего тока), необходимой для перевода сердеч- ника в состояние положительного насыщения. Достаточно большим уровнем подмагничивания сердечник может быть введен в состояние противоположного насыщения по отношению к насыщению, вызываемому пульсирующим током. При этом время перемагничивания сердечника максимально. Изменение управляющего .напряжения, а следовательно, и тО:Ка в катушке L y вызывает соответствующее изменение мощности, передаваемой в нагрузку. Так как изменение выходной мощности значительно больше вызвавшего его изменения входной мощности, то в рассматриваемой схеме осуществляется усиление по мощности. Постоянное ,подмагничивание, создаваемое управляющей обмоткой, определяет величину потока магнитной индукции, который складывается (или вычитается) с потоком, создаваемым выходными обмотками. Поэтому магнитный усилитель с еамонасыщанием является усилителем с обратной связью. 2.10. Двухтактный магнитный усилитель Выходное .напряжение рассмотренного выше магнитного усилителя с самонасыщением получается пульсирующим. В магнитных усилителях, как и в источниках питания, можно использовать двухполупериодвое выпрямление, при этом частота пульсаций выходного напряжения удваивается. Из такого напряжения при помощи фильтров легче выделить достоянное напряжение. Двухтактные схемы, подобные схеме, показанной на рис. 2.10, часто применяются на практике. В этой схеме используются обмотки с насыщающимся сердечником и выпрямительные диоды. Последние образуют мостовую цепь, которая обеспечивает прохождение тока через нагрузку R H в разные чю-лупериоды переменного напряжения только в одном .направлении. Каждая половина двухтактного магнитного усилителя работает так же, как однополупериодный магнитный усилитель, работа отдельных половин схемы чередуется. Рис. 2.10. Двухтактный магнитный усилитель. Если в некоторый момент времени напряжение источника переменного напряжения таково, что потенциал вывода Т 1 отрицателен относительно вывода Т 2 , то электроны будут двигаться от Т] через диод выпрямительного .моста Д 6 и далее через нагрузочный резистор R K к точке соединения диодов Д 3 и Д 4 . Затем они пройдут через диоды Дз и Д ь через обмотку L 2 к выводу Т 2 . В следующий тюлупериод на выводе Т 1 будет положительный потенциал, а на выводе Т 2 — отрицательный. Теперь путь движения электронов следующий: от вывода Т 2 через обмотку L 4 , диоды Д2 и ДБ и через резистор R K к точке соединения диодов Д 3 и Д 4 . Далее, пройдя Д 4 , электроны достигают положительного вывода Т 1 . Таким образом, ,в этой схеме выпрямляются оба полупериода переменного напряжения, поэтому она имеет лучшие характеристики, легче регулируется и для нее нужен более простой фильтр. Ток подмагничивания от источника постоянного тока течет через последовательно соединенные обмотки L 1 и L 3 . Поскольку эти обмотки намотаны В1месте со вторичными (соответственно L 2 и L 4 ), то устанавливаемый уровень подмагничивания одинаков для обеих вторичных обмоток, проводящих ток в разные полупериоды. 2.11. Выходные усилители блоков кадровой и строчной разверток В кинескопе электронный луч перемещается по экрану в горизонтальном и вертикальном направлениях со скоростями, устанавливаемыми релаксационными генераторами, которые синхронизируются (передаваемыми синхроимпульсами (см. разд. 4,8, 4.10 и 4.11, а также рис. 6.9). Рис. 2.11. Выходные каскады блоков кадровой и строчной разверток. Усилители напряжений кадровой (по вертикали) и строчной (по горизонтали) разверток, а также депи и элементы, на которые подаются эти напряжения, показаны на рис. 2.11. Усилитель напряжения кадровой развертки на транзисторе Т 1 усиливает входной сигнал от задающего генератора кадровой развертки и подает этот сигнал через конденсатор С] на катушки вертикального отклонения луча. Аналогичным образом сигналы с выхода усилителя напряжения строчной развертки поступают на катушки горизонтального отклонения луча через конденсатор С 3 . Катушки вертикального и горизонтального отклонения расположены на горловине трубки, образуя так называемую отклоняющую систему (ОС). Магнитные поля, создаваемые ОС, перемещают электронный луч по поверхности экрана кинескопа. Частота строчной развертки 15750 Гц, а кадровой 60 Гц [В соответствии с телевизионным стандартом, принятым в СССР, частота строчной развертки составляет 15625 Гц и кадровой — 50 Гц. Прим.перев.]. Во всех телевизионных приемниках схема выходной ступени блока строчной развертки более сложная, чем кадровой развертки, так как первое устройство выполняет ряд дополнительных функций. Демпфирующий диод Д 2 (рис. 2.11) предназначен для пйэдавления коротких высоковольтных импульсов, возникающих в системе. На выходе выпрямителя, собранного на диоде Д ь получается напряжение в несколько тысяч вольт, которое используется для управления фокусировкой луча в кинескопе. Высоковольтный конденсатор С 5 имеет малюе реактивное сопротивление для высокочастотных составляющих выпрямленного напряжения и поэтому работает как фильтрующий конденсатор. (На рис. 2.11 изображена схема, применяемая в черно-белых телевизорах. Аналогичная схема применяется и в цветных те- левизорах, хотя в них для получения большей яркости используются более высокие напряжения.) На выходе блока строчной развертки возникают импульсные напряжения амплитудой 115 — 30 кВ в зависимости от типа трубки и ее назначения (для воспроизведения черно-белого или цветного изображения). Для получения требуемого для работы трубки высоковольтного постоянного напряжения эти импульсы выпрямляют mo следовательно соединенными диодами Д 3 , Д 4 и ДБ. Чтобы выровнять распределение напряжений и защитить диоды от вредного воздействия выбросов высокого напряжения,, используют конденсаторы С 6 и С 7 Вторым анодом кинескопа является внутренний проводящий слой. Высокий положительный потенциал этого слоя притягивает и дополнительно ускоряет отрицательно заряженные электроны, формирующие электронный луч. Внешняя поверхность, кинескопа также покрыта слоем проводящего вещества и заземлена (рис. 2.11). Между внутренними внешним проводящими слоями образуется емкость, которая служит емкостью- фильтра высоковольтного выпрямителя. Так как стекло является хорошим изолятором, то на полученном конденсаторе высокое напряжение может сохраняться значительное время после выключения телевизора, что может послужить причиной поражения .электрическим током при случайном прикосновении. Как показано на рис. 2.11, строчный трансформатор имеет-дополнительные обмотки, с которых импульсные сигналы снимаются и подаются на другие блоки приемника. Напряжение одного из выходов используется в качестве опорного напряжения фазового детектора в схеме строчной развертки, а в цветных телевизионных приемниках для управления генератором поднесущей (см. разд. 4.6). Напряжение другого выхода подается в схему импульсной АРУ (гл. 7). 2.12. Усилитель ЧМ-пилот-сигнала Как будет показано в гл. 15 (рис. 115.8), ЧМ-стереоприемиик содержит ряд специальных устройств: усилитель на частоту 19 кГц, удвоитель частоты, усилитель ,на частоту 38 кГц, балансный детектор и др. Типичная схема усилителя пилот-сигнала и удвоителя частоты приведена на рис. 2.12 (см. также разд. 15.3 и 115.4). Рис. 2.12. Усилитель ЧМ-пилот-сигнала и усилитель удвоенной частоты. Как показано на рис. 2.12, пилот-сигнал поднесущей частотой 19 кГц поступает через конденсатор С 1 на базу транзистора TI усилителя. Здесь использована обычная схема индикации стереоприема, дополненная схемой на транзисторе T 3 . Снимаемый с выхода TI усиленный сигнал поступает на первичную обмотку трансформатора Тр ь .которая вместе с конденсатором С 4 образует резонансный контур. Так как этот контур настроен на частоту 19 кГц, он выделяет колебания этой частоты и подавляет сигнал других частот. Заметим, что база транзистора Т 3 (усилителя на частоту 38 кГц) соединена с источником запирающего напряжения +20 В через резисторы R 6 и R 7 . Поскольку при этом отсутствует прямое смещение базового перехода, транзистор будет закрыт до тех пор, пока это смещение не появится. В коллекторной цепи транзистора Т 2 последовательно с землей включен резистор R 9 . Если транзистор заперт, то ток через резистор R 9 , а следовательно, и падение напряжения на нем равны нулю. Поэтому на базе транзистора Г 3 в цепи управления индикатором прямое смещение отсутствует (поскольку в. этом примере T 3 — транзистор n — р — «-типа, для прямого смещения необходим положительный потенциал базы относительно эмиттера). Если Т 3 заперт, то ток через лампочку стереопри-ема не протекает и лампочка не горит. Это указывает на то, что либо принимается моносигнал, либо приемник не настроен на станцию. Если приемиик настроен на станцию, ведущую стереофоническую передачу, то поступающий на вход Т 1 сигнал 19 кГц усиливается. Сигнал со вторичной обмотки трансформатора Tpi поступает на двухполупериодный выпрямитель — удвоитель частоты — собранный на диодах Д 1 и Д 2 . Это устройство выра- батывает на выходе импульсы напряжения, повторяющиеся с частотой, вдвое выше частоты сигнала поднесущей. Благодаря колебательным свойствам высокодобротного резонансного контура (образованного конденсатором С 5 и обмоткой Тр 2 ), настроенного на частоту 38 кГц, эти импульсы (преобразуются в синусоидальное напряжение, которое затем поступает на мостовой балансный демодулятор (см. гл. 7). Повторяющийся сигнал с выхода удвоителя периодически (с частотой 38 кГц) отпирает транзистор Т 2 . Возникающий в каждом таком состоянии ток коллектора протекает через резистор R 9 и создает на нем положительное падение напряжения, которое приложено к базе транзистора Т 3 . Так как положительный потенциал базы создает требуемое прямое смещение транзистора, последний открывается и лампочка индикации загорается. Конденсаторы С 2 и С 6 сглаживают пульсации напряжения в цепях смещения, вызываемые протеканием токов сигнала частотой 38 кГц. |