Транзисторный интегратор: 3 ступени

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

В этом руководстве показано, как спроектировать и изготовить транзисторный аналоговый интегратор.

Интегратор позволяет кумулятивное усиление небольших входных сигналов.

Эта схема устарела и может быть выполнена с операционными усилителями.

Тем не менее, вы все равно можете собрать его, если у вас есть запасные транзисторы общего назначения.

Резистор Rf необходимо отрегулировать, потому что каждый транзистор имеет разное усиление по току.

Запасы

Составные части: плата матрицы, провода, общие NPN-транзисторы - 10, универсальный PNP-транзистор - 3, провод 1 мм, подушечные конденсаторы 470 нФ - 5, прочие компоненты, которые показаны на схеме.

Toos: плоскогубцы, инструмент для зачистки проводов.

Дополнительные детали: припой.

Дополнительные инструменты: паяльник.

Шаг 1: спроектируйте схему

Первый каскад - каскад усилителя переменного тока (переменного тока).

Вторая ступень - интегратор источника тока зеркала. Я использовал токовое зеркало вместо одиночного транзистора, потому что я хочу иметь предсказуемый зарядный ток. Коэффициент усиления транзистора по току может изменяться в зависимости от температуры и тока коллектора.

Напряжение на конденсаторе С2 пропорционально интегралу тока. В транзисторном зеркальном источнике тока ток питания остается неизменным независимо от напряжения нагрузки / конденсатора, если только конденсатор не полностью заряжен или транзистор полностью не насыщен. Следовательно:

Vc2 = (1 / C2) * (Ic2 * t / 2)

C2 = C2a + C2b

Где: t = время (секунды), Ic2 = ток конденсатора C2 (Амперы)

Конденсаторы C2 не будут полностью разряжены, если входной сигнал в схему равен нулю, потому что транзистор Q3 выключится, когда напряжение Vbe3 упадет ниже примерно 0,7 В. Однако конденсаторы C2 разрядятся достаточно, чтобы создать нулевой выход транзистора Q3.

Поскольку я использую источник тока с зеркалом, и два транзистора выключены во второй половине цикла, если Vc1 является синусоидой, чем среднее значение Ic2 = rms ((Vc1peak - 0,7 В) / (Rc2a + 1 / (j * 2 * pi * Cb2 * f)))

Где: f = частота (Гц), Vc1peak = Vc1 Амплитуда переменного тока.

RMS означает среднеквадратичный.

Щелкните по этой ссылке:

Последний и третий каскад - еще один усилитель переменного тока.

Схема работает при минимальном напряжении 3 В. Однако вы можете снизить напряжение питания до 1,5 В, если уменьшите все номиналы резисторов. Однако проблема низких напряжений заключается в том, что входной сигнал должен конкурировать с шумом.

Шаг 2: сделайте схему

Я модифицировал схему, а также эту статью. Я заменил старые электролитические конденсаторы на подушечные. Я также добавил параллельно несколько транзисторов.

Как видите, паяльником я не пользовался. Однако оно может вам понадобиться.

Шаг 3. Тестирование

Первый график: синусоида

Второй график: прямоугольная волна

Третий график: треугольная волна

Выходное напряжение схемы медленно увеличивается, когда входная частота увеличивается примерно до 50 Гц. Затем я понижаю частоту, и входное напряжение падает, как вы видите в моих результатах тестирования. Это происходит из-за свойств фильтрации высоких частот транзисторного усилителя переменного тока Q1.

Однако из результатов моих испытаний не видно, что при увеличении частоты выходное напряжение будет падать из-за характеристик фильтрации нижних частот конденсаторов C2 (C2a и C2b). Я просто решил не заморачиваться с записью этих графиков. Это потому, что конденсаторы не успевают зарядиться.