Однокаскадный усилитель 3Ч (рис.1)
Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора. Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик - он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена. Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.
Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда Х1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В - четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В,соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4. Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усилителя.
Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллектора транзистора. Соответственно увеличится падение напряжения на резисторе R3. В итоге уменьшится ток эмиттера, а значит, и ток коллектора - он достигнет первоначального значения.
Нагрузка усилительного каскада - головной телефон сопротивлением 60... 100 Ом.
Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда X1, например, пинцетом - в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки переменного тока. Ток коллектора транзистора составляет около 3 мА.
Двухкаскадный усилитель 3Ч на транзисторах разной структуры (рис.2)
Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации - резистор R4, "работающий" аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции.
Усилитель более "чувствительный" по сравнению с однокаскадным - коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.
Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 - в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.
Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов, например, от микрофона. И конечно, он позволит значительно усилить сигнал 3Ч, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.
Двухкаскадный усилитель 3Ч на транзисторах одинаковой структуры (рис. 3)
Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций. Допустим, что ток коллектора транзистора VT1 уменьшился. Падение напряжения на этом транзисторе увеличится, что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3. включенном в цепи эмиттера транзистора VT2. Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. 8 итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.
Чувствительность усилителя весьма высока - коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 - если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.
Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем, - около 2 мА.
Двухтактный усилитель мощности 3Ч (рис. 4)
Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.
Усилитель двухкаскадный: первый собран на транзисторе VT1, второй - на VT2 и VT3 разной структуры. Первый каскад усиливает сигнал 3Ч по напряжению, причем обе полуволны одинаково. Второй - усиливает сигнал по току, но каскад на транзисторе VT2 "работает" при положительных полуволнах, а на транзисторе VT3 - при отрицательных.
Режим по постоянному току выбран таким, что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания. Это достигается включением резистора R2 обратной связи. Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения, которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), - оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.
Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2. Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8...10 Ом), емкость этого конденсатора должна быть минимум вдвое больше.
Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада - резистора R4. Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.
Это так называемая цепь вольтодобавки. при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое напряжение 3Ч положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.
Двухуровневый индикатор напряжения (рис. 5)
Такое устройство можно использовать, например, для индикации "истощения" батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.
В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движка резистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VT1, вспыхнет светодиод HL1.
Если продолжать перемещать движок, наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VT2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1, а большее - обоих светодиодов.
Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим, что вначале гаснет светодиод HL2, а затем - HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6: при увеличении их сопротивлений яркость падает.
Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог "срабатывания" индикатора.
При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения (АЛ307Г).
Трехуровневый индикатор напряжения (рис. 6)
Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы - норма - больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красного свечения и один - зеленого.
При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 ("напряжение в норме") оба транзистора закрыты и "работает" только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения ("больше нормы") на нем. Открывается транзистор VT1. Светодиод HL3 гаснет, а Ни зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем ("меньше нормы"), транзистор VT1 закроется, a VT2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет.
HL3 и в заключение вспыхнет HL2.
Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого: еще не погас полностью, например, HL1, а уже зажигается HL3.
Триггер Шмитта (рис. 7)
Как известно, это устройство используется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формы.
Когда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении, транзистор VT1 закрыт. Напряжение на его коллекторе высокое. В результате транзистор VT2 оказывается открытым, а значит, светодиод HL1 зажжен. На резисторе R3 образуется падение напряжения.
Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента, когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VT1 и закрывание VT2. Это случится при превышении напряжения на базе VT1 падения напряжения на резисторе R3. Светодиод погаснет.
Если после этого перемещать движок вниз, триггер возвратится в первоначальное положение - вспыхнет светодиод. Это произойдет при напряжении на движке меньшем, чем напряжение выключения светодиода.
Ждущий мультивибратор (рис. 8)
Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала. При этом мультивибратор формирует импульс "своей" длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом, проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.
В исходном состоянии транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда X1и Х2, чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VT1 Напряжение на его коллекторе снизится, и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VT2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.
Конденсатор начнет разряжаться. ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VT2 в закрытом состоянии. Как только конденсатор разрядится, транзистор VT2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим "ожидания".
Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит or длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2. Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.
Симметричный мультивибратор (рис. 9)
Данная конструкция формирует на своих выходах импульсы и паузы одинаковой длительности. Достигается это включением в плечи мультивибратора деталей с одинаковыми номиналами. Такую форму сигнала нередко называют "меандром".
Вообще-то данный мультивибратор - это двухкаскадный усилитель, у которого выход одного каскада соединен со входом другого. Поэтому после включения питания всегда получается так, что через некоторое время один транзистор мультивибратора оказывается открытым, а другой - закрытым.
Предположим, что открыт транзистор VT1, а значит, светится светодиод HL1. Конденсатор С1 заряжен напряжением, близким к напряжению питания в соответствии с указанной на нем полярностью, и разряжается через резисторы R1 и R2. По мере его разрядки уменьшается закрывающее напряжение на базе транзистора VT2 и вскоре он открывается, зажигается светодиод HL2. Теперь начинает разряжаться конденсатор С2, удерживая транзистор VT1 в закрытом состоянии. Затем процесс повторяется.
Продолжительность свечения светодиодов зависит от номиналов конденсаторов С1 и С2 и резисторов R2 и R3. Достаточно, например, подключить параллельно резисторам R2 и R3 по такому же резистору, как частота вспышек светодиодов возрастет. Если же подключить резистор параллельно только одному из базовых, можно наблюдать неодинаковые продолжительности вспышек светодиодов - мультивибратор становится несимметричным.
Генератор звуковой частоты (рис. 10)
Он выполнен на базе симметричного мультивибратора, но частота следования его импульсов значительно повышена - емкость конденсаторов связи уменьшена в 1000 раз. Кроме того, базовые резисторы R3 и R4 подключены к переменному R1. а сигнал с нагрузки правого плеча мультивибратора подан на усилитель мощности, собранный на транзисторе VT3. Нагрузкой усилителя служит головной телефон BF1.
Прослушивая телефон, перемещают движок переменного резистора из нижнего положения в верхнее. При этом в телефоне удастся прослушивать изменяющуюся тональность звука.
Метроном (рис. 11)
Предлагаемый метроном, по сути, является генератором коротких импульсов. Следующие с определенной частотой эти импульсы прослушиваются в головном телефоне BF1 в виде щелчков. Они помогают начинающему музыканту выдерживать заданный ритм при игре на том или ином инструменте.
Если прослушивать звуки метронома неудобно, за частотой следования импульсов можно наблюдать по вспышкам светодиода НL1.
Как работает метроном? При включении питания начинает заряжаться конденсатор С2 - через светодиод, головной телефон и резисторы R4, R5. При определенном напряжении на конденсаторе открываются оба транзистора. И практически сразу же конденсатор разряжается через цепь коллектор - эмиттер транзистора VT1, резистор R3 и база-эмиттер транзистора VT2. В телефоне раздается щелчок, одновременно вспыхивает светодиод.
Частоту щелчков и вспышек светодиода подбирают в зависимости от нужного ритма переменным резистором R4. При увеличении сопротивления резистора (движок перемещают вверх по схеме) продолжительность зарядки конденсатора возрастает, частота следования щелчков уменьшается, и наоборот.
Генератор коротких импульсов (рис. 12)
Он вырабатывает импульсы малой длительности, частота следования которых находится в звуковой области. Такой генератор может быть использован, например, в устройствах сигнализации.
Когда на генератор подают питающее напряжение, транзисторы оказываются закрытыми, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1. Напряжение на нем будет возрастать не линейно, а по экспоненте - такую кривую можно наблюдать на экране осциллографа, подключенного к точке А и минусу питания (гнездо Х2).
Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет определенного значения, транзисторы VT1, VT2 (на них собран так называемый аналог тринистора - полупроводникового переключающего прибора) скачкообразно открываются. Конденсатор С1 быстро разряжается на телефон BF1. Короткий импульс напряжения почти прямоугольной формы можно наблюдать на осциллографе, вход которого в данном случае следует подключить к точке Б.
После разрядки конденсатора транзисторы закрываются и процесс повторяется. Значение напряжения, при котором должен "срабатывать" аналог тринистора, устанавливают переменным резистором R2.
Имитатор звука подскакивающего шарика (рис. 13)
Используя аналог тринистора, который применялся в предыдущей конструкции, можно собрать устройство, имитирующее звуковой сигнал, характерный для подскакивающего металлического шарика на твердой поверхности.
Длительность импульса тока, протекающего через телефон BF1, постоянна и зависит в основном от емкости конденсатора С1, а вот значение напряжения на этом конденсаторе, при котором будет открываться аналог тринистора. зависит от падения напряжения на резисторе RЗ. Это - основные положения, необходимые для понимания принципа работы устройства.
Итак, на устройство подали напряжение питания. Сразу же начинает заряжаться конденсатор С1, и напряжение на нем плавно нарастает. Конденсатор С2 разряжен, поэтому напряжение на резисторе R3 почти достигает напряжения питания. Аналог тринистора открывается при значительном напряжении на конденсаторе С1. Щелчки в телефоне BF1 имеют максимальную громкость.
По мере зарядки конденсатора С2 падение напряжения на резисторе R3 уменьшается. Аналог тринистора открывается при меньшем напряжении на конденсаторе С1. Громкость щелчков падает, а их частота увеличивается. Создается впечатление плавного уменьшения высоты подскоков шарика. Вскоре, когда конденсатор С2 зарядится полностью, звук исчезнет. Для повторного запуска имитатора отключают питание, кратковременно замыкают гнезда Х1 и Х2, чтобы разрядить конденсаторы C1, C2, а затем вновь подают напряжение на имитатор.
Охранное устройство (рис. 14)
Существует немало электронных сторожевых устройств, в которых вокруг охраняемого объекта протягивают тонкий электрический провод, концы которого подключают к сигнализатору, Стоит нарушителю оборвать провод, как сигнализатор сработает и известит о непрошенном госте.
Подобное устройство можно собрать в виде макета и наглядно познакомиться с его действием. Пока подключенный к гнездам X1 и Х2 охранный провод цел, аналог тринистора на транзисторах VT1, VT2 закрыт, светодиод HL1 погашен. Как только случится обрыв провода, аналог тринистора сработает, светодиод зажжется. Никакие попытки восстановить целостность провода не выключат сигнализацию - аналог тринистора будет оставаться в открытом состоянии.
Чтобы привести устройство в исходное положение, достаточно на мгновение отключить питание.
Индикатор скрытой электропроводки (рис. 15)
Часто возникает необходимость (например, во время ремонта квартиры) знать, где проложены провода скрытой электропроводки, чтобы случайно не повредить их. Для этого существует немало различных индикаторов. Один из них можно сделать звуковым и собрать на трех транзисторах. Причем два из них - VT1 и VT2 - будут соединены по схеме так называемого составного транзистора. На них собирают первый каскад усилителя 3Ч,а на VT3 - второй каскад.
Общее усиление можно изменять переменным резистором R5. Нагрузкой служит низкоомный головной телефон BF1. Максимальная громкость его ограничена резистором R8.
К входу усилителя подключают датчик - антенну WA1. Ее роль выполнит обыкновенный медный провод диаметром 0,8...1 мм и длиной около полуметра. На конце провода желательно укрепить (еще лучше припаять) небольшую металлическую пластину. От ее размеров зависит чувствительность индикатора.
Для проверки работоспособности индикатора достаточно коснуться пальцем антенны - и в телефоне раздастся фон переменного тока, громкость которого зависит от уровня наводок и положения движка переменного резистора.
Такой же звук появится во время движения пластинки вдоль предполагаемой скрытой электрической проводки. По максимальной громкости звука определяют точное место пролегания проводки.
Пробник для "прозвонки" монтажа (рис. 16)
Таким прибором проверяют целостность соединений между деталями того или иного электронного устройства, прозванивают" кабели, проверяют различные радиодетали, если их сопротивление не превышает 2 кОм.
В пробнике использован триггер Шмитта, выполненный на транзисторах VT1 и VT2. Как помнит читатель (см. рис. 7), такой триггер имеет два устойчивых состояния, которые изменяют подачей на вход соответствующего сигнала. Когда входные щупы (или вилки) Х1 и Х2 разомкнуты, триггер находится в одном из состояний. Светодиод HL1 погашен. Стоит замкнуть между собой щупы либо коснуться ими исправной проверяемой низкоомной цепи (скажем, соединительного проводника между выводами деталей), как триггер перейдет в другое устойчивое состояние - вспыхнет светодиод HL1. Причем яркость светодиода не зависит от сопротивления цепи в пределах от 0 до 2 кОм.
В случае проверки цепей с большим сопротивлением триггер останется в исходном состоянии и светодиод будет "безмолвствовать".
Сигнализатор перегрузки по току (рис. 17)
Бывает, что вам нужно проследить за током, потребляемым нагрузкой, и в случае его превышения - вовремя отключить источник питания, чтобы не вышли из строя нагрузка или источник. Для выполнения подобной задачи служат сигнализаторы, извещающие о превышении нормы потребляемого тока. Особую роль выполняют такие устройства при коротком замыкании в цепи нагрузки.
Каков принцип работы сигнализатора? Понять его позволит предлагаемый макет устройства, выполненный на двух транзисторах. Если резистор R1 отключен от гнезд X1, Х2, нагрузкой для источника питания (его подключают к гнездам Х3, Х4) будет цепь из резистора R2 и светодиода HL1 - он горит, информируя о наличии напряжения на гнездах X1 и Х2. При этом ток протекает через датчик сигнализатора - резистор R6. Но падение напряжения на нем невелико, поэтому транзистор VT1 закрыт. Соответственно закрыт и транзистор VT2, светодиод HL2 погашен. Стоит подключить к гнездам X1, Х2 дополнительную нагрузку в виде резистора R1 и увеличить таким образом общий ток, как падение напряжения на резисторе R6 увеличится. При соответствующем положении движка переменного резистора R7, которым устанавливают порог срабатывания сигнализатора, транзисторы VT1 и VT2 откроются. Вспыхнет светодиод HL2 и просигнализирует о критической ситуации. Светодиод HL1 продолжает светиться, сообщая о наличии напряжения на нагрузке.
А что будет при коротком замыкании в цели нагрузки? Для этого достаточно замкнуть (на короткое время) гнезда Х1 и Х2. Снова вспыхнет светодиод HL2, a HL1 погаснет.
Движок переменного резистора можно установить в такое положение, при котором сигнализатор не будет реагировать на подключение резистора R1 сопротивлением 1 кОм, но "сработает", когда на месте дополнительной нагрузки окажется резистор, скажем, сопротивлением 300 Ом (он входит в состав набора).
Приставка "Цветной звук" (рис. 18)
Одна из популярных радиолюбительских конструкций - светодинамическая установка (СДУ). Ее еще называют "цветомузыкальной приставкой". При подключении такой приставки к источнику звука, на ее экране появляются самые причудливые цветовые всполохи.
Очередная конструкция набора - простейшее устройство, позволяющее познакомиться с принципом получения "цветного звука". На входе приставки стоят два частотных фильтра - C1R4 и R3C2. Первый из них пропускает высшие частоты,
а второй - низшие. Выделенные фильтрами сигналы поступают на усилительные каскады, нагрузками которых являются светодиоды. Причем в канале высших частот стоит светодиод HL1 зеленого цвета свечения, а в канале низших частот- красного (HL2).
Источником сигнала звуковой частоты может стать, например, радиоприемник или магнитофон. К динамической головке одного из них нужно подключить два провода в изоляции и соединить их с входными гнездами X1 и Х2 приставки. Прослушивая воспроизводимую мелодию, вы будете наблюдать вспышки светодиодов. Кроме того, нетрудно различать "реакцию" светодиодов иа звуки той или иной тональности. Скажем, при звуках барабана будет вспыхивать светодиод красного цвета свечения, а звуки скрипки вызовут вспышки светодиода зеленого цвета. Яркость светодиодов устанавливают регулятором громкости источника звукового сигнала.
Индикатор температуры (рис. 19)
Всем известен обычный ртутный термометр, столбик которого поднимается при повышении температуры тела. В данном случае датчиком является ртуть, расширяющаяся с нагревом.
Существует немало электронных компонентов, также чувствительных к температуре. Они порой становятся датчиками в приборах, предназначенных для измерения температуры, скажем, окружающей среды, или индикации превышения ее заданной нормы.
В качестве такого термочувствительного элемента в предлагаемом макете использован кремниевый диод VD1. Он включен в эмиттерную цепь транзистора VT1. Начальный ток через диод задают (переменным резистором R1) такой, чтобы светодиод HL1 едва светился.
Если теперь прикоснуться к диоду пальцем или каким-либо нагретым предметом, его сопротивление уменьшится, а значит, уменьшится и падение напряжения на нем. В итоге увеличится коллекторный ток транзистора VT1 и падение напряжения на резисторе R3. Транзистор VT2 начнет закрываться, а VT3, наоборот, открываться. Яркость светодиода будет возрастать. После охлаждения диода яркость светодиода достигнет первоначального значения.
Аналогичные результаты удастся получить, если нагревать транзистор VT1. А вот нагрев транзистора VT2, а тем более VT3 на яркости светодиода практически не скажется - слишком мало изменение тока через них.
Эти эксперименты показывают, что параметры полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов) зависят от температуры окружающей среды.
Детектор металла (рис. 20)
Он реагирует иа приближение металлических предметов к магнитной антенне WA1. А сама антенна входит в состав генератора высокой частоты, выполненного на транзисторе VT1. Частоту генератора можно изменять переменным конденсатором (использован конденсатор КПК-2 с изменением емкости от 25 до 150 пФ).
С выхода генератора высокочастотный сигнал поступает через конденсатор С4 на выпрямитель (или детектор), собранный на диодах VD1, VD2. Напряжение, выделяющееся на цепочке C5R6, открывает транзисторы VT2, VT3. Светодиод HL1 зажигается. Такого состояния добиваются перемещением движка переменного резистора R3 от нижнего по схеме вывода.
Приближение к магнитной антенне, например, ножниц, вызовет такое изменение частоты генератора, что напряжение на базе транзистора VT2 начнет уменьшаться. Светодиод будет гаснуть.
Изменяя частоту генератора конденсатором С1 и подбирая положение движка переменного резистора R3, удастся добиться наибольшей чувствительности детектора - он будет реагировать на металлический предмет с расстояния нескольких сантиметров до магнитной антенны. Возможно, удастся настроить детектор так, что он сможет реагировать даже на приближение руки (в этом варианте частота генератора будет изменяться из-за изменения емкости колебательного контура генератора).
Магнитная антенна выполнена на стержне диаметром 8 и длиной 80 мм из феррита 600НН. Обмотку наматывают в один слой проводом ПЭВ-2 0,25. Она содержит 83 витка с отводом от 9-го витка, считая от вывода 1.
Автор: И.Бакомчев