Kondensatory w obwodach elektronicznych. Część 2. Komunikacja międzyetapowa, filtry, generatory

Początek artykułu: Kondensatory w obwodach elektronicznych. Część 1

Najczęstszym zastosowaniem kondensatorów jest połączenie między poszczególnymi stopniami tranzystora, jak pokazano na rysunku 1. W tym przypadku kondensatory nazywane są przejściowymi.

Przejściowe kondensatory przekazują wzmocniony sygnał i zapobiegają przepływowi prądu stałego. Po włączeniu zasilania kondensator C2 jest ładowany do napięcia na kolektorze tranzystora VT1, po czym przepływ prądu stałego staje się niemożliwy. Ale prąd przemienny (sygnał wzmocniony) powoduje, że kondensator ładuje się i rozładowuje, tj. przechodzi przez kondensator do następnej kaskady.

Często w obwody tranzystoroweco najmniej zakres dźwięku, kondensatory elektrolityczne są stosowane jako stany przejściowe. Wartości znamionowe kondensatorów dobiera się tak, aby wzmocniony sygnał przechodzi bez większego tłumienia.

Rycina 1

Filtry dolnoprzepustowe i górnoprzepustowe

Czasami konieczne jest pominięcie niektórych częstotliwości i osłabienie przejścia innych. Takie zadania są wykonywane przy użyciu filtrów tworzonych na podstawie obwodów RC.

Istnieją dość złożone filtry wielowiązkowe, które mają nawet swoje własne nazwy: Czebywew, Bessel, Butterworth itp. Wszystkie mają swoje własne cechy charakterystyczne, cechy charakterystyczne i, z reguły, kilka łączy. Aby zrekompensować straty, do takich filtrów wprowadza się element aktywny - stopień tranzystorowy lub wzmacniacz operacyjny. Takie filtry nazywane są aktywnymi.

Najprostsze filtry pasywne można utworzyć z zaledwie dwóch części - rezystor i kondensator. Ryc. 2 pokazuje schemat prostego filtra dolnoprzepustowego (filtra dolnoprzepustowego). Taki filtr swobodnie przepuszcza niskie częstotliwości, a zaczynając od częstotliwości odcięcia, lekko tłumi sygnał wyjściowy.

Rysunek 2. Obwód filtra dolnoprzepustowego (LPF)

Najprostszy filtr dolnoprzepustowy składa się tylko z dwóch części - rezystora i kondensatora połączonych szeregowo. Sygnał wejściowy z generatora jest dostarczany do szeregowego obwodu RC, a wyjście jest usuwane z kondensatora C. Przy niskich częstotliwościach pojemność kondensatora jest większa niż rezystancja rezystora Xc = 1/2 * π * f * C, więc występuje na nim duży spadek napięcia.

Wraz ze wzrostem częstotliwości zmniejsza się pojemność kondensatora, więc spadek napięcia lub tylko napięcie na nim maleje. Zakłada się, że generator jest dostrojony do więcej niż jednej częstotliwości; jego częstotliwość jest zmienna. Takie generatory nazywane są generatorami częstotliwości oscylacyjnych lub generatorami zamiatania. Pasmo przenoszenia najprostszego filtra dolnoprzepustowego pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Pasmo przenoszenia filtra dolnoprzepustowego

Jeśli zamienisz kondensator i rezystor na rysunku 2, otrzymasz filtr górnoprzepustowy (HPF). Jego obwód pokazano na rycinie 4. Głównym zadaniem filtra górnoprzepustowego jest osłabienie częstotliwości poniżej częstotliwości odcięcia i częstotliwości pominięcia, które są wyższe.

Rysunek 4. Obwód filtra górnoprzepustowego (HPF)

W takim przypadku sygnał wejściowy jest dostarczany do kondensatora, a wyjście jest usuwane z rezystora. Przy niskich częstotliwościach pojemność jest duża, więc spadek napięcia na rezystorze jest niewielki.

Dla jasności i łatwości odbioru (wszystko jest znane w porównaniu) możesz mentalnie zastąpić kondensator rezystorem: zamiast kondensatora, niech będzie to 100K, a rezystor wyjściowy 10K. Okazuje się tylko dzielnik napięcia. Tylko w przypadku kondensatora ten dzielnik okazuje się być zależny od częstotliwości. Pasmo przenoszenia takiego prostego HPF pokazano na rycinie 5.

Ryc. 5. Pasmo przenoszenia HPF

Przy wysokich częstotliwościach rezystancja kondensatora odpowiednio zmniejsza spadek napięcia na rezystorze, a także zwiększa napięcie wyjściowe HPF.

Jeśli porównasz Ryciny 3 i 5, łatwo zauważyć, że gwałtowność spadku wydajności nie jest bardzo duża. A czego można oczekiwać od tak najprostszych schematów? Ale mają prawo do życia i są dość często stosowane w obwodach elektronicznych.

Jak przenieść fazę

Możesz patrzeć na wszystko z różnych punktów widzenia i patrzeć na to w zupełnie innym świetle. Tak zbadane obwody RC mogą być stosowane nie jako filtry częstotliwości, ale jako elementy przesuwające fazę. Oto co się stanie, jeśli do obwodu pokazanego na rycinie 6 zostanie przyłożony prąd przemienny?

Rycina 6

I tak się dzieje. Napięcie wejściowe jest dostarczane do kondensatora, wyjście jest usuwane z rezystora. Prąd wejściowy przez kondensator wyprzedza napięcie wejściowe. Dlatego spadek napięcia na rezystorze, ale ogólnie na wyjściu obwodu z przesunięciem fazowym, wyprzedza wejście.

Jeśli rezystor i kondensator zostaną zamienione, jak pokazano na rysunku 7, otrzymamy obwód, którego napięcie wyjściowe jest opóźnione w stosunku do wejścia. Cóż, dokładnie odwrotnie, jak w poprzednim schemacie.

Rycina 7

Takie łańcuchy przesunięcia fazowego umożliwiają niewielkie przesunięcie między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi, zwykle nie więcej niż 60 stopni. W przypadkach, w których wymagane jest przesunięcie na dużą skalę, stosuje się sekwencyjne włączenie kilku łańcuchów.

Rysunek 8. Łańcuchy przesuwania faz

Takie włączenie tak wielu elementów pasywnych jednocześnie prowadzi do znacznego osłabienia sygnału wejściowego. Aby przywrócić poziom początkowy, konieczne jest użycie kaskad wzmacniających.

W amatorskiej praktyce radiowej często pojawiają się sytuacje, gdy nagle i nagle potrzebujesz generatora fali sinusoidalnej, nawet niestrajalnego, ale po prostu na jednej częstotliwości. Następnie podnosi się lutownicę, kilka śmieciowych części i wkrótce sinusoida zabrzmi melodyjnie w pokoju. Ktokolwiek słyszy, wie, o co chodzi.

Generator fali sinusoidalnej

Możesz zebrać wszystko na pojedynczy tranzystor. W rzeczywistości generator jest wzmacniaczem na pojedynczym tranzystorze, objętym dodatnim sprzężeniem zwrotnym za pomocą łańcuchów przesuwających fazę. Wszelkie pozytywne opinie prowadzą do pojawienia się generacji. Ta sprawa nie jest wyjątkiem.

Sygnał sinusoidalny jest usuwany z kolektora tranzystora, najlepiej przez kondensator izolacyjny. Dobrze jest nie żałować kolejnego tranzystora i wystrzelić sygnał wyjściowy przez popychacz emitera.

Generator pojedynczych tranzystorów Multisim

Schemat wirtualnego generatora pokazano na rysunku 9.

Rysunek 9. Schemat generatora z jednym tranzystorem w programie Multisim

Wszystko jest tutaj jasne i proste: sam generator z baterią i oscyloskop. Chociaż możesz dodać komentarz do tego prostego schematu, nagle, kto podejmie się go powtórzyć?

Po włączeniu obwód nie uruchamia się natychmiast. Najpierw na oscyloskopie odbywa się kilka pustych przebiegów, a następnie zaczyna się pojawiać fala sinusoidalna niskiego napięcia, stopniowo rosnąca do kilku woltów. Wyniki badania pokazano na rycinie 10.

Rycina 10

Obwód wirtualny jest oczywiście dobry. Ale jeśli ktoś zdecyduje się zmontować ten obwód w metalu, przynajmniej przynajmniej płyta lutownicza bez lutu, należy skupić się na strojeniu. W rzeczywistości cała konfiguracja polega na dokładnym wyborze rezystancji rezystora R2, który określa punkt pracy tranzystora.

Aby przyspieszyć proces strojenia, możesz tymczasowo podłączyć rezystor strojenia 100 ... 200 kilogramów. Jednocześnie nie zapomnij włączyć kolejno opornika ograniczającego około 10 ... 20 kiloomów.

Jako tranzystor odpowiedni jest domowy KT315 lub podobny. Kondensatory to wszelkie małe ceramiki. Działanie generatora można kontrolować za pomocą oscyloskopu lub wzmacniacza audio.

Boris Aladyshkin