Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр

На Хабре уже были публикации о DIY-ламповых усилителях, которые было очень интересно читать. Спору нет, звук у них чудесный, но для повседневного использования проще использовать устройство на транзисторах. Транзисторы удобнее, поскольку не требуют прогрева перед работой и долговечнее. Да и не каждый рискнёт начинать ламповую сагу с анодными потенциалами под 400 В, а трансформаторы под транзисторные пару десятков вольт намного безопаснее и просто доступнее.

В качестве схемы для воспроизведения я выбрал схему от John Linsley Hood 1969 года, взяв авторские параметры в расчёте на импеданс своих колонок 8 Ом.

Классическая схема от британского инженера, опубликованная почти 50 лет назад, до сих пор является одной из самых воспроизводимых и собирает о себе исключительно положительные отзывы. Этому есть множество объяснений:
— минимальное количество элементов упрощает монтаж. Также считается, что чем проще конструкция, тем лучше звук;
— несмотря на то, что выходных транзисторов два, их не надо перебирать в комплементарные пары;

— выходных 10 Ватт с запасом хватает для обычных человеческих жилищ, а входная чувствительность 0. 5-1 Вольт очень хорошо согласуется с выходом большинства звуковых карт или проигрывателей;
— класс А — он и в Африке класс А, если мы говорим о хорошем звучании. О сравнении с другими классами будет чуть ниже.

Внутренний дизайн

Усилитель начинается с питания. Разделение двух каналов для стерео правильнее всего вести уже с двух разных трансформаторов, но я ограничился одним трансформатором с двумя вторичными обмотками. После этих обмоток каждый канал существует сам по себе, поэтому надо не забывать умножать на два всё упомянутое снизу. На макетке делаем мосты на диодах Шоттки для выпрямителя.

Можно и на обычных диодах или даже готовых мостах, но тогда их необходимо шунтировать конденсаторами, да и падение напряжения на них больше. После мостов идут CRC-фильтры из двух конденсаторов по 33000 мкф и между ними резистор 0.75 Ом. Если взять меньше и ёмкость, и резистор, то CRC-фильтр станет дешевле и меньше греться, но увеличатся пульсации, что не комильфо. Данные параметры, имхо, являются разумными с точки зрения цена-эффект. Резистор в фильтр нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3 Вт тепла, поэтому лучше взять с запасом на 5-10 Вт. Остальным резисторам в схеме мощности 2 Вт будет вполне достаточно.

Далее переходим к самой плате усилителя. В интернет-магазинах продаётся куча готовых китов, однако не меньше и жалоб на качество китайских компонентов или безграмотных разводок на платах. Поэтому лучше самому, под свою же «рассыпуху». Я сделал оба канала на единой макетке, чтобы потом прикрепить её ко дну корпуса. Запуск с тестовыми элементами:

Всё, кроме выходных транзисторов Tr1/Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторах, об этом чуть ниже. К авторской схеме из оригинальной статьи нужно сделать такие ремарки:

— не всё нужно сразу впаивать намертво. Резисторы R1, R2 и R6 лучше сначала поставить подстроечными, после всех регулировок выпаять, измерить их сопротивление и припаять окончательные постоянные резисторы с аналогичным сопротивлением. Настройка сводится к следующим операциям. Сначала с помощью R6 выставляется, чтобы напряжение между X и нулём было ровно половиной от напряжения +V и нулём. В одном из каналов мне не хватило 100 кОм, так что лучше брать эти подстроечники с запасом. Затем с помощью R1 и R2 (сохраняя их примерное соотношение!) выставляется ток покоя – ставим тестер на измерение постоянного тока и измеряем этот самый ток в точке входа плюса питания. Мне пришлось ощутимо снизить сопротивление обоих резисторов для получения нужного тока покоя. Ток покоя усилителя в классе А максимальный и по сути, в отсутствие входного сигнала, весь уходит в тепловую энергию. Для 8-омных колонок этот ток, по рекомендации автора, должен быть 1.2 А при напряжении 27 Вольт, что означает 32.4 Ватта тепла на каждый канал. Поскольку выставление тока может занять несколько минут, то выходные транзисторы должны быть уже на охлаждающих радиаторах, иначе они быстро перегреются и умрут. Ибо греются в основном они.

— не исключено, что в порядке эксперимента захочется сравнить звучание разных транзисторов, поэтому для них тоже можно оставить возможность удобной замены.

Я попробовал на входе 2N3906, КТ361 и BC557C, была небольшая разница в пользу последнего. В предвыходных пробовались КТ630, BD139 и КТ801, остановился на импортных. Хотя все вышеперечисленные транзисторы очень хороши, и разница может быть скорее субъективной. На выходе я поставил сразу 2N3055 (ST Microelectronics), поскольку они нравятся многим.

— при регулировке и занижении сопротивления усилителя может вырасти частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0.5 мкф, а 1 или даже 2 мкф в полимерной плёнке. По Сети ещё гуляет русская картинка-схема «Ультралинейный усилитель класса А», где этот конденсатор вообще предложен как 0.1 мкф, что чревато срезом всех басов под 90 Гц:

— пишут, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землёй ставится цепь Цобеля: R 10 Ом + С 0.1 мкф.
— предохранители, их можно и нужно ставить как на трансформатор, так и на силовой вход схемы.
— очень уместным будет использование термопасты для максимального контакта между транзистором и радиатором.

Слесарно-столярное

Теперь о традиционно самой сложной части в DIY — корпусе. Габариты корпуса задаются радиаторами, а они в классе А должны быть большими, помним про 30 Ватт тепла с каждой стороны. Сначала я недоучёл эту мощность и сделал корпус со средненькими радиаторами 800см² на канал. Однако при выставленном токе покоя 1.2А они нагрелись до 100°С уже за 5 минут, и стало ясно, что нужно нечто помощнее. То есть нужно либо ставить радиаторы побольше, либо использовать кулеры. Делать квадрокоптер мне не хотелось, поэтому были куплены гигантские красавцы HS 135-250 площадью 2500 см² на каждый транзистор. Как показала практика, такая мера оказалась немного избыточной, зато теперь усилитель спокойно можно трогать руками – температура равна лишь 40°С даже в режиме покоя. Некоторой проблемой стало сверление отверстий в радиаторах под крепления и транзисторы – изначально купленные китайские свёрла по металлу сверлили крайне медленно, на каждую дырку уходило бы не менее получаса. На помощь пришли кобальтовые свёрла с углом заточки 135° от известного немецкого производителя — каждое отверстие проходится за несколько секунд!

Сам корпус я сделал из оргстекла. Заказываем у стекольщиков сразу нарезанные прямоугольники, выполняем в них необходимые отверстия для креплений и красим с обратной стороны чёрной краской.

Покрашенное с обратной стороны оргстекло смотрится очень красиво. Теперь остаётся только всё собрать и наслаждаться музы… ах да, при окончательной сборке ещё важно для минимизации фона правильно развести землю. Как было выяснено за десятилетия до нас, C3 нужно присоединять к сигнальной земле, т.е. к минусу входа-входа, а все остальные минуса можно отправить на «звезду» возле конденсаторов фильтра. Если всё сделано правильно, то никакого фона не расслышать, даже если на максимальной громкости поднести ухо к колонке. Ещё одна «земляная» особенность, которая характерна для звуковых карт, не развязанных с компьютером гальванически – это помехи с материнки, которые могут пролезть через USB и RCA.

Судя по интернету, проблема встречается часто: в колонках можно услышать звуки работы HDD, принтера, мышки и фон БП системника. В таком случае проще всего разорвать земляную петлю, заклеив изолентой заземление на вилке усилителя. Опасаться тут нечего, т.к. останется второй контур заземления через компьютер.

Регулятор громкости на усилителе я не стал делать, поскольку достать какой-нибудь качественный ALPS не удалось, а шуршание китайских потенциометров мне не понравилось. Вместо него был установлен обычный резистор 47 кОм между «землёй» и «сигналом» входа. Тем более регулятор у внешней звуковой карты всегда под рукой, да и в каждой программе тоже есть ползунок. Регулятора громкости нет только у винилового проигрывателя, поэтому для его прослушивания я приделал внешний потенциометр к соединительному кабелю.

Я угадаю этот контейнер за 5 секунд…

Наконец, можно приступать к прослушиванию. В качестве источника звука используется Foobar2000 → ASIO → внешняя Asus Xonar U7. Колонки Microlab Pro3. Главное достоинство этих колонок — это отдельный блок собственного усилителя на микросхеме LM4766, который можно сразу убрать куда-то подальше. Намного интереснее с этой акустикой звучали усилок от мини-системы Panasonic с гордой надписью Hi-Fi или усилитель советского проигрывателя Вега-109. Оба вышеупомянутых аппарата работают в классе АВ. Представленный в статье JLH переиграл всех вышеперечисленных товарищей в одну калитку, по результатам слепого теста для 3 человек. Хотя разницу было слышно невооружённым ухом и без всяких тестов – звук явно детальнее и прозрачнее. Весьма легко, например, услышать различие между MP3 256kbps и FLAC. Раньше я думал, что эффект lossless больше как плацебо, но теперь мнение изменилось. Аналогичным образом гораздо приятнее стало слушать нескомпрессованые от loudness war файлы — dynamic range меньше 5 Дб вообще не айс. Линсли-Худ стоит затрат времени и денег, ибо аналогичный брендовый усилок будет стоить намного дороже.

Материальные затраты

Трансформатор 2200 р.
Выходные транзисторы (6 шт. с запасом) 900 р.
Конденсаторы фильтра (4 шт) 2700 р.
«Рассыпуха» (резисторы, мелкие конденсаторы и транзисторы, диоды) ~ 2000 р.
Радиаторы 1800 р.
Оргстекло 650 р.
Краска 250 р.
Разъёмы 600 р.
Платы, провода, серебряный припой и пр. ~1000 р.
ИТОГО ~12100 р.

Схема усилителя класса AB на полевых транзисторах мощность150 Вт

Схема усилителя — данный транзисторный усилитель звука класса AB, имеет неплохие технические характеристики: максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом составляет 150Вт. Это простой, надежный и не привередливый аппарат. Схема достаточно качественная, даже более качественная, чем качество среднестатистического усилителя.

Схема усилителя. В этом материале мы вместе с вами рассмотрим довольно простой усилитель звука с выходной мощностью 150 Вт при нагрузке 4 Ом. Схема в достаточной степени качественная, можно даже сказать высококачественная. Если вы ищите, что-то отличное от этого, то есть хорошая альтернатива, которую можно посмотреть вот здесь.

Содержание

1. Схема усилителя мощности звука — 150 Вт
2. Технические данные транзисторного усилителя
3. Резисторы
4. Подбор компонентов
5. Конденсаторы
6. Схема усилителя — транзисторы
7. Катушка индуктивности
8. Схема усилителя — выходной каскад
9. Устранение неполадок</3>
10. Перечень требующихся электронных компонентов:

Усилитель выполнен на транзисторах, за основу была взята базовая схема изобретателя Хун-Чан Лина. Мной в топологию данного аппарата практически ничего не добавлено. Но вместе с тем, усилитель разработан в сверх-упрощенном варианте, не теряя при этом надежности и превосходного звучания. Отличительная черта схемы заключается в ее непосредственности и одновременно в повторяемости.

На принципиальной схеме представлен усилитель мощности, имеющий в оконечном тракте две пары мощных полевых транзисторов. Печатную плату, которого вы найдете ниже, в приложении.

Выходной каскад усилителя обеспечен надежной электронной защитой от короткого замыкания в акустике. Принципиальная схема усилителя была усовершенствована в конце 2017 года.

Технические данные транзисторного усилителя

Сам усилитель не привередливый, не предъявляющий высоких требований к электронным компонентам.

Резисторы

Постоянные резисторы, помимо отдельно отмеченных на схеме, нужно выбирать из расчета 0,25Вт рассеиваемой мощности. Сопротивления желательно устанавливать типа МЛТ или зарубежные аналоги из категории металлопленочных, которые создают меньше фонового шума.

Подбор компонентов

Использовать в схеме прецизионные резисторы, точность которых составляет от 0,001% до 0,5% нет никакой необходимости, вполне нормально будет применение резисторов с точностью 10%. В отличии от резисторов, здесь особое значение имеет качество конденсаторов. А именно тех, которые установлены в сигнальном тракте — это C1 и C5, вот к ихнему подбору нужно отнестись со всем вниманием.

Эти емкости, один из которых электролит, другой пленочный, лучше всего взять какой нибудь известной фирмы. Конечно данный совет необязателен, но все же. Чем качественнее будут компоненты установленные в цепях прохождения звукового сигнала, тем ярче будет звуковая картина на выходе. Схема предполагает электролитический конденсатор С5 на 220µ х 16v, но его желательно поставить не полярный, с таким же номиналом. А в случае, если такового нет, то допускается установка полярной емкости.

Несколько важных советов:

• При выборе электролитических конденсаторов, обращайте принципиальное внимание на фирму-производителя. Никогда не связывайтесь с такими «компаниями» из поднебесной как Elzet, Chang и нескольких других им подобных.
• Ни при каких обстоятельствах вы не должны применять электролитические емкости изготовленные еще при Советском Союзе. Дело в том, что прошло с тех пор уже много лет, и они вполне вероятно полностью высохли, следовательно, их емкость не гарантирует нужных электрически характеристик.
• Установленные в схеме емкости С9, С10, С11, С12, С3, С4 – это электролиты, их функция заключается в фильтрации постоянного напряжения питания. Поэтому, требования к ним высокого качества можно игнорировать. Однако, китайские емкости все же ставить не рекомендуется, особенно когда обозначенная на них фирма вам незнакома. Это относится и к советским конденсаторам — помните, что они могут оказаться высохшими!

Конденсаторы

Подбор номинальных напряжений данных конденсаторов, нужно выполнять согласно указанным значениям в схеме. Емкости С13, С14 относятся к классу само восстанавливающихся конденсаторов, у которых в качестве диэлектрика применяется пленка. Они не являются полярными. Что касается номиналов напряжений для них, то их следует также подбирать согласно указанным у схеме значениям, исходя из максимального напряжения питания усилителя.

Тоже самое и с их качеством, которое принципиального значения особо не имеет. Тем не менее, придерживайтесь всегда привычки использовать комплектующие такие, чтобы потом за них не переживать.

Схема усилителя — транзисторы

По полупроводникам, в частности транзисторов можно сказать только одно. Главным условием здесь должно быть: устанавливать только то, что обозначено в схеме. Избегайте применения транзисторов аналогичных указанных там, только советского производства, особенно с датой выпуска конца 80-х годов.

Как уже говорилось выше, аппарат довольно надежный, и схема усилителя рассчитана на стабильную работу выходного каскада в классе AB. В связи с этим, необходимо обеспечить оконечному тракту существенное охлаждение. Определяющим фактором качественного рассеивания выделяемого транзисторами тепла является площадь радиатора. Например; для устройства имеющего 1Вт выходной мощности, потребуется теплоотвод из алюминиевого сплава с размерами 14-18см².

Толщина основания теплоотвода никогда не помешает, если она несколько больше расчетной и позволяют габариты усилителя. Требующую площадь теплоотвода рассчитывают с помощью формулы:

S=Pвых*(1-КПД)*(12. .18), где Pвых — выходная мощность усилителя. Для 150Вт’ного усилителя площадь радиатора должна находится в пределах: от S=150*(1-0,6)*12=720см2, до S=150*(1-0,6)*18=1080см2.

При использовании в конструкции системы принудительного охлаждения с применением вентиляторов, площадь радиаторов можно значительно уменьшить. Но в таком варианте возникает шум от работающих вентиляторов, хотя, для кого, что важнее, увеличение площади теплоотводов либо шум с некоторым количеством пыли.

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности установленная на выходе звуковой цепи, представляет из себя бескаркасный дроссель, содержащий 18-20 витков, намотанный на стержне Ø 8мм медным проводом сечением 1,5 мм². Абсолютная точность катушки здесь особой не играет роли.

Выходная мощность усилителя, как известно, определяется значением питающего напряжения. При известном комплексном сопротивлении акустики, и исходя из требуемой мощности на выходе, можно определить по данному графику какое нужно питающее напряжение для усилителя.

Схема усилителя — выходной каскад

Если вы устанавливаете только две пары транзисторов в выходном тракте, тогда не стоит поднимать напряжение питания больше +/- 45v, несмотря на то, какое сопротивление в акустической системе. Для корректной работы аппарата с установленными в оконечном каскаде двух пар транзисторов, какие указаны в схеме, оптимальное решение — 150 Вт. В том случае, когда установлено четыре пары выходных ключей, то тогда возможно увеличить питающее напряжение до значения +/-60v. Благодаря такому напряжению питания, при сопротивлении в нагрузке 4 Ом, усилитель раскачает мощность на выходе до 380Вт.

Схема не требует никаких дополнительных настроек и начинает работать сразу же по окончанию сборки. Кстати, аппарат не требует даже начальной установки тока покоя.

Устранение неполадок</3>

Важно! Какие могут возникнуть проблемы при первом включении усилителя после завершения сборки. На выходных клеммах присутствует постоянное напряжение, появился специфический запах горелого, идет ощутимый перегрев, происходит самовозбуждение. Здесь, вероятнее всего вы где-то, что-то недоглядели.

Во первых нужно проверить правильность и качество монтажа, печатную плату очистить от горевшего флюса, образовавшегося при пайки. Далее нужно удостоверится в корректности установки установки резисторов, на предмет соответствия их номиналов со схемой. Также обратите внимание на цоколевку транзисторов.

Здесь представлена печатная плата усилителя после травления:

Схема имеет раздельную шину заземления для сигнального и силового трактов, тем самым исключается возможность образования фонового искажения.

Места подключения на печатной плате:

• IN — вход сигнала.
• sGND — входная земля (земля от источника сигнала).
• OUT — выход усилителя.
• GND — один контакт для подключения к земле блока питания, второй — минусовой выход усилителя к АС.
• +/-U — шины для подключения источника питания усилителя.

Перечень требующихся электронных компонентов:

Скачать перечень требующихся электронных компонентов: amp206

Скачать: publp-2k17

Скачать: publp-4-2k17

Сборка транзисторного усилителя звука на 150Вт

Транзистор в качестве усилителя, рабочие и принципиальные схемы

Содержание

1

ПРИМЕНЕНИЕ BJT

 Транзистор в качестве усилителя: — Биполярный переход транзисторы в основном используются для усиления и переключения. Детали приведены ниже:

BJT Appliances

В принципе, транзистор можно использовать как усилитель или усилительный блок. Его самое большое преимущество заключается в том, что если между двумя его входными клеммами подается слабый электрический сигнал, он увеличивает мощность этого слабого сигнала. (или усиливает его), таким образом, между двумя другими выходными клеммами может приниматься усиленный электрический сигнал. Эта операция называется усилением. Поскольку в транзисторе всего 3 вывода, следует помнить, что один из его выводов (называемый заземляющим выводом) является общим с его входом и выходом. (т. е. один из трех выводов транзистора используется для входа и один для выхода, а третий используется в качестве земли и является общим как для входа, так и для выхода)

Если транзистор необходимо использовать в качестве усилителя, его подключают одним из трех следующих способов.

1. Усилитель с общей базой
2. Усилитель с общим эмиттером
3. Усилитель с общим коллектором

Вышеупомянутые 3 схемы показаны на рис. 4.8

Рис. 4.8

Усилитель с общей базой (CB)

В этой схеме транзистор установлен таким образом, что база является общей или заземленной как между входом, так и выходом. цепи (т.е. база общая и для эмиттера, и для коллектора в этой цепи). Входной сигнал подается параллельно переходу эмиттер-база (ЭБ), а усиленный выходной сигнал поступает от перехода коллектор-база (КБ). Поскольку база является общей или заземленной для обоих сигналов, эта цепь также называется заземленной цепью.

На диаграмме 4. 9 показана схема однокаскадного усилителя с транзистором NPN. Когда вход подает сигналы переменного тока на переход эмиттер-база, выходной сигнал поступает из цепи коллектор-база (или параллельно нагрузочному резистору). Соединение E/B имеет прямое смещение через V _EE , в то время как соединение C/B имеет обратное смещение через V _CC . Из-за того, что переход E/B смещен в прямом направлении, его импеданс низкий, в то время как импеданс перехода C/B очень высок из-за обратного смещения.

Рисунок 4.9

Схема работы усилителя CB

Когда положительная половина сигнала объединяется со входом:

1. Прямое смещение уменьшается, так как, согласно закону смещения, V основания) уже отрицательны по отношению к земле.
2. Бета-ток (I _B ) снижается из-за снижения напряжения эмиттера.
3. I _E и I _C также уменьшаются (поскольку эти два тока почти равны бета-времени базового тока)
4. Падение I _C R _C уменьшается с повышением положительного напряжения на коллекторе
5. Таким образом, происходит увеличение выходного напряжения V _CB , что можно выразить следующим уравнением.

V _CB = V _CC – I _C R _C

Таким образом, положительный полупериод сигналов усиливается на выходе, как показано на диаграмме. Во время отрицательного полупериода вышеупомянутый процесс становится обратным (т. Е. По мере увеличения смещения смещения в результате увеличивается напряжение на эмиттере. Из-за увеличения напряжения на эмиттере также увеличиваются ток эмиттера и ток коллектора. С увеличением тока коллектора ток, врезной нагрузочный резистор R _C также увеличивается. Поскольку изменение тока коллектора почти такое же, как и тока эмиттера, а сопротивление коллектора намного больше сопротивления эмиттера, то на нагрузке происходит огромное падение напряжения, из-за чего на выходе получается в несколько раз более высокий сигнал)

Поскольку положительные входные сигналы производят положительные выходные сигналы, следовательно, между входными и выходными сигналами в такой схеме не существует инверсии фаз (т. Е. Входные и выходные сигналы имеют одинаковую форму, и их фаза не изменяется). Из-за входного и выходного сопротивления схемы вместо усиления по току возможно усиление по напряжению. (что всегда меньше единицы). Сопротивление входной цепи мало, а сопротивление выходной цепи очень велико. Хотя изменения выходного и входного токов одинаковы, существует большое падение переменного тока, параллельное нагрузочному резистору. Поэтому большие изменения происходят в V _CB (которые являются выходными напряжениями) из-за входного сигнала переменного тока, с помощью которого происходит усиление напряжения.

Характеристики усилителя CB

Этот усилитель имеет следующие характеристики.

1. Очень низкое входное сопротивление (30-150 Ом)
2. Очень высокое выходное сопротивление (до 500 кОм)
3. Коэффициент усиления по току меньше единицы
4. У него ужасно высокий коэффициент усиления по напряжению (около 1500)
5. Имеет усиление по мощности до 30Дб
6. Не происходит перестановки фаз между входным и выходным напряжением
7. Цепь остается стабильной, несмотря на колебания температуры

Использование

В этом методе количество тока коллектора примерно на 5% меньше по сравнению с током эмиттера, поэтому он используется относительно реже. Эти токи в основном используются на высоких частотах. Важным применением усилителя с общей базой является согласование цепи с низким импедансом и цепью с высоким импедансом.

Усилитель с общим эмиттером (CE)

Когда транзистор установлен в цепи таким образом, что входной сигнал поступает параллельно переходу база-эмиттер, а выходной сигнал поступает через переход коллектор-эмиттер, транзистор остается общим или заземленным, это называется схемой с общим эмиттером. Это самый популярный метод, используемый для усиления транзистора путем фиксации схемы. Другими словами, цепь СЕ — это цепь, в которой эмиттер заземлен. Входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал поступает через коллектор.

На схеме (4.10) показана однокаскадная схема усилителя CE, в которой применен NPN-транзистор. Здесь база является ведомым элементом (т.е. ток базы работает в качестве входа). Входной сигнал подается по схеме база-эмиттер, а выходной сигнал принимается по схеме коллектор-эмиттер. Переход EB смещен в прямом направлении через батарею V _BB , а переход C/B смещен в обратном направлении через V _CC (фактически, та же батарея V _CC может подавать питание постоянного тока как на базу, так и на коллектор)

Теперь проанализируем, что происходит, когда на вход схемы подаются сигналы переменного тока.

Рисунок 4.10

Эксплуатация схемы усилителя CE

Когда поставляется положительный цикл сигнала, затем

1. в соответствии с правилом смещения, так как база транзистора уже положительна из -за основания, v _BF
2. Увеличение V _BE также увеличивает прямое смещение эмиттерного перехода
3. I _B также проходит некоторое (или небольшое) увеличение
4. За счет увеличения I _B , I _C увеличивается в β раз (т.к. I _C = β I _B )
5. Значительное увеличение R _C падение
6. В _CE уменьшается согласно следующему уравнению

В _CE = V _CC – I _C R _C

7. V _BF уменьшение при наличии отрицательного сигнала
8. Ток базы (I _B ) и ток коллектора (I _C ) уменьшаются
9. Падение напряжения на I _C уменьшение
10. В _CE увеличение, в результате выходной сигнал также увеличивается

Таким образом достигается отрицательный полупериод сигнала, что означает подачу отрицательного входного сигнала на такую ​​цепь, приводит к усиленному положительному выходному сигналу (как показано на схеме)

Коэффициент усиления по току

отношение между выходным током транзистора (I _C ) и входной ток (который равен I _B в ситуации с общим эмиттером) известен как коэффициент усиления транзистора по току. Другими словами, отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току и обозначается A _i . то есть

A _i = I _C / I _B

Поскольку сигнал поступает в схему усилителя CE через базу, которая вызывает изменения тока коллектора, поэтому коэффициент усиления по току схемы равен β. Помните, что β обозначает отношение изменения между током базы и током коллектора, т.е.

A _i = I _C /I _B = β

Коэффициент усиления по напряжению

Отношение между выходным напряжением (В _o ) и входное напряжение (V _i ) называется напряжением усиления и обозначается Aυ.

Aυ= V _o /V _i = β I _B R _C / β r _c I _B = R _C / г _с = г _о / r _c

Поскольку коэффициент усиления по напряжению также может быть описан относительно входного сопротивления и выходного сопротивления, таким образом, коэффициент усиления по напряжению схемы усилителя CE также может быть определен как

А υ= β. выходное сопротивление/входное сопротивление = β. r _o / r _in

Ввод значения r _в , которое равно βrc, в приведенное выше уравнение

A υ= β. r _o /β r _c = r _o / r _c

Коэффициент усиления по мощности

Произведение коэффициента усиления по напряжению и коэффициента усиления по току эквивалентно коэффициенту усиления по мощности, т.е.

А _Р = А _υ А _i = β. р _х / р _c

Коэффициент усиления мощности в децибелах можно записать следующим образом:

G _p = 10log10 ^AP ……..dB

Характеристики усилителя CE 900 08

Усилитель CE состоит из следующих компонентов: характеристики

1. Его входное сопротивление достаточно низкое (т. е. 1 кОм – 2 кОм)
2. Его выходное сопротивление умеренно высокое (т. е. 50 кОм или выше)
3. Коэффициент усиления по току (β) достаточно высокий (50 – 300 раз)
4. Коэффициент усиления по напряжению очень высокий (1500 или выше)
5. Дает очень большой коэффициент усиления (в 10000 раз или 40 дБ)
6. Обеспечивает инверсию фазы входного сигнала, т. е. входной и выходной сигналы формируются с разницей в 180º друг от друга (или входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180º)

Использование

Большинство транзисторов относятся к типу CE, поскольку ток обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по напряжению и мощности. Кроме того, его характеристики входного и выходного импеданса подходят для различных приложений. Такие схемы чаще всего используются в каскадных усилителях.

Усилитель с общим коллектором (CC)

Схема, на базу транзистора которой подается базовый сигнал (так же, как схема с общим эмиттером), в то время как коллектор этого транзистора остается общим или заземленным, называется общим коллектором. схема.

Рисунок 4.11

На диаграмме 4.11 показана схема однокаскадного усилителя с общим усилителем, в которой используется NPN-транзистор. Входной сигнал подается по схеме база-коллектор, а выходной сигнал принимается по схеме эмиттер-коллектор. Переход E/B был смещен в прямом направлении через V _{Батарея EE} , тогда как соединение C/B с обратным смещением через батарею V _CC . Теперь изучим, что происходит, если сигнал переменного тока подается параллельно входной цепи.

Работа схемы усилителя CC

Когда предлагается положительный полупериод сигналов, тогда

1. Прямое смещение увеличивается, поскольку V _BE положительны по отношению к коллектору или земле.
2. Базовый ток I _B увеличивает
3. Ток эмиттера I _E увеличить
4. Падение параллельно R _E Увеличение
5. Выходное напряжение также увеличивается из-за увеличения R _E падение

Следовательно, мы получаем полупериод положительного выхода на выходе в усиленном состоянии. Поскольку подача положительного сигнала на вход также приводит к положительному сигналу на выходе, таким образом, входной и выходной сигналы совпадают по фазе.

Характеристики усилителя CC

Усилитель CC включает следующие характеристики

1. Высокое входное сопротивление (например, 20–500 кОм)
2. Низкий выходной импеданс (50–1000 Ом)
3. Текущее усиление высокое
4. Коэффициент усиления по напряжению меньше единицы
5. Коэффициент усиления мощности находится в диапазоне от 10 до 20 дБ
6. Входные и выходные сигналы совмещены по фазе

Использование

Усилитель CC используется для следующих целей

1. для согласования импеданса, т.е. для соединения цепи с высоким выходным сопротивлением с цепью с низким входным сопротивлением
2. для изоляции цепи
3. Поскольку он может передавать сигнал в любом направлении, его также можно использовать в качестве двустороннего усилителя
4. для коммутационных цепей

Сравнение схем усилителей CB, CE и CC:

Сравнение схем с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором

В таблице 4. 1 приведено сравнение схем с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. проиллюстрировано простым способом.

Таблица 4.1

Характеристики	Общая база	Общий эмиттер	Общий коллектор
Коэффициент усиления по напряжению	Большой	Очень большой	Почти единство
Коэффициент усиления по току	͌ 1 (α)	Большой (β)	Очень большой (1+ β)
Усиление мощности	Умеренный	Очень большой	Маленький
Входное сопротивление	Низкий	Умеренный	Высокий
Выходное сопротивление	Высокий	Умеренный	Низкий
Реверс фаз	Нет (нулевая степень)	Да (180 градусов)	Нет (нулевая степень)
Ток утечки	Очень маленький	Очень большой	Очень большой
Приложения	Для высокочастотных приложений	Для автофокусировки	Для согласования импеданса

Коллекторные кривые и рабочие области транзистора

Для понимания рабочих областей транзистора сначала необходимо понять коллекторные кривые. На диаграмме 4.12 (а) представлена ​​схема, с помощью которой можно формировать коллекторные кривые. Эти кривые представлены на рисунке (b). Помните, что схема содержит NPN-транзистор, выполненный в виде серии с общим эмиттером.

Если изменить базовые напряжения V _BB и коллекторные напряжения V _CC схемы CE, показанной на рисунке (а), и измерить ток коллектора I _C и напряжение коллектор-эмиттер V _CE , и вытянуть кривая между ними на основе этих размеров называется коллекторной кривой. Различные типы таких кривых показаны на диаграмме (b)

Когда значение V _CE равно нулю, в этой точке переход коллектор-база (или коллекторный диод) не смещен в обратном направлении; в результате ток коллектора равен нулю. Однако, как только значение V _CE сначала в некоторой степени увеличивается, I _C увеличивается очень быстро, а затем останавливается. Практически его причиной является 0,7-вольтовое обратное смещение коллекторного диода. Вертикальная часть кривых, расположенная ближе к началу координат, называется областью насыщения. В этой области коллекторный диод слегка смещен в прямом направлении, поскольку здесь значение V _CE меньше 0,7 вольт. Увеличение значения V _CE чуть выше 0,7 В меняет направление смещения коллекторного диода на противоположное. В этой ситуации ток коллектора становится почти постоянным.

При значительном увеличении напряжения коллектора коллекторный диод имеет тенденцию к пробою, из-за чего очень быстро увеличивается ток коллектора (рис. б). Обычно транзистор должен быть защищен от работы в области пробоя, так как он может выйти из строя из-за большой рассеиваемой мощности. Например, если значение напряжения пробоя некоторых транзисторов составляет 40 вольт, значение V _CE при нормальных условиях должно быть меньше 40 вольт.

Активная область транзистора – это область, в которой кривые коллектора становятся почти горизонтальными или постоянными. В активной области значение тока коллектора почти в 100 раз превышает значение тока базы. Другими словами, вся область между областью насыщения и областью пробоя является активной областью. (если 2Н3904, изменение значения V _CE с 1 вольта до почти 40 вольт приводит к активной области). В этом регионе изменение V _CE очень мало влияет на I _C . Изменение в I _B требуется для внесения любых изменений в I _C .

На диаграмме значение I _B на нижней кривой равно нулю. Эта область называется областью отсечки. Из-за утечки тока коллекторного диода в этой области сохраняется очень небольшой ток коллектора. Ток утечки в кремниевых транзисторах настолько мал, что его использование игнорируется в большинстве приложений. (ток утечки 2Н39Транзистор 04 составляет всего 50 наноампер, что является настолько незначительным значением, что нижняя кривая становится почти невидимой)

Пристальное внимание к приведенным ниже деталям/кривым отражает тот факт, что есть только четыре важные части, в которых транзистор работает в различных стилях. Все четыре области известны как рабочие области транзисторов. Краткое описание этих областей приведено ниже:

Рисунок 4.12

Активная область

Центральная область любой кривой коллектора, которая является почти горизонтальной, известна как активная область. Это нормальная рабочая область некоторых транзисторов. Другими словами, средняя область между областями насыщения и пробоя называется активной областью. Это наиболее важная область, в которой ток коллектора (I _C ) почти не меняется. Кроме того, в этой области диод эмиттер-база смещен в прямом направлении, тогда как диод коллектор-база смещен в обратном направлении. (В случае транзистора 2N3904 эта область сохраняется при изменении значений V _CE в пределах от 1 вольта до 40 вольт). Нет заметного влияния изменения V _CE на I _C .

Область пробоя

Когда значение увеличения напряжения коллектора становится слишком большим, коллекторный диод имеет тенденцию к пробою, в результате резкого увеличения тока коллектора. Область транзистора, у которой пробой коллекторного диода при увеличении коллекторного напряжения, называется областью пробоя (в случае транзистора 2Н39).04, при увеличении напряжения коллектора свыше 40 вольт начинается область его пробоя). Поскольку ток коллектора имеет тенденцию очень быстро увеличиваться в этой области, транзистор никогда не используется в этой области; в противном случае он может стать неэффективным или полностью уничтоженным. Помните, что эта область также называется обратной активной областью, потому что здесь диоды эмиттер-база смещены в обратном направлении, а диоды с коллекторной базой смещены в прямом направлении (т. е. полностью противоположны активной области)

Область насыщения

В этой области диод эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении. Когда значение V _CE увеличивается с нуля до прибл. 1 вольт, начальная точка кривой коллектора имеет слегка наклонный тип или ок. вертикально вблизи начала координат. Область, где начальная часть кривой имеет наклонный тип, называется областью насыщения. Однако помните, что в некоторых транзисторах, например. 2N3904, горизонтальная область кривой начинается задолго до (т.е. 0,3 вольта) увеличения значения V _CE на 1 вольт.

Область отсечки

Область работы транзисторов, где формируется первая или самая нижняя кривая, когда значение базового тока I _B равно нулю, называется областью отсечки. В этой области и диод эмиттер-база, и диод-коллектор смещены в обратном направлении. На диаграмме (b) кривые коллектора изображены в виде различных базовых токов (например, первая кривая построена при нулевом значении базового тока, кривая 2 ^и — при 10 мкАбазовый ток, а 3 9Кривая коллектора 0317 rd составляет базовый ток 20 мкА). Самая нижняя среди кривых формируется, когда значение базового тока равно нулю. Это область отсечки, так как в этой области преобладает только небольшой ток коллектора (из-за тока утечки в диоде коллектора), который называется током отсечки. Из-за этого незначительного значения тока коллектора сложно построить кривую коллектора. Для пояснения работы транзисторов в этом районе кривая проведена крайне осторожно. Рабочая область транзистора, где нарисована эта кривая, называется областью отсечки.

Транзистор с биполярным переходом (BJT) в качестве переключателя

Поскольку в цифровых логистических схемах на базу транзистора не подается напряжение смещения, транзистор в этих схемах работает только в областях насыщения и отсечки. За счет этого может быть получено низкое или высокое выходное напряжение. Поэтому BJT наиболее массово используется для коммутации транзисторов. Помните, что когда для этой цели используется транзистор, входные сигналы, которые ему подаются, постоянно меняются между низким и высоким напряжением (т. е. от 0 вольт до +5 В). Схема, которая в основном используется для коммутации, называется инвертором. Транзисторный инвертор или переключатель NPN показан на диаграмме 4.13 9. 0003

Из схемы видно, что транзистор CE установлен последовательно; однако на его базе не подавались напряжения смещения (напряжения постоянного тока). Вместо этого прямоугольная форма входного сигнала подается непосредственно на базу путем установки транзистора серии R _B на базе, который функционирует как вход инвертора. Из схемы видно, что значение как V _CC , так и высокого уровня входа составляет +5 В, тогда как напряжения (V _CE ), полученные между коллектором и эмиттером, являются выходными напряжениями.

Рисунок 4.13

Когда на входе инвертора высокий уровень (+5 В), переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, и ток течет к базе через R _B . Обычно выбирают те значения R _B и R _C , при которых значение тока базы (I _B ) таково, что транзистор может быть насыщен (т. е. значение может работать транзистор в области насыщения с его выходные характеристики). На рис. 4.14 изображена линия нагрузки, проведенная по набору выходных характеристик КЭ. В нагрузочной линии проработана точка, где происходит насыщение. Согласно этому пункту, V 9Значение 0039 CE , которое называется (SAT), почти равно нулю. Ток в точке насыщения называется (SAT) I _C , а его значение эквивалентно V _CC / _RC .

Рисунок 4.14

Когда транзистор насыщается, он включается. В такой ситуации (т. е. когда на входе инвертора высокий уровень или +5 В) на выходе транзистора низкий уровень (т. е. ноль вольт). Наоборот, когда вход транзистора низкий, его переход база-эмиттер больше не остается смещенным в прямом направлении, из-за чего не возникает ни тока базы, ни тока коллектора. Поэтому падения напряжения параллельно R 9 отсутствуют.0039 С . Следовательно, выход транзистора становится высоким (+5 В) из-за его низкого входа. Таким образом, при такой ситуации транзистор остается в области отсечки своих характеристик и он вызывается (выключается). Поскольку высокий выходной сигнал получается в результате низкого входного, поэтому схема называется инвертором.

Из приведенного выше обсуждения стало ясно, что, поскольку состояния транзистора (включен) и (выключен) напоминают состояния (разомкнут) и (замкнут) переключателя, установленного между эмиттером и коллектором, поэтому транзисторный инвертор часто называют транзисторный ключ. Когда транзистор открыт или насыщен, значение напряжения транзистора между эмиттером и коллектором равно нулю, как и значение напряжения параллельно закрытию или на ключе, в то время как значение тока максимально (т.е. V _CC / R _C ). И наоборот, когда транзистор включен или выключен, значение тока, протекающего от коллектора к эмиттеру, равно нулю, как при разомкнутом ключе, тогда как значение напряжения при таких обстоятельствах максимально. Переключатель размыкается или замыкается через входное напряжение (т.е. размыкание/замыкание переключателя зависит от значения входного напряжения). Переключатель замыкается в ситуациях высокого напряжения и размыкается в результате низкого входа (рисунок 4. 15). На диаграмме 4.16 показано идеальное переключение транзистора.

Рисунок 4.15Рисунок 4.16

В цифровых схемах транзистор практически не работает ни в какой точке, кроме области его насыщения и отсечки, поэтому в таких схемах транзистор используется просто как обычный ключ. В различных приложениях, таких как переключатели, эмиттер подключается к какой-либо другой цепи или источнику напряжения вместо заземления. Например, если эмиттер вместо заземления подключен к -5 В в базовой схеме инвертора, выход будет явно переключаться между +5 В и -5 В вместо +5 В и нуля вольт. Таким образом, цифровую схему также называют схемой переключения, потому что транзистор работает как переключатель между двумя крайними концами его линий нагрузки. Помните, что эти крайние концы или точки являются областями насыщения и отсечки, и такие схемы иногда называют схемами с двумя состояниями.

Для проектов, связанных с электроникой и программированием, посетите мой канал YouTube.

Мой канал на YouTube Ссылка

Предыдущая статья: Биполярный переходной транзистор и Следующая статья: Полевые транзисторы

 

Транзисторный усилитель — Electronics Projects Circuits

El ektronic

»

транзисторный усилитель

гевв | 19. 03.2023

Усилитель D-класс Музыкальный мощность 500Вт. (RMS 300 Вт) NE5532, IR2184, KNP9120 мосфетов. Простой усилитель D-класса, основанный на модифицированной версии. Защита усилителя от короткого замыкания на выходе, клиппер Limiter. Класс Характеристики усилителя: Среднеквадратичная мощность: 300 Вт Сопротивление нагрузки 4 Ом Напряжение питания +63/-63В постоянного тока Диапазон частот: от 5Гц до 80-180Гц (в зависимости от…

гэвв | простота сборки, отличная повторяемость и приемлемые характеристики, при этом имея простую схему, ну и конечно преимущества класса-В (относительно высокий КПД и хорошая термостойкость), без присущих этому классу искажений.используя операционный усилитель NE5532, есть нет необходимости вводить корректировку смещения нуля…

гевв | 27.02.2022

Транзисторные схемы усилителя стерео и монобаса 2X100 Вт путем преобразования напряжения батареи 12 В (от 11 В до 14,4 В) SG3525 Схема усилителя постоянного напряжения постоянного тока примерно в 2X30…35 В. Имеется защита от короткого замыкания в обеих цепях и короткого замыкания транзисторов на выходе усилителя и подачи постоянного напряжения. Усилитель сабвуфера мощностью 120 Вт имеет регулируемую схему фильтра низких частот…

gevv | 20.09.2021

Самодельная версия профессионального усилителя серии Crown XLS опробована и испытана и даже продается в виде комплекта. Существуют версии 300 Вт, 600 Вт, 800 Вт, 1200 Вт, которые были применены путем удаления некоторых частей без существенного изменения конструкции исходной схемы, я подготовил печатную плату для версии 400 Вт. Корона XLS…

гевв | 19.09.2021

Схема усилителя 100 Вт обеспечивает высокую мощность при меньшем количестве материалов. Выходные транзисторы 2 транзистора 2SC5200 NPN. Транзистор PNP не используется для выхода в этой конструкции усилителя. Рабочее напряжение схемы усилителя мощностью 100 Вт составляет 2×46 В постоянного тока. Если вы хотите работать при более высоком напряжении (макс. 2X56 В постоянного тока), вам следует использовать 2SC3858 или аналогичную мощность…

gevv | 19. 09.2021

Когда я нашел очередной чертеж печатной платы схемы усилителя на 100Вт, которую я давно имел в виду, я приступил к практике. На выходе схемы используются силовые транзисторы Дарлингтона (TIP147 TIP142). Идеально подходит для активной акустической системы или сабвуфера, гитарного усилителя, систем домашнего кинотеатра, инструментального усилителя… Клонированная версия усилителя мощностью 100 Вт…

гевв | 12.01.2021

Одноканальная версия усилителя мощностью 200 Вт, представленная в статье Схема транзисторного усилителя мощностью 400 Вт (2X200 Вт), была разработана с минимально возможным размером печатной платы. Силовые транзисторы схемы Afi 200Вт не требуют классической регулировки тока покоя 2SC5200 и 2SA1943. Усилитель может обеспечить среднеквадратичную мощность 100 Вт при сопротивлении 4 Ом…

gevv | 29.04.2020

Это очень хороший усилитель, подходящий для раскачки компактных динамиков или акустических систем басового или среднего диапазона. Большим преимуществом такого подключения является, с одной стороны, использование общедоступных компонентов, приемлемая цена, а также интеграция всех основных защит непосредственно на плате усилителя, что значительно упрощает конструкцию…

гевв | 27.04.2020

Транзистор Дарлингтона TIP147 Схема усилителя TIP142 — выходная мощность при 4 Ом: 100 Вт; – Выходная мощность при 8 Ом: 70 Вт; – Искажение (THD при 1 кГц/10 Вт): 0,02%; – Отношение сигнал/шум: 115 дБ; – Полоса пропускания: 3 Гц ÷ 200 кГц; – Чувствительность: 600 мВэфф; – Напряжение питания: 2×30 В переменного тока;…

гэВ | 02.04.2020

Усилитель твердотельный Kenwood модель KAC-718 фильтр сабвуфера, DC DC преобразователь, схема управления вентилятором защита uPC1237HA, схемы взяты от модели Kenwood KAC-716. Технические характеристики автомобильного усилителя: Максимальная выходная мощность (при 4 Ом, 100 Гц) Номинальная выходная мощность 1x 240 Вт (4 Ом) (КНИ 0,08% при 100 Гц, напряжение питания 14,4 В).