Сейчас у меня есть время плотнее заняться своими хобби. Читаю Горовица-Хилла, "Искусство схемотехники". Абсолютно гениальная книга, написана прекрасно, замечательно всё объясняет.
Вооружённый новыми знаниями, решил впервые самостоятельно рассчитать схему и её собрать. Схема несложна -- предусилитель для микрофона, для подключения к компьютеру. Запитывать буду от 5 вольт, от USB (благо под рукой).
Схема проста -- двухкаскадный усилитель. Первый каскад -- усилитель с общим эмиттером с отрицательной обратной связью на транзисторе Q1. Выходной сигнал подаётся на второй каскад, эмиттерный повторитель на транзисторе Q2.
Расчёты:
Сначала рассчитаем каскад усиления с общим эмиттером на транзисторе Q1. Выбирем ток простоя на коллекторе в 1 мА. Это обусловит значение резистора R3, так как на нём нужно получить падение напряжения примерно в 2.5 вольта, чтобы у усиленного сигнала был простор для колебаний как вверх так и вниз. Далее выбираем, насколько будем усиливать сигнал. Коэффициент усиления сигнала в этом каскаде рассчитывается как отношение значения коллекторного резистора R3 к значению эмиттерного резистора R4. Усиливать можно не до бесконечности! Максимальное усиление зависит от параметров транзистора и напряжения питания. Согласно Горовицу-Хиллу, максимум, который можно выжать из одного каскада усиления -- 20 * напряжение питания, то-есть, 100 в данном случае. Это если значение эмиттерного резистора сделать равным нулю (заземлить эмиттер). Но при таком подключении уже со страшной силой полезут искажения. Поэтому возьмём более консервативную цифру усиления в 10 раз (вернее, -10, ибо такая схема усилительного каскада инвертирует сигнал). А потом для повышения коэффициента усиления сделаем финт ушами -- шунтируем резистор R4 ёмкостью C5. Для аудиосигнала ёмкость выглядит как сопротивление в доли ома, и поэтому усиление будет существенно выше. А чтобы усиление сделать регулируемым, вкорячим конденсатору последовательно переменный резистор R5, при помощи которого можно будет управлять коэффициентом усиления.
При отсутствии сигнала через резистор R4 тоже должен протекать ток около 1 мА, примерно равный коллекторному. Чтобы это обеспечить, необходимо сделать так, чтобы на резистор приходило 0.24 вольта. Соответственно, на базе транзистора Q1 должно быть 0.24 + 0.65 = 0.89 вольта. Дальше решаем школьную задачку на пропорции. Это даст нам соотношение значений резисторов как 1:4.6. Какие значения им дать? Не слишком низкие -- нельзя, например, вкорячить два резистора, R2 на 1 ом, R1 на 4.6. Потому что через R2 весь сигнал будет утекать на землю; будет слишком низкое входное сопротивление. Нельзя слишком высокие -- ибо тогда делитель напряжения получится очень неустойчивый. Горовиц-Хилл советуют ставить такие значения, при которых ток, протекающий через делитель напряжения, в 10 раз выше тока, с него отбираемого.
Отбираемый ток -- это ток базы. Его посчитать просто -- делим эмиттерный ток на коэффициент усиления по току транзистора. Для данного транзистора это значение составляет около 200. Около -- потому что это параметр не постоянный. Мало того, что в одной партии могут оказаться транзисторы, у которых коэффициент плавает от 100 до 300, так этот параметр ещё меняется вместе с током и температурой. Поэтому любая схема, автор которой заложился на постоянство и точную определённость этого параметра, является плохой, негодной схемой.
Здесь ток базы = 1 мА / 200 = 5 микроампер. Соответственно, нам нужно, чтобы ток, протекающий через делитель, составлял около 50 микроампер (или 0.05 мА). Тупо делим напряжение питания на нужный ток, получаем 100 килоом. Опять детские задачки на пропорции. Считаем, получаем цифры, из существующих номиналов резисторов подбираем подходящиие -- это 18 и 82 килоома.
В принципе, можно жить и с одним каскадом усиления. Но правильней было бы улучшить схему. Сигнал у усилителя с общим эмиттером берётся с коллекторного резистора R3. Поэтому выходное сопротивление такого усилителя равно номиналу этого резистора. В данном случае -- 2.4 килоома. Такой источник сигнала не будет проседать под нагрузкой только в том случае, если он будет подавать сигнал на что-то с существенно более высоким сопротивлением (хорошее общее правило -- входное сопротивление должно быть выше в 10 раз, чем выходное сопротивление предыдущего каскада). А какое входное сопротивление у звуковой карты компьютерной? А пёс его знает! Никто не пишет! Если там 100 килоом -- жить ещё можно. А если 1 килоом? Не взлетит, будет сильно проседать.
Поэтому я решил сделать дополнительный усилительный каскад на эмиттерном повторителе. Эмиттерный повторитель делает ровно одну вещь -- из источника сигнала с высоким выходным сопротивлением делает источник сигнала с более низким выходным сопротивлением. Важно только не забывать, что сигнал на входе не должен падать ниже 0.6 вольт. У нас сигнал в районе 2.6 вольт, так что всё прекрасно.
Так как я подключаю базу транзистора Q2 напрямую к предыдущему каскаду усилителя с уровнем сигнала около 2.6 вольт, мне не нужен делитель напряжения для того, чтобы загнать транзистор в нормальный активный режим (как было нужно для транзистора Q1). Единственное, что нужно сделать -- это подобрать номинал эмиттерного резистора R6. Есть соблазн сделать его как можно выше (дабы снизить ток покоя). Но не взлетит. Транзистор может быть либо источником, либо стоком тока, но не тем и другим одновременно. Стоком тока в такой конфигурации будет являться резистор. Если его сделать слишком большим, будут искажения. Поэтому тупо выберем тот, при котором входное сопротивление повторителя (рассчитываемое как коэффициент усиления транзистора по току, помноженный на значение эмиттерного резистора), будет в 10 раз выше выходного сопротивления предыдущего усилительного каскада. Номинал выберем консервативно -- вдруг коэффициент усиления по току этого транзистора будет всего 100? И получится, что нужен резистор 240 ом, который у меня уже есть. Ток покоя будет составлять чуть менее 1 мА, вполне приемлемо.
Выходное сопротивление эмиттерного повторителя = выходное сопротивление предыдущего усилительного каскада / коэффициент усиления по току. То-есть, где-то 240-120 ом. Этого вполне хватит, чтобы подавать сигнал на нагрузку в 1 килоом.
Добавляем ёмкости C1 и C2, отсекающие постоянный ток, и вуаля -- предусилитель готов.
Если кто заметил какие ляпы -- просьба не сдерживать себя, и критиковать!