Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10… 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3…12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20…30 кОм и переменный сопротивлением 100… 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 — 4).

В семействе усилителей Waft произошло очередное пополнение. Помню, что кто-то из самодельщиков интересовался вариантом подобным WHH, только без темброблока. Вот оно — счастье. [Создать обсуждение статьи на форуме]

Автор: vovchik

В семействе усилителей Waft произошло очередное пополнение. Помню, что кто-то из самодельщиков интересовался вариантом подобным WHH, только без темброблока. Вот оно — счастье.

Предыстория

Предыстория такова — cразу после появления статьи Yooree «Нормирующий усилитель на LT1355» я решил повторить конструкцию. Дело в том, что у моей дочери имеется mp3 плеер — флешка, который питается от пальчиковой батарейки напряжением 1.5 вольта. Она любит подключать плеер к музыкальному центру (он довольно старый и соответственно, mp3 не поддерживает), но размаха сигнала на выходе для наушников явно не хватало для раскачки усилителя, колонки выдавали на максимуме не более 3 ватт на канал, плюс ко всему прослушивались шумы из-за сильного «недогруза». По настоятельной просьбе дочери я не стал «тянуть резину» и быстренько собрал нормирующий усилитель, далее НУ по тексту. При этом номиналы деталей по схеме не изменял, разделительные конденсаторы на входе тоже не устанавливал, в них не было необходимости.. После подключения флешки к муз. центру, через НУ последний «запел во весь голос». Можно было бы на этом месте поставить точку , но как у любого радиолюбителя, возникла мысль : «А может этот «нормировщик» еще куда приладить?» Так и родилась идея. Давно собранный Waft Homehoney, (так, к сожалению и не оформленный в корпус, из-за нехватки опыта изготовления и недостатка времени), мирно работал на полке тумбы под аппаратуру, ощерившись проводами во все стороны. Взглянул я на все это и подумал:» А почему бы и не попробовать?». Отпаял быстренько УМ Waft Homehoney от преда с темброблоком и подключил к нему НУ. Включил питание, вслушался… Звучание имело все » на слух». Максимальная мощность оказалась порядка 7 ватт на канал. Посоветовавшись с Yooree, начал постепенно повышать Кус. «нормализатора», путем увеличения номинала резистора R3 (см. схему НУ). Оптимальной оказалась величина 7. 5-8.2 ком. Громкость возросла и стала примерно одинаковой с громкостью WHH, при величине 9.1 ком уже начиналась перегрузка по входу УМ, это был сигнал остановиться.

Схема нормирующего предусилителя:

Следует заметить, что для каждого конкретного проигрывателя нужно будет индивидуально подобрать номинал R3. У меня дома три разных проигрывателя и в паспорте каждого указано, что размах напряжения на выходе около 1 вольта. На самом деле к примеру, для плеера ВВК пришлось уменьшать R3 до 3 ком, а для ХОRO увеличить до 8.2ком. Elenberg, как и ВВК «орал неслабо», поэтому так же пришлось снижать усиление уменьшением номинала R3 до 3…4 ком, поэтому к каждому CD-DVD-плееру — индивидуальный подход!!!

Cхема оконечного усилителя (УМ):

В схеме УМ никаких особых изменений не производил. Единственное — емкость С1 увеличена до 180 пФ. Конденсатор этот — керамический, маленькая желтая капелька родом из Китая. С2 — это «бутерброд»; К73-17 на 2,2мкФ + К73-16В на 1,5мкФ + МБМ на 0,5мкФ.

Некоторые эксперименты в предусилителе

Здесь расскажу о чипах, опробованных мной в НУ. У меня в наличии оказались два типа сдвоенных ОУ: МС33078 от Texas Instruments и ОР282GP от Analog Devices, соответственно их я и опробовал. Могу констатировать, что в плане «музыкальности», МС33078 уверенно обошла ОР282, хотя чип от AD сам по себе неплохой. Эти эксперименты производились при питании НУ от БП WHH, с понижением напряжения до 13.5-14 вольт, путем включения в каждое плечо балластного резистора. Так же был испытан вариант питания НУ напряжением 17-17.5 вольт. Здесь надо быть очень осторожным и предельно внимательным. Дело в том, что каждый чип имеет предел по напряжению питания, который превышать нельзя, иначе он быстро «накроется медным тазом». С повышением напряжения питания почти до предельного (по даташиту +/ — 18 вольт) ОР282 немного «реабилитировался», но МС33078 так и не догнал. При запитывании чипа ОР282 стабилизированным напряжением + /-12 вольт получились очень хорошие результаты. В то же время МС33078 при всех вариантах питания показал «неизменно превосходный результат». Именно его и надо использовать по возможности. «Регулятор громкости» в УМ можно поставить и группы «А». Опытный образец «гонялся» почти 12 часов и выявил проблему, о которой я слышал и читал, но сам столкнулся впервые. Это так называемое «кипение» электролитических конденсаторов. Физику этого процесса я не очень себе представляю, проявляется он в » шипении в такт с музыкой» на большой громкости. У меня «закипели» на УМ одного из каналов, т.е., те, которые шунтируют питание 10мкф х 50в (фото «кипящих» прилагаю), до этого они проработали достаточно долго и грехов за ними не водилось.

После замены на другие, «кипение» прекратилось. Я лично для себя сделал такой вывод: Не ставь в схему то, что попалось под руку, а найди нормальные, качественные комплектующие и будет все ОК! Со стабилизированным напряжением тоже произошел небольшой казус. Я собирал стабилизаторы на КРЕН-ках навесным монтажом на выходе поставил электролиты Jamicon 100мкф х 35В, при прослушивании четко выделялся фон переменного тока (что любопытно — в нестабилизированном варианте его вообще не было) , замена их «честными советскими» электролитами К50-35 1000 мкф х 25в , устранила фон полностью. Печатную плату для НУ специально не разрабатывал, да в этом и не было надобности, схема простая, обвел ножки панельки для микросхем маркером и потом подрисовал дорожки, на все ушло не более 3 минут. Технология изготовления такая же как и платки преда WHH, т.е. одна сторона — экран, который в последствии соединяется с «массой».

Заключение

В заключение хочу выразить благодарность Юрию (Yooree) за его всестороннюю помощь в подготовке и написании данной статьи, также благодарен Михаилу (Lektor) за его наработки по блоку питания с использованием НИ электролитических конденсаторов и конденсаторов «советского» производства и по использованию «бутербродов» из конденсаторов разных типов на входе УМ. Всем желаю удачи на монтаже и хорошего настроения!

Печатная плата усилителя мощности WBB(WHH).lay

Создать обсуждение статьи на форуме

*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2…4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5…0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50…60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Функционал.

Первая проблема при проектировании предварительного усилителя связана с коммутатором входов. Считается, что меньше искажений получается при использовании галетного переключателя. Но, если расположить переключатель на лицевой панели, то от входных разъёмов, установленных на задней панели усилителя, к переключателю будут идти длинные проводники, что ухудшит уровень шумов. Если переключатель расположить ближе к задней стенке усилителя, то потребуется механический удлинитель для переключения. Это усложнит конструкцию и сделает невозможным использование дистанционного управления.

Поэтому было решено в коммутаторе входов использовать качественные электро-механические реле. Если для каждого входа использовать отдельное реле, это даст минимальные перекрёстные искажения и шумы.

Мы также решили снабдить предварительный усилитель модулем усилителя для наушников. Обычно для прослушивания через наушники используют (основной) усилитель мощности. Но зачем задействовать мощный аппарат, если требуется всего несколько миллиВатт?

В нашей конструкции усилитель для наушников выполнен в виде отдельного модуля (устанавливается по желанию), а выход предварительного усилителя переключается на него с помощью реле.

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30…50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1…2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Приложения датчиков

Для каждого приложения приводится перечень наиболее часто используемых сенсоров. Много полезной информации по данному вопросу можно найти в руководствах OMEGA® Engineering [1, 2].

В данной статье приведены далеко не все типы аналоговых датчиков, их существует гораздо больше, например:

• счетчики времени/частоты [14];
• дальномеры [25];
• измерительные трансформаторы тока [6].

Информация о поведении электрических характеристик различных сенсоров необходима для правильного выбора оптимальной схемы нормирования.

Датчики электрических характеристик

Данная группа сенсоров (таблица 1) необходима для измерения электрических параметров цепи. Эти датчики используются в различных приложениях, например, для мониторинга критически важных характеристик источников питания.

Таблица 1. Датчики электрических параметров

Датчик	Выходной сигнал
Напряжения	Напряжение
Тока	Ток
Заряда	Заряд

Магнитные датчики

Эти датчики (таблица 2) используются для определения напряженности магнитного поля и/или его направления. Они широко применяются в компасах и системах управления электродвигателями [6].

Таблица 2. Магнитные датчики

Датчик	Выходной сигнал
Датчик Холла [6]	Напряжение
Магниторезистивный	Сопротивление

Датчики температуры

Чаще всего датчики температуры используются по прямому назначению, то есть для измерения температуры. Некоторые распространенные виды датчиков температуры перечислены в таблице 3. Обзор датчиков температуры можно найти в документации [14, 15].

Таблица 3. Датчики температуры

Датчик	Выходной сигнал
Термопары [19, 20]	Напряжение
Резистивные датчики температуры (RTD) [18]	Сопротивление
Термисторы [16, 17]	Сопротивление
Интегральные	Напряжение
ИК-сенсоры	Ток
Термогенераторы (Thermo Piles)	Напряжение

Датчики влажности

Существуют два основных типа датчиков влажности: емкостные и инфракрасные (таблица 4). Датчики влажности очень часто требуют дополнительной компенсации температурной погрешности.

Таблица 4. Датчики влажности

Датчик	Выходной сигнал
Емкостной	Емкость
ИК-датчик	Ток

Датчики усилия, веса, крутящего момента и давления

Данная группа датчиков используется для измерения механических усилий или деформации. Наиболее распространенные типы датчиков перечислены в таблице 5.

Таблица 5. Датчики усилия, веса, крутящего момента и давления

Датчик	Выходной сигнал
Тензометрические [8, 9, 10]	Сопротивление
Тензорезисторы	Сопротивление
Пьезоэлектрические	Напряжение или заряд
Механические трансдьюсеры	Сопротивление, напряжение и прочее

Датчики движения и вибрации

Некоторые распространенные аналоговые датчики движения и вибрации представлены в таблице 6. Для решения многих задач могут быть использованы интегральные сенсоры.

Таблица 6. Датчики движения и вибрации

Датчик	Выходной сигнал
Дифференциальные трансформаторы для измерения линейных перемещений LVDT [10]	Переменное напряжение
Пьезоэлектрические	Напряжение или заряд
Микрофоны	Напряжение
Датчики двигателя [6]	Напряжение, сопротивление, ток и так далее
Ультразвуковые датчики расстояния [25]	Время
Интегральные акселерометры	Напряжение

Датчики потока

Существуют различные способы измерения скорости потока жидкостей и газов. Краткий перечень датчиков, используемых для решения этой задачи, представлен в таблице 7.

Таблица 7. Датчики потока

Датчик	Выходной сигнал
Магнитные датчики потока	Переменное напряжение
Кориолисовы расходомеры	Сопротивление
Ультразвуковые/доплеровские датчики	Частота
Анемометры с нагреваемым проводом [24]	Сопротивление
Механические трансдьюсеры, например, турбины	Напряжение и прочее

Датчики уровня жидкости и объема

В таблице 8 приведены примеры датчиков уровня жидкости. Объем жидкости в баке известного сечения можно определить по ее уровню.

Таблица 8. Датчики уровня жидкости и объема

Датчик	Выходной сигнал
Ультразвуковые	Время
Механические трансдьюсоры	Сопротивление, Напряжение
Емкостные	Емкость
Механические переключатели	Вкл/Выкл
Термальные	Сопротивление

Датчики света и ИК-излучения

Датчики света и ИК-излучения (таблица 9) используются для обнаружения объектов, в том числе в условиях плохой видимости.

Таблица 9. Датчики света и ИК-излучения

Датчик	Выходной сигнал
Фотодиод [22, 23]	Ток

Электрохимические датчики

В таблице 10 приводится краткий список электрохимических датчиков, которые применяются для измерения различных химических свойств.

Таблица 10. Электрохимические датчики

Датчик	Выходной сигнал
pH-электрод	Напряжение (большое внутреннее сопротивление)
Проводимость	Сопротивление
Датчик CO	Напряжение или заряд
Датчик мутности (фотодиод)	Ток
Колориметр (фотодиод)	Ток

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2… 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит — напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Литература

Основные источники

1. “The OMEGA® Made in the USA Handbook™,” Vol. 1, OMEGA Engineering, Inc., 2002.
2. “The OMEGA® Made in the USA Handbook™,” Vol. 2, OMEGA Engineering, Inc., 2002.
3. AN682, “Using Single Supply Operational Amplifiers in Embedded Systems,” Bonnie Baker; Microchip Technology Inc., DS00682, 2000.
4. AN866, “Designing Operational Amplifier Oscillator Circuits For Sensor Applications,” Jim Lepkowski; Microchip Technology Inc. , DS00866, 2003.

Датчики тока

1. AN951, “Amplifying High-Impedance Sensors – Photodiode Example,” Kumen Blake and Steven Bible; Microchip Technology Inc., DS00951, 2004.
2. AN894, “Motor Control Sensor Feedback Circuits,” Jim Lepkowski; Microchip Technology Inc., DS00894, 2003.

Резистивные датчики

1. AN863, “A Comparator Based Slope ADC,” Joseph Julicher; Microchip Technology Inc., DS00863, 2003.
2. AN251, “Bridge Sensing with the MCP6S2X PGAs,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00251, 2003.
3. AN717, “Building a 10-bit Bridge Sensing Circuit using the PIC16C6XX and MCP601 Operational Amplifier,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00717, 1999.
4. AN695, “Interfacing Pressure Sensors to Microchip’s Analog Peripherals,” Bonnie Baker; Microchip Technology Inc., DS00695, 2000.
5. AN512, “Implementing Ohmmeter/Temperature Sensor,” Doug Cox; Microchip Technology Inc., DS00512, 1997.
6. AN895 “Oscillator Circuits For RTD Temperature Sensors,” Ezana Haile and Jim Lepkowski; Microchip Technology Inc. , DS00895, 2004.

Емкостные датчики

1. AN611, “Resistance and Capacitance Meter Using a PIC16C622,” Rodger Richie; Microchip Technology Inc., DS00611, 1997.

Датчики температуры

1. AN929, “Temperature Measurement Circuits for Embedded Applications,” Jim Lepkowski; Microchip Technology Inc., DS00929, 2004.
2. AN679, “Temperature Sensing Technologies,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00679, 1998.
3. AN897; “Thermistor Temperature Sensing with MCP6SX2 PGAs,” Kumen Blake and Steven Bible; Microchip Technology Inc., DS00897, 2004.
4. AN685, “Thermistors in Single Supply Temperature Sensing Circuits,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00685, 1999.
5. AN687, “Precision Temperature-Sensing With RTD Circuits,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00687, 2003.
6. AN684, “Single Supply Temperature Sensing with Thermocouples,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00684, 1998.
7. AN844, “Simplified Thermocouple Interfaces and PICmicro® MCUs,” Joseph Julicher; Microchip Technology Inc. , DS00844, 2002.
8. AN867, “Temperature Sensing With A Programmable Gain Amplifier,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00867, 2003.

Другие датчики

1. AN865, “Sensing Light with a Programmable Gain Amplifier,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00865, 2003.
2. AN692, “Using a Digital Potentiometer to Optimize a Precision Single-Supply Photo Detection Circuit,” Bonnie C. Baker; Microchip Technology Inc., DS00692, 2004.
3. TB044, “Sensing Air Flow with the PIC16C781,” Ward Brown; Microchip Technology Inc., DS91044, 2002.
4. AN597, “Implementing Ultrasonic Ranging,” Robert Schreiber; Microchip Technology Inc., DS00597, 1997.

Схемы нормирования

1. FilterLab® 2.0 User’s Guide;” Microchip Technology Inc., DS51419, 2003.
2. AN942, “Piecewise Linear Interpolation on PIC12/14/16 Series Microcontrollers,” John Day and Steven Bible; Microchip Technology Inc., 2004.

Оригинал статьи

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 — 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 — вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 — 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемотехника УМЗЧ — продолж. 1 предистория — Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах) — Усилители НЧ и все к ним

СХЕМОТЕХНИКА УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ ВЫСОКОЙ ВЕРНОСТИ

М. КОРЗИНИН, г. Магнитогорск

В настоящее время известен не один десяток вариантов как любительских, так и промышленных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ), но только некоторые из них можно действительно отнести к высококачественным. В связи с этим перед любителями звуковоспроизведения встает непростой вопрос: приобрести УМЗЧ промышленного изготовления или попытаться сконструировать его самому? На первый взгляд, приобретение готового устройства представляется более простым, поскольку для этого потребуются лишь необходимые средства. Однако лучший ли это выход из положения? Ответить на этот вопрос попытался радиолюбитель М. Корзинин в публикуемой ниже статье.

Из высококачественных УМЗЧ отечественного производства по своим параметрам к усилителям высокой верности звуковоспроизведения можно отнести только полный усилитель «Форум 180У-001 С» и блочный усилитель мощности «Корвет 200УМ-088С».

Оговоримся сразу, по каким критериям УМЗЧ можно отнести к высококачественным. Напомним, что условное обозначение высококачественной радиоаппаратуры «Hi-Fi» представляет собой сокращение от английского «High Fidelity», что в переводе означает «Высокая верность (звуковоспроизведения)». 

К этим аппаратам относятся только те, которые не вносят в усиливаемый сигнал заметных на слух непрограммируемых искажений. В последнее время в самостоятельный класс звуковоспроизводящей аппаратуры выделилась группа аппаратов, обладающих такой высокой линейностью усиления сигнала которая отвечает требованиям самых взыскательных слушателей. Этот класс получил название «High-End» — «Наивысший». Именно аппаратура этого класса представляет для нас наибольший интерес.

Оба указанных выше усилителя звуко вой частоты, безусловно, могут быть отнесены к категории усилителей высокой верности звуковоспроизведения. По отдельным же характеристикам и субъективным оценкам их можно отнести к нижней группе класса «High-End».

При решении вопроса о приобретении названных нами отечественных УМЗЧ следует иметь в виду, что хотя они и выпускались предприятиями оборонной промышленности, оба усилителя имели существенные конструктивные недостатки.

У полного усилителя «Форум 180У-00TC производства завода им. М.И.Калинина в г.Санкт-Петербурге отмечалась крайне низкая надежность. В гарантийный период заводской брак превышал 30% в основном из-за аварийного перегрева выходного каскада. Попытки найти оптимальное конструктивное и схемотехническое решения не увенчались успехом, и в 1994 г. усилитель был снят с производства. 

Следует также сказать об очень высокой сложности схемотехники усилителя, в котором использовалось около 200 транзисторов. В результате гарантийный ремонт аппарата приходилось производить в заводских условиях. Именно по этой причине альбом схем к усилителю при продаже не прикладывался.

Что касается усилителя мощности «Корвет 200УМ-088С. который до последнего времени выпускался заводом «Водтрансприбор» в г. Санкт-Петербурге то его конструкторы более удачно решили проблему отвода тепла от нагревающихся элементов Правда, в процессе работы верхняя крышка усилителя все же нагревалась до 40…50 С, а корпусы выходных транзисторов — до 90…95°С. Процент брака данной конструкции существенно ниже, чем у «Форума 180У-001 С», однако ее ремонтопригодность крайне низка, и ремонт также производился только в заводских условиях.

Остальные усилители звуковой частоты нельзя отнести к аппаратуре высокой верности. Так, выпускаемый заводом «Ладога» в г.Кировске Ленинградской области полный усилитель «Корвет 100У-068СМ» можно причислить лишь к аппаратам так называемого потребительского класса с весьма средними качественными параметрами

На внутреннем рынке продаются усилители 34 зарубежного производства. Однако они также далеко не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к аппаратуре высокой верности воспроизведения звука. У многих из них характеристики находятся на уровне хороших аппаратов потребительского класса, что касается их стоимости, то она существенно выше. Следует, однако, отметить, что разница в цене полностью окупается несравнимо более высокой надежностью в эксплуатации, прекрасным дизайном с использованием современных технологий, большими потребительскими возможностями Схемотехника, как правило, достаточно проста, но стоимость ремонта от этого не становится ниже. Объясняется это недостатком радиокомпонентов в наших мастерских.

В последнее время на наших рынках начали появляться и усилители 34 высокого качества. 

Стоимость их очень высока. Так, комплект из предварительного и оконечного усилителей звуковой частоты модели SU-2000E фирмы «Technics» стоит примерно столько же, сколько подержанный автомобиль.

По мнению автора, для радиолюбителей средней квалификации оптимальным является самостоятельное изготовление высококачественного усилителя. Этот путь длиннее, сложнее и вряд ли дешевле но он позволяет создать действительно высоколинейньй относительно простой и надежный усилитель мощности с использованием нестандартных радиокомпонентов и схемотехнических решений. Задача радиолюбителя значительно облегчается, если у него есть возможность основные конструктивные элементы усилителя — платы, панели, шас си, корпус, ручки управления — изготовить в заводских условиях.

В настоящей статье автором сделана попытка в максимально простой и доступной форме помочь радиолюбителям проанализировать известные и малоизвестные конструкции усилителей мощности, выбрать оптимальные схемотехнические и конструктивные решения, подобрать необходимые радиокомпоненты, а также настроить усилитель без использования сложной измерительной техники.

1. Основные концепции конструирования усилителей мощности 34 высокой верности

Как правило, подаваемое на вход усилителя мощности напряжение звуковой частоты составляет 0,25…2,0 В, а ток — единицы и десятки мкА Выходное напряжение УМЗЧ может достигать десятков вольт, а выходной ток—десятков ампер. Отсюда следует, что УМЗЧ должен обеспечить линейное без искажений усиление сигнала по напряжению в десятки, а по току — в десятки тысяч раз.

Для выполнения этих функций любой высококачественный УМЗЧ содержит три основных последовательно соединенных между собой узла. Сначала сигнал звуковой частоты поступает на входной каскад, где предварительно усиливается по напряжению и току. Усиленный сигнал поступает на усилитель напряжения, в котором усиливается по напряжению до конечной величины. Затем он попадает на усилитель тока, называемый также оконечным каскадом, где усиливается по току до конечной величины. В ряде конструкций любительских и промышленных усилителей мощности 34 делались попытки совместить в одном узле как усилитель напряжения, так и усилитель тока, либо возложить на усилитель тока дополнительно функции частичного усиления сигнала по напряжению. Попытки эти реализовывались путем схемотехнического компромисса за счет заведомого снижения линейности усилителя, что неприемлемо для техники высококачественного звуковоспроизведения

Упрощенная структурная схема УМЗЧ приведена на рис. 1,а. Известна разновидность УМЗЧ, называемая мостовой. Она представляет собой два обычных УМЗЧ, работающих в противофазе на общую нагрузку. Для мостовой схемы справедливы концепции обычного УМЗЧ высокой верности. Упрощенная структурная схема мостового усилителя мощности приведена на рис. 1 ,б

Чтобы УМЗЧ отвечал требованиям высокой верности звуковоспроизведения, его схемотехника и конструкция должны соответствовать определенным принципам, которые можно сформулировать следующим образом.

Все узлы такого УМЗЧ должны быть выполнены с использованием высоколинейных схемотехнических решений, современных высококачественных радиокомпонентов и согласованы между собой по электрическим, частотным и качественным характеристикам. Важно, чтобы схемотехнические решения по возможности были рациональны, а блок питания обеспечивал питание узлов УМЗЧ максимально отфильтрованным от пульсаций сети током с необходимыми стабильными напряжениями с учетом импульсного характера их потребления и независимого питания каналов усилителя. Следует стремиться к тому, чтобы глубина общей обратной связи была минимальна, а в идеале — равнялась нулю. Все радиокомпоненты должны работать в щадящих режимах по току, напряжению, мощности и рабочей температуре. С этой целью в конструкции нужно предусмотреть эффективный теплоотвод выделяющегося в процессе работы усилителя тепла, комплекс систем защиты узлов усилителя от перегрузок всех видов и возникновения аварийных режимов, индикации текущих и аварийных состояний.

В следующих разделах статьи будет рассказано, каким образом можно реа-лизовывать эти принципы при конструировании узлов УМЗЧ

2. Схемотехника входных каскадов УМЗЧ

Схемотехника и конструкция входного каскада УМЗЧ в основном определяет такие его характеристики, как диапазон допустимых входных напряжений, входное сопротивление, входные токи, отношения сигнал/шум, сигнал/фон/, сигнал/ помеха.

Введенное автором понятие диапазона допустимых входных напряжений УМЗЧ представляется удобным из-за своей универсальности. Оно включает в

себя номинальное входное напряжение, которое соответствует номинальной выходной мощности усилителя, максимальное долговременное входное напряжение, соответствующее максимальной долговременной выходной мощности усилителя, и максимальное кратковременное входное напряжение, соответствующее максимальной кратковременной мощности усилителя. Эти параметры тесно связаны друг с другом и находятся в определенной зависимости, поскольку в рабочем диапазоне частот усилитель обладает конструктивным коэффициентом усиления по напряжению. Этот параметр при отсутствии цепей общей обратной связи определяется усилением по напряжению входного каскада и усилителя напряжения, а также потерями напряжения в усилителе тока. При наличии цепей общей обратной связи его коэффициент усиления по напряжению определяется параметрами именно этих цепей Поясним это на примере. Для УМЗЧ высокой верности [1] указана чувствительность порядка 0,8 В. 

Он собран по схеме неинвертирующего усилителя. Соотношение величин резисторов его цепи ООС составляет 33. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен 34 Для входного напряжения 0,8 В (эффективное значение) величина выходного напряжения составит около 27 В (эффективное значение), что при сопротивлении нагрузки УМЗЧ, равном 8 Ом, соответствует выходной мощности порядка 92 Вт. Для того, чтобы этот усилитель на такой же нагрузке развил выходную мощность порядка 200 Вт, нужно чтобы напряжение на нагрузке составляло примерно 40 В. При коэффициенте усиления УМЗЧ по напряжению, равном 34, входное напряжение составит примерно 1,2 В 

Поскольку такая мощность для этого УМЗЧ является долговременной максимальной, можно утверждать, что максимальное входное долговременное напряжение для него составит 1,2 В. Если принять максимальную кратковременную выходную мощность этого УМЗЧ равной 300 Вт, то напряжение на нагрузке должно составить примерно 49 В, что соответствует максимальному кратковременному входному напряжению УМЗЧ порядка 1,45 В. Следовательно, диапазон допустимых входных напряжений для этого УМЗЧ составляет 0,8. ..1,45 В. Диапазон входных напряжений ниже уровня 0,8 В является рабочим. Так, для выходной мощности УМЗЧ порядка 32 Вт необходимое рабочее входное напряжение составляет около 0,47 В, а для выходной мощности порядка 8 Вт — около 0,24 В. 

Таким образом, рабочий диапазон входных напряжений УМЗЧ высокой верности [1] находится в пределах 0,12…0,8 В, а диапазон допустимых входных напряжений — в пределах 0,8…1,45 В. При дальнейшем повышении входного напряжения УМЗЧ начинает работать в заведомо нелинейном режиме из-за перегрузки всех его узлов и нарушения линейности их работы

В связи с этим представляется целесообразным ограничить с помощью специального устройства максимальную величину входного напряжения УМЗЧ, рассчитав ее аналогичным образом для каждой конкретной конструкции. Для УМЗЧ высокой верности, описанного в [ 1 ], эта величина может быть определена на уровне 1,2…1,4 В. Принципиальная схема такого ограничителя, использованного в [ 2 ], приведена на рис. 2.

Это устройство представляет собой двусторонний симметричный диодный ограничитель входного сигнала УМЗЧ, собранный на кремниевых диодах КД521А Можно применить и любые кремниевые маломощные импульсные выпрямительные и универсальные диоды с допустимым током до 50 мА. Резисторы R1 и R2 ограничивают прямой ток через ограничитель при открывании диодов. Резисторы R3, R4 обеспечивают прямой ток на уровне около 2 мА для линеаризации амплитудной характеристики ограничителя на рабочем участке. 

Уровень ограничения входного сигнала УМЗЧ устанавливается конструктивно изменением числа диодов в обеих ветвях одновременно как для отрицательной, так и для положительной полярности. Конструкция ограничителя максимально проста и надежна, легко адаптируется под любой УМЗЧ и может быть рекомендована для использования в каждом усилителе мощности 34.

Представляется оптимальной и уста-

Высоколинейный входной каскад УМЗЧ может быть выполнен как на интегральных операционных усилителях, так и на дискретных транзисторах. Рассмотрим оба варианта подробнее.

Интегральный операционный усилитель—это многокаскадный усилитель постоянного тока. Его внутренняя схемотехника сходна со схемотехникой усилителей мощности 34. Он содержит входной каскад, собранный по дифференциальной схеме с источниками тока, усилитель напряжения и усилитель тока. ОУ способен усиливать переменный ток, однако его конструкция не является оптимальной для этого из-за ограничений, накладываемых интегральной технологией его изготовления. Так, выходной ток ОУ составляет обычно единицы миллиампер, а выходное напряжение — единицы вольт. АЧХ интегрального ОУ на переменном токе далека от идеальной: начиная с определенной частоты коэффициент усиления ОУ начинает монотонно уменьшаться. Таких частот может быть несколько в зависимости от собственных частотных характеристик узлов ОУ. Частота, на которой усиление ОУ падает до единицы, называется частотой единичного усиления. Этот параметр достаточно хорошо характеризует частотные свойства ОУ как усилителя. Вторым важным параметром ОУ такого рода является скорость нарастания выходного напряжения. Этот параметр характеризует искажения, вносимые ОУ в сигнал импульсного характера с крутыми фронтами. Чем выше значение скорости нарастания выходного напряжения ОУ, тем меньше собственные искажения такого рода. На рис. 4 приведена типовая АЧХ интегрального ОУ без обратной связи, а на рис. 5 показано влияние скорости нарастания выходного напряжения интегрального ОУ на воспро-‘ изведение переднего фронта прямоугольного импульса. Оба графика максимально упрощены для лучшего восприятия указанных положений.

Входные каскады современных ОУ выполняются, как правило, на полевых транзисторах по дифференциальным схемам и имеют вполне приемлемые для линейного усиления входные характеристики. В них зачастую предусматривается внешняя балансировка ОУ изменением токового режима плеч дифференциального каскада таким образом, чтобы постоянное напряжение на выходе ОУ в режиме покоя отсутствовало. Основные искажения ОУ вносятся в усиливаемый им сигнал его выходным каскадом. 

В режиме покоя этот каскад работает в режиме класса А с небольшим током покоя, не превышающим, как правило, величины в 1 мА[10-12].

При работе ОУ в малосигнальном режиме его выходной каскад продолжает работать в режиме класса А, обладающем наименьшими искажениями. При увеличении входного сигнала свыше определенной величины выходной каскад ОУ переходит в режим класса АВ и его искажения увеличиваются примерно в 4 раза [11 —14].

Это пороговое значение величины входного сигнала тесным образом связано с сопротивлением нагрузки ОУ. Действительно, если критерием является выходной ток ОУ при определенном значении коэффициента его усиления по напряжению, то при увеличении значения сопротивления нагрузки ОУ становится возможным увеличить допустимый диапазон входных и выходных напряжений ОУ, при которых его выходной каскад остается работать в режиме класса А, не переходя в режим класса АВ.

В любом случае следует стремиться к максимальному увеличению сопротивления нагрузки ОУ, используемого во входном каскаде высококачественного УМЗЧ По данным [15 ] при увеличении значения сопротивления нагрузки ОУ К574УД1 с 10 до 100 кОм коэффициент его собственных искажений уменьшился в 10 (!) раз и составил всего 0,01%.

Известны попытки увеличить сопротивление нагрузки интегрального ОУ для постоянной работы его выходного каскада в режиме класса А. Делалось это с помощью подключения к его выходу в качестве динамической нагрузки эмит-терного повторителя на биполярном транзисторе, нагруженного в свою очередь на генератор тока [16, 17].

Данные о конструктивной собственной линейности отечественных интегральных ОУ в справочной литературе не приводятся. Отрывочные сведения об этом можно найти в различных источниках. Так, собственный коэффициент нелинейных искажений (КНИ) интегрального ОУ К544УД2 составляет 1% (19 ], а ОУ К574УД2 — порядка 0,005% [20 ]. Однако в справочной литературе можно найти данные о конструктивной собственной линейности для отдельных типов ОУ зарубежного производства. Так, собственный КНИ ОУ TL081 и TL083 по данным [12, 21 ] составляет всего 0,003%. Этот параметр весьма важен при выборе ОУ для входного каскада УМЗЧ высокой верности, так как невозможно получить высокую линейность всего УМЗЧ только за счет глубокой обратной связи: начиная с определенного значения КНИ при увеличении глубины ООС не уменьшается из-за низкой линейности исходного усилителя.

Оценивая шумовые параметры, а также параметры по подавлению помех всех видов, следует признать, что вполне достаточным для УМЗЧ высокой верности является отношение сигнал/шум, сигнал/ фон и сигнал/помеха порядка 100 дБ. При использовании ОУ К574УД1 и номинальном входном напряжении 0,8 В по данным [1 ] этот параметр не превышает величины -112 дБ при измерении со взвешивающим фильтром МЭК-А. Подбор ОУ по шумовым параметрам для входного каскада УМЗЧ позволяет получить существенный выигрыш по шумам. Так, замена ОУ КР544УД1 на ОУ А081 позволила улучшить отношение сигнал/взвешенный шум в усилителе мощности «Корвет 100УМ-048С» со 100 до 110 дБ [22, 23 ].

Подбирая ОУ по частотным характеристикам, следует отметить, что пригодны ОУ, имеющие частоту единичного усиления не менее 5 МГц и скорость нарастания выходного напряжения более 5 В/мкс [1,9, 10, 11, 12, 18,21,24,25].

Суммируя все сказанное, можно сформулировать следующие принципы построения высоколинейного входного каскада на интегральном ОУ для УМЗЧ высокой верности.

—  во входном каскаде такого УМЗЧ следует использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе, имеющий незначительные собственные искажения всех видов, частоту единичного усиления не ниже 5 МГц и скорость нарастания выходного напряжения более 5 В/мкс,

—  важно, чтобы ОУ работал только в малосигнальном режиме и на высокоом-ную нагрузку;

— ОУ в режиме покоя должен быть максимально сбалансирован, по возможности постоянное напряжение на его выходе в режиме покоя должно отсутствовать;

— обязательно нужно принять меры по ограничению до безопасных величин всех видов напряжений, поступающих на выводы ОУ;

— проследить, чтобы в процессе эксплуатации температура корпуса ОУ не превышала температуру окружающей среды.

Последнее утверждение необходимо дополнительно пояснить. Отсутствие нагрева корпуса ОУ косвенно показывает, что его выходной каскад работает во всех режимах только в классе А, т.е. наиболее линейном. 

Нагрев же корпуса ОУ свидетельствует о работе его выходного каскада в режиме класса АВ и соответствующей потере линейности. Простейший расчет позволяет установить, что при напряжении питания ОУ порядка ±13 В и токе покоя 1 мА рассеиваемая ОУ мощность постоянна и составляет всего около 50 мВт с учетом токопотребления его входного каскада и усилителя напряжения. При такой рассеиваемой мощности корпус ОУ практически не нагревается. В любом случае нагрев ОУ однозначно говорит о неоптимальном режиме его использования.

Попробуем применить эти принципы для оценки линейности входного каскада на интегральном ОУ, примененном в УМЗЧ высокой верности, описанном в [ 1 ).

Упрощенная схема этого УМЗЧ приведена на рис. 6. Удалены система «чистой земли» и триггерная встроенная система защиты, поскольку усилитель вполне работоспособен без потерь в качественных показателях и без этих систем. Следует отметить, что система «чистой земли» малоэффективна при использовании соединительных кабелей с малым активным сопротивлением для соединения усилителя с акустическими системами. В то же время эта система может создать серьезные проблемы при использовании ее совместно с УМЗЧ в помещении, имеющем высокий электромагнитный фон сети, подавая этот фон на вход УМЗЧ со своего входа. Триггерная система защиты, по мнению автора, малоэффективна в случае аварии усилителя, поскольку не отключает напряжений его питания и имеет ограниченную функцию воздействия на УМЗЧ: предполагается, что она срабатывает при перегрузке УМЗЧ. Гораздо проще и надежнее ограничить напряжение входного сигнала, подаваемое на вход УМЗЧ и правильно рассчитать его схемотехнику.

Входной каскад УМЗЧ собран на интегральном ОУ К574УД1. Этот ОУ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к входному каскаду УМЗЧ высокой верности.

В то же время из схемы усилителя следует, что на выходе ОУ в режиме покоя постоянно присутствует напряжение по рядка 4,9 В при напряжении питания ОУ ±13 В. Из описания УМЗЧ следует, что корпус ОУ в процессе работы ощутимо нагревается и его температура составляет 45…50°С.

Это позволяет сделать вывод: правильно выбранный по типу ОУ в данной конструкции используется в нелинейном режиме со значительными собственными искажениями. Поскольку такой потенциал на выходе ОУ создается в связи с конструктивными особенностями схемотехники УМЗЧ системой его балансировки, намеренно следует говорить о схемотехнически некорректном для УМЗЧ высокой верности решении входного каскада этого усилителя.

Даже в данном случае линейность УМЗЧ весьма высока. Однако если доработать входной каскад и поставить ОУ в линейный режим, мы сможем существенно улучшить качественные характеристики усилителя.

Для установки ОУ в малосигнальный режим усиления с переводом его выходного каскада в режим класса А необходимо принять меры по устранению причин, заставляющих постоянно поддерживать потенциал 4,9 В на выходе ОУ в режиме покоя, и максимально увеличить сопротивление его нагрузки.

(Окончание следует)

ЛИТЕРАТУРА

10.  Достал И. Операционные усилители — М   Мир, 1982.

11.  Шило В. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре — М.: Советское радио, 1979.

12.  Интегральные микросхемы- операционные усилители, том 1. — М.: Физматлит, 1993.

13.  Варакин Л. Бестрансформаторные усилители мощности. — М.: Радио и связь, 1984.

14.  Костин В. Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ. — Радио, 1987, № 12. с. 40.

15.  Солнцев Ю. Высококачественный предварительный усилитель. — Радио, 1985, Na 4, с. 32.

16. Тарасов В. Предусилитель-корректор. — Радио. 1988, № 11, с. 32

17.  Тарасов В. Пассивный регулятор тембра. — Радио, 1989, № 9, с. 70.

18.  Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М. Мир, 1982.

19. Митрофанов Ю. Экономичный режим А в усилителе мощности 34. — Радио, 1986, №5, с. 40.

20. Успенский Б. Низкочастотные усилители на интегральных микросхемах: Сб. «В помощь радиолюбителю», вып. 85. — М.: ДОСААФ, 1989.

21.  Кутыркин Ю Нефедов А., Савченко А Зарубежные интегральные микросхемы широкого применения. Справочник — М.: Энерго-издат 1984.

22.  Стереоусилитель мощности «Корвет 100УМ-048С». Руководство по эксплуатации. 1989.

23.  Стереоусилитель мощности «Корвет 100УМ-048С». Руководство по эксплуатации, 1991

24.  Дане Дж.Б. Операционные усилители: принцип работы и применение. — М.: Энерго-издат, 1982.

25. Сухов Н.. Бать С, Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения. — К.: Техника, 1985.

РАДИО № 12, 1995 г. стр. 17

Низкочастотная характеристика усилителя BJT

Для анализа мы рассмотрим конфигурацию смещения делителя напряжения BJT с нагрузкой. Но результаты можно применить к любой конфигурации. Для сети, показанной на рис. 15.14, конденсаторы C _на , C _{на выходе} и C _E будут определять низкочастотную характеристику усилителя BJT.

Теперь мы рассмотрим влияние каждого из них по отдельности.

Влияние C _в на частотную характеристику усилителя:

Поскольку C _в обычно подключается между прикладным источником и активным устройством, общий вид комбинации R-C определяется сетью, показанной на рис. 15.15.

Общее сопротивление сейчас (R _s  + R _в ) и частота среза

На средних или высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора C _в  будет значительно мал, чтобы позволить приближение короткого замыкания для элемента. Связь между V _в и V _s задается как

При f _Li входное напряжение V _в будет в 0,707 раз больше значения, определенного вышеприведенным уравнением. (15.38), предполагая, что C _в  является единственным емкостным элементом, который управляет низкочастотной характеристикой усилителя BJT.

Для сети, приведенной на рис. 15.14, при анализе влияния С _на мы должны предположить, что конденсаторы С _Е и С _{на выходе} выполняют свою предназначенную функцию, иначе анализ становится слишком громоздким. , то есть что величины реактивных сопротивлений C _из и C _E позволяют использовать эквивалент короткого замыкания по сравнению с величиной других последовательных импедансов. Используя эту гипотезу, эквивалентная сеть переменного тока для входной части схемы, показанной на рис. 15.14, станет такой, как показано на рис. 15.16.

Значение R _в определяется уравнением0009

Таким образом, с уменьшением частоты реактивное сопротивление конденсатора С _в увеличивается, часть сигнала или напряжения источника теряется на входном конденсаторе С _в и напряжение V _в подается на вход устройства уменьшается, что приводит к уменьшению выходного напряжения и, следовательно, коэффициента усиления.

Влияние C _out на частотную характеристику усилителя :

нижняя частота среза из-за С _из появятся, как показано на рис. 15.17. Из рис. 15.17 полное последовательное сопротивление теперь составляет R _из + R _{из L} , а частота среза из-за C _из определяется уравнением Е , выходное напряжение будет составлять 70,7% от его среднего значения при f _Lo . Для сети, показанной на рис. 15.14, эквивалентная сеть переменного тока для выходной секции с V _в = 0 будет выглядеть так, как показано на рис. 15.18.

Значение R _из определяется уравнением

Влияние C _E на частотную характеристику усилителя: f _Le , сеть «видит» по C _E должен быть определен, как показано на рис. 15.19.

Как только уровень R _e определен, частота среза, обусловленная C _E , может быть вычислена из соотношения

Для сети, показанной на рис. 15.14, эквивалент переменного тока, «видимый» C _E , будет таким, как показано на рис. 15.20.

Значение R _e определяется уравнением

, где R′ _s  = R _s  || Р ₁  || R ₂

Влияние C _E на усиление лучше всего описать количественно, если вспомнить, что усиление для конфигурации, показанной на рис. 15.21, определяется как

Очевидно, что максимальное усиление будет при R _E = 0 Ом. На низких частотах, когда шунтирующий конденсатор C

E находится в эквивалентном состоянии «разомкнутой цепи», все R _E появляются в приведенном выше уравнении усиления по напряжению, что приводит к минимальному усилению.

С увеличением частоты реактивное сопротивление конденсатора C _E уменьшается, уменьшая параллельное сопротивление R _E и C _E , пока резистор R _E не будет эффективно «закорочен» конденсатором C _Е . Результатом является максимальное или среднеполосное усиление, определяемое уравнением A

v  = -R _C /r _e . При f _LE усиление будет на 3 дБ ниже среднего значения, определенного с помощью R _E «закорочено».

Анализ схемы

. Какова желаемая общая низкочастотная характеристика усилителя с общим эмиттером?

Задавать вопрос

спросил 1 год, 6 месяцев назад

Изменено 1 год, 6 месяцев назад

Просмотрено 261 раз

\$\начало группы\$

Для общего эмиттера общая низкочастотная характеристика отличается, в зависимости от номиналов входных, выходных и обходных конденсаторов.

1. Три отдельные частоты среза:

2. Одна частота среза, когда все три критические частоты одинаковы:

Возможны и другие комбинации, но я упомяну лишь два случая, чтобы проиллюстрировать это.

Вопрос:

Какова желаемая общая низкая частота для такого усилителя с общим эмиттером? Предположим, что вы можете выбирать входные, выходные и обходные конденсаторы по своему усмотрению.

Я знаю назначение каждого конденсатора, но хочу сосредоточиться на частотной характеристике, а не на общих сведениях о разделительных и обходных конденсаторах.

Источник: https://staff-old.najah.edu/sites/default/files/Chapter%2010.pdf 27 общих- эмиттер \$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

При работе со звуковыми частотами полоса пропускания обычно ограничивается диапазоном от 20 Гц до 20 кГц. Ограничения полосы пропускания обычно принимаются там, где усиление напряжения в средней полосе падает на 3 дБ (частоты -3 дБ). Здесь мощность упала до/на 50%.

Схема усилителя с общим эмиттером довольно часто включает 3 конденсатора и, следовательно, 3 фильтра верхних частот. 3 необходимы для выполнения функций усилителя (2 для блока постоянного тока и 1 для увеличения коэффициента усиления).