Най-простият транзисторен усилвател може да бъде добър инструмент за изучаване на свойствата на устройствата. Схеми и дизайни са доста прости, можете самостоятелно да направите устройството и да проверите работата му, да направите измервания на всички параметри. Благодарение на модерните полеви транзистори можете да направите буквално три елемента от миниатюрен микрофонен усилвател. И го свържете към персонален компютър, за да подобрите параметрите на запис. И събеседниците по време на разговорите ще бъдат много по-добри и по-ясни, за да чуят езика ви.
Честотни характеристики
Нискочестотните (звукови) честотни усилватели се намират в почти всички домакински уреди - музикални центрове, телевизори, радиоприемници, касетофони и дори персонални компютри. Но има и RF усилватели на транзистори, лампи и микросхеми. Разликата е, че ULC ви позволява да усилите звуковия честотен сигнал, който се възприема от човешкото ухо. Звуковите усилватели на транзисторите ви позволяват да възпроизвеждате сигнали с честоти от 20 Hz до 20 000 Hz.
По този начин дори най-простото устройство може да усили сигнала в този диапазон. И той прави възможно най-равномерно. Печалбата зависи пряко от честотата на входния сигнал. Графиката на зависимостта на тези величини е практически права линия. Ако обаче въвеждането на усилвател с честотен сигнал извън обхвата, качеството на работа и ефективността на устройството бързо намаляват. Каскадите от ULF обикновено се случватна транзистори, работещи в ниски и средни честотни ленти.
Класове звукови усилватели
Всички усилватели са разделени на няколко класа, в зависимост от степента на потока през текущия период през каскадата:
Клас "А" - токът протича непрекъснато през целия период на усилвателния етап. В класа на работа "В" тече за половината от периода. Класът "AB" казва, че токът преминава през усилвателния етап за време, равно на 50-100% от периода. В режим "За" електрическият ток преминава по-малко от половината от периода на работа. Режим "D" ULF се използва в радиолюбителската практика съвсем наскоро - малко над 50 години. В повечето случаи тези устройства се изпълняват на базата на цифрови елементи и имат много висока ефективност - повече от 90%. Наличие на изкривявания в различни класове нискочестотни усилватели
Работната зона на транзисторния усилвател клас "А" се характеризира с доста малки нелинейни изкривявания. Ако входният сигнал излъчва импулси с по-високо напрежение, това води до факта, че транзисторите са наситени. В изходния сигнал всяка хармоника започва да изглежда по-висока (до 10 или 11). Поради това има метален звук, характерен само за транзисторни усилватели.
Ако захранването е нестабилно, изходният сигнал ще бъде симулиран в амплитудата на честотата на мрежата. Звукът ще стане по-твърд в лявата част на честотната характеристика. ноколкото по-добра стабилизация на силата на усилвателя, толкова по-трудно става дизайн на цялото устройство. ULFs, работещи в клас "А", имат сравнително малка ефективност - по-малко от 20%. Причината е, че транзисторът е постоянно отворен и токът протича непрекъснато.
За да се увеличи (макар и незначителна) ефективност, е възможно да се използват двутактови схеми. Един недостатък - полу-вълните в изходния сигнал стават асиметрични. Ако преведете от клас "А" на "АБ", нелинейните изкривявания ще се увеличат 3-4 пъти. Но ефективността на цялата схема на устройството ще продължи да се увеличава. ULF класовете "AB" и "B" характеризират увеличаването на изкривяването, когато нивото на сигнала е понижено на входа. Но дори и да добавите обем, той няма да помогне напълно да се отървете от недостатъците.
Работа в междинни класове
Във всеки клас има няколко разновидности. Например, има клас от усилватели "А +". В него транзисторите на входа (ниско напрежение) работят в режим "А". Но високо напрежение, които са инсталирани в изходните етапи, работят или "B" или "AB". Такива усилватели са много по-икономични от работата в клас "А". Забележимо по-малко нелинейни изкривявания - не повече от 0003%. Възможно е да се постигнат още по-високи резултати при използване на биполярни транзистори. Принципът на работа на усилвателите върху тези елементи ще бъде разгледан по-долу.
Но все още има голям брой по-високи хармоници в изходния сигнал, защо звукът става характерен метал. Има и схеми на усилватели, работещи в клас "АА". Те имат нелинейни изкривявания дори по-малко - до 00005%. ноосновният недостатък на транзисторните усилватели е все още там - характерен метален звук.
"Алтернативни" структури
Не може да се каже, че те са алтернативни, само някои от експертите, които участват в проектирането и монтирането на усилватели за висококачествено възпроизвеждане на звука, все по-често предпочитат конструкциите на лампите. Усилвателите на лампата имат следните предимства:
Много ниското ниво на нелинейно изкривяване на изходния сигнал. По-високите хармоници са по-малки, отколкото в транзисторните структури.Но има един огромен недостатък, който надвишава всички достойнства - задължително е да поставите устройството в ред. Факт е, че тръбната каскада има много висока устойчивост - няколко хиляди ома. Но съпротивлението на намотката на високоговорителите - 8 или 4 ома. За да ги поправите, трябва да инсталирате трансформатор.
Разбира се, това не е много голям недостатък - има транзисторни устройства, които използват трансформатори, за да съответстват на изходния етап и акустичната система. Някои експерти твърдят, че най-ефективната схема е хибрид - в който едноетапните усилватели не са обхванати от отрицателна обратна връзка. Освен това, всички тези каскади работят в режим ULF клас "А". С други думи, той се използва като усилвател на усилвателя на транзистора.
Освен това ефективността на тези устройства е доста висока - около 50%. Но не трябва да се фокусирате единствено върху производителността и мощността - те не казват за високото качество на възпроизвеждане на звука от усилвателя. Много повечепо-голямо значение имат линейността на характеристиките и тяхното качество. Ето защо е необходимо да се обърне внимание преди всичко на тях, а не на властта.
Схематична схема на едноетапен ULF на транзистор
Най-простият усилвател, построен по схемата на общия емитер, работи в клас "А". Схемата използва полупроводникови елементи със структурата n-p-n. В колекторната верига съпротивлението на R3 е ограничено от протичащия ток. Колекторната верига е свързана с положително захранване, а емитерът е отрицателен. В случай на използване на полупроводникови транзистори със структура p-n-p схемата ще бъде точно същата, ето само трябва да промените полярността. С разделящ кондензатор С1 е възможно да се отдели променливия входен сигнал от източник на постоянен ток. В този случай кондензаторът не е пречка за преминаването на променлив ток по дължината на излъчвателя на пътната основа. Вътрешното съпротивление на прехода на емитер-база, заедно с резисторите R1 и R2, представляват прост делител на захранващото напрежение. Обикновено резисторът R2 има съпротивление от 1-15 kOhm - най-типичните стойности за такива вериги. В този случай захранващото напрежение е разделено по равно на половината. И ако се хранят верига напрежение от 20 волта, тогава можете да видите, че стойността на печалбата на текущата h21 ще бъде 150. Трябва да се отбележи, че KV усилватели на транзистори се изпълняват на подобни схеми, само малко по различен начин.
В този случай напрежението на излъчвателя е 9 V и пада в участъка на веригата "E-B" 07 V (което е типично за транзистори върху силициеви кристали). Ако смятате усилвател за германиеви транзистори, тогавав този случай спадът на напрежението на "E-B" ще бъде равен на 03 Art. Токът в колекторната верига ще бъде равен на този, който тече в емитента. Възможно е да се изчисли, като се раздели напрежението на излъчвателя на съпротивлението R2 - 9V /1 kΩ = 9 mA. За изчисляване на базовата текуща стойност трябва да разделите 9 mA на усилването h21 - 9mA /150 = 60 μA. В ULF конструкциите, биполярните транзистори са често използвани. Принципът на неговата работа се различава от полето. На резистора R1 вече можете да изчислите стойността на падането - това е разликата между напрежението и захранването. В този случай напрежението на основата може да се намери по формулата - сумата от характеристиките на емитера и прехода "E-B". Когато се захранва от източник 20 V: 20 - 97 = 103. Оттук можете да изчислите стойността на съпротивлението R1 = 103/60 μA = 172 kΩ. В схемата има капацитет С2, необходим за реализирането на веригата, която може да премине променливия компонент на емитерния ток. Ако не инсталирате кондензатор С2, променливият компонент ще бъде много ограничен. Поради това, такъв усилвател на транзисторния звук ще има много ниско текущо усилване h21. Необходимо е да се обърне внимание на факта, че в горните изчисления са взети равни течения на основата и колектора. Освен това, токът на основата е взет от този, който се влива във веригата от излъчвателя. Това възниква само при подаване на базата на напрежението на транзисторното отклонение.
Но трябва да се има предвид, че основата на веригата винаги е винаги, независимо от наличието на изместване, токът на изтичане на колектора задължително се осъществява. В схеми с общ емитер, утечният ток се усилва най-малко 150 пъти.Но обикновено тази стойност се отчита само при изчисляване на усилватели на германиеви транзистори. В случай на използване на силиций, при който токът на веригата "К-В" е много малък, тази стойност се пренебрегва.
Усилватели на TIR-транзистори
Усилвателят на полевите транзистори, представен във веригата, има много аналози. Включително използването на биполярни транзистори. Ето защо можем да разглеждаме като подобен пример конструкцията на усилвателя на звука, събрана по схемата на общия емитер. На снимката е представена диаграма, изпълнена по схемата с общ теч. На входните и изходните вериги се сглобяват R-C връзки, за да може устройството да работи в режим "А". Променливият ток от източника на сигнала се отделя от постоянното напрежение от кондензатора С1. Не забравяйте да имате усилвател на полевите транзистори, който да има потенциал на затвора, който ще бъде по-нисък от подобна характеристика на изтичане. В показаната схема портата е свързана към общия проводник с помощта на резистор R1. Неговата съпротива е много голяма - обикновено се използва в конструкции резистори 100-1000 kOhm. Подобно голямо съпротивление се избира, за да не се пресича сигнала на входа.
Това съпротивление почти не преминава електрическия ток, което води до потенциал на вратата (при липса на сигнал на входа), който е същият като в земята. В началото същият потенциал е по-висок от този в земята, само поради падането на напрежението на опората R2. Следователно е ясно, че потенциалът на портата е по-нисък, отколкото при теча. И това е, което е необходимо за нормалното функциониранетранзистор. Трябва да се отбележи, че C2 и R3 в тази усилвателна верига имат същата цел, както в горния дизайн. И входният сигнал се измества спрямо изхода на 180 градуса.
ULF с изходен трансформатор
Можете да направите такъв усилвател със собствените си ръце за домашна употреба. Извършва се по схемата, която работи в клас "А". Дизайнът е същият като обсъждания по-горе - с общия емитер. Една функция - трябва да използвате трансформатор за одобрение. Това е недостатък на такъв усилвател на звука на транзистори.
Колекторната верига на транзистора е заредена с първична намотка, която развива изходния сигнал, предаван през вторичната към високоговорителите. На резистори R1 и R3 е монтиран делител на напрежение, който ви позволява да изберете работната точка на транзистора. С тази верига е осигурено отклонение на захранващото напрежение към основата. Всички други компоненти имат същата цел, както в горните схеми.
Двутактов усилвател на звука
Не може да се каже, че това е прост транзисторен усилвател, тъй като неговата работа е малко по-сложна, отколкото обсъжданата по-рано. При двутактов ULF входният сигнал се разделя на две полу-вълни, различни във фаза. И всяка от тези половини вълни се усилва от своята каскада, изпълнена на транзистора. След като усилването на всяка половин вълна настъпи, и двата сигнала се свързват и приемат на високоговорителите. Такива сложни трансформации могат да предизвикат изкривяване на сигнала, тъй като динамичните и честотни свойства на двете, дориот същия тип, транзисторите ще бъдат отлични.
В резултат на това изходът на усилвателя значително намалява качеството на звука. При работа с двутактов усилвател в клас "А" не е възможно да се възпроизведе качествено сложен сигнал. Причината - увеличеният ток тече по раменете на усилвателя постоянно, полу-вълните са асиметрични, има фазови изкривявания. Звукът става по-малко четлив и при нагряване изкривяването на сигнала става още по-силно, особено при ниски и свръхниски.
Transformer ULF
Транзисторният усилвател на транзистор, направен с помощта на трансформатор, въпреки факта, че проектът може да има малки размери, все още е несъвършен. Трансформаторите са все още тежки и обемисти, така че е най-добре да се отървете от тях. Много по-ефективна е схемата, изпълнена върху допълнителни полупроводникови елементи с различни видове проводимост. Повечето от съвременните ULFs се изпълняват точно по тези схеми и работят в клас "B". Два мощни транзистора, използвани в дизайна, работещи по схемата на емитер рипитър (общ колектор). В този случай входното напрежение се предава към изхода без загуба и усилване. Ако на входа няма сигнал, тогава транзисторите са на границата на включване, но все още са изключени. Когато хармоничният сигнал се подава към входа, първата полуволна се отваря от първия транзистор, а вторият в този момент е в режим на изключване.
Следователно, само положителните полу-вълни могат да преминат през товара. Но отрицателното отваря вторототранзистор и напълно заключване на първия. В същото време в товара се откриват само отрицателни полу-вълни. В резултат на усилване на мощността, сигналът се открива на изхода на устройството. Подобна схема на усилвателя на транзисторите е доста ефективна и може да осигури стабилна работа, висококачествено възпроизвеждане на звука.
ULF схема на един транзистор
След като проучи всички горепосочени характеристики, можете да съберете усилвателя със собствените си ръце на проста елементарна база. Транзисторът може да се използва с вътрешен KT315 или някой от неговите чуждестранни аналози - като BC107. Като товар, трябва да използвате слушалки с съпротивление от 2000-3000 ома. В основата на транзистора е необходимо да се подаде напрежение на отклонението в резистора със съпротивление 1 MΩ и разединителен кондензатор от 10 μF. Захранването може да се извърши от източник на напрежение от 45-9 волта, ток - 03-05 А.
Ако съпротивление R1 не е свързано, няма да има ток в основата и колектора. Но когато се свърже, напрежението достига 07 и позволява на тока да тече около 4 μA. В този случай, печалбата на ток ще бъде около 250. От тук можете да направите просто изчисление на усилвателя на транзисторите и да откриете колекторния ток - той се оказва равен на 1 mA. Чрез събиране на тази схема на усилвателя на транзистора, можете да го тествате. Включете изхода на товара - слушалките. Докоснете входа на усилвателя с пръст - трябва да има характерен шум. Ако това не стане, тогава дизайнът вероятно ще бъде неправилен. Проверете всички връзки и деноминации на артикули. Да се демонстрира по-ясноСвържете ULF входния източник към входа - изхода на плейъра или телефона. Слушайте музика и оценявайте качеството на звука.
