Site Loader

виды, схемы, простые и сложные. Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах

Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы.

С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:

R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2…0,3В для германиевых транзисторов и 0,6…0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . 3-200=10—6=4 В.


Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.

При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С.
При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.


Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

В последнее время конструкторы усилителей мощности низкой частоты всё чаще обращаются к ламповой схемотехнике, которая позволяет при сравнительной простоте конструкции достигать хорошего звучания. Но не следует полностью “списывать” транзисторы, поскольку при определенных обстоятельствах транзисторный УМЗЧ все-таки способен работать довольно неплохо, а часто и лучше ламп… Автору этой статьи довелось перепробовать большое количество УМЗЧ. Один из таких наиболее удачных “биполярных” вариантов и предлагается на суд читателей. В основе идеи хорошей работы лежит условие симметричности обоих плеч УМЗЧ. Когда обе полуволны усиливаемого сигнала претерпевают подобные преобразовательные процессы, можно ожидать удовлетворительной работы УМЗЧ в качественном отношении.

Еще в недалеком прошлом непременным и достаточным условием хорошей работы любого УМЗЧ считалось обязательным введение глубоких ООС. Бытовало мнение о невозможности создания высококачественных УМЗЧ без глубоких общих ООС. К тому же авторы конструкций убедительно уверяли, что, мол, нет необходимости в подборе транзисторов для работы их в парах (плечах), ООС все скомпенсирует и разброс транзисторов по параметрам на качество звуковоспроизведения не влияет!
Эпоха УМЗЧ, собранных на транзисторах одной проводимости, например, популярных КТ808. предполагала включение выходных транзисторов УМЗЧ уже неравноправно, когда один транзистор выходного каскада был включен по схеме с ОЭ, второй же – с ОК. Такое асимметричное включение не способствовало качественному усилению сигнала. С приходом КТ818, КТ819, КТ816. КТ817 и др., казалось бы, проблема линейности УМЗЧ решена. Но перечисленные комплементарные пары транзисторов “по жизни” слишком далеки от истинной комплементарности.
Не будем углубляться в проблемы некомплементарности вышеперечисленных транзисторов, которые весьма широко используются в различных УМЗЧ. Следует лишь подчеркнуть тот факт. что при равных условиях (режимах) этих транзисторов обеспечить их комплементарную работу в двухтактных усилительных каскадах достаточно сложно.
Хорошо об этом сказано в книге Н.Е.Сухова .
Я вовсе не отрицаю возможность достижения хороших результатов при создании УМЗЧ на комплементарных транзисторах. Для этого нужен современный подход в схемотехнике таких УМЗЧ, с обязательным тщательным подбором транзисторов для работы в парах (ключах). Доводилось мне конструировать и такие УМЗЧ, которые являются своеобразными продолжениями высококачественного УМЗЧ Н.Е.Сухова , но о них – как нибудь в другой раз. Касаясь симметричности УМЗЧ, как главного условия хорошей его работы – следует сказать следующее. Оказалось, что более высокими качественными параметрами обладает УМЗЧ, собранный по действительно симметричной схеме и непременно на транзисторах одинакового типа (с обязательной подборкой экземпляров). Подбирать же транзисторы намного легче, если они из одной партии. Обычно экземпляры транзисторов из одной партии имеют довольно близкие параметры против “случайно” приобретенных экземпляров. Из опыта можно сказать, что из 20 шт. транзисторов (стандартное количество одной пачки) почти всегда можно отобрать две пары транзисторов для стереокомплекса УМЗЧ.
Были случаи и более “удачного улова” – по четыре пары из 20 штук. О подборе транзисторов расскажу несколько позже.
Принципиальная схема УМЗЧ изображена на рис.1. Как видно из схемы, она довольно простая. Симметричность обоих плеч усилителя обеспечена симметричностью включений транзисторов.

Известно, что дифференциальный каскад обладает многими преимуществами перед обычными двухтактными схемами. Не углубляясь в теорию, следует подчеркнуть, что в данной схеме заложено правильное “токовое” управление биполярными транзисторами. Транзисторы дифференциального каскада обладают повышенным выходным сопротивлением (намного большим традиционной “раскачки” по схеме с ОК), поэтому их можно рассматривать как генераторы тока (источники тока). Таким образом реализуется токовый принцип управления выходными транзисторами УМЗЧ. Очень точно сказано о влиянии согласования по сопротивлениям между транзисторными каскадами на уровень нелинейных искажений в : “Известно, что нелинейность входной характеристики транзистора Iб=f(Uбэ) в наибольшей степени проявляется тогда, когда усилительный каскад работает от генератора напряжения, т. е. выходное сопротивление предыдущего каскада меньше входного сопротивления последующего. В этом случае выходной сигнал транзистора – ток коллектора или эмиттера – аппроксимируется экспоненциальной функцией напряжения база эмиттер Uбэ, а коэффициент гармоник порядка 1% достигается при величине этого напряжения, равном всего 1 мВ (!). Это объясняет причины возникновения искажений во многих транзисторных УМЗЧ. Очень жаль. что этому факту практически никто не уделяет должного внимания. Что уж там, транзисторы “умирают” в УМЗЧ (как динозавры?!), словно нет никакого выхода из сложившихся обстоятельств, кроме как применения ламповых схем…
Но прежде чем приступить к намотке трудоемкого выходного трансформатора, стоит все-таки повозиться и с симметричной транзисторной схемой УМЗЧ. Забегая вперед, скажу еще о том, что по аналогичной схемотехнике были собраны и УМЗЧ на полевых транзисторах, об этом поговорим как-нибудь в другой раз.
Еще одна особенность схемы рис.1 – это повышенное (по сравнению с традиционными УМЗЧ) количество источников питания. Не следует этого бояться, поскольку емкости фильтрующих конденсаторов попросту разделяются на два канала в равной степени. А разделение источников питания в каналах УМЗЧ лишь улучшают параметры стереокомплекса в целом. Напряжения источников E1 и E2 не стабилизированы, а в качестве EЗ необходимо использовать стабилизатор напряжения (40 вольт).
Говоря о теоретических проблемах двухтактных схем и транзисторных УМЗЧ вообще, необходимо проанализировать еще один каскад (или несколько таковых каскадов) – фазоинвертор. Продолжительные эксперименты подтверждают факт существенного ухудшения качества звуковоспроизведения из-за этих каскадов. Собрав совершенно симметричную схему, да еще и с кропотливо подобранными деталями, приходится столкнуться с проблемой схем фазоинверторов. Было установлено, что эти каскады способны вносить очень большие искажения (различие формы синусоиды для полуволн можно было наблюдать на экране осциллографа даже без использования каких-либо дополнительных схем). Сказанное в полной мере относится и к простым схемам ламповых вариантов усилителей-фазоинверторов. Вы подбираете номиналы в схеме с тем, чтобы получить равенство амплитуд обеих полуволн (синусоиды) противофазного сигнала по высококлассному цифровому вольтметру, а субъективная экспертиза требует (на слух!) поворота движков подстроечных резисторов в сторону от этого “приборного” способа регулировки уровней.
Всматриваясь в форму синусоиды на экране осциллографа, удается увидеть “интересные” искажения – на одном выходе фазоинвертора они шире (по оси частот), на другом – “тоньше”, т.е. площадь фигуры синусоид различна для прямого и фазоинверсного сигналов. Слух это четко улавливает, приходится “разрегулировать” настройку. Выравнивать же синусоиду в фазоинверсных каскадах глубокими ООС крайне нежелательно. Устранять нужно причины асимметрии в этих каскадах другими схемотехническими путями, в противном случае фазоинверсный каскад может вносить весьма заметные на слух “транзисторные” искажения, уровень которых будет сопоставим с искажениями выходного каскада УМЗЧ (!). Вот так и случается, что фазоинвертор является основным узлом асимметрии для любых двухтактных УМЗЧ (будь-то транзисторных, ламповых или комбинированных схем УМЗЧ), если, конечно же, усилительные элементы в плечах заранее отобраны с близкими параметрами, иначе нет смысла вообще ожидать от таких схем хорошего звучания.
Из самых простых в реализации фазоинверсных схем, которые хорошо работают, являются ламповые варианты. Более простыми их “аналогами” являются полевые транзисторы, которые (только!) при грамотном схемотехническом подходе вполне способны конкурировать с ламповыми усилителями. И если уж аудиофилы не боятся применения согласующих трансформаторов в выходных каскадах, где это “железо” все равно “звучит”, то уж и в предыдущих каскадах можно со спокойной совестью применять трансформаторы. Я имею в виду фазоинверсные каскады, где амплитуда тока (а именно эта составляющая пагубно влияет на “железо”) невелика, а амплитуда напряжения достигает значения всего лишь в несколько вольт.
Бесспорно, что любой трансформатор – это своеобразный шаг назад в схемотехническом отношении в век гигагерцовых Pentium’ов. Но есть несколько “но”, о которых весьма уместно иногда вспомнить. Первое – грамотно изготовленный переходной или согласующий трансформатор никогда не внесет столько нелинейных искажений, сколько могут внести самых разнообразных искажений несколько “неправильных” усилительных каскадов. Второе – трансформаторный фазоинвертор действительно позволяет достигнуть реальной симметрии противофазных сигналов, сигналы с его обмоток по-настоящему близки друг к другу как по форме, так и по амплитуде. К тому же он – пассивный, и его характеристики не зависят от питающих напряжений. И если ваш УМЗЧ реально симметричен (в данном случае имеются в виду его входные импедансы), то асимметрия УМЗЧ будет уже определяться более разбросом параметров радиокомпонентов в плечах УМЗЧ, чем фазоинверсным каскадом. Поэтому не рекомендуется использовать в таком УМЗЧ радиоэлементы с допусками более 5% (исключения лишь составляют цепи генератора тока, питающего дифференциальный каскад). Следует отдавать себе отчет, что при разбросах параметров транзисторов в плечах УМЗЧ более 20% точность резисторов уже теряет свою актуальность. И наоборот, когда используются хорошо подобранные транзисторы, имеет смысл применять резисторы с допуском 1%. Их конечно же, можно и подобрать с помощью хорошего цифрового омметра.

Одна из наиболее удачных схемотехнических разработок фазоинвертора представлена на рис.2.



Кажущаяся слишком простой, она все же требует пристального внимания к себе, поскольку имеет несколько “секретов”. Первый из таких – это правильный выбор транзисторов по параметрам. Транзисторы VT1 и VT2 не должны иметь значительных утечек между электродами (имеется в виду переходы затвор-исток). Кроме того, транзисторы должны иметь близкие параметры, особенно это касается начального тока стока – сюда наиболее подходят экземпляры с Iс.нач. 30-70 мА. Напряжения питания должны быть стабилизированы, правда коэффициент стабилизации блока питания существенной роли не играет, к тому же, отрицательное напряжение можно взять и со стабилизатора УМЗЧ. Чтобы электролитические конденсаторы поменьше вносили своих искажений, они зашунтированы неэлектролитическими – типа К73-17.
Немного подробнее рассмотрим особенности изготовления главного узла в этой схеме – фазорасщепительного (фазоинверсного) трансформатора. От аккуратности его изготовления зависит как индуктивность рассеяния, так и диапазон эффективно воспроизводимых частот, не говоря уже об уровне различных искажений. Так вот, два основных секрета технологического процесса изготовления этого трансформатора таковы. Первое – необходимость отказаться от простой намотки обмоток. Привожу два использованных мною варианта намотки этого трансформатора. Первый – изображен на рис.3, второй – на рис.4. Суть метода такой намотки заключается в следующем. Каждая из обмоток (I, II или III) состоит из нескольких обмоток, содержащих строго одинаковое количество витков. Необходимо избегать какой бы то ни было ошибки в количестве витков, т.е. разницы в витках между обмотками. Поэтому решено было производить намотку трансформатора давно проверенным способом. По рис.3 используется шесть проводов (например, ПЭЛШО-0,25). Заранее рассчитывают необходимую длину обмоточного провода (не всегда же и не у каждого радиолюбителя окажется под рукой шесть бухт провода одного диаметра), складывают шесть проводов вместе и производят намотку всех обмоток одновременно. Далее необходимо лишь найти отводы нужных обмоток и соединить их попарно-последовательно.

По рис.4 использовалось девять проводников для этого варианта. И еще, мотать необходимо так, чтобы провода одного витка не расходились в разные стороны далеко-широко один от другого, а держались общего рулона вместе. Мотать же отдельными проводами недопустимо, трансформатор будет буквально “звенеть” во всем диапазоне звуковых частот, индуктивность рассеяния увеличится, возрастут и искажения УМЗЧ из-за асимметрии сигналов на выходах трансформатора.
Да и ошибиться очень легко можно при отдельных способах намотки симметричных обмоток. А ошибка в несколько витков дает о себе знать несимметричностью противофазных сигналов. Если уж продолжать откровенно, то был изготовлен трансформатор фазоинвертора (в единственном роде, экземпляре) в … 15 жил. Был эксперимент, который вошел в коллекцию прекрасно звучащих конструкций УМЗЧ. Еще раз хочется сказать о том, что не трансформаторы виноваты в плохой работе некоторых схем, а их конструкторы. Во всем мире весьма расширилось производство ламповых УМЗЧ, их подавляющее большинство содержит разделительные трансформаторы (вернее, согласующие), без которых ламповый каскад (типовая схема двухтактного выходного каскада содержит 2-4 лампы) просто невозможно согласовать с низкоомными акустическими системами. Есть, конечно же, и экземпляры “суперламповых” УМЗЧ, где нет выходных трансформаторов. Их место заняли либо мощные комплементарные пары полевых транзисторов или … батарея мощных ламповых триодов, соединенных параллельно. Но эта тема уже выходит за рамки данной статьи. В нашем случае все гораздо проще. Транзистор VT1 (рис.2) МОП-типа, включенный по схеме с общим стоком (истоковый повторитель) работает на генератор тока (источник тока), выполненный на транзисторе VT2. Применять мощные полевые транзисторы типа КП904 не следует, у них повышенные входные и проходные емкости, что не может не сказаться на работе этого каскада.
Еще один камень преткновения, серьезная проблема в создании широкополосного трансформатора ожидает конструктора при выборе магнитопровода. Здесь уместно кое-что добавить к тому, что можно встретить в доступной радиолюбителю литературе. Различные варианты конструкций как у радиолюбителей, так и у профессионалов предлагают использование разных материалов магнитопроводов трансформаторов, которые не доставляли бы хлопот как при их приобретении, так и при их использовании. Суть методов такова.
Если ваш УМЗЧ будет работать на частотах выше 1 кГц, то можно смело использовать ферритовые сердечники. Но отдавать предпочтение следует экземплярам магнитопроводов с наибольшей магнитной проницаемостью, очень хорошо работают сердечники от строчных трансформаторов телевизоров. Следует предостеречь конструкторов от использования сердечников, которые уже находились длительное время в эксплуатации. Известно, что ферритовые изделия теряют с “возрастом” свои параметры, в том числе и начальную магнитную проницаемость, “неповторимая” старость их убивает не меньше, чем, например, магниты длительно эксплуатируемых громкоговорителей, о чем почему-то почти все умалчивают.
Далее о сердечниках – если УМЗЧ используют в качестве басового варианта, то смело можно применять традиционные Ш-образные пластинчатые варианты магнитопроводов. Необходимо подчеркнуть, что экранировка всех таких трансформаторов почти везде была необходимостью и потребностью. Что уж тут поделаешь, за все необходимо расплачиваться. Обычно было достаточным изготовление “кокона” из обычной кровельной жести толщиной 0,5 мм.
На НЧ хорошо работают и тороидальные сердечники. Кстати, их использование упрощает уничтожение всевозможных наводок со стороны сетевых трансформаторов. Здесь сохраняется “обратимость” преимущества тороидального сердечника – в сетевом варианте он отличается малым внешним полем излучения, во входных же (сигнальных) цепях – он малочувствителен к внешним полям. Что же касается широкополосного варианта (20 – 20 000 Гц), то наиболее правильным будет применение двух разных видов сердечников, размещенных рядом, в одном окне каркаса для намотки обмоток трансформатора. При этом устраняется завал как на высоких частотах (здесь работает ферритовый сердечник), так и на низких частотах (здесь работает трансформаторная сталь). Дополнительного улучшения звуковоспроизведения в области 1-15 кГц добиваются покрытием пластин стального сердечника лаком, как это делают в ламповых УМЗЧ. При этом каждая пластина “работает индивидуально” в составе сердечника, чем и достигается уменьшение всевозможных потерь на вихревые токи. Нитролак высыхает быстро, тонким слоем его наносят простым окунанием пластины в посуду с лаком.
Многим может показаться слишком кропотливой такая технология изготовления трансформатора в фазоинверторе, но поверьте на слово – “игра стоит свеч”, ибо “что посеешь, то и пожнешь”. А насчет сложности, “нетехнологичности” можно сказать следующее – за один выходной день удавалось без спешки изготовить два таких трансформатора, да и распаять их обмотки в необходимом порядке, что не скажешь о выходных трансформаторах для ламповых УМЗЧ.
Теперь несколько слов о количестве витков. Теория требует увеличения индуктивности первичной обмотки (I), с ее увеличением расширяется диапазон воспроизводимых частот в сторону более низких частот. Во всех конструкциях вполне достаточной была намотка обмоток до заполнения каркаса, диаметр провода применялся 0,1 – для 15 жил, 0,15 – для 9 жил и 0,2 для 6-жильного варианта. В последнем случае использовался и имеющийся ПЭЛШО 0,25.

Для тех же. кто не переносит трансформаторы:-), есть и бестрансформаторный вариант – рис.5.



Это простейший. но вполне звучащий вариант схемы фазоинверторного каскада, который использовался не только в симметричных схемах УМЗЧ, но и в мощных мостовых УМЗЧ. Простота зачастую обманчива, поэтому ограничу себя в критике подобных схем, но осмелюсь сказать, что площади синусоид отсимметрировать довольно сложно, зачастую необходимо вводить дополнительные цепи смещения и балансировок, а качество звуковоспроизведения при этом оставляет желать лучшего. Несмотря на вносимые трансформаторами фазовые, амплитудно-частотные искажения, они позволяют достигнуть практически линейной АЧХ в области звуковых частот, т.е. во всем диапазоне 20 Гц – 20 000 Гц. От 16 кГц и выше могут сказаться емкости обмоток, но частично уйти в сторону от этой проблемы позволяет дополнительно увеличенная площадь сечения магнитопровода. Правило простое, подобное сетевым трансформаторам: увеличив площадь сечения магнитопровода сердечника трансформатора, например, в два раза. смело уменьшают количество витков обмоток в два раза и т.д.
Расширить область эффективно воспроизводимых частот вниз, т.е. ниже 20 Гц, можно следующим способом. Полевые транзисторы (VT1, VT2 – рис.2) применяют с большими значениями Iс.нач. и увеличивают емкость конденсатора C4 до 4700 мкф. Электролитические конденсаторы работают значительно чище, если к ним приложено прямое поляризующее напряжение в несколько вольт. Очень удобно в этом случае поступать следующим образом. Устанавливают в верхний (по схеме) транзистор VT1 экземпляр с начальным током стока большим, нежели у транзистора VT2. Можно поступить и еще более “эффективно”, применив балансировочный резистор для транзистора VT2, фрагмент схемы с таким резистором показан на рис. 6.

Первоначально движок подстроечного резистора R2′ находится в нижнем (по схеме) положении, перемещение его движка вверх вызывает увеличение тока стока транзистора VT2, потенциал на положительной обкладке конденсатора C4 становится более отрицательным. Обратный процесс происходит при противоположном перемещении движка резистора R2. Таким образом можно отрегулировать каскад по наиболее подходящим режимам, особенно, когда нет транзисторов (VT1 и VT2) с близкими значениями Iс.нач., а устанавливать приходится то, что есть под рукой…
Довольно подробно я остановился на такой как будто бы очень простой схеме. Она-то простая, но не примитивная. Есть у нее и неоспоримые преимущества по сравнению с “всепропускающими” гальванически соединенными схемами усилителей-фазоинверторов. Первый такой плюс – это подавление инфранизкочастотных помех (например в ЭПУ), второй же – “отсечка” ультразвуковых помех вроде мощных радиостанций, различных ультразвуковых установок и др. И еще одно положительное свойство такой схемы следует подчеркнуть особо. Речь идет об отсутствии каких-либо проблем при стыковке отличных симметричных схем с асимметричным входом. Стоит взглянуть на рис.5, и сразу становится понятно (если человек имел с этим дело!), что проблема потенциалов здесь просто не решена никак. Частично ее решают заменой электролитического конденсатора на батарею параллельно соединенных неэлектролитических, мол временная задержка подключения АС все решит. Задержка во времени подключения акустических систем к УМЗЧ щелчки и выбросы при включении действительно устраняет, но вопрос возникновения дополнительных искажений изза разных потенциалов и разных выходных импедансов фазоинвертора решить она никак не может. Данная схема усилителя-фазоинвертора (рис.2) успешно использовалась с различными УМЗЧ, в том числе и с ламповыми симметричными.
В последнее время в периодических изданиях можно найти схемы УМЗЧ на мощных КП901 и КП904. Но не упоминают авторы о том, что полевые транзисторы следует отбраковывать на токах “утечки”. Если, к примеру, VT1 и VT2 (в схеме рис. 2) однозначно необходимо использовать высококачественные экземпляры, то в каскадах с большими амплитудами напряжений и токов, а главное – там, где входное сопротивление МОП транзистора (его уменьшение) роли не играет, можно применять и худшие экземпляры. Достигнув максимальных значений утечек, МОП транзисторы, как правило, стабильны в будущем и дальнейшего ухудшения их параметров уже не наблюдается со временем (в большинстве случаев).
Число транзисторов с повышенными утечками в цепи затвора, например, в одной пачке (стандарт – 50 шт.) может колебаться от 10 до 20 шт. (а то и более). Отбраковать мощные транзисторы не составляет большого труда – достаточно собрать своеобразный стенд, например, по рис.6 и включить в цепь затворов цифровой амперметр (стрелочные приборы в этом случае слишком чувствительны к перегрузкам и неудобны из-за необходимости многократных переключений с диапазона на диапазон).
Отличными следует считать экземпляры МОП транзисторов (речь идет применительно к схеме рис. 2 – VT1, VT2), у которых ток затвора менее 10 мкА, лучшие экземпляры вообще не обнаруживают этого тока (на пределе 100 мкА).
А теперь, когда фазоинвертор уже изготовлен, можно приступать и к схеме рис.1, т.е. вернуться непосредственно к УМЗЧ. Широко распространенные разъемы (гнезда) СШ-3, СШ-5 и им подобные вообще использовать нельзя, как это делают многие конструкторы и делали заводы-изготовители. Контактное сопротивление такого соединения значительно (0,01 – 0,1 Ом!) и еще колеблется в зависимости от протекающего тока (с увеличением тока сопротивление растет!). Поэтому следует применять мощные разъемы (например, от старой военной радиоаппаратуры) с малым сопротивлением контактов. То же касается и контактов реле в блоке защиты АС от возможного появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения. И не надо их охватывать (контактные группы) какими-либо обратными связями для уменьшения искажений. Поверьте на слово, что на слух (субъективная экспертиза) их практически не слышно (при достаточно малых сопротивлениях контактов), чего не скажешь об “электронных” искажениях, вносимых всеми усилительными каскадами, конденсаторами и другими компонентами УМЗЧ, которые непременно вносят яркие краски в общую картину звуковоспроизведения. Свести к минимуму всевозможные искажения можно рациональным использованием усилительных каскадов (особенно это касается усилителей напряжения – чем их меньше, тем лучше качество усиленного сигнала). В данном УМЗЧ всего один каскад усиления напряжения – это транзистор VT3 (левое плечо) и VT4 (правое плечо). Каскад на транзисторах VT6 и VT5 всего лишь согласующие (токовые) эмиттерные повторители. Транзисторы VT3 и VT4 отбирают с h31э более 50, VT6 и VT5 – более 150. В этом случае никаких проблем при работе УМЗЧ на больших мощностях возникать не будет. Напряжение отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току поступает на базы транзисторов VT6 и VT5 через резисторы R24 и R23. Глубина этой ОС всего около 20 дБ, поэтому динамические искажения в УМЗЧ отсутствуют, но такой ОС вполне достаточно для поддержания режимов выходных транзисторов VT7 и VT8 в необходимых пределах. УМЗЧ достаточно устойчив к ВЧ самовозбуждению. Простота схемы позволяет его быстро размонтировать, поскольку допускается независимое отключение питания (-40 В) драйвера и оконечных транзисторов (2 x 38 В). Полная симметрия усилителя способствует снижению нелинейных искажений и снижению чувствительности к пульсациям питающего напряжения, а также дополнительному подавлению синфазных помех, поступающих на оба входа УМЗЧ. Недостаток усилителя состоит в значительной зависимости нелинейных искажений от h31э примененных транзисторов, но если транзисторы будут иметь h31 вых = 70 Вт) равно 1,7 В (эффективное значение).
На транзисторах VT1 и VT2 выполнен источник (генератор тока), питающий дифференциальный каскад (драйвер). Величину этого тока 20…25 мА устанавливают подстроечным резистором R3 (470 Ом). Поскольку от этого тока зависит и ток покоя, то и для термостабилизации последнего транзистор VT1 размещен на теплоотводе одного из транзисторов выходного каскада (VT7 или VT8). Увеличение температуры теплоотвода выходного транзистора соответственно передается размещенному на этом теплоотводе транзистору VT1, при нагревании же последнего происходит снижение отрицательного потенциала на базе транзистора VT2. Это призакрывает транзистор VT2, ток через него уменьшается, что соответствует уменьшению тока покоя выходных транзисторов VT7 и VT8. Таким образом и осуществляется стабилизация тока покоя выходных транзисторов при значительном нагревании их теплоотводов. Несмотря на кажущуюся простоту реализации такой термостабилизации, она достаточно эффективна и никаких проблем в надежности УМЗЧ не было. Очень удобно контролировать токи дифференциальных транзисторов (VT3 и VT4) по падению напряжения на резисторах R7 и R15 или R21 и R26. Подстроечный резистор R11 – балансировочный, служит для установки нулевого потенциала на громкоговорителе (на выходе УМЗЧ).

Схема узла защиты громкоговорителей (рис.7) выполнена по традиционной схеме.



Поскольку была выбрана конструкция размещения УМЗЧ в раздельных корпусах, то и узлы защиты акустических систем у каждого УМЗЧ были свои. Схема защиты АС проста и надежна, этот вариант прошел длительную проверку во многих конструкциях и зарекомендовал себя как хороший и надежный, не раз “спасающий” жизнь дорогостоящих громкоговорителей. Удовлетворительной работой схемы можно считать срабатывание реле К1 при подаче постоянного напряжения 5 В между точками А и Б. Очень просто это проверить с помощью регулируемого блока питания (с изменяемым выходным напряжением). В разных конструкциях применялись различные типы реле, так же изменялось и напряжение блока питания этого узла в пределах 30-50 В (для больших значений этого напряжения следует заменить транзисторы VT1 и VT2 на более высоковольтные экземпляры, например КТ503Е и др.)
Предпочтение для использования в блоке защиты следует отдавать экземплярам реле с наиболее сильноточными группами контактов, с большой площадью поверхностей соприкосновения контактов. А вот реле РЭС-9 или РЭС-10 вообще применять не следует – при больших выходных мощностях УМЗЧ они начинают вносить свои “неповторимые” окраски в усиленный сигнал. Блок защиты АС питают от отдельного выпрямителя, причем необходимо исключить какие-либо гальванические соединения этого блока с УМЗЧ, за исключением лишь датчиков выходных напряжений – точки А и Б подключены к выходам УМЗЧ.
Драйверы обоих каналов можно запитать от одного общего стабилизатора напряжения. При этом оба канала УМЗЧ объединяют в один корпус, а блоки питания собраны в другом корпусе. Естественно, здесь широкое поле выбора для каждого конкретного случая, кому что более подходит в конструктивном исполнении. Схема одного из вариантов стабилизатора для питания драйверов изображена на рис.8.


На транзисторе VT1 собран генератор тока, питающий транзистор VT2, необходимое напряжение на выходе стабилизатора устанавливают подстроечным резистором R6. Следует подчеркнуть, что от напряжения этого стабилизатора зависит в первую очередь максимальная выходная мощность УМЗЧ. Но увеличивать напряжение свыше 50 В не рекомендуется из-за возможного выхода из строя транзисторов VT3 и VT4 драйвера. Суммарное напряжение стабилизации стабилитронов должно быть в пределах 27-33 В. Ток через стабилитроны подбирается резистором R4. Резистор R1 ограничительный (по току), предотвращает выход из строя регулирующего транзистора VT2. Последнее вполне вероятно в процессе налаживания, при этом повышение питания драйвера сможет вывести весь УМЗЧ из строя. После налаживания УМЗЧ резистор R1 в стабилизаторе можно замкнуть отрезком провода, а можно этого и не делать, поскольку драйверы потребляют ток всего лишь немногим более 50 мА – влияние резистора R1 на параметры стабилизатора незначительны при малых нагрузочных токах.
При блочной конструкции придется полностью разделять питания обоих УМЗЧ, в том числе и драйверов. Но в любом случае для питания драйвера необходим отдельный выпрямитель со своей обмоткой в трансформаторе. Схема выпрямителя изображена на рис.9.

В каждом канале УМЗЧ используется свой трансформатор питания. Такой вариант конструктивного исполнения имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционным использованием одного трансформатора. Первое, что удается, так это уменьшить высоту блока в целом, поскольку размеры (высота) сетевого трансформатора значительно снижается при раздетых питающих трансформаторах для каждого УМЗЧ. Далее, легче производить намотку, поскольку диаметр намоточных проводов без ущерба для мощности УМЗЧ можно снижать в 1,4 раза. В связи с этим и сетевые обмотки можно включать противофазно для уменьшения сетевых наводок (это очень помогает компенсировать излучение полей трансформаторов, особенно при размещении в одном корпусе с УМЗЧ других схем усилителей – блоков тембров, регулировки громкости и т.п.). Разделение питающих цепей выходных транзисторов УМЗЧ позволяет увеличить и качество воспроизводимого сигнала, особенно на низких частотах (переходные искажения в каналах на НЧ также снижаются). Для снижения уровня интермодуляционных искажений, вызываемых сетевым питанием, в трансформаторы введены электростатические экраны (один слой провода, намотанного виток к витку).
Во всех вариантах конструкций УМЗЧ использованы тороидальные магнитопроводы для трансформаторов. Намотка производилась вручную с помощью челноков. Можно порекомендовать и упрощенный вариант конструкции блока питания. Для этого используют фабричный ЛАТР (хорошо подходит девятиамперный экземпляр). Первичная обмотка как самая трудная в процессе намотки – уже готовая, необходимо лишь намотать экранную обмотку и все вторичные и трансформатор прекрасно будет работать. Окно у него достаточно просторное для размещения обмоток для обоих каналов УМЗЧ. Кроме того, при этом можно драйверы и усилителифазоинверторы запитать от общих стабилизаторов, “сэкономив” в этом случае две обмотки. Недостаток такого трансформатора – большая высота (кроме, конечно же, и вышеперечисленных обстоятельств).
Теперь о деталях. Устанавливать низкочастотные диоды (вроде Д242 и им подобных) для питания УМЗЧ не следует – увеличатся искажения на высоких частотах (от 10 кГц и выше), кроме того в схемы выпрямителей были дополнительно внесены керамические конденсаторы, позволяющие снизить интермодуляционные искажения, вызываемые изменением проводимости диодов в момент их коммутации. Таким образом снижается влияние сетевого питания на УМЗЧ при его работе на высоких частотах звукового диапазона. Еще лучше обстоит дело с качеством при шунтировании электролитических конденсаторов в сильноточных выпрямителях (выходные каскады УМЗЧ) неэлектролитическими. При этом на слух и первое и второе дополнение схем выпрямителей достаточно отчетливо воспринималось субъективной экспертизой – проверкой на слух работы УМЗЧ, отмечалась более естественная его работа при воспроизведении нескольких ВЧ-составляющих разных частот.
О транзисторах. Заменять транзисторы VT3 и VT4 худшими по частотным свойствам экземплярами (КТ814, например) не стоит, коэффициент гармоник возрастает при этом не менее, чем в два раза (на ВЧ-участке и того более). На слух это очень хорошо заметно, средние частоты воспроизводятся неестественно. С целью упрощения конструкции УМЗЧ в выходном каскаде использованы составные транзисторы серии КТ827А. И хотя они, в принципе, достаточно надежны, их все же необходимо проверять на максимально выдерживаемое (у каждого экземпляра оно свое) напряжение коллектор-эмиттер (имеется в виду прямое напряжение Uкэmax. для закрытого транзистора). Для этого базу транзистора соединяют с эмиттером через резистор 100 Ом и подают, плавно увеличивая, напряжение: на коллектор – плюс, на эмиттер – минус. Экземпляры, обнаруживающие протекание тока (предел амперметра – 100 мкА) для Uкэ = 100 В не пригодны для данной конструкции. Они могут работать, но это не надолго… Экземпляры же без таких “утечек” работают надежно годами, не создавая никаких проблем. Схема стенда для испытаний изображена на рис.10.


Естественно, что параметры серии КТ827 желают быть лучшими, особенно это касается их частотных свойств. Поэтому их заменяли “составными” транзисторами, собранными на КТ940 и КТ872. Необходимо лишь отобрать КТ872 с возможно большим h31э, поскольку у КТ940 недостаточно велик Iкmax. Такой эквивалент просто отлично работает во всем звуковом диапазоне, а особенно на высоких частотах. Схема включения двух транзисторов вместо одного составного типа КТ827А изображена на рис.11. Транзистор VT1 можно заменить на КТ815Г, a VT2 – практически любым мощным (Pк > 50 Вт и с Uэ > 30.

Резисторы применены типов С2-13 (0,25 Вт), МЛТ. Конденсаторы типов К73-17, К50-35 и др. Налаживание правильно (без ошибок) собранного УМЗЧ заключается в установке тока покоя транзисторов выходного каскада УМЗЧ – VT7 и VT8 в пределах 40-70 мА. Очень удобно контролировать значение тока покоя по падению напряжения на резисторах R27 и R29. Ток покоя задают резистором R3. Близкое к нулевому постоянное выходное напряжение на выходе УМЗЧ устанавливают балансировочным резистором R11 (добиваются разности потенциалов не более 100 мВ).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Сухов Н.Е. и др. Техника высококачественного звуковоспроизведения – Киев, “Техника”, 1985
2. Сухов Н.Е. УМЗЧ высокой верности. – “Радио”, 1989 – №6, №7.
3. Сухов Н.Е. К вопросу об оценке нелинейных искажений УМЗЧ. – “Радио”, №5. 1989.

Схема простого усилителя звука на транзисторах , которая реализована на двух мощных составных транзисторах TIP142-TIP147 установленных в выходном каскаде, двух маломощных BC556B в дифференциальном тракте и один BD241C в цепи предварительного усиления сигнала — всего пять транзисторов на всю схему! Такая конструкция УМЗЧ свободно может быть использована например в составе домашнего музыкального центра или для раскачки сабвуфера установленного в автомобиле, на дискотеке.

Главная привлекательность данного усилителя мощности звука заключается в легкости его сборки даже начинающими радиолюбителями, нет необходимости в какой либо специальной его настройке, не возникает проблем в приобретении комплектующих по доступной цене. Представленная здесь схема УМ обладает электрическими характеристиками с высокой линейностью работы в частотном диапазоне от 20Гц до 20000Гц. p>

При выборе или самостоятельном изготовлении трансформатора для блока питания нужно учитывать такой фактор: — трансформатор должен иметь достаточный запас по мощности, например: 300 Вт из расчета на один канал, в случае двухканального варианта, то естественно и мощность удваивается. Можно применить для каждого свой отдельный трансформатор, а если использовать стерео вариант усилителя, то тогда вообще получится аппарат типа «двойное моно», что естественно повысит эффективность усиления звука.

Действующее напряжение во вторичных обмотках трансформатора должно составлять ~34v переменки, тогда постоянное напряжение после выпрямителя получится в районе 48v — 50v. В каждом плече по питанию необходимо установить плавкий предохранитель рассчитанный на рабочий ток 6А, соответственно для стерео при работе на одном блоке питания — 12А.


Всем Привет! В этой статье я буду подробно описывать как изготовить классный усилитель для дома или авто . Усилитель несложный в сборке и настройке, и имеет хорошее качество звучания. Ниже вашему вниманию представлена принципиальная схема самого усилителя.


Схема выполнена на транзисторах и не имеет дефицитных деталей. Питание усилителя двуполярное +/- 35 вольт, при сопротивлении нагрузки в 4 Ома. При подключении 8-ми Омной нагрузки, питание можно увеличить до +/- 42 вольт.

Резисторы R7, R8, R10, R11, R14 — 0,5 Вт; R12, R13 — 5 Вт; остальные 0.25 Вт.
R15 подстроечный 2-3 кОм.
Транзисторы: Vt1, Vt2, Vt3, Vt5 — 2sc945 (на корпусе пишется обычно c945).
Vt4, Vt7 — BD140 (Vt4 можно заменить нашим Кт814).
Vt6 — BD139.
Vt8 — 2SA1943.
Vt9 — 2SC5200.

ВНИМАНИЕ! У транзисторов c945 есть разная цоколевка: ЭКБ и ЭБК. Поэтому перед впайкой нужно проверять мультиметром.
Светодиод обычный, зеленого цвета, именно ЗЕЛЕНОГО! Он здесь не для красоты! И НЕ должен быть сверхъярким. Ну а остальные детали видно на схеме.

И так, Погнали!

Для изготовления усилителя нам понадобятся инструменты :
-паяльник
-олово
-канифоль (желательно жидкий), но можно обойтись и обычным
-ножницы по металлу
-кусачки
-шило
-медицинский шприц, любой
-сверло 0.8-1 мм
-сверло 1.5 мм
-дрель (лучше какую-нибудь мини дрель)
-наждачная бумага
-и мультиметр.

Материалы:
-односторонняя текстолитовая плата размером 10х6 см
-лист тетрадной бумаги
-ручка
-лак для дерева (желательно темного цвета)
-небольшой контейнер
-пищевая сода
-лимонная кислота
-соль.

Список радиодеталей я перечислять не буду, их видно на схеме.
Шаг 1 Готовим плату
И так, нам нужно изготовить плату. Так как лазерного принтера у меня нет (вообще нет ни каково), плату мы будем изготавливать «по старинке»!
Для начала нужно просверлить отверстия на плате для будущих деталей. У кого есть принтер, просто распечатайте эту картинку:


если нет, то тогда нам надо перенести на бумагу разметку для сверловки. Как это сделать вы поймете на фото ниже:


когда будете переводить, не забудьте про размер платы! (10 на 6 см)


вот как то так!
Отрезаем ножницами по металлу нужный нам размер платы.


Теперь прикладываем листок к вырезанной плате и фиксируем скотчем, чтобы не съехала. Далее берем шило и намечаем (по точкам) где будем сверлить.


Можно конечно обойтись без шила и сверлить сразу, но сверло может съехать!


Теперь можно и начать сверловку. Сверлим дырки 0.8 — 1 мм.Как я говорил выше: лучше использовать мини дрель, так как сверло очень тонкое и легко ломается. Я например использую моторчик от шуруповерта.


Дырки под транзисторы Vt8, Vt9 и под провода сверлим сверлом 1.5 мм. Теперь надо зачистить наждачкой нашу плату.


Вот теперь можно и начать рисовать наши дорожки. Берем шприц, стачиваем иголку, чтоб была не острой, набираем лак и вперед!


Подравнивать косяки лучше когда лак уже застынет.


Шаг 2 Травим плату
Для травления плат я использую самый простой и самый дешевый метод:
100 мл перекиси, 4 ч ложки лимонной кислоты и 2 ч ложки соли.


Размешиваем и погружаем нашу плату.


Далее счищаем лак и получается вот так!


Желательно сразу все дорожки покрыть оловом для удобства пайки деталей.


Шаг 3 Пайка и настройка
Паять удобно будет по этой картинке (вид со стороны деталей)


Для удобства с начало впаиваем все мелкие детали, резисторы и прочее.


А потом уже все остальное.


После пайки плату нужно отмыть от канифоли. Отмыть можно спиртом или ацетоном. На крайняк можно даже бензином.


Теперь можно и пробовать включать! При правильной сборке усилитель работает сразу. При первом включении резистор R15 надо вывернуть в сторону максимального сопротивления (меряем прибором). Колонку не подключать! Выходные транзисторы ОБЯЗАТЕЛЬНО на радиатор, через изолирующие прокладки.

И так: включили усилитель, светодиод должен гореть, меряем мультиметром напряжение на выходе. Постоянки нет, значит все хорошо.
Далее нужно установить ток покоя (75-90mA): для этого замкните вход на землю, нагрузку не подключать! На мультиметре поставьте режим 200mV и подсоедините щупы к коллекторам выходных транзисторов. (на фото отмечено красными точками)


Далее медленным вращением резистора R15 нужно установить 40-45 mV.


Выставили, теперь можно подключить динамик и погонять усилитель на небольшой громкости 10-15 мин. Потом опять нужно будет подкорректировать ток покоя.
Ну вот и все, можно наслаждаться!

Вот видео работы усилителя:

Предлагаю схему транзисторного усилителя мощности звуковой частоты, не имеющего дефицитных деталей.

Кому не хочется собрать хороший усилитель мощности низкой частоты, чтобы он работал «чисто», был надежен, да и налаживание не отнимало бы много времени. Без ошибок собранный он начинает работать сразу же после подачи на него питающих напряжений.

Необходимо лишь с помощью резистора R7 установить нулевое выходное напряжение при отсутствии сигнала на входе и выставить начальный ток выходных транзисторов VT11, VT12 в пределах 100-150 мА. При двуполярном питании ±36 В транзисторный усилитель мощности звуковой частоты отдает в нагрузку сопротивлением 8 Ом 50 Вт, при нагрузке 4 Ом — 90 Вт.

При работе УМЗЧ на 4-омную нагрузку емкость сглаживающих конденсаторов в блоке питания должна быть не менее 20000 мкФ для стерео варианта или 10000 мкФ для моно варианта. Увлекаться снижением емкости этих конденсаторов не стоит, так как при больших токах в нагрузке может ухудшиться воспроизведение.

Хорошие результаты дает применение стабилизированных блоков питания. При этом допустимо снижение емкости фильтрующих конденсаторов в 1,5 раза. К тому же в стабилизированный блок питания нетрудно ввести токовую защиту.

В данном такая защита не предусмотрена, поскольку простоя защита заметно ухудшает качество звуковоспроизведения, о сложная значительно увеличивает количество радиокомпонентов.

Релейные схемы защиты весьма чувствительны ко всякого рода помехам и всплескам напряжений, поэтому и от них пришлось отказаться. Предлагаемый усилитель на транзисторах рассчитан не стационарный аудиокомплекс. Аккуратно собранный, работающий на исправные и с хорошим запасом мощности акустические системы, простой усилитель звука прослужит не один год.

Как видно из рис.1, УМЗЧ состоит из дифференциального каскада VT1, VT2 с генератором тока на транзисторе VI3, усилителя напряжения на транзисторе VT4 и буферного каскада — усилителя тока на транзисторе VT5. Последний нагружен на генератор токе, собранный на транзисторе VF6 и на симметричную схему двухтактного составного повторителя напряжения на транзисторах VT7-VT12.

Несмотря на «традиционность»‘ этой схемы, в ней применены некоторые «тонкости». Усилитель тока VT7-VT12 несколько видоизменен по сравнению с обычными схемами. Это позволило снизить искажения, вносимые выходным каскадом УМЗЧ, в несколько раз.

В обычных схемах из-за наличия емкости перехода база-эмиттер (эта емкость у мощных транзисторов может достигать сотых долей микрофарад) на базах выходных и предвыходных транзисторов скапливаются электрические заряды, что приводит к затягиванию времени переходных процессов.

В предлагаемой схеме влияние емкости база-эмиттер уменьшено в несколько раз, что в итоге благоприятно сказывается на верности звуковоспроизведения. УМЗЧ охвачен цепью общей ООС. Глубина ООС по переменному току зависит от резисторов R17 и R16. Для уменьшения искажений, вносимых конденсатора С6, он зашунтирован неэлектролитическим конденсатором С7 емкостью в 4,7 мкФ.

Даже неискушенные слушатели могут заметить разницу в звучании, особенно на высоких частотах, с конденсатором С7 и без него. Для установки нулевого потенциала на выходе УМЗЧ при отсутствии входного сигнала служит цепь, состоящая из элементов R3,R6,R7,R14,C3. Через эту цепочку подается небольшое отрицательное напряжение смешения на транзисторы VT1 и VT2.

Необходимо отметить, что наличие буферного усилителя тока VT5 позволяет уменьшить искажения в 10-15 роз. Поэтому не стоит упрощать схемы путем исключения этого каскада. Ток покоя выходных транзисторов зависит от тока транзистора VT6. Поэтому при настройке, если необходимо, изменяют сопротивление резистора R18. Увеличение сопротивления резистора R18 соответствует уменьшению тока транзистора
VT6 и, наоборот, уменьшение R18 вызывает увеличение тока VT6.

Увеличение тока через VT6 вызывает соответственно увеличение падения напряжения на диодах VD1 — VD4, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения смещения транзисторов VT7-VT12, при этом начальный ток выходных транзисторов VT11 и VT12 увеличивается. Напряжение на входе усилителя при максимальной мощности, отдаваемой им в нагрузку, примерно равно 1 В.

Коэффициент гармоник не превышает 0,04 % во всем диапазоне звуковых частот. Если подобрать комплиментарные пары VT9,VT10 и VT11,VT12 с одинаковыми Ь21э, можно добиться уменьшения Кг до 0,02 % в диапазоне частот до 16 кГц.

Для сохранения хорошего качества звуковоспроизведения предварительный усилитель с блоком тембров должен иметь низкое выходное сопротивление (несколько килоом) и коэфициент нелинейных искажений не более чем данный УМЗЧ.


Печатная плата УМЗЧ изображена на рис.2. Очень удобно проверять усилитель на устойчивость с помощью генератора прямоугольных импульсов, наблюдая на экране осциллографа за формой выходного сигнала. При этом подбирают емкость конденсатора С5, добиваясь наименее искаженного сигнала на выходе по сравнению с его первоначальной формой.

По возможности емкость С5 уменьшают, поскольку улучшается АЧХ усилителя на высоких частотах. Фактически емкость конденсатора удавалось снизить до 20 пФ, когда УМЗЧ работал но громкоговорители без LC-фильтров, т.е. на широкополосные громкоговорители. При работе на большую реактивную нагрузку емкость С5 необходимо увеличивать.

Кроме того, необходимо ввести катушку индуктивности в несколько микрогенри в разрыв выходного провода УМЗЧ. На печатной плате это катушка должна находиться вблизи точки соединения резисторов R26 и R27. При работе на большую реактивную нагрузку следует также ввести в схему УМЗЧ защитные (для выходных транзисторов) диоды VD7 и VD8.

Общеизвестно преимущество инвертирующего усилителя над неинвертирующим. Поскольку при инвертирующем включении входной сигнал подается на базу транзистора VT2, то входное сопротивление УМЗЧ шунтируется резистором R16. При этом для согласования низкого сопротивления усилителя, например с регулятором громкости, необходимо на входе УМЗЧ включить истоковый повторитель.

Схема такого повторителя изображена на рис.3 и на печатной плате специально для него оставлено место. Для перевода УМЗЧ в инвертирующий вариант необходимо сделать следующее.

  1. Отсоединить от общего провода конденсаторы С6, С7 и освободившиеся выводы подключить к выходу истокового повторителя. При этом входом УМЗЧ будет вход повторителя.
  2. Соединить левый контакт С1 (рис1) с общим проводом и включить параллельно ему электролитический конденсатор аналогично Сб.
  3. Чтобы не было щелчков и бросков напряжений на выходе УМЗЧ при ею включении, подбирая резистор R3 (рис.3), установить нулевой потенциал на истоке транзистора VT1.
  4. Сопротивления резисторов R4 и R5 подбираются таким образом, чтобы стабилитроны VD1 и VD2 не вышли из режима стабилизации напряжения. При инвертирующем включении по сравнению с неинеертирующим усилитель работает на слух несколько чище.

Схема блока питания (БП) изображена на рис.4. С целью уменьшения искажений общий провод разделен на два в кожном УМЗЧ, в противном случае резко возрастают искажения, появляются «блуждающие» токи, которые сильно увеличивают уровень фона в акустических системах. С этой же целью в блоке питания для уменьшения наводок от силовых трансформаторов применено противофазное включение первичных обмоток трансформаторов Т1 и Т2.

Раздельное питание каналов УМЗЧ позволяет значительно снизить переходные искажения в каналах, особенно на низких частотах. Диаметр провода как вторичной, так и первичной обмоток также можно уменьшить в 1,4 раза по сравнению с одним трансформатором в БП УМЗЧ. При использовании предохранителей FU2-FU5 (рис.4) надобность в предохранителях FU1 и FU2 (рис.1) отпадает, но предусмотренные для них площадки в платах очень удобны в случае ремонта.

При этом FU1 и FU2 заменяют резисторами для контроля токов и предохранения выхода из строя транзисторов VT7-VT12. Трансформаторы Т1 и Т2 намотаны на тороидальных магнитопроводах, внешний диаметр которых 110 мм, внутренний 65 мм и высото 23 мм. Первичная обмотка содержит 1320 витков провода ПЭВ — 0,64 мм, вторичная обмотка намотана двойным проводом ПЭВ — 1,2 мм 162 витка. Экран состоит из одного слоя провода ПЭЛШО — 0,41 мм.

Для VT5 и VT6 подойдут транзисторы КТ604, КТ611. КТ618А, КГ630. КТ940. Вместо транзисторов КТ817 и КТ816 прекрасно подходят более современные КТ850 и КТ851. Транзисторы VT1 -VT3 заменяешь на современные КТ611А. КТ632, 2Т638А. «Камень преткновения» УМЗЧ — транзистор VT4, его рекомендуется заменить но современный КТ3157А.

Этот транзистор более высоковольтный, чем КТ209М, к тому же он специально разработан для видеоусилителей транзисторных телевизоров и по своим параметром более высокочастотный.
Работает УМЗЧ с такой заменой ощутимо лучше. Усилитель прекрасно работает при понижении питания до ±25 В. Необходимо лишь уменьшить номиналы R11, R18 (Рис.1), чтобы выставить начальные токи VT7-VT12 и нулевое напряжение на выходе УМЗЧ.

В этом случае в дифференциальном каскаде можно применять КТ3102А(Б), а КТ209М (VT4I заменить но КТ3107И). Вместо КТ818. KT8I9 лучше работают КТ864, КТ865 или КТ8101, КТ8102 Предлагается также изменить цепь регулировки начального тока выходных транзисторов заменой VDI — VD4 и R19 на несколько иную схему (рис5).

Транзистор типа КТ626 устанавливается на теплоотводе как можно ближе к VT12. Транзисторы VT11 и VT12 размещены не на отдельных теплоотводах.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Схема Hi-Fi стереоусилителя на транзисторах » S-Led.Ru


Несмотря на простую схему при полном отсутствии микросхем, этот усилитель обладает достаточно высокими характеристиками, соответствующими классу Hi-Fi аудиотехники. Усилитель может стать составным звеном для самодельного аудиоцентра или быть «приставкой» для усиления сигнала, поступающего с выхода такой портативной аппаратуры, как кассетный плеер или CD-плеер. Имеется раздельная для каналов регулировка громкости и шестиполосный эквалайзер.

Технические характеристики усилителя:


1. Номинальная / максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом…………… 16 W / 25 W.
2. Номинальная чувствительность …… 0,25 V.
3. КНИ на частоте 1 кГц при номинальной выходной мощности, не более………………. 0,22%.
4. Полоса пропускания (в средних положениях регуляторов эквалайзера) при неравномерности не более 2 дб……………. 30…. 25000 Гц.
5. Отношение сигнал /фон не ниже………. 80 дб.
6. Входное сопротивление…………. 1 мОм
7. Диапазон регулировок эквалайзера…. ± 12 дб.

Предварительный усилитель содержит два усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2 (по одному для каждого канала) и пассивный шестиполосный эквалайзер. Каскады предварительного усиления питаются напряжением 12 В от параметрического стабилизатора на R77 и VD1. Каскады построены по схемам усилителя напряжения с последовательной ООС по току, осуществляемой через резисторы R9 и R10. Применение транзистор-ров КТ3102Г с большим коэффициентом передачи тока базы позволило получить значительный коэффициент усиления при высоком входном сопротивлении и минимальных искажениях сигнала.

Эквалайзер каждого канала содержит по шесть пассивных фильтров, причем четыре из них (на R56-R59) полосовые, фильтр на — R55 — фильтр нижних частот, регулирующий ограничение частот ниже 60 Гц а фильтр на
— R60 — фильтр верхних частот, регулирующий ограничение частот выше 15 кГц.

Усилитель мощности ЗЧ построен по трех-каскадной схеме, работающей в классе А-В. Гальваническая связь всех его каскадов позволила охватить весь усилитель широкополосной (начиная с нуля Гц) последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, и обеспечить, тем самым, высокую стабильность режимов работы усилителя при значительных изменениях питающего напряжения и окружающей температуры. Напряжение обратной связи снимается с эмиттеров выходных транзисторов и через R69 (R81) на эмиттер транзистора VT3 (VT7). Вторая петля ООС — через резистор R70 (R82) служит для уменьшения влияния емкости выходного конденсатора С49 (С55) на выходное сопротивление усилителя. Кроме того, она дополнительно снижает КНИ и фон переменного тока.

Напряжение смещения на базы выходных транзисторов поступает с диода VD3 (VD5), включенного в цепь коллектора транзистора второго каскада. Нелинейность вольт-амперной характеристики диода и её зависимость от окружающей температуры, здесь используется для стабилизации температурного режима выходного каскада (конструктивно, корпус диода должен быть в тепловом контакте с радиаторами выходных транзисторов).
Конденсатор С47 (С53) предотвращает самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Резистор R71 (R83) предотвращает изменение режимов усилителя по постоянному току, при обрыве в цепи нагрузки.

Источник питания — простой трансформаторный, не стабилизированный. Трансформатор используется готовый, 40 ваттный. Напряжение питания усилителя может быть от 30 до 50 V (на схеме обозначены напряжения для 40 V), при этом, соответственно, меняется мощность. Повышать напряжение более 50 V не желательно. Выходные транзисторы имеют отдельные радиаторы, площадью поверхности не менее 100 см2. Необходимо обеспечить диоду VD3 (VD5) тепловой контакт с радиаторами.

Налаживание усилителя мощности состоит в симметрировании проходной характеристики подбором номиналов резисторов R61 (R72) и R62 (R73). При этом, постоянное напряжение на эмиттерах выходных транзисторов должно быть равно половине напряжения питания выходного каскада. Кроме того, нужно измерить напряжение между базами выходных транзисторов и если оно отличается от 0,85-0,95 В, то, нужно подобрать диод VD3 (VD5) или последовательно или параллельно ему включить дополнительный резистор, такого сопротивления чтобы получить напряжение между базами выходных транзисторов 0,9 В.

УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ САБВУФЕРА 150W — Усилители мощности низкой частоты (ламповые) — Усилители НЧ и все к ним

  Введение
      Усилители низкой частоты большой мощности нельзя отнести к обычным конструкциям, так как они по своей сути всегда достаточно сложны в изготовлении. Малейшая ошибка в процессе сборки приводит к тому, что все приходится начинать сначала, и это становится очень дорогим удовольствием.
      Описываемый усилитель — достаточно серьезная конструкция, несмотря на его очевидную простоту и небольшие размеры. Усилитель может быть собран опытным радиолюбителем за несколько часов. Рекомендуется при сборке этого усилителя использовать печатную плату. Не пытайтесь собрать этот усилитель, если это Ваша первая серьезная конструкция.
      Напряжение постоянного тока в схеме достигает величины 110В, что может привести к серьезным поражениям электрическим током.
      Рассеиваемая выходными транзисторами мощность достигает очень больших значений, поэтому при их установке необходимо тщательно соблюдать меры по обеспечению хорошего теплового контакта их с радиатором.
      Усилитель предназначен для кратковременного режима работы на нагрузку сопротивлением 4 Ома, как обычно принято в сабвуферах.
      В случае длительной работы усилителя в режиме номинальной мощности необходимо нагружать усилитель на АС сопротивлением не менее 8 Ом. При этом усилитель может качественно работать длительное время и отдавать мощность около 150 Вт. Для работы в непрерывном режиме при номинальной мощности на нагрузку сопротивлением 4 Ома необходима дополнительная установка еще 4 выходных транзисторов (по 2 в каждое плечо усилителя).
      В усилителе нет защиты выходных транзисторов от короткого замыкания выхода. Короткое замыкание выхода мгновенно выведет из строя выходные транзисторы.
      Конструктивно усилитель размещен в корпусе сабвуфера.
      Усилитель сохраняет свои рабочие характеристики при изменении напряжения источника питания не более чем на ±5 В.
      Описание
      Принципиальная электрическая схема усилителя приведена на рис. 1.
      Усилитель выполнен по схеме, ставшей традиционной для большийства современных усилителей НЧ: с двухполярным питанием и дифференциальным каскадом на входе. Цепочка R1, С2 служит для фильтрации радиочастотных помех. Сигнал подается на вход через неполярный конденсатор С1 емкостью 4,7 мкФ. Полное комплексное сопротивление этой емкости обеспечивает малый завал частотной характеристики на очень низких частотах. Если применить конденсатор с полистирольным или фторопластовым диэлектриком емкостью 1 мкФ, то при номинальном входном сопротивлении 22 кОм, завал на частоте 7,2 Гц будет около -3 дБ. Дифференциальный каскад выполнен на транзисторах VT2 и VT3. Тран- зистор VT1 выполняет функцию источника тока. База транзистора VT3 соединена с выходом усилителя через резистор R12. Как только на выходе усилителя появится отличное от нуля постоянное напряжение, усиленный дифференциальным каскадом сигнал рассогласования поступит на последующие каскады и изменит их режим так, чтобы постоянное напряжение на выходе стало равно нулю. В случае идентичности параметров транзисторов VT2 и VT3 через нагрузку не протекает постоянный ток и, следовательно, разделительный конденсатор в цепи нагрузки можно не применять. Низкочастотный сигнал, усиленный транзистором VT2, снимается с нагру- зочного резистора R5 и подается на базу транзистора VT4. Далее усиленный низкочастотный сигнал подается на двухтактный усилитель на транзисторах VT5…VT8. Диоды VD2 и VD3 обеспечивают начальное смещение транзисторов выходного каскада и также размещаются на радиаторе. Они должны быть в хорошем тепловом контакте с радиатором усилителя. Нарушение этого правила приведет к тому, что температурный режим выходных транзисторов выйдет из под контроля и, как следствие, выход оконечных транзисторов из строя от температурного перегрева.       В выходном каскаде применены транзисторы 2SC3856 и 2SA1492. Их можно заменить на более дешевые MJ21193/MJ21194 или 2SC3281/2SA1302 соответственно. В качестве светодиода VD1 (рис. 1) можно использовать любой маломощный, зеленого свечения. Резисторы R10. R11 и R22 пленочные мощностью 1 Вт, R16…R21 проволочные мощностью не менее 5 Вт, остальные пленочные — 0,25 Вт. Поскольку выходной каскад работает в режиме класса В, усилитель имеет повышенные искажения в области высоких частот.
      Глубокая ООС в области низких частот позволяет получить искажения на частоте 1 кГц около 0,04%.
      При выходной мощности 250 Вт пиковые значения мощности при переходных процессах могут достигать более 300 Вт. При применении в блоке питания мощного трансформатора и больших номиналов емкостей фильтра можно обеспечить устойчивую работу усилителя при выходной мощности до 350 Вт. В этом случае выходной каскад нужно собрать по схеме, приведенной на рис. 3, добавив 4 мощных транзистора VT13…VT16 и низкоомные резисторы R23…R26.
      Несмотря на широкую полосу пропускания усилителя, искажения на частотах выше 10 кГц значительны.
      При измерении пиковой мощности напряжение источника питания «проваливалось» с 56 В до 50,7 В при нагрузке 8 Ом и до 47.5 В при нагрузке 4 Ома.
      На рис. 2 [1] приведена схема пикового индикатора перегрузки.
      Лабораторные измерения параметров усилителя показали следующие результаты, приведенные ниже:

      Выходная мощность не менее . . . . . . . . . . . . . . . 240Вт
      Номинальное входное напряжение . . . . . . . . . . . 1,3В
      Уровень собственных шумов . . . . . . . . . . . . . . . . . .-63дБ
      Коф искажений при Рвых 4 Вт не более . . . . . . . . 0,04%
      Время нарастания, не менее . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3В/мкс

      Индикатор перегрузки предназначен для слежения за режимом работы усилителя. Входы а и б индикатора подключены к базовым цепям дифференциального каскада усилителя. При линейном режиме работы усилителя напряжения в точках а и б равны. В случае перегрузки усилителя искаженный сигнал обратной связи поступающий на базу транзистора VT3 дифференциального каскада, будет отличаться от входного сигнала и на выводе 1 микросхемы DA1.1 появится напряжение ошибки, которое усиливается усилителем на DA1.2 и поступает на пиковый детектор DA2.1..;DA2.2. Индикатором перегрузки является све-тодиод VD3 — красного цвета, включенный в коллекторную цепь транзисторного ключа VT1. Время свечения светодиода в случае появления даже кратковременного сигнала ошибки определяется постоянной времени цепочки C3R12. Регулировка индикатора заключается в установке движков потенциометров R5 и R9 в положение, при котором свечение светодиода VD3 наступает при наличии нелинейных искажений выходного сигнала.
      Блок питания
      Схема блока питания приведена на рис. 4. Трансформатор необходимо использовать с мощностью не менее 400 Вт и выходным напряжением 2 х 40 В.
      Конденсатор С1 должен быть рассчитан на напряжение не менее 240 В, мостовые выпрямители — на ток 35 А, конденсаторы фильтра — на рабочее напряжение не менее 63 В, емкость конденсатора фильтров -4700… 10000 мкФ. При использовании усилителя в качестве широкополосного емкость фильтрующих конденсаторов следует удвоить.
     
 

Схема усилителя Hi-Fi мощностью 100 Вт на транзисторах 2N3055 — Mini Crescendo

Описанная здесь схема транзисторного усилителя mini Crescendo мощностью 100 Вт была построена и протестирована мной, и я очень доволен ее характеристиками, а также ее надежностью в плане обслуживания и эксплуатации. обеспокоенный.

Усилитель класса

По сути, вся конфигурация представляет собой симметричный усилитель класса А, включающий каскад входного фильтра, промежуточный драйверный каскад и мощный симметричный выходной каскад, состоящий из универсальных силовых транзисторов 2N3055.Схема эффективно управляет 100-ваттным динамиком с сопротивлением 4 Ом, входы которого поступают от любого источника звука, например, мобильного телефона, DVD-плеера и т. д.

задействованная конфигурация схемы была бы очень удобна, давайте начнем объяснение со следующих пунктов:

Работа схемы

Беглый взгляд на приведенную схему позволяет сделать вывод, что конфигурация выхода не симметрична, так как транзисторы T15 и T16 оба типа NPN.

Входной каскад схемы начинается или инициируется с симметричного дифференциального каскада предусилителя, состоящего из транзисторов T1, T2 и T3, T4.T5 и T6, расположенных как источники тока, которые далее расширяются как каскад драйвера, состоящий из транзисторов Т7 и Т8.

Однако при ближайшем рассмотрении видно, что проводка, конечно же, симметрична: транзисторы T11, T13, T15 в верхней части действуют как специальный усилительный транзисторный блок. Точно так же в нижней части также используется идентичный усилительный каскад, состоящий из транзисторов T12. , Т14 и Т16.

Вышеупомянутые две секции идеально дополняют друг друга, со ссылкой на схему, которая показывает, что их эмиттеры подключены к общей точке через резисторы R25 до R27 и через R28 до R30, это фактически означает, что проводка исключительно симметрична по своей природе. .

Выходной каскад способен обеспечить огромный коэффициент усиления в 200 000 раз при сравнительно очень низком потреблении тока покоя. Уровень покоя можно установить, отрегулировав предустановку P1.

Из-за некритического характера схемы весь проект может быть легко построен на печатной плате общего назначения, однако расположение компонентов или, скорее, размещение и соотношение расстояния между компонентами должны быть как можно более идентичными. возможное расположение схемы.

Хотя для всего набора выходных устройств может использоваться общий радиатор, я лично использовал отдельные радиаторы для каждого из транзисторов.

Это избавило меня от головной боли, связанной с использованием громоздкого и малоэффективного комплекта слюдяной изоляции между транзисторами.

Катушка индуктивности сохранена для улучшения динамического характера схемы. Он состоит из 20 витков суперэмалированного медного провода, намотанного на резистор сопротивлением 1 Ом.

Толщина проволоки составляет около 1 мм. Хотя это и не является абсолютно необходимым, для лучшей термостойкости транзисторы T9 и T11, а также T10 и T12 следует склеить вместе, предпочтительно соединив соответствующие пары лицом к лицу. В идеале ток покоя должен быть установлен на уровне 50 мА с помощью следующей начальной процедуры:

Как установить ток покоя

1) Снимите динамики и закоротите входные клеммы (через R1),

2) Подключите цифровой мультиметр, настроенный на диапазон тока, последовательно с плюсом источника питания к цепи,

3) Затем отрегулируйте предустановку таким образом, чтобы счетчик показывал входной сигнал 50 мА, все, ток покоя усилителя установлен, и теперь соединения могут быть восстановлены для нормальной работы системы.

Схема блока питания

Схема блока питания также показана сбоку и, как видно, в ней нет ничего особенного, и она может быть собрана из показанных обычных наборов компонентов.

Перечень деталей схемы усилителя мощностью 100 Вт (показана ниже)
  • R1 = 430 K,
  • R2 = 47 K,
  • R3 = 330 Ом,
  • R4, R7, R5 = 12 K4, 904, 900 , R21, R22, R23, R24 = 1 Ом, 3 Вт, проволочный,
  • R8, R17 = 68 Ом,
  • R9 = 100 К, R10, R11, R12, R13 = 5K6,
  • R14, R15 = 12 K,
  • R16, R19 = 100 Ом,
  • R25 = 10 Ом / 2 Вт,
  • P1 = 100 Ом Предустановка, линейная,
  • C1 = 1 мкФ / 25 В,
  • n C RAMCEIC = 2 RAMCEIC, 2 RAMCEIC, 2 RAMCEIC, 2 RAMCEIC ,
  • C3, C4 = 100PfC5 = 100 нФ,
  • C6, C7 = 1000 мкФ / 35 В,
  • L1 = 20 витков эмалированного медного провода 1 мм на R24,
  • D1, D2 = КРАСНЫЙ светодиод 5 мм, Все остальные Диоды = 1 н4148,
  • T1 = сопоставление пары BC546,
  • T2 = сопоставление пары BC556,
  • T3 = BC 557B,
  • T4, T7, T8 = BC 547B,
  • T5, T12 = BC 556B,
  • Т6, Т9 = БК 546Б,
  • Т10 = БД 140,
  • T13 = BD 139,
  • T11, T14 = 2N 3055
  • Плата общего назначения,
  • Все транзисторы T10, T13, T11 и T14 установлены на подходящих радиаторах

Версию Mosfet вышеуказанной конструкции можно увидеть на приведенном ниже изображении:

Для получения полной информации о конструкции перейдите по следующей ссылке:

Mini Crescendo pdf с печатной платой и схемами защиты  

Видео усилителя Crescendo с указанием дизайна печатной платы и сведений о расположении компонентов, а также полный отчет об испытаниях:

Предоставлено Mr.Siva

Схема дифференциального усилителя на транзисторах

Схема дифференциального усилителя на транзисторах:

Схема дифференциального усилителя с использованием транзисторов широко применяется в интегральных схемах, поскольку она имеет как хорошую стабильность смещения, так и хороший коэффициент усиления по напряжению без использования больших шунтирующих конденсаторов. Дифференциальные усилители также могут быть выполнены в виде схем с дискретными компонентами.

 

На рис. 12-31(a) показано, что базовая схема дифференциального усилителя на транзисторах состоит из двух цепей смещения делителя напряжения с одним эмиттерным резистором.Схема также известна как усилитель с эмиттерной связью , потому что транзисторы соединены эмиттерными выводами. = V B2 , то эмиттерные токи равны, а суммарный эмиттерный ток равен

Подобно току эмиттера в однотранзисторной цепи смещения делителя напряжения, I E в дифференциальном усилителе остается практически постоянным независимо от значения транзистора h FE .Это приводит к тому, что I E1 , I E2 , I C1 и I C2 остаются практически постоянными, а постоянные уровни тока коллектора поддерживают V C1 и V C2 стабильными. Таким образом, дифференциальный усилитель имеет такую ​​же превосходную стабильность смещения, как и схема смещения с делителем напряжения на одном транзисторе.

Схема схемы дифференциального усилителя на транзисторах с плюс-минусом питания показана на рис. 12-31(b). В этом случае напряжение на эмиттерном резисторе равно (V EE – V BE ), как показано на рисунке,

.

Базовые резисторы (R B1 и R B2 ) включены для смещения баз транзистора на землю, обеспечивая приемлемое входное сопротивление для сигнала, подаваемого на одну из баз.Токи эмиттера транзистора (I E1 и I E2 ) точно равны только в том случае, если устройства идеально согласованы. Чтобы учесть некоторые различия в параметрах транзисторов, между эмиттерами иногда включают маломощный потенциометр (R EE ) (см. рис. 12-32). Подстройка R EE увеличивает сопротивление последовательно с эмиттером одного транзистора и уменьшает сопротивление эмиттера другого транзистора. Это уменьшает I E для одного транзистора и увеличивает его для другого, в то время как общий ток эмиттера остается постоянным.

Управление переменным током:

Рассмотрим, что происходит, когда входное напряжение (v i ) на базе Q 1 имеет положительное значение, как показано на рис. 12-33. Q 1 ток эмиттера (I E1 ) увеличивается. Кроме того, I E2  уменьшается, поскольку общий ток эмиттера (I E1  + I E2 ) остается постоянным. Это означает, что I C1 увеличивается, а I C2   уменьшается, и, следовательно, V C1 падает, а V C2 растет, как показано.Таким образом, выходное напряжение переменного тока на коллекторе Q 1 находится в противофазе с v i на базе Q 1 , а выходное напряжение на коллекторе Q 2 находится в фазе с v i .

Напряжение Коэффициент усиления:

Коэффициент усиления по напряжению однокаскадного усилителя с незашунтированным эмиттерным резистором и без внешней нагрузки определяется

На рис. 12-34 видно, что сопротивление, обращенное к эмиттеру Q 2 , равно h ib , поэтому h ib ||R E  ведет себя как незашунтированный резистор, включенный последовательно с эмиттер Q 1 .Если пренебречь R E , поскольку он намного больше, чем h ib , усиление напряжения от базы Q 1 до его коллектора составляет

это уменьшает до

Уравнение 12-24 дает коэффициент усиления напряжения от одной входной клеммы до одной выходной клеммы дифференциального усилителя. Видно, что коэффициент усиления по напряжению вдвое меньше, чем у аналогичного однотранзисторного усилителя CE с зашунтированным R E ; но обратите внимание, что дифференциальный усилитель не требует обходного конденсатора.Это важное преимущество, потому что шунтирующие конденсаторы обычно большие и дорогие.

Другой способ рассмотреть работу схемы дифференциального усилителя с использованием транзисторов состоит в том, чтобы представить себе входное напряжение, поровну разделенное между Q 1 база-эмиттер и Q 2 база-эмиттер. Это проиллюстрировано на рис. 12-35, где видно, что (для положительного входа) v i /2 применяется положительно на основе Q 1 , в то время как другая половина v i появляется положительный на эмиттере Q 2 .Таким образом, для v i в Q 1B транзистор Q 1 ведет себя как схема с общим эмиттером, а поскольку Q 2 получает вход на своем эмиттере, Q 2 ведет себя как схема с общей базой . Следовательно,

Входное и выходное сопротивление:

Входное сопротивление на базе цепи CE с незашунтированным эмиттерным резистором,

Согласно рис. 12-34, дифференциальный усилитель имеет.h ib ||R E в качестве незашунтированного резистора последовательно с эмиттером Q 1 . Если пренебречь R E (поскольку R E ≫ h ib ). Входное сопротивление у Q ,

Это уменьшает до

Обратите внимание, что обычно параллельно Z b установлены резисторы смещения, так что входное сопротивление схемы составляет

Ом.

Как и в случае цепей CE и CB, выходное сопротивление на клеммах транзисторного коллектора определяется как

Усиление постоянного тока:

Когда база одного транзистора заземлена в цепи дифференциального усилителя с использованием транзисторов, а вход подается на другой, как уже обсуждалось, v i усиливается для создания выходных сигналов на клеммах коллектора.В этом случае v i — это разность напряжений между двумя базовыми выводами. На рис. 12-36 показан дифференциальный усилитель с постоянными входными напряжениями V i1 и V i2 , приложенными к базам транзисторов. Если усиление по напряжению от базы к коллектору составляет 90 143 В 90 144 А, изменения постоянного напряжения на коллекторах равны;

Видно, что дифференциальный усилитель может использоваться как усилитель с прямой связью или усилитель постоянного тока. Для этой схемы также используется термин разностный усилитель.

Проектные расчеты:

Процедуры проектирования схемы дифференциального усилителя на транзисторах аналогичны процедурам проектирования цепей смещения делителя напряжения. Поскольку в дифференциальном усилителе нет обходного конденсатора, один из разделительных конденсаторов определяет нижнюю граничную частоту схемы (f 1 ). Конденсатор с наименьшим сопротивлением, включенный последовательно с ним, обычно является самым большим конденсатором, а в случае дифференциального усилителя это обычно входной конденсатор связи.Таким образом, входной разделительный конденсатор определяет нижнюю граничную частоту схемы.

Рассмотрим дифференциальный усилитель с конденсаторной связью на рис. 12-37. В схеме используется плюс-минус питания и один коллекторный резистор (R C ). Выходной сигнал с коллектора Q 1 не снимается, поэтому резистор коллектора не требуется. R C подбирается обычным образом для усилителя слабого сигнала; R C ≪ R L . Напряжение коллектор-эмиттер, как всегда, должно быть не менее 3 В.Затем I C вычисляется из R C и выбранного падения напряжения на R C .

Полный ток эмиттера определяется как

Базовые резисторы смещения определяются,

Как уже говорилось, конденсатор C 1 устанавливает нижнюю граничную частоту. Так.

и С 2 определяется,

Проектирование и анализ однокаскадного транзисторного усилителя с использованием C++

Для проектирования однокаскадного транзисторного усилителя требуется множество формул для расчета различных параметров, таких как номиналы резисторов, разделительного конденсатора, обходного конденсатора, потребляемой мощности, тока, протекающего через различные компоненты, и других.Для расчета таких параметров даже на обычном калькуляторе требуется приличное количество времени. С помощью программы C++ все параметры можно рассчитать за доли секунды.

Для разработки электронной схемы, такой как источник питания, усилитель, генератор или операционный усилитель, требуются определенные формулы, чтобы получить правильные значения компонентов для предполагаемого применения. Для некоторых схем требуется только одна формула, в то время как для других может потребоваться две или более.

Представленный здесь однокаскадный транзисторный усилитель требует в общей сложности 19 формул для получения номиналов компонентов и анализа схемы.

Однокаскадный транзисторный усилитель

Однокаскадный транзисторный усилитель состоит из одного npn-транзистора T1 (BC547), четырех резисторов R1, R2, Rc и Re, двух разделительных конденсаторов C1 и C2, одного шунтирующего конденсатора Ce, подключенного параллельно эмиттерному резистору Re, как показано на рис. 1.

Рис. 1: Принципиальная схема однокаскадного транзисторного усилителя

+Vcc — напряжение питания, Vi — входной сигнал и Vo — выходной сигнал. I1, I2, Ic и Ie, как показано на рисунке, представляют собой постоянные токи.Резисторы R1, R2 и Re используются для подачи надлежащего напряжения на базу b, эмиттер e и коллектор c T1, так что переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.

Коллекторный резистор Rc используется в качестве нагрузки, обеспечивающей выходное напряжение Vo. Шунтирующий конденсатор Ce используется для обхода сигнала звуковой частоты переменного тока по направлению к земле, чтобы поддерживать постоянное напряжение эмиттера постоянного тока Ve для предотвращения отрицательной обратной связи в усилителе. Разделительные конденсаторы C1 и C2 используются для блокировки сигнала постоянного тока и пропуска сигнала переменного тока.

Руководство по проектированию

Для правильного смещения транзистора с помощью метода смещения делителя напряжения рабочая точка Q должна находиться в центре линии нагрузки постоянного тока (здесь не показана), где Vce = Vcc/2, а ток коллектора Ic соответствует спецификации. транзистора. При отсутствии входного сигнала переменного тока стабильная рабочая добротность поддерживается за счет использования правила одной десятой, согласно которому напряжение на эмиттере составляет одну десятую от напряжения питания, Vcc. Следовательно, напряжение эмиттера в вольтах определяется как:
Ve = 0.1 ВКК

Рис. 2: Входные параметры для примера, введенного пользователем

. Если напряжение на коллекторе и эмиттере равно Vce = 0,5 В пост. тока, оставшееся напряжение 0,4 В пост. тока появляется на сопротивлении коллектора.

 Следовательно, сопротивление коллектора в килоомах определяется по формуле:
 Rc = 4 х Re
 где Re — сопротивление эмиттера.
 Базовый ток в миллиамперах определяется по формуле:
 Ib = Ic / b 
Рис. 3: Скриншот примерного вывода программы
, где Ic — ток коллектора, а b — коэффициент усиления транзистора по току.(Обычно он представлен β- или h-параметром hFE).
 Следовательно, ток эмиттера в миллиамперах определяется как:
 То есть = Ic +Ib
 Эмиттерное сопротивление транзистора в килоомах определяется по формуле:
 Re = Ve/Ie
 Применяя правило твердого делителя напряжения 10:1, второе базовое сопротивление в килоомах определяется по формуле:
 R2 = 0,1 х b х Re
 Базовое напряжение или напряжение на R2 в вольтах определяется по формуле:
 V2 = Ve + Vbe
 где Vbe — напряжение на базе и эмиттере. 
 Для кремниевого транзистора Vbe = 0.7 вольт. В данном случае рассматривается кремниевый транзистор. Напряжение на первом базовом сопротивлении R1 в вольтах определяется по формуле:
 V1 = Vcc – V2
 Следовательно, первое базовое сопротивление в килоомах определяется по формуле:
 R1 = (V1/V2) x R2
 Мощность, потребляемая цепью в милливаттах, определяется по формуле:
 P = Ic x Vcc
 Коллекторное напряжение транзистора в вольтах определяется выражением:
 Vc = Ic x Rc
 Напряжение на коллекторе и эмиттере транзистора в вольтах определяется выражением:
 Vce = Vcc – (Vc + Ve)
 Ток, протекающий через резистор R1 в миллиамперах, определяется по формуле:
 I1 = V1 / R1
 Ток, протекающий через резистор R2 в миллиамперах, определяется выражением:
 I2 = V2/R2
 Мощность, рассеиваемая на резисторе R1 в милливаттах, определяется по формуле:
 PR1 = I1 x I1 x R1
 Мощность, рассеиваемая на резисторе R2 в милливаттах, определяется по формуле:
 PR2 = I2 х I2 х R2
 Мощность, рассеиваемая на коллекторном резисторе Rc, в милливаттах определяется по формуле:
 PRc = Ic x Ic x Rc
 Мощность, рассеиваемая на эмиттерном резисторе Re в милливаттах, определяется по формуле:
 PRe = Ie x Ie x Re 

Конденсаторы связи C1 и C2 и шунтирующий конденсатор Ce в микрофарадах определяются по формуле:

 С = С1 = С2 = Се = (1000000) / ( 2 х 3.14 х ж х х в) 

, где f — минимальная частота в герцах, которую должен усиливать транзисторный усилитель, а Xc — реактивное сопротивление конденсаторов C1, C2 и Ce.

Реактивные сопротивления этих трех конденсаторов считаются одинаковыми, что составляет 1000 Ом.

Программное обеспечение

Все 19 упомянутых выше формул запрограммированы на языке C++. Схема была протестирована с использованием Turbo C++ версии 3 и Visual C++ IDE в Windows 7.

Скачать исходный код: нажмите здесь

После запуска программы вам будет предложено ввести значения напряжения питания постоянного тока Vcc, тока коллектора смещения транзистора Ic, коэффициента усиления по току транзистора b и минимальной частоты f для усиления транзисторным усилителем.

 Например, введите Vcc = 9, Ic = 2, b = 200 и f = 20, как показано на рис. 2. 

Затем нажмите Enter. В течение доли секунды все 19 параметров транзисторного усилителя рассчитываются и отображаются на мониторе, как показано на рис. 3.

Установлено, что для расчета вышеуказанных 19 параметров требуется около 12 минут. Поэтому в целях экономии времени такая программа может оказаться весьма полезной для схемотехника.


Статья была первоначально опубликована в январе 2016 года и недавно была обновлена.

Planet Analog — Иллюстрированное руководство по транзисторным усилителям

Транзисторные усилители , Деннис Фойхт, Innovatia, 2016, ISBN: 9781682736265; 60 долларов США.

Литература по транзисторным усилителям

существует уже более полувека. Зачем еще одна книга на старую тему? Чего не хватает в литературе по аналоговым схемам, так это подробных примеров, которые дают начинающим инженерам, приобретающим уверенность в проектировании, некоторое знакомство с последовательностями мыслей опытного инженера.Во второй половине этой книги представлен подробный проект примерно дюжины усилителей от 2 до 6 транзисторов (один из которых является эталоном ширины запрещенной зоны) путем «прохода» их конструктивных соображений на инженерном уровне детализации в качестве реальной проектной деятельности. В этой книге шаг за шагом с пояснениями разработаны несколько усилителей. Некоторые из них показаны ниже.

One усиливает температуру: эталон ширины запрещенной зоны, стиль Пола Брокау:

При рассмотрении деталей конструкции фактические схемы, большинство из которых основаны на монолитной матрице NPN-PNP, CA3096, строятся, измеряются (с включенными соображениями измерения, такими как нагрузка пробника и источники линии передачи), и сравниваются с теоретическими расчетами. , затем оценил.Следующий отрывок из книги (стр. 316) относится к каскодному усилителю 3, показанному выше. Отказ от источника питания измеряется и рассчитывается, а результаты сравниваются.

PSR анализируется путем рассмотрения каждого источника питания как входного порта и определения коэффициента усиления от него к выходу. Для проведения такого рода квазистатического анализа не требуется никаких новых концепций. В результате измерений прототипа усилителя 3 получены следующие данные PSR:

;

Усилитель усиливает колебания напряжения питания +12 В с коэффициентом –1.86. Еще более чувствителен к -12 В. Изменения в обоих случаях усиливаются, а не подавляются, и это слабость схемы.

При проверке структуры цепи V – оказывает прямое (×1) влияние через R L2 на ν O . Для Q1, как V – немного уменьшается, ослабляется делителем R E и затем усиливается. Затухание

Величина усиления Q1 в качестве каскада CB такая же, как и у CE, включая указанное выше затухание.Таким образом, общий коэффициент усиления V – через Q1 до ν O составляет примерно –20/6 = –3,33. Знак противоположен положительному изменению через R L2 , и, таким образом, комбинированный коэффициент усиления составляет –3,33 + 1 = –2,33, что не слишком отличается от измеренного значения.

Соображения, связанные с расчетами по расчетным формулам, полученным в первой половине книги, включают

  • статическая конструкция (смещение) для максимального динамического диапазона и полосы пропускания
  • распределение усиления между каскадами
  • Взаимодействие стадий
  • и изоляция для достижения модульности схемы.Разработан новый метод обработки разделения полюсов.
  • температурный дрейф, тепловой расчет и встроенная тепловая обратная связь
  • бета-чувствительность
  • линейность (аппроксимация битовой точности)
  • отказ источника питания
  • собственный шум
  • ограничения большого сигнала (скорости нарастания)
  • несколько динамических аспектов, включая двухканальную динамику и
  • вращений импеданса в высокочастотной области работы транзистора, представленных графически ниже на примере емкостно-нагруженного эмиттера с базой R и C.Сопротивление базы относится к эмиттеру как параллельный LR, который может резонировать с емкостью эмиттера в области высоких частот (между f β и f Τ ) транзистора. (Та же теория применима и к полевым транзисторам.)

В большинстве случаев алгебра и калькулятор дают разумные аппроксимации проектных параметров, включая пропускную способность, но последовательность расчетов показывает, где анализ калькулятора (в основном пропускной способности) начинает давать сбои и требуется симулятор.Проектирование охватывает то, что необходимо сделать перед включением симулятора схемы.

Первая половина книги представляет основы аналоговых схем в усовершенствованной и ясной форме, охватывая как пассивные, так и активные принципы схем. Эта книга также необычна тем, что в ней делается попытка обратиться к очень широкому кругу читателей, от опытных инженеров до тех, кто стремится стать инженером, включая проницательных молодых студентов доуниверситетского образования, хорошо разбирающихся в математике и естественных науках. Следовательно, ставится задача разработать концепции схем с минимумом продвинутой математики как таковой.Математическая основа для преобразований Лапласа, дифференциальных уравнений и большей части дифференциального и интегрального исчисления (не менее сложного исчисления) на самом деле не требуется, чтобы мыслить в области комплексных частот, которая в основном включает алгебру комплексных чисел. Я включил достаточно исчисления, чтобы заполнить пробел для студентов, изучающих предварительный исчисление, но, надеюсь, не слишком раздражать инженеров. В то время как первая глава начинается медленно и легко, книга заканчивается на уровне, подходящем для продвинутого класса аналоговых схем или инженеров в промышленности, которые хотят выяснить, что они могли упустить.

В последней главе область применения расширяется до схем со смешанными сигналами и разрабатываются как квазистатические, так и динамические передаточные функции для схем дискретизации, включая важные случаи ЦАП и АЦП. Существует более широкое обсуждение дизайна и того, чем инженерия отличается от науки, трехмерное представление схем (структура, поведение и функция), рассмотрение схем в математике уравнений «низкой энтропии», задача заставить схему работать за пределами о компонентах, о том, почему структурные или физические модели превосходят (в большинстве случаев) модели черного ящика или поведенческие модели, теорема редукции из двух частей (преобразования β и μ ), методы анализа EET и ZEET Миддлбрука , и некоторые рекомендуемые книги с комментариями.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.