Site Loader

Содержание

Усилитель звука на транзисторах


Транзисторные усилители, несмотря на появление более современных микросхемных, не потеряли свой актуальности. Достать микросхему бывает, порой, не так легко, а вот транзисторы можно выпаять практически из любого электронного устройства, именно поэтому у заядлых радиолюбителей иногда накапливаются горы этих деталей. Для того, чтобы найти им применение предлагаю к сборке незатейливый транзисторный усилитель мощности, сборку которого осилит даже начинающий.

Схема



Схема состоит из 6-ти транзисторов и может развивать мощность до 3-х ватт при питании напряжением 12 вольт. Этой мощности хватит для озвучивания небольшой комнаты или рабочего места. Транзисторы Т5 и Т6 на схеме образуют выходной каскад, на их место можно поставить широко распространённые отечественные аналоги КТ814 и КТ815. Конденсатор С4, который подключается к коллекторам выходных транзисторов, отделяет постоянную составляющую сигнала на выходе, именно поэтому данный усилитель можно использовать без платы защиты акустических систем. Даже если усилитель в процессе работы выйдет из строя и на выходе появится постоянное напряжение, оно не пройдёт дальше этого конденсатора и динамики акустической системы останутся целы. Разделительный конденсатор С1 на входе лучше применить плёночный, но если такого нет под рукой, подойдёт и керамический. Аналогом диодов D1 и D2 в данной схеме являются 1N4007 или отечественные КД522. Динамик можно использовать сопротивлением 4-16 Ом, чем ниже его сопротивление, тем большую мощность будет развивать схема.


Сборка усилителя


Собирается схема на печатной плате размерами 50х40 мм, рисунок в формате Sprint-Layout к статье прилагается. Приведённую печатную плату при печати необходимо отзеркалить. После травления и удаления тонера с платы сверлятся отверстия, лучше всего использовать сверло 0,8 — 1 мм, а для отверстий под выходные транзисторы и клеммник 1,2 мм.

После сверления отверстий желательно залудить все дорожки, тем самым уменьшить их сопротивление и защитить медь от окисления. Затем впаиваются мелкие детали – резисторы, диоды, после чего выходные транзисторы, клеммник, конденсаторы. Согласно схеме, коллекторы выходных транзисторов должны соединяться, на данной плате это соединение происходит путём замыкания «спинок» транзисторов проволокой или радиатором, если он используется. Радиатор требуется ставить в том случае, если схема нагружена на динамик сопротивлением 4 Ома, или если на вход подаётся сигнал большой громкости. В остальных же случаях выходные транзисторы почти не нагреваются и не требуют дополнительного охлаждения.


После сборки обязательно нужно смыть остатки флюса с дорожек, проверить плату на наличие ошибок сборки или замыканий между соседними дорожками.

Настройка и испытания усилителя


После завершения сборки можно подавать питание на плату усилителя. В разрыв одного из питающих проводов нужно включить амперметр, для контроля потребляемого тока. Подаём питание и смотрим на показания амперметра, без подачи на вход сигнала усилитель должен потреблять примерно 15-20 мА. Ток покоя задаётся резистором R6, для его увеличения нужно уменьшить сопротивление этого резистора. Слишком сильно поднимать ток покоя не следует, т.к. увеличится выделение тепла на выходных транзисторах. Если ток покоя в норме, можно подавать на вход сигнал, например, музыку с компьютера, телефона или плеера, подключать на выход динамик и приступать к прослушиванию. Хоть усилитель и прост в исполнении, он обеспечивает весьма приемлемое качество звука. Для воспроизведения одновременно двух каналов, левого и правого, схему нужно собрать дважды. Обратите внимание, что если источник сигнала находится далеко от платы, подключать его нужно экранированным проводом, иначе не избежать помех и наводок. Таким образом, данный усилитель получился полностью универсальным благодаря небольшому потреблению тока и компактным размерам платы. Его можно использовать как в составе компьютерных колонок, так и при создании небольшого стационарного музыкального центра. Удачной сборки.

Схема усилителя мощности на полевых транзисторах МОСФИТ

   СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ МОСФИТ

   

        Не смотря на примитивную схемотехнику данный усилитель мощности имеет довольно не плохие характеристики, приятное звучание и в середине восьмидесятых был запатентован (инфа по номеру патентаи и автору погибла вместе с жестким диском — пардон). С тех пор элементная база изменилась довольно сильно и схему получилось упростить сохранив саму идею и получив лучшие характеристики без снижения надежности. Принципиальная схема усилителя мощности с использованием полевых транзисторов в оконечном каскаде приведена на рисунке 1.


Рисунок 1 Усилитель мощности МОСФИТ. Принципиальная схема УВЕЛИЧИТЬ

    Усилитель имеет 4 подмодификации, отличающиеся друг от друга выходной мощностью и может на нагрузк 4 Ома выдавать 100, 200, 300 и 400 Вт. Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате, причем сколько ватт выдаст усилитель зависит именно от длины платы, поскольку плата выполнена таким образом, что позволяет изменять количество устанавливаемых оконечных транзисторов.

    Данный усилитель мощности имеет предварительный буферный усилитель напряжения, выполненый на операционном усилителе TL071 и двукаскадный двухтактный усилитель мощности — именно мощности, поскольку производится усиление и по току и по напряжению. Схемотехника выходного каскада построена таким образом, что по сути представляет собой два независимых усилителя — для положительной полуволны звукового сигнала (VT1 — драйвер, VT3, VT5, VT7, VT9 — оконечники) и для отрицательной полуволны (VT2 — драйвер, VT4, VT6, VT8, VT10 — оконечники). Оба усилителя охвачены своими местными отрицательными обратными связями: R13-R9 и R14-R10, от соотношения номиналов этих резисторов и зависит коф усиления данного каскада. В данном случае он выбран таким образом, чтобы получить минимальные искажения в этом каскаде и менять номиналы не рекомендуется (R13 и R14 — лучше не менять, R9 и R10 могут быть от 27 до 43 Ом, оптимально — 33 или 39 Ом). Поскольку последний каскад усилителя работает в усилительном режиме, то входя в режим насыщение сопротивление между выходом усилителем и источником питания становится мнимально возможным (0,2-0,5 Ома). Именно это позволяет усилителю по отношению к традиционным усилителям с эмиттерными повторителями на выходе иметь значительно больший КПД, поскольку амплитуда выходного сигнала практически от напряжения питания отличается на пару вольт в отличии от усилителей с эмиттерными повторителями на выходе (рисунок 2-а амплитуда выходного сигнала данного усилителя, 2-б — амплитуда усилителя мощности VL).


Рисунок 2-а

Рисунок 2-б

    Кроме местной отрицательной обратной связи (ООС) весь усилитель охвачен другой веткой ООС — R32-R2, от номиналов которой зависит коф усиления всего усилителя. В данном случае коф усиления при этих номиналах равен Ku = R32 / (R2 + 1) . При указананных на схеме номиналах коф усиления составляет примерно 48 раз или чуть больше 33 дБ, а уровень THD не превышает 0,04% при выходной мощности 300 Вт (4 пары оконечных транзисторов и питание ±65 В).

    Перечень необходимых для самостоятельной сборки усилителя мощности элементов сведен в таблицу:

C4,C3 = 2 x 470.0u х 25V
C9,C10 = 2 x 470.0u x 100V
C6,C7,C2 = 3 x 1.0u x63V
C5 = 1 x 100p
C1 = 1 x 680p
C8 = 1 x 0.1u

R1,R32 = 2 x 47k
R23,R22,R27, R26,R31,R30,R19,R18 = 8 x 5W 0.33
R20,R21,R24, R25,R28,R29,R15,R17 = 8 x 39
R13,R14 = 2 x 820
R9,R10 = 2 x 0.5W 33

R11,R12 = 2 x 0.5W 220
R7,R8 = 2 x 22k
R5,R6 = 2 x 2k
R3,R4 = 2 x 1W-2W 2.7k
R2 = 1 x 1k
R16 = 1 x 1W-2W 3.6

VD2,VD1 = 2 x 15V (стабилитроны на 1,3W)
VD3,VD4 = 2 x 1N4148

VT1 = 1 x BD139
VT2 = 1 x BD140
VT6,VT8,VT10,VT4 = 4 x IRFP240
VT5,VT7,VT9,VT3 = 4 x IRFP9240

X1 = 1 x TL071
X2 = 1 x 4.7k

Усилитель мощности на полевых транзисторах МОСФИТ усилитель на полевых транзисторах для сабвуфера простой усилитель мощности самостоятельная сборка усилителя мощности на полевых транзисторах

    Чертеж печатной платы в формате LAY можно скачать здесь, расположение деталей на плате показано на рисунке 3.


Рисунок 3 Расположение деталей на печатной плате усилителя мощности МОСФИТ УВЕЛИЧИТЬ
ВЗЯТЬ В ФОРМАТЕ LAY

    Внешний вид собранного варианта усилителя мощности на 400 Вт с полевыми транзисторами IRFP240 и IRFP9240 показан на рисунке 4. На плате установлены оригинланые транзисторы и подбирать их по параметрам практически не пришлось — было достаточно, что они из одной партии. В данном усилителе мощности одинаковоть параметров наиболее актуальна, поскольку транзисторы работают в усилительно режиме.


Рисунок 4 Внешний вид усилителя мощности МОСФИТ на 400 Вт

    Как видно из фотографии оконечные транзисторы установлены не совсем традиционно — они развернуты внутрь платы и крепятся к теплоотводу через имеющиеся в плате отвертия, диаметр которых позволяет пропустить через них крепеж вместе с головкой (винты или саморезы диаметром 3 мм). Такая компjновка позволила существенно сократить размеры печатной платы усилителя.
    Из особеностей усилителя так же следует отметить, что фланцы оконечных транзисторов соеденены между собой и выходом усилителя, поэтому при использовании небольших теплоотводов с принудительным охлаждением можно не использовать диэлектрические прокладки а изолировать радиатор от корпуса. При использование теплоотводов с естественной конвекцией воздуха размеры теплоотвода уже становяться довольно большими и подавать на них выход усилителя не рекомендуется — слишком большие наводки он будет создавать, что при неудачном монтаже плат в корпусе может вызвать возбуждение усилителя даже не смотря на его довольно жесткую устойчивость.

        На рисунке 5 и 6 приведены схемы усилителя с картами напряжений для варианта усилителя на 200 Вт при напряжении питания усилителя ±45 В и двумя парами оконечных транзисторов и усилителя на 400 Вт при напряжении питания ±65 В. Оба варианта нагружены на эквивалент акустической системы (желтый прямоугольник) и используют в качестве источника питания не идеальные источники питания, имеющие свое собственное сопротивление.


Рисунок 5 Карта напряжений усилителя мощности на 200 Вт и питании ±45В


Рисунок 6 Карта напряжений усилителя мощности на 400 Вт и питании ±65В

    Пожалуй стоит заметить, что в модели использовались транзисторы IRF640-IRF9640, как ближайшие аналоги IRFP240-IRFP9240, но с меньшей мощностью рассеиваниея кристалом тепла, поскольку имеют корпус ТО-220 против ТО-247. Тем не менее IRF640-IRF9640 в симмуляторе полностью справились с возлагаемыми на них задачами, а так же могут быть использованы в усилителе в качестве оконечных транзисторов. Однако, при использовании корпусов ТО-220 не следует забывать, что можность одного корпуса ТО-220 не должна превышать 60 Вт, в отличии от корпуса ТО-247 — до 100-120 Вт. Другими словами — при использовании в качестве оконечных транзисторов IRF640-IRF9640 с усилителя с четырмя парами снимать более 240 Вт не рекомендуется.
    На рисунках 7 и 8 схемы усилителей с картами токов, потекающих через каждый элемент усилителя в режиме покоя (входной сигнал отсутствует).


Рисунок 7 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±45 В.


Рисунок 8 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±65 В.

    Ток покоя оконечного каскада следует выставлять в пределах 30-40 мА — этого вполне достаточно для полного исчезновения искажений «ступенька» и технологического запаса на повышение напряжения питания. Пожалуй об этом стоит сказать отдельно:
    Данный усилитель не имеет ни каких токостабилизирующих цепочек, следовательно при изменении напряжения питания будут изменяться и режимы работы оконечного каскада — при увеличении питания ток покоя будет увеличиваться, при снижении — уменьшаться. Особого значения это не имеет, если напряжение сети изменяется в пределах 5% или для усилителя используется стабилизированный блок питания, но если напряжение питания сети снизится на 10 %, что на перефирии случается довольно часто, то на выходе усилителя уже гарантированно появится ступенька, а если повысится на 10%, то ток покоя уже будет составлять 0,45 А, а выделяемая на каждом транзисторе мощность (при питании ±65 В + 10% и четырех парах оконечников) составит порядка 30 Вт, что в итоге вызовет выделение тепла порядка 200 Вт, причем это на холостом ходу.
    Именно по этой причине рекомендуется этот усилитель использовать в качестве широкополосного при не изменном напряжении питания, либо в качестве усилителя для сабвуфера и установкой тока покоя в пределах 15-20 мА. При снижении питания появившуюся «ступеньку» низкочастотная динамическая головка просто не в состоянии воспроизвести за счет инерционности дифузора, а при повышении ток покоя останеться в пределах допустипого и такого сильного разогрева теплоотвода не произойдет.
    В качестве термостабилизирующих элементов используются диоды VD3-VD4, которые могут быть установлены как на радиатор, так и оставаться на печатной плате — мгновенного разогрева все равно не происходит, поэтому скорости разогрева платы, установленной над радиатором вполне хватает. На рисунке 8 показаны тока, протекающие в каскадах при температуре 20°С, а на рисунке 9 — при температуре 60°С, т.е. температура увеличилась в 3 раза.


Рисунок 8 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 20°С


Рисунок 9 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 60°С

    Поскольку оконечный каскад усилителя имеет свой собственный коф усиления ОЧЕНЬ важно обеспечить на входе этого каскада напряжение максимально приблежонное к нулю, поскольку как видно из рисунков 5 и 6 постоянное напряжение на выходе операционного усилителя величиной в 13 мВ на выходе усилителя уже приобретает величину в 66 мВ, т.е. увеличивается практически в 5 раз. Микросхемы от различных производителей имеют разное напряжение постоянной составляющей на выходе усилителя соответсвенно будет тоже отличаться довольно значительно и если постоянное напряжение на выходе усилителя больше 0,05-0,08 В, то придется либо искать микросхему другого типа, либо другого производителя, причем не гарантия, что новая микросхема будет по этим параметрам лучше той, которая уже стоит.
    Поэтому стоит обратиться в даташнику на TL071, в котором имеется принципиальная схема самого операционного усилителя. Изучив внимаетльно описание становится понятным, что производитель предусмотрел подобную ситуацию и вполне разумно вывел точки балансировки на выводы микросхемы (выводы 1 и 5 рисунка 10).


Рисунок 10 Принципиальная схема операционного усилителя TL071

    Подстроечный резистор лучше выбрать многооборотным и установить его непосредственно на корпус микросхемы распаяв выводы резистора на балансирующие выводы микросхемы, а движок резистора соединить с минусовым выводом питания.
    Мнение о том, что постоянное напряжение может возникать из за разбросов параметров транзисторов драйверного каскада не совсем верно. Усилитель мощности охвачен довольно хорошей ООС и посотянное напряжение остается не изменным даже при использовании не комплементарных пар в драйверном каскаде, а так же при отличии номаналов резисторов R9 и R10 на 10 % относительно необходимых (R9 составлял 36 Ом, а R10 — 30 Ом). Во всех экспериментах только увеличивался уровень THD, но ни как не изменялась величина постоянного напряжения на выходе усилителя.
    Модели для МИКРОКАП-8 можно взять ЗДЕСЬ.

 

        Несколько слов об ошибках монтажа:
    В целях улучшения читаемости схем расмотрим усилитель мощности с двумя парами оконечных полевых транзисторов и питании ±45 В.
    В качестве первой ошибки попробуем «запаять» стабилитроны VD1 и VD2 не правильной полярностью (правильное включение показано на рисунке 11). Карта напряжений приобретет вид, показанный на рисунке 12.


Рисунок 11 Цоколевка стабилитронов BZX84C15 (впрочем и на диодах цоколевка такая же).


Рисунок 12 Схема усилителя с картой напряжений при неправильном монтаже стабилитронов VD1 и VD2.

    Данные стабилитроны нужны для формирования напряжения питания операционного усилителя и выбраны на 15 В исключительно из за того, что это напряжение является для данного операционного усилителя оптимальным. Работоспособность без потери качества усилитель сохраняет и при использовании рядом стоящих по линейке номиналов — на 12 В, на 13 В, на 18 В (но не более 18 В). При неправильном монтаже вместо положенного напряжения питания опреционный усилитель получает лишь напряжение падения на n-p переходе стаблитронов. Ток покая регулируется нормально, на выходе усилителя присутсвует небольшое постоянное напряжение, выходной сигнал отсутсвует.
    Так же возможен не правильный монтаж диодов VD3 и VD4. В этом случае ток покоя ограничивается лишь номиналами резисторов R5, R6 и может достигать критической величины. Сигнал на выходе усилителя будет, но довольно быстрый нагрев оконечных транзисторов однозначно повлечет их перегрев и выход усилителя из строя. Карта напряжений и токов дляэтой ошибки показаны на рисунка 13 и 14.


Рисунок 13 Карта напряжений усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.


Рисунок 14 Карта токов усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.

    Следующей популярной ошибкой монтажа может быть неправильный монтаж транзисторов предпоследнего каскада (драйверов). Карта напряжений усилителя в этом случае приобретает вид, показанный на рисунке 15. В этом случае транзисторы оконечного касада полностью закрыты и на выходе усилителя наблюдается отсутсвие каких либо признаков звука, а уровень постоянного напряжения максимально приближен к нулю.


Рисунок 15 Схема усилителя с картой напряжений при неправильном монтаже транзисторов драйверного каскада.

    Далее самая опасная ошибка — попутаны местами транзисторы драйверного каскада, причем цоколевка тоже попутана в следствии чего прилагаемое к выводам транзисторов VT1 и VT2 является верным и они работают в режиме эмиттерных повторителей. В этом случае ток через оконечный каскад зависит от положения движка подстроечного резистора и может быть от 10 до 15 А, что в любом случае вызовет перегрузку блока питания и быстрый разогрев оконечных транзисторов. На рисунке 16 показаны токи при среднем положении подстроечного резистора.


Рисунок 16 Карта токов при неправильном монтаже транзистров драйверного каскада, цоколевка тоже попутана.

    Запаять «наоборот» вывода оконечных полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 врядли получится, а вот поменять их местами получается довольно часто. В этом случае установленные в транзисторах диоды получаются в нелегкой ситуации — прилагаемое к ним напряжение имеет полярность соответсвующую их минимальному сопротивлению, что вызывает максимальное потребление от блока питания и как быстро они выгорят больше зависит от удачи чем от законов физики.
    Фейверк на плате может случиться еще по одной причине — в продаже мелькают стабилитроны на 1,3 Вт в корпусе таком же как у диодов 1N4007, поэтому перед монтажом стабилитронов в плату, если они в черном корпусе стоит повнимательней ознакомиться с надписями на корпусе. При монтаже вместо стабилитронов диодов напряжение питания операционного усилителя ограничено лишь номиналами резисторов R3 и R4 и потребляемым током самого операционного усилителя. В любом случае получившаяся величина напряжения значительно больше максимального напряжения питания для данного ОУ, что влечет его выход из строя иногда с отстрелом части корпуса самого ОУ, ну а дальше возможно появление на его выходе постоянного напряжения, близкого в напряжению питания усилителя, что повлечет появление постоянного напряжения на выходе самого усилителя мощности. Как правило оконечный каскад в этом случае остается работоспособным.
    Ну и на последок несколько слов о номиналах резисторов R3 и R4, которые зависят от от напряжения питания усилителя. 2,7 кОм является наиболее универсальным, однако при питании усилителя напряжением ±80 В (только на 8 Ом нагрузку) данные резисторы будут рассеивать порядка 1,5 Вт, поэтому его необходимо заменить на резистор 5,6 кОм или 6,2 кОм, что снизит выделяемую тепловую мощность до 0,7 Вт.


Э   К   Б BD135;  BD137  

З   И   С IRF240 — IRF9240

    Данный усилитель заслуженно обрел своих поклоников и начал обретать новые версии. Прежде всего изменению подверглась цепочка формирования напряжения смещения первого транзисторного каскада. Кроме этого в схему была введена защита от перегрузки.
    В результате доработок принципиальная схема усилителя мощности с полевыми транзисторами на выходе приобрела следующий вид:


УВЕЛИЧИТЬ

    Варианты печатной платы приведены в графическом формате (необходимо масштабировать). Автором данной печатной платы являюсь не я, поэтому в формате LAY у меня ее нет.

 

 

 

 

    Внешний вид получившейся модификации усилителя мощности приведен на фотографиях ниже:

    Осталось в эту бочку меда плескануть ложку дегтя…
    Дело в том, что используемые в усилителе полевые транзисторы IRFP240 и IRFP9240 прекратила выпуск фирма разработчик International Rectifier (IR), которая прилагала больше внимания к качеству выпускаемой продукции. Основная проблема этих транзисторов — они разрабатывались для использования в источниках питания, но оказались вполне пригодными для звуковой усилительной аппаратуре. Повышенное внимание к качеству выпускамых компонентов со стороны International Rectifier позволяло не производя подбор транзисторов включать параллельно несколько транзисторов не беспокоясь об отличиях характеристик транзисторов — разброс не превышал 2%, что вполне приемлемо.
    На сегодня транзисторы IRFP240 и IRFP9240 выпускаются фирмой Vishay Siliconix, которая не так трепетно относится к выпускаемой продукции и параметры транзисторов стали пригодными лишь для источников питания — разброс «коф усиления» транзисторов одной партии превышает 15%. Это исключает параллельное включение без предварительного отбора, а количество протестированных транзисторов для выбора 4 одинаковы переваливает несколько десятков экземпляров.
    В связи с этим перед сборкой данного усилителя прежде всего следует выяснить какой фирмы транзисторы вы может достать. Если в Ваших магазинах в продаже Vishay Siliconix, то настоятельно рекомендуется отказаться от сборки данного усилителя мощности — Вы рискуете довольно серьезно потратиться и ни чего не добиться.
    Однако и работа по разработке «ВЕРСИИ 2» этого усилителя мощности и отсутствие приличных и не дорогие полевых транзисторов для выходного каскада заставили немного поразмышлять над будущим этой схемотехники. В результате был смоделирована «ВЕРСИЯ 3», использующая вместо полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 фирмы Vishay Siliconix биполярную пару от TOSHIBA — 2SA1943 — 2SC5200, которые на сегодня еще вполне приличного качества.
    Принципиальная схема нового варианта усилителя вобрала доработки «ВЕРСИИ 2» и притерпела изменения в выходном каскаде, позволив отказаться от использования полевых транзисторов. Принципиальная схема приведена ниже:


Принципиальная схема усилителя с использованием полевых транзисторов в качестве повторителей УВЕЛИЧИТЬ

    В данном варианте полевые транзисторы сохранились, но они используются в качестве повторителей напряжения, что существенно разгружает драйверный каскад. В систему защиты введена небольшая положительная связь, позволяющая избежать возбуждение усилителя мощности на границе срабатывания защиты.
    Печатная плата так и не была разработана до финального варианта, поэтому только могу предложить график измерения THD, полученный МИКРОКАП. Подробнее о данной программе можно почитать ЗДЕСЬ.

        Так же были проведены тесты с использованием одной пары полевиков в оконечном каскаде типа IRF630-IRF9630 и питанием от ±20 вольт. Усилитель позиционировался как усилитель для наушников и показал превосходнийшие результаты — качество звучания впечатлило, прослушивалось на наушниках Sennheiser HD 558 (брал у знакомого) и аудикарте ASUS Xonar DX (это уже своя). Детализация просто потрясающая, ни где ни чего не зажато. В общем пока сидел в наушниках пол закапал слюной, но мне пока такие не по карману…

   

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА МИКРОСХЕМАХ
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

   

 


Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Схемы предварительных усилителей на транзисторах своими руками. Самый качественный усилитель звука

Появилось желание собрать более мощный усилитель «А» класса. Прочитав достаточное количество соответствующей литературы и выбрал из предлагавшегося самую последнюю версию. Это был усилитель мощностью 30 Вт соответствующий по своим параметрам усилителям высокого класса.

В имеющеюся трассировку оригинальных печатных плат никаких изменений вносить не предполагал, однако, ввиду отсутствия первоначальных силовых транзисторов, был выбран более надежный выходной каскад с использованием транзисторов 2SA1943 и 2SC5200. Применение этих транзисторов в итоге позволило обеспечить большую выходную мощность усилителя. Принципиальная схема моей версии усилителя далее.

Это изображение плат собранных по этой схеме с транзисторами Toshiba 2SA1943 и 2SC5200.

Если присмотреться, то сможете увидеть на печатной плате вместе со всеми компонентами стоят резисторы смещения, они мощность 1 Вт углеродного типа. Оказалось, что они более термостабильны. При работе любого усилителя большой мощности выделяется огромное количества тепла, поэтому соблюдение постоянства номинала электронного компонента при его нагреве является важным условием качественной работы устройства.

Собранная версия усилителя работает при токе около 1,6 А и напряжении 35 В. В результате чего 60 Вт мощности непрерывного рассеивается на транзисторах в выходном каскаде. Должен заметить, что это только треть мощности, которую они способны выдержать. Постарайтесь представить, сколько тепла выделяется на радиаторах при их нагреве до 40 градусов.

Корпус усилителя сделан своими руками из алюминия. Верхняя плита и монтажная плита толщиной 3 мм. Радиатор состоит из двух частей, его габаритные размеры составляют 420 x 180 x 35 мм. Крепеж — винты, в основном с потайной головкой из нержавеющей стали и резьбой М5 или М3. Количество конденсаторов было увеличено до шести, их общая ёмкость 220000 мкФ. Для питания был использован тороидальный трансформатор мощностью 500 Вт.

Блок питания усилителя

Хорошо видно устройство усилителя, которое имеет медные шины соответствующего дизайна. Добавлен небольшой тороид, для регулируемой подачи под управлением схемы защиты от постоянного тока. Так же имеется ВЧ фильтр в цепи питания. При всей своей простоте, надо сказать обманчивой простоте, топологии платы этого усилителя и звук им производится как бы без всякого усилия, подразумевающего в свою очередь возможность его бесконечного усиления.

Осциллограммы работы усилителя

Спад 3 дБ на 208 кГц

Синусоида 10 Гц и 100 Гц

Синусоида 1 кГц и 10 кГц

Сигналы 100 кГц и 1 МГц

Меандр 10 Гц и 100 Гц

Меандр 1 кГц и 10 кГц

Полная мощность 60 Вт отсечение симметрии на частоте 1 кГц

Таким образом становится понятно, что простая и качественная конструкция УМЗЧ не обязательно делается с применением интегральных микросхем — всего 8 транзисторов позволяют добиться приличного звучания со схемой, собрать которую можно за пол дня.

Схема № 1

Выбор класса усилителя . Сразу предупредим радиолюбителя — делать усилитель класса A на транзисторах мы не будем. Причина проста — как было сказано во введении, транзистор усиливает не только полезный сигнал, но и поданное на него смещение. Проще говоря, усиливает постоянный ток. Ток этот вместе с полезным сигналом потечет по акустической системе (АС), а динамики, к сожалению, умеют этот постоянный ток воспроизводить. Делают они это самым очевидным образом — вытолкнув или втянув диффузор из нормального положения в противоестественное.

Попробуйте прижать пальцем диффузор динамика — и вы убедитесь, в какой кошмар превратится при этом издаваемый звук. Постоянный ток по своему действию с успехом заменяет ваши пальцы, поэтому динамической головке он абсолютно противопоказан. Отделить же постоянный ток от переменного сигнала можно только двумя средствами — трансформатором или конденсатором, — и оба варианта, что называется, один хуже другого.

Принципиальная схема

Схема первого усилителя, который мы соберем, приведена на рис. 11.18.

Это усилитель с обратной связью, выходной каскад которого работает в режиме В. Единственное достоинство этой схемы — простота, а также однотипность выходных транзисторов (не требуется специальные комплементарные пары). Тем не менее, она достаточно широко применяется в усилителях небольшой мощности. Еще один плюс схемы — она не требует никакой настройки, и при исправных деталях заработает сразу, а нам это сейчас очень важно.

Рассмотрим работу этой схемы. Усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT1. Усиленный этим транзистором сигнал с резистора R4 подается на базу составного транзистора VT2, VT4, а с него — на резистор R5.

Транзистор VT3 включен в режиме эмиттерного повторителя. Он усиливает положительные полуволны сигнала на резисторе R5 и подает их через конденсатор C4 на АС.

Отрицательные же полуволны усиливает составной транзистор VT2, VT4. При этом падение напряжения на диоде VD1 закрывает транзистор VT3. Сигнал с выхода усилителя подается на делитель цепи обратной связи R3, R6, а с него — на эмиттер входного транзистора VT1. Таким образом, транзистор VT1 у нас и играет роль устройства сравнения в цепи обратной связи.

Постоянный ток он усиливает с коэффициентом усиления, равным единице (потому что сопротивление конденсатора C постоянному току теоретически бесконечно), а полезный сигнал — с коэффициентом, равным соотношению R6/R3.

Как видим, величина емкостного сопротивления конденсатора в этой формуле не учитывается. Частота, начиная с которой конденсатором при расчетах можно пренебречь, называется частотой среза RC-цепочки. Частоту эту можно рассчитать по формуле

F = 1 / (R×C) .

Для нашего примера она будет около 18 Гц, т. е. более низкие частоты усилитель будет усиливать хуже, чем он мог бы.

Плата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм размерами 45×32.5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном изображении и схему расположения деталей можно скачать . Видеоролик о работе усилителя в формате MOV скачать для просмотра можно . Хочу сразу предупредить радиолюбителя — звук, воспроизводимый усилителем, записывался в ролике с помощью встроенного в фотоаппарат микрофона, так что говорить о качестве звука, к сожалению, будет не совсем уместно! Внешний вид усилителя приведен на рис. 11.19.

Элементная база . При изготовлении усилителя транзисторы VT3, VT4 можно заменить любыми, рассчитанными на напряжение не менее напряжения питания усилителя, и допустимым током не менее 2 А. На такой же ток должен быть рассчитан и диод VD1.

Остальные транзисторы — любые с допустимым напряжением не менее напряжение питания, и допустимым током не менее 100 мА. Резисторы — любые с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 0.125 Вт, конденсаторы — электролитические, с емкостью, не менее указанной на схеме, и рабочим напряжением на менее напряжения питания усилителя.

Радиаторы для усилителя . Прежде чем попробовать изготовить нашу вторую конструкцию, давайте, уважаемый радиолюбитель, остановимся на радиаторах для усилителя и приведем здесь весьма упрощенную методику их расчета.

Во-первых, вычисляем максимальную мощность усилителя по формуле:

P = (U × U) / (8 × R), Вт ,

где U — напряжение питания усилителя, В; R — сопротивление АС (обычно оно составляет 4 или 8 Ом, хотя бывают и исключения).

Во-вторых, вычисляем мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов, по формуле:

P рас = 0,25 × P, Вт .

В-третьих, вычисляем площадь радиатора, необходимую для отвода соответствующего количества тепла:

S = 20 × P рас, см 2

В-четвертых, выбираем или изготавливаем радиатор, площадь поверхности которого будет не менее рассчитанной.

Указанный расчет носит весьма приблизительный характер, но для радиолюбительской практики его обычно бывает достаточно. Для нашего усилителя при напряжении питания 12 В и сопротивлении АС, равным 8 Ом, «правильным» радиатором была бы алюминиевая пластина размерами 2×3 см и толщиной не менее 5 мм для каждого транзистора. Имейте ввиду, что более тонкая пластина плохо передает тепло от транзистора к краям пластины. Хочется сразу предупредить — радиаторы во всех остальных усилителях тоже должны быть «нормальных» размеров. Каких именно — посчитайте сами!

Качество звучания . Собрав схему, вы обнаружите, что звук усилителя не совсем чистый.

Причина этого — «чистый» режим класса В в выходном каскаде, характерные искажения которого даже обратная связь полностью скомпенсировать не способна. Ради эксперимента попробуйте заменить в схеме транзистор VT1 на КТ3102ЕМ, а транзистор VT2 — на КТ3107Л. Эти транзисторы имеют значительно больший коэффициент усиления, чем КТ315Б и КТ361Б. И вы обнаружите, что звучание усилителя значительно улучшилось, хотя все равно останутся заметными некоторые искажения.

Причина этого также очевидна — больший коэффициент усиления усилителя в целом обеспечивает большую точность работы обратной связи, и больший ее компенсирующий эффект.

Продолжение читайте

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).

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).

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].

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.

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.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

С 08.25.2012 доступен датагорский кит на базе рассмотренного в статье прототипа!
Забирайте на нашей Ярмарке:

Часто случается, что паяльщики обращаются к схемотехнике УЗЧ класса «А» с целью добраться до «того самого, офигительного звука», будь это классические усилители Джона Линсли-Худа, Нэльсона Пасса или множества вариантов из Сети, например наш .
К сожалению, при этом не все самодельщики принимают во внимание, что усилители класса «А» требуют использования источника питания с очень низким уровнем пульсаций. А это приводит к непобедимому фону и последующему разочарованию.

Фон — неприятная штука, почти метафизическая. Слишком много причин и механизмов возникновения. Методов борьбы описано тоже много: от правильной прокладки проводов до изменения схем.
Я сегодня хочу обратиться к теме «кондиционирования» питания УЗЧ. Будем давить пульсации!

Предлагаемый вашему вниманию стереофонический предварительный усилитель состоит из регулятора громкости с буферными каскадами без общей ООС на транзисторах, обладающих высокой линейностью и по субъективным оценкам звучащих лучше буферных каскадов на операционных усилителях.


Он предназначен для использования с высококачественными усилителями мощности звуковой частоты, выполненными на лампах, транзисторах или микросхемах.

Транзисторные симметричные буферные каскады, примененные в предварительном усилителе, могут быть использованы в других конструкциях — микшерах, темброблоках, корректорах и прочих устройствах.

Предварительный усилитель изготовлен в основном на компонентах для поверхностного монтажа и является третьим проектом , представленным автором в .

«Давненько не брал я в руки шашки…». Вернее я хотел сказать, что давненько не собирал усилителей на транзисторах. Всё лампы, да лампы, понимаешь. И тут, благодаря нашему дружному коллективу и участию , я приобрёл пару плат для сборки . Платы отдельно .


Платы пришли быстро. Игорь (Datagor) оперативно прислал документацию со схемой, описанием сборки и настройки усилителя. Кит всем хорош, схема классическая, обкатанная. Но меня обуяла жадность. 4,5 Ватта на канал — маловато будет. Хочу минимум 10 Вт, и не потому что я громко слушаю музыку (с моей акустикой чувствительностью 90 дБ и 2 Вт хватает), а… чтобы было.


Рис. 1. Буфер в сборе


Здравствуйте, друзья! Всем приятных летних дней!
Я разработал и проверил сборкой печатную плату для буфера из моей датагорской статьи .
Все детали размещены на печатной плате 55×66 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм.

Датагорцам большой привет!
В моей первой местной статье описано устройство, позволяющее определять коэффициент усиления по току биполярных транзисторов различной мощности обеих структур при значениях тока эмиттера от 2 мА до 950 мА.

На определенном этапе постижения темы усилителестроения я понял, что от двухтактных схем усилителей невозможно добиться высокого качества воспроизведения без тщательного подбора транзисторов в пары. Двухтакт изначально предполагает некую степень симметрии плеч, а, следовательно, ставить транзисторы в макет усилителя стоит только после того, как стало известно, какие параметры имеют транзисторы, которые вы держите в руках.


Это был отправной момент. Помимо этого, авторы многих схем выдвигают требования к параметрам устанавливаемых в схему транзисторов, в частности к их способности усиливать сигнал.
И, наконец, интересовала проблема выбора оптимального начального тока транзистора, чтобы поставить прибор в режим, обеспечивающий максимальную линейность его работы.
Собственно встал вопрос, какие параметры и чем измерять?

Здравствуйте, уважаемые читатели!
Этим небольшим, но полезным дополнением я продолжаю тему, поднятую . Для отказа от разделительного конденсатора на выходе буферного каскада представляет интерес двухполярное питание нашего устройства (рис. 1).


Рис. 1. Схема буферного каскада с двухполярным питанием


Для простоты изображен один канал и не показаны фильтрующие конденсаторы по цепям питания.
Смещение для задания режима работы буферного каскада по постоянному току обеспечено за счет источника напряжения на элементах HL1, R3, C2, C3, R2.

Вчера, 17:35 изменил Datagor. Дополнения камрадов

Предлагаемый вашему драгоценному вниманию усилитель прост в сборке, ужасно прост в настройке (он её фактически не требует), не содержит особо дефицитных компонентов и при всем при этом имеет весьма недурные характеристики и запросто тянет на так называемый hi-fi, столь нежно любимый большинством граждан. Усилитель может работать на нагрузку 4 и 8 Ом, может быть использован в мостовом включении на нагрузку 8 Ом, при этом он отдаст в нагрузку 200 Вт.

Основные характеристики:

Напряжение питания, В………………………………………………………. ±35
Потребляемый ток в режиме молчания, мА………………………….. 100
Входное сопротивление, кОм………………………………………………… 24
Чувствительность (100 Вт, 8 Ом), В………………………………………. 1,2
Выходная мощность (КГ=0,04%), Вт………………………………………. 80
Диапазон воспроизводимых частот, Гц……………………….. 10 — 30000
Отношение сигнал/шум (не взвешенное), дБ………………………… -73

Усилитель полностью на дискретных элементах, без всяких ОУ и прочих хитростей. При работе на нагрузку 4 Ома и питании 35 В усилитель развивает мощность до 100 Вт. Если есть потребность подключить нагрузку 8 Ом питание можно увеличить до +/-42 В, в этом случае, мы получим те же самые 100 Вт. Очень сильно не рекомендуется увеличивать напряжение питания более 42 В, иначе можно остаться без выходных транзисторов. При работе в мостовом режиме должна использоваться 8-ми омная нагрузка, иначе, опять-таки, лишаемся всякой надежды на выживание выходных транзисторов. Кстати, надо учесть, что защиты от КЗ в нагрузке не предусмотрено, так что надо быть поосторожней. Для использования усилителя в мостовом режиме необходимо вход МТ прикрутить к выходу другого усилителя, на вход которого и подается сигнал. Оставшийся вход замыкается на общий провод. Резистор R11 служит для установки тока покоя выходных транзисторов. Конденсатор C4 определяет верхнюю границу усиления и уменьшать его не стоит — получите самовозбуждение на высоких частотах.
Все резисторы — 0,25 Вт за исключением R18, R12, R13, R16, R17. Первые три — 0,5 Вт, последние два — по 5 Вт. Светодиод HL1 служит не для красоты, поэтому не надо втыкать в схему сверхъяркий диод и выводить его на переднюю панель. Диод должен быть самый обычный зелёного цвета — это важно, поскольку светодиоды других цветов имеют другое падение напряжения. Если вдруг кому-то не повезло и он не смог достать выходные транзисторы MJL4281 и MJL4302, их можно заменить на MJL21193 и MJL21194 соответственно. Переменный резистор R11 лучше всего взять многооборотный, хотя подойдет и обычный. Ничего критичного тут нет — просто удобнее устанавливать ток покоя.

Усилитель мощности на трех транзисторах. Простая схема для начинающих.

Самая простая схема усилителя мощности.
Представляет собой двухтактный эмиттерный повторитель, использующий комплементарную пару транзисторов — VT2(n-p-n) и VT3(p-n-p). На транзисторе VT1 выполнен предварительный усилитель.Режим транзистора VT1 задается резистором R1, через который осуществляется стабилизирующая параллельная отрицательная связь по напряжению. Резисторы R3 и R4 вместе с диодами D1, D2 определяют ток покоя выходных транзисторов.

Параметры компонентов схемы:
С1=10мкФ*15В; С2=470мкФ*15В; R1=330кОм; R2=1кОм; R3=2,2Ом.
Транзисторы: VT1 — BC108(лучше — BC548), VT2 — BFY50, VT3 — BC461, диоды D1,D2 — 1N4148.

Российские аналоги: BC108 — КТ342В, выходные транзисторы — любые комплиментарные, средней мощности. Германиевые тоже подойдут(пара ГТ402 — ГТ404, например) при условии изменения значения R2 в большую сторону(его придется подбирать).
При напряжении питания 9 В такая схема обеспечивает выходную мощность 1 Ватт на нагрузке сопротивлением 8 Ом.

Если изменить параметры компонентов схемы следующим образом:
С1=22мкФ*25В; С2=1000мкФ*25В; R1=100кОм; R2=680Ом; R3=0,2Ом. Транзисторы: VT1 — BC337, VT2 — BD131, VT3 — BD132, диоды D1,D2 остаются 1N4148, то при напряжении питания 18 В можно получить мощность 5 Ватт на нагрузке сопротивлением 8 Ом. При увеличении напряжения питания до 25 В мощность увеличится почти до 10 Ватт.
Российские аналоги транзистров: BC337 — КТ660А( при отсутствии подойдут и КТ815, и КТ817),BD131 — КТ943(КТ817 тоже пойдет), BD132 — КТ932(КТ816 в пару к КТ817).

Для балансировки выходного каскада целесообразно вместо резистора R1=100 кОм установить последовательно подключенные постоянное сопротивление 47 кОм и переменное сопротивление 100 кОм. Переменное сопротивление необходимо регулировать таким образом, чтобы напряжение в точке соединения резисторов R3,R4 равнялось половине напряжения питания схемы. Выходные транзисторы следует установить на радиаторе с тепловым сопротивлением не более 10С/Вт.

Максимальное значение мощности, которую можно получить в нагрузке для такой схемы можно рассчитать по формуле:

RL здесь — сопротивление нагрузки, подключаемой через конденсатор С2.

Использованы материалы книги М.Тули — «Карманный справочник радиолюбителя».

На главную страницу

Усилители на полевых транзисторах: схема, принцип работы, формула

В качестве примера рассмотрим RС-усилитель на полевом транзисторе с p-n-переходом, включенном с общим истоком (рис. 2.24). Используем транзистор с каналом n-типа. Для используемого транзистора начальное напряжение u из должно быть положительным (p-n-переход должен находиться под запирающим напряжением). С целью получения этого напряжения в цепь истока включают резистор Rи, на котором возникает падение напряжения U Rи от протекания по нему начального тока истока Iин.

Напряжение URичерез резистор R3 передается на затвор. Так как ток затвора полевого транзистора пренебрежимо мал, падение напряжения на сопротивлении R3 практически равно нулю, поэтому Uиз=URи. Рассмотренную схему обеспечения начального режима работы называют схемой с автоматическим смещением.

Пусть задан начальный ток стока ( I = Iин) и начальное напряжение Uизн между истоком и затвором. Тогда сопротивление Rи следует выбрать из соотношения Rи = Uизн / Icн Сопротивление R3 обычно выбирают порядка 1 МОм.

Полезно отметить, что рассматриваемая схема обеспечения начального режима работы характеризуется повышенной стабильностью. Если по каким-либо причинам начальный ток стока Iсн начнет увеличиваться, то это приведет к увеличению напряжений U и Uиз, что будет препятствовать значительному увеличению тока Iсн.

Модуль коэффициента усиления каскада в области средних частот определяется равенством KU = S · Rc · R и/ ( Rc + Rи)

где S — статическая крутизна характеристики полевого транзистора, определяемая по справочникам. Назначение конденсаторов С1, С2 и С4 аналогично назначению соответствующих конденсаторов RC — усилителя на биполярном транзисторе.

Частотные характеристики рассматриваемого усилителя подобны частотным характеристикам RC — усилителя на биполярном транзисторе.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Схема усилителя на полевых транзисторах. Предварительный усилитель на полевом транзисторе

Усилители на полевых транзисторах (ПТ) обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.
Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком.

Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю, то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки А на сток-затворной характеристике при U ЗИ =0 (рис. 15,б).
В этом случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического (то есть синусоидального) напряжения U ЗИ с амплитудой U mЗИ положительный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усиливаться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряжения U ЗИ амплитуда переменной составляющей тока стока I» mc будет больше, чем при положительном полупериоде (I»» mc), так как крутизна сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с крутизной на участке АС: Вследствие этого форма переменной составляющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагрузке U ВЫХ будет отличаться от формы входного напряжения, то есть возникнут искажения усиливаемого сигнала.
Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо обеспечить работу полевого транзистора при постоянной крутизне его сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой характеристики.
С этой целью в цепь истока включают резистор Rи (рис.16,а).


Протекающий через резистор ток стока I С0 создает на нем напряжение
U Rи =I С0 Rи, которое прикладывается между истоком и затвором, включая ЭДП, образованный между областями затвора и истока, в обратном направлении. Это приводит к уменьшению тока стока и режим работы будет характеризоваться в этом случае точкой А» (рис.16,б).

Чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления, параллельно резистору Rи подключают конденсатор Си большой емкости, который устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, образуемую переменным напряжением на резисторе Rи. В режиме, характеризуемом точкой А», крутизна сток-затворной характеристики при усилении переменного напряжения остается примерно одинаковой при усилении положительных и отрицательных полупериодов входного напряжения, вследствие чего искажения усиливаемых сигналов будут незначительны
(участки A»В» и А»С» примерно равны).
Если в режиме покоя напряжение между затвором и истоком обозначить U ЗИО, а протекающий через ПТ ток стока I С0 , то сопротивление резистора Rи (в омах) можно рассчитать по формуле:
Rи =1000 U ЗИО /I С0 ,
в которую ток стока I С0 подставляется в миллиамперах.
В схеме усилителя, приведенной на рис.15, используется ПТ с управляющим p-n-переходом и каналом р-типа. Если в качестве ПТ применяется аналогичный транзистор, но с каналом n-типа, схема остается прежней, а изменяется лишь полярность подключения источника питания.
Еще большее входное сопротивление имеют усилители, выполненные на полевых МДП-транзисторах с индуцированным, или встроенным каналом. При постоянном токе входное сопротивление таких усилителей может превышать 100 МОм. Так как напряжения их затвора и стока имеют одинаковую полярность, для обеспечения необходимого напряжения смещения в цепи затвора можно использовать напряжение источника питания G C подключив его к делителю напряжения, включенному на входе транзистора таким образом, как показано на рис.17.

Усилители с общим стоком

Схема усилителя на ПТ с общим стоком аналогична схеме усилителя с общим коллектором. На рис.18,а приведена схема усилители с общим стоком на ПТ с управляющим р-n-переходом и каналом р-типа.


Резистор Rи включен в цепь истока, а сток прямо подключен к отрицательному полюсу источника питания. Поэтому ток стока, зависящий от входного напряжения, создает падение напряжения только на резисторе Rи. Работа каскада поясняется графиками, приведенными на рис.18,б для случая, когда входное напряжение имеет синусоидальную форму. В исходном состоянии через транзистор протекает ток стока I С0 , который на резисторе Rи создает напряжение U И0 (U ВЫХ0). В течение положительного полупериода входного напряжения обратное смещение между затвором и истоком увеличивается, что приводит к уменьшению тока стока и абсолютной величины напряжения на резисторе Rи. В отрицательный полупериод входного напряжения, наоборот, напряжение смещения затвора уменьшается, ток стока и абсолютная величина напряжения на резисторе Rи увеличиваются. Вследствие этого выходное напряжение, снимаемое с резистора Rи, т. е. с истока ПТ (рис.18,б), имеет такую же форму, что и входное напряжение.
В связи с этим усилители с общим стоком получили название истоковых повторителей (напряжение истока по форме и значению повторяет входное напряжение).

Высококачественный УЗЧ на полевых транзисторах с компенсирующей обратной связью

Сегодня уже трудно удивить любителей высококачественного звуковоспроизведения или умеющих держать в руках паяльник конструкторов усилителем на полевых транзисторах. Большинство таких аппаратов, даже лучших мировых образцов, построены по традиционной схеме с дифференциальным входным каскадом и множеством дополнительных элементов, не принимающих участия в усилении сигнала, но обеспечивающих временную и температурную стабильность. Не изменило коренным образом традиционных схемных решений и применение в выходных каскадах мощных комплементарных транзисторов с разными типами проводимости канала.

В результате активных творческих поисков и сознательного ухода от многочисленных доминирующих стереотипных схемных решений мне удалось создать свой собственный оригинальный прототип усилителя, имеющего минимальное количество электронных компонентов и обладающего исключительной стабильностью, надёжностью и высокими техническими характеристиками, способными удовлетворить запросы даже самых искушённых музыкальных гурманов.

Основные параметры усилителя при сопротивлении нагрузки 8 Ом приведены в таблице.

Параметр

Значение

Коэффициент усиления по напряжению

Максимальная выходная мощность

Скорость нарастания выходного напряжения

Диапазон воспроизводимых частот

20 – 3 0000

Нестабильность средней точки

Напряжение выходных шумов

Коэффициент нелинейных искажений

При разработке усилителя особое внимание было обращено на качественные показатели, максимальный КПД и минимальное количество используемых деталей, что дало возможность существенно повысить его надёжность и упростить повторение. Учитывалось также наличие и доступность деталей в торговой сети, что значительно снизило себестоимость усилителя.

Усилитель (смотри схему) состоит из входного каскада на маломощных полевых транзисторах разного типа проводимости VT1 и VT2 включённых по схеме с общим истоком, нагрузкой которых являются резисторы R2 и R3. Резистор R1 соединяет затворы этих транзисторов с землёй и определяет входное сопротивление усилителя, а совместно с ёмкостью входного разделительного конденсатора C1 задаёт его частотную характеристику в низкочастотной области звукового спектра. Транзисторы VT3 и VT4 включены по схеме с общими базами, напряжение на которых задаётся стабилитронами VD1 и VD2, и обеспечивают развязку входных транзисторов от переменной составляющей их выходного сигнала, а также снижают излишнее постоянное питающее напряжение на их стоках. Транзисторы VT5 и VT6 включены по схеме с общим коллектором, их переходы база-эмиттер являются элементами смещения для транзисторов VT1 и VT2, а изменение постоянного напряжения на базах, связанных через резисторы R7 и R10 с выходом усилителя, компенсирует произвольный уход средней точки и рост тока покоя. Падение постоянного напряжения на резисторах R2 и R3 открывает мощные выходные транзисторы VT7 и VT8 на величину начального тока стока (тока покоя), определяющего работу усилителя в классе AB.


Схема усилителя работает следующим образом. Положительная полуволна входного сигнала через конденсатор C1 проходит на затвор транзистора VT1 и вызывает увеличение его тока стока, в результате чего увеличивается падение напряжения на резисторе R2, что приводит к отпиранию транзистора VT7 и появлению положительной полуволны сигнала на выходе усилителя. Через делитель напряжения на элементах R7, C2, R8, задающий коэффициент усиления всего усилителя, и эмиттерный повторитель на транзисторе VT5 часть выходного сигнала подаётся в исток транзистора VT1, действуя как отрицательная обратная связь, компенсирующая нелинейные искажения огибающей сигнала, а снимаемое с резистора R11 постоянное напряжение стабилизирует ток покоя и среднюю точку. Усиление отрицательной полуволны входного сигнала и стабилизация параметров происходит аналогичным образом в нижней, симметричной верхней, половине схемы. Резисторы R4 и R5 вместе с входными ёмкостями транзисторов VT7 и VT8 образуют фильтры нижних частот, ограничивающие полосу пропускания усилителя и устраняющие его самовозбуждение.

Монтаж усилитель производится на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 115 ´ 63 мм и толщиной 2 – 3 мм. Ниже показан рисунок печатной платы со стороны дорожек.


Налаживание усилителя сводится к установке подстроечными резисторами R2 и R3 тока покоя через выходные транзисторы, а также нулевого напряжения на выходе усилителя (средней точки). Для этого резисторы R2 и R3 устанавливают в среднее положение, выход усилителя нагружают на маломощную лампу накаливания напряжением 24В и подают напряжение питания. При этом лампа светиться не должна, что говорит о правильном монтаже и исправных деталях. Попеременно и плавно вращая оба подстроечных резистора в сторону увеличения их номинала, добиваются появления тока через транзисторы VT7 и VT8 который контролируют цифровым милливольтметром по падению напряжения на резисторе R11 или R12. Значение этого напряжения должно быть в пределах 15 – 20 mV, что соответствует току покоя 75 – 100 mA. Если средняя точка на выходе усилителя смещена в сторону плюса, её устанавливают подстроечным резистором R2, если она смещена в сторону минуса, её устанавливают подстроечным резистором R3. Снова контролируют ток покоя выходных транзисторов и при необходимости повторяют операцию ещё раз.

Усилитель сохраняет свою работоспособность при напряжении питания от ±15 до ±30 Вольт. Необходимо лишь применять блок питания на ток не менее 5 Ампер, стабилитроны VD 1 и VD 2 на напряжение равное половине питающих, конденсаторы C5 и C6 на соответствующее рабочее напряжение, а при постоянной работе усилителя на максимальную отдачу следует увеличить мощность резисторов R11 и R12 до 5 Ватт.

Входные транзисторы VT1 и VT2 должны иметь равные или близкие начальные токи стока IDSS . Выходные транзисторы VT7 и VT8 необходимо подобрать с близким напряжением открывания канала VGS(to) которое для этого типа транзисторов может составлять от 3 до 4 Вольт. Это можно сделать непосредственно при покупке, договорившись с продавцом и применив простое самодельное или промышленное устройство. Хорошо паруются типы транзисторов, указанные на схеме, их необходимо устанавливать на радиаторы, имеющие соответствующую мощности площадь, через специальные изоляционные прокладки. Резисторы R2 и R3 многооборотные прецизионные типа СП3-39А, СП5-2 или подобные. Электролитические конденсаторы C2 и C3 применены неполярного типа, при использовании импульсного блока питания конденсаторы C5 и C6 следует зашунтировать безындукционными конденсаторами ёмкостью 0,1 – 1,0 мкФ. Резисторы R11 и R12 непроволочные типа Fuse, обрывающиеся при перегрузке.

Одна из главных особенностей схемы усилителя состоит в том, что выходной сигнал, усиленный мощными транзисторами, снимается с их стоков, которые не являются управляющими электродами. Это позволило значительно снизить специфические искажения, вызываемые воздействием противо-ЭДС звуковой катушки громкоговорителя на выходные транзисторы, если сигнал снимается с их истоков или эмиттеров. Таким образом, данный усилитель по принципу работы приравнивается к ламповому, однако значительно превосходит его по экономичности, ширине полосы воспроизводимых частот, быстродействию и надёжности, не говоря уже о искажениях и затратах на комплектующие.

Важным свойством полевых транзисторов является то, что при перегреве проводимость их канала уменьшается, соответственно падает крутизна характеристики и ток стока, что автоматически защищает их от теплового пробоя. Ещё одно свойство полевых транзисторов, применённых в выходном каскаде усилителя, это их квадратичная переходная характеристика, которая способствует уменьшению нелинейных искажений при больших уровнях выходной мощности. Чем выше ток через транзисторы VT7 и VT8, тем большими становятся их крутизна характеристики и коэффициент усиления, и тем более глубокой оказывается отрицательная обратная связь.

При включении усилителя в сеть, до момента достижения половины питающего напряжения на конденсаторах C5 и C6 стабилитроны VD1 и VD2 оказываются запертыми, а вместе с ними все транзисторы, отпирание которых происходит плавно и одновременно в обеих половинах схемы, что полностью устраняет характерный для многих подобных конструкций неприятный хлопок в громкоговорителе. По этой причине усилителю не страшны аварийные выключения и включения питающего напряжения даже во время работы на полной выходной мощности.

Усилитель был испытан в работе с разными источниками сигнала, при разных температурах окружающей среды, и показал свою высокую надёжность, отличные выходные и динамические характеристики, и рекомендуется для повторения любителям высококачественного домашнего или профессионального звуковоспроизведения. Блок регулировки громкости, тембров и баланса можно выполнить по схеме, приведённой на сайте http://cxem.net/sound/tembrs/tembr14.php с использованием специализированной микросхемы TDA1524A. При необходимости в схему можно добавить также усилитель микрофонного сигнала, выполненного по любой известной схеме. Расположение деталей на плате усилителя показано на рисунке ниже.


Увеличить линейность усилителя и ещё больше снизить коэффициент нелинейных искажений можно параллельным включением в каждое плечо двух выходных транзисторов и юстировкой (подгонкой номинала) одного из резисторов R 8 или R 9 в цепи обратной связи. Если удалить переходной конденсатор C 1 схему можно превратить в мощный линейный усилитель постоянного тока для систем автоматики, телемеханики и управления.

Юрко Стрелков-Серга
а/я 5000 Винница-18
[email protected]

Усилители на полевых транзисторах (ПТ) обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.
Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком.

Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю, то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки А на сток-затворной характеристике при U ЗИ =0 (рис. 15,б).
В этом случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического (то есть синусоидального) напряжения U ЗИ с амплитудой U mЗИ положительный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усиливаться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряжения U ЗИ амплитуда переменной составляющей тока стока I» mc будет больше, чем при положительном полупериоде (I»» mc), так как крутизна сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с крутизной на участке АС: Вследствие этого форма переменной составляющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагрузке U ВЫХ будет отличаться от формы входного напряжения, то есть возникнут искажения усиливаемого сигнала.
Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо обеспечить работу полевого транзистора при постоянной крутизне его сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой характеристики.
С этой целью в цепь истока включают резистор Rи (рис.16,а).


Протекающий через резистор ток стока I С0 создает на нем напряжение
U Rи =I С0 Rи, которое прикладывается между истоком и затвором, включая ЭДП, образованный между областями затвора и истока, в обратном направлении. Это приводит к уменьшению тока стока и режим работы будет характеризоваться в этом случае точкой А» (рис.16,б).

Чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления, параллельно резистору Rи подключают конденсатор Си большой емкости, который устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, образуемую переменным напряжением на резисторе Rи. В режиме, характеризуемом точкой А», крутизна сток-затворной характеристики при усилении переменного напряжения остается примерно одинаковой при усилении положительных и отрицательных полупериодов входного напряжения, вследствие чего искажения усиливаемых сигналов будут незначительны
(участки A»В» и А»С» примерно равны).
Если в режиме покоя напряжение между затвором и истоком обозначить U ЗИО, а протекающий через ПТ ток стока I С0 , то сопротивление резистора Rи (в омах) можно рассчитать по формуле:
Rи =1000 U ЗИО /I С0 ,
в которую ток стока I С0 подставляется в миллиамперах.
В схеме усилителя, приведенной на рис.15, используется ПТ с управляющим p-n-переходом и каналом р-типа. Если в качестве ПТ применяется аналогичный транзистор, но с каналом n-типа, схема остается прежней, а изменяется лишь полярность подключения источника питания.
Еще большее входное сопротивление имеют усилители, выполненные на полевых МДП-транзисторах с индуцированным, или встроенным каналом. При постоянном токе входное сопротивление таких усилителей может превышать 100 МОм. Так как напряжения их затвора и стока имеют одинаковую полярность, для обеспечения необходимого напряжения смещения в цепи затвора можно использовать напряжение источника питания G C подключив его к делителю напряжения, включенному на входе транзистора таким образом, как показано на рис.17.

Усилители с общим стоком

Схема усилителя на ПТ с общим стоком аналогична схеме усилителя с общим коллектором. На рис.18,а приведена схема усилители с общим стоком на ПТ с управляющим р-n-переходом и каналом р-типа.


Резистор Rи включен в цепь истока, а сток прямо подключен к отрицательному полюсу источника питания. Поэтому ток стока, зависящий от входного напряжения, создает падение напряжения только на резисторе Rи. Работа каскада поясняется графиками, приведенными на рис.18,б для случая, когда входное напряжение имеет синусоидальную форму. В исходном состоянии через транзистор протекает ток стока I С0 , который на резисторе Rи создает напряжение U И0 (U ВЫХ0). В течение положительного полупериода входного напряжения обратное смещение между затвором и истоком увеличивается, что приводит к уменьшению тока стока и абсолютной величины напряжения на резисторе Rи. В отрицательный полупериод входного напряжения, наоборот, напряжение смещения затвора уменьшается, ток стока и абсолютная величина напряжения на резисторе Rи увеличиваются. Вследствие этого выходное напряжение, снимаемое с резистора Rи, т. е. с истока ПТ (рис.18,б), имеет такую же форму, что и входное напряжение.
В связи с этим усилители с общим стоком получили название истоковых повторителей (напряжение истока по форме и значению повторяет входное напряжение).

Несколько слов об ошибках монтажа:
В целях улучшения читаемости схем расмотрим усилитель мощности с двумя парами оконечных полевых транзисторов и питании ±45 В.
В качестве первой ошибки попробуем «запаять» стабилитроны VD1 и VD2 не правильной полярностью (правильное включение показано на рисунке 11). Карта напряжений приобретет вид, показанный на рисунке 12.

Рисунок 11 Цоколевка стабилитронов BZX84C15 (впрочем и на диодах цоколевка такая же).



Рисунок 12 Карта напряжений усилителя мощности при неправильном монтаже стабилитронов VD1 и VD2.

Данные стабилитроны нужны для формирования напряжения питания операционного усилителя и выбраны на 15 В исключительно из за того, что это напряжение является для данного операционного усилителя оптимальным. Работоспособность без потери качества усилитель сохраняет и при использовании рядом стоящих по линейке номиналов — на 12 В, на 13 В, на 18 В (но не более 18 В ). При неправильном монтаже вместо положенного напряжения питания опреционный усилитель получает лишь напряжение падения на n-p переходе стаблитронов. Ток покая регулируется нормально, на выходе усилителя присутсвует небольшое постоянное напряжение, выходной сигнал отсутсвует.
Так же возможен не правильный монтаж диодов VD3 и VD4. В этом случае ток покоя ограничивается лишь номиналами резисторов R5, R6 и может достигать критической величины. Сигнал на выходе усилителя будет, но довольно быстрый нагрев оконечных транзисторов однозначно повлечет их перегрев и выход усилителя из строя. Карта напряжений и токов дляэтой ошибки показаны на рисунка 13 и 14.



Рисунок 13 Карта напряжений усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.



Рисунок 14 Карта токов усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.

Следующей популярной ошибкой монтажа может быть неправильный монтаж транзисторов предпоследнего каскада (драйверов). Карта напряжений усилителя в этом случае приобретает вид, показанный на рисунке 15. В этом случае транзисторы оконечного касада полностью закрыты и на выходе усилителя наблюдается отсутсвие каких либо признаков звука, а уровень постоянного напряжения максимально приближен к нулю.



Рисунок 15 Карта напряжений при неправильном монтаже транзисторов драйверного каскада.

Далее самая опасная ошибка — попутаны местами транзисторы драйверного каскада, причем цоколевка тоже попутана в следствии чего прилагаемое к выводам транзисторов VT1 и VT2 является верным и они работают в режиме эмиттерных повторителей. В этом случае ток через оконечный каскад зависит от положения движка подстроечного резистора и может быть от 10 до 15 А, что в любом случае вызовет перегрузку блока питания и быстрый разогрев оконечных транзисторов. На рисунке 16 показаны токи при среднем положении подстроечного резистора.



Рисунок 16 Карта токов при неправильном монтаже транзистров драйверного каскада, цоколевка тоже попутана.

Запаять «наоборот» вывода оконечных полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 врядли получится, а вот поменять их местами получается довольно часто. В этом случае установленные в транзисторах диоды получаются в нелегкой ситуации — прилагаемое к ним напряжение имеет полярность соответсвующую их минимальному сопротивлению, что вызывает максимальное потребление от блока питания и как быстро они выгорят больше зависит от удачи чем от законов физики.
Фейверк на плате может случиться еще по одной причине — в продаже мелькают стабилитроны на 1,3 Вт в корпусе таком же как у диодов 1N4007, поэтому перед монтажом стабилитронов в плату, если они в черном корпусе стоит повнимательней ознакомиться с надписями на корпусе. При монтаже вместо стабилитронов диодов напряжение питания операционного усилителя ограничено лишь номиналами резисторов R3 и R4 и потребляемым током самого операционного усилителя. В любом случае получившаяся величина напряжения значительно больше максимального напряжения питания для данного ОУ, что влечет его выход из строя иногда с отстрелом части корпуса самого ОУ, ну а дальше возможно появление на его выходе постоянного напряжения, близкого в напряжению питания усилителя, что повлечет появление постоянного напряжения на выходе самого усилителя мощности. Как правило оконечный каскад в этом случае остается работоспособным.
Ну и на последок несколько слов о номиналах резисторов R3 и R4, которые зависят от от напряжения питания усилителя. 2,7 кОм является наиболее универсальным, однако при питании усилителя напряжением ±80 В (только на 8 Ом нагрузку) данные резисторы будут рассеивать порядка 1,5 Вт, поэтому его необходимо заменить на резистор 5,6 кОм или 6,2 кОм, что снизит выделяемую тепловую мощность до 0,7 Вт.

Внешний вид получившейся модификации усилителя мощности приведен на фотографиях ниже:




Осталось в эту бочку меда плескануть ложку дегтя…
Дело в том, что используемые в усилителе полевые транзисторы IRFP240 и IRFP9240 прекратила выпуск фирма разработчик International Rectifier (IR), которая прилагала больше внимания к качеству выпускаемой продукции. Основная проблема этих транзисторов — они разрабатывались для использования в источниках питания, но оказались вполне пригодными для звуковой усилительной аппаратуре. Повышенное внимание к качеству выпускамых компонентов со стороны International Rectifier позволяло не производя подбор транзисторов включать параллельно несколько транзисторов не беспокоясь об отличиях характеристик транзисторов — разброс не превышал 2%, что вполне приемлемо.
На сегодня транзисторы IRFP240 и IRFP9240 выпускаются фирмой Vishay Siliconix , которая не так трепетно относится к выпускаемой продукции и параметры транзисторов стали пригодными лишь для источников питания — разброс «коф усиления» транзисторов одной партии превышает 15%. Это исключает параллельное включение без предварительного отбора, а количество протестированных транзисторов для выбора 4 одинаковы переваливает несколько десятков экземпляров.
В связи с этим перед сборкой данного усилителя прежде всего следует выяснить какой фирмы транзисторы вы может достать. Если в Ваших магазинах в продаже Vishay Siliconix, то настоятельно рекомендуется отказаться от сборки данного усилителя мощности — Вы рискуете довольно серьезно потратиться и ни чего не добиться.
Однако и работа по разработке «ВЕРСИИ 2» этого усилителя мощности и отсутствие приличных и не дорогие полевых транзисторов для выходного каскада заставили немного поразмышлять над будущим этой схемотехники. В результате был смоделирована «ВЕРСИЯ 3», использующая вместо полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 фирмы Vishay Siliconix биполярную пару от TOSHIBA — 2SA1943 — 2SC5200, которые на сегодня еще вполне приличного качества.
Принципиальная схема нового варианта усилителя вобрала доработки «ВЕРСИИ 2» и притерпела изменения в выходном каскаде, позволив отказаться от использования полевых транзисторов. Принципиальная схема приведена ниже:



Принципиальная схема с использованием полевых транзисторов в качестве повторителей УВЕЛИЧИТЬ

В данном варианте полевые транзисторы сохранились, но они используются в качестве повторителей напряжения, что существенно разгружает драйверный каскад. В систему защиты введена небольшая положительная связь, позволяющая избежать возбуждение усилителя мощности на границе срабатывания защиты.
Печатная плата в процессе разработки, орентировочно результаты реальных измерении и работоспособная печатная плата появятся в конце ноября, а пока можно предложить график измерения THD, полученный МИКРОКАП. Подробнее о данной программе можно почитать .

виды, схемы, простые и сложные. Мощный авто усилитель своими руками

Данный усилитель мощности основан на PA100, подробно описанный в приложении от National Semiconductor»s AN1192

Когда я собрал свои мощные самодельные 4-х омные колонки, то усилитель не мог «раскачать» такую нагрузку, поэтому решено было собирать более мощный усилитель. Я разработал схему усилителя мощности, в которой используется две микросхемы LM3886 на канал, в схеме с параллельным включением. На 8-ми омной нагрузке выходная мощность усилителя получается порядка 50 Ватт, на 4-х омной 100 Ватт. В данном усилителе используется четыре микросхемы УНЧ LM3886.

Кстати Jeff Rowland в некоторых своих Hi-Fi конструкциях использует LM3886 и имеет хорошие отзывы. Так что недорогой усилитель тоже может быть качественным!

Микросхема LM3886 включена по схеме неинвертирующего усилителя. Входное сопротивление УНЧ зависит от резистора R1 (47 кОм). Резистор R20 (680 Ом) и конденсатор C20 (470 пФ) образуют фильтр высоких частот на входных RCA-разъемах. Конденсаторы C4 и С8 (220 пФ) служат для фильтрации ВЧ на входах микросхемы LM3886.

При сборке усилителя, в некоторых местах я использовал высококачественные конденсаторы: C1 (1 мкФ) «Auricap» для фильтрации постоянной составляющей, С2 и С6 (100 мкФ) «Blackgate» и С12, С16 (1000 мкФ) «Blackgate».

Принципиальная схема усилителя приведена ниже.

Разработка печатной платы велась с учетом того, чтобы силовая земля (питания) и сигнальная были разделены. Сигнальная земля находится в середине и окружена силовой землей. Возле С5 они соединены тонкой дорожкой. Проектирование печатной платы велось в программе PADS PowerPCB 5.0.

Сам делать печатную плату я не стал, а отдал фирме. Когда забрал ее, то обнаружил,что некоторые отверстия были меньшего диаметра чем нужно. Рассверлил уже сам вручную. На фото ниже фотография платы.

Резисторы 1кОм и 20кОм были вручную подобраны с точностью до 0.1%. В качестве выходных резисторов я использовал шесть резисторов номиналом 1 Ом 0.5 Ватт 1%, потому как 3-х Ваттный 1% резистор найти проблематично.

Я использовал изолированную версию микросхемы — LM3886 TF, поэтому я напрямую присоединил к корпусу и радиатору через теплопроводную пасту.

Разделительный конденсатор «Auricap» 1мкФ 450В. Был куплен высококачественный конденсатор, поскольку он задействован в главной сигнальной цепи.

Конденсаторы в ВЧ-фильтре: «Silver Mica» 47пФ и 220пФ.

В фильтре по питанию использовался конденсатор «Blackgate» 1000мкФ 50В

Кондеры C2 и C6 тоже фирмы «Blackgate» номиналом 100мкФ 50В. Для лучшего результата лучше использовать биполярные конденсаторы, однако я использовал электролиты, т.к. биполярные не поместились бы на плату.

Фильтрующая цепочка R20(680 Ом) + C20(470 пФ) помещена прямо на RCA-разъеме. Это помогает отфильтровывать ВЧ-шумы до того, как они попадут на плату усилителя.

Разделительный конденсатор источника питания 0.1мкФ припаян с обратной стороны платы усилителя прямо на ножку LM3886, это позволяет лучше фильтровать ВЧ-шумы.

Микросхема LM3886 посажена на алюминиевый радиатор, а затем к корпусу усилителя. Снаружи корпуса я прикрепил еще 3 радиатора от процессорных вентиляторов PC. Везде использовалась термопаста для лучшей теплоотдачи.

Со всеми этими радиаторами усилитель греется совсем немного на средней громкости.

В источнике питания я использовал микросхему регулируемого стабилизатора напряжения LT1083. Перед ней поставил конденсаторы емкостью 10000 мкФ после — 100 мкФ. Преимущество использования регулируемого стабилизатора напряжения в том, что практически отсутствует напряжение пульсаций. Без него слышен небольшой 50/100 Гц шум.

В диодных мостах использовались мощные диоды MUR860.

Стабилизатор напряжения LT1083 может обеспечивать ток до 8А.

Трансформатор использовался мощностью 500ВА 2х25В. После стабилизатора, напряжение 30 Вольт.

В дальнейшем планирую заменить стабилизатор на более мощный (см. схему ниже). Транзистор TIP2955 способен выдерживать токи до 15А.

После сборки усилителя я измерил постоянное напряжение и получил смещение около 7 мВ на разъемах динамика. Разница напряжения между двумя выходами микросхем меньше чем 1 мВ.

Звучание усилителя чем то похоже на звучание собранного мною ранее усилителя на LM3875 — очень чистое. Не слышен ни шум, ни шипение, ни гудение. Сравнивая с усилителем на LM3875, данный усилитель развивает примерно вдвое большую мощность на моих 4-х Омных колонках и обеспечивает глубокий и напористый бас и хорошую динамику.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
УНЧ
U1, U2 Аудио усилитель

LM3886

2 В блокнот
C1 Конденсатор 1 мкФ 1 В блокнот
C2, C6 100 мкФ 2 В блокнот
C3, C7 Конденсатор 4.7 пФ 2 В блокнот
C4, C8 Конденсатор 220 пФ 2 В блокнот
C5, C9 Электролитический конденсатор 10 мкФ 2 В блокнот
C10, C11, C13 Конденсатор 0.1 мкФ 3 В блокнот
C12, C14 Электролитический конденсатор 1000 мкФ 2 В блокнот
C20 Конденсатор 470 пФ 1 В блокнот
R1 Резистор

47 кОм

1 В блокнот
R2, R3, R7, R8 Резистор

1 кОм

4 В блокнот
R4, R9 Резистор

22 кОм

2 В блокнот
R5, R10 Резистор

10 кОм

1 В блокнот
R6, R11, R13-R16 Резистор

0.5Ом 1Вт 1%

6 В блокнот
R12 Резистор

2 Ом

1 В блокнот
R20 Резистор

680 Ом

1 В блокнот
Блок питания
U1, U2 Линейный регулятор

LT1083

2 В блокнот
D1-D8 Выпрямительный диод

MUR860

8 В блокнот
C1, C4 Электролитический конденсатор 10000 мкФ 2 В блокнот
C2, C5 Конденсатор 1 мкФ 2 В блокнот
C3, C6 Электролитический конденсатор 100 мкФ 2 В блокнот
R1, R2 Резистор

100 Ом

2 В блокнот
R3, R4 Подстроечный резистор 2.5 кОм 2 В блокнот
TX1, TX2 Трансформатор 220/25В 2 В блокнот
Мощный стабилизатор
N1, N2 Линейный регулятор

LM317

2 В блокнот
V1, V2 Биполярный транзистор

TIP2955

2 В блокнот
V3-V12 Выпрямительный диод

MUR1560

10 В блокнот
V13, V14 Выпрямительный диод

1N4007

2

Всем привет, в этой статье мы будем рассматривать подробную сборку УНЧ (Усилителя низких частот) на TDA8560. Схемка довольно таки проста, и еще эта статья будет отличатся от других тем, что тут мы будем собирать конструкцию не навесным монтажом, как часто делают со специализированными микросхемами, а на печатной плате. Хотя тем, кто только начинает осваивать самостоятельную сборку УМЗЧ, рекомендуется для эксперимента подключить её «на проводках». В общем приступим. Для начала изучим даташит к микросхеме и саму принципиальную схему усилителя:

Понадобится нам:

  • Сама микросхема TDA8560 — 1шт
  • Керамический конденсатор или пленочный — 0.47 мкФ (Микрофарад) 2шт
    Керамический конденсатор или пленочный — 100 нФ (Нанофарад) 1шт
    Резистор — 22 кОм мощность 0.25 Вт 1 шт
    Электролитический конденсатор — 1-4 мкФ (Микрофарад) от 16В 1шт
    Электролитический конденсатор — 2200 мкФ (Микрофарад) от 16В 1шт
    Клемники для подключения (Необязательно)
    Штекер «Джек 3.5 стерео» — 1 шт
    Радиатор с размером в 4 раза больше микросхемы
    Технические характеристики:
    Uпит.= +8…+18 V
    Uпит.оптим.= +12…+16 V
    Iпотр.макс.- до 4 А (4 ома), до 7 А (2 ома)
    Iпотр.средний — 2 А (4 ома), 3,5 А (2 ома)
    Iпотр.(Uвх=0) = 115…180 mА
    Uвх.= ~40…70 mV (без R*)
    Uвx.= ~0,2…4 V (R*= 20…200 кОм)
    Кусил.= 46 dB (200 раз)
    fраб.= 10…40000 Hz (-3 dB)
    Кгарм.=0,1 % (20 W; 2 ома; 1 kHz)
    Rнагр.=1,6…1б Ом


АЧХ усилителя

Приступим к сборке устройства и для начала вытравим плату, файл печатной платы .

Паяем саму микросхему

Паяем керамические конденсаторы на 0.47 мКф

Припаивем резистор на 22 кОм и электролитический конденсатор на 2200 мкФ

Ахтунг ! Не включать устройство без радиатора ! Подключаем динамики и запускаем… У меня запустилось с первого раза, так как спаял без ошибок и микросхема попалась работоспособная.

Данная микросхема-усилитель почти не отличается от своих сотоварок, типа TDA8563 , TDA1555 , TDA1552 и TDA1557 . Разница лишь в выходной мощности — подключение абсолютно одинаковое. Видео работы данной микросхемы можете посмотреть ниже:

Видео работы УМЗЧ

Блок питания усилителя можно взять готовый, от компьютера. Так как мощности его будет хватать с избытком — можно даже отключить кулер, он всё равно не перегреется. Схему собрал Boil .

Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА СВОИМИ РУКАМИ

Прежде, чем начну свою статью, хочу сказать, если у вас крепкие нервы, куча свободного времени, определенных навыков в электронике, любите слушать в машине очень громкую музыку, мощный бас и готовы потратить на такой проект немало денег, то эта статья именно для вас!

Идея о создании усилителя повышенной мощности была давно, но из-за отсутствия времени и финансов, проект откладывался. И вот лето… каникулы… Было решено воплотить идею в реальность и для этого было потрачено ровно 3 месяца, поскольку были большие проблемы с деталями но, не смотря на это, усилительный комплекс был с успехом собран и испытан.

Для начала хочу пояснить смысл выражения «усилительный комплекс». Дело в том, что было принято решение собрать высококачественный усилитель, который бы мог питать всю аудиосистему автомобиля. Всю силовую часть (усилители мощности) нужно было совместить «под одной крышей», в итоге получилось 5 отдельных усилителей с суммарной мощностью 680 ватт, не путайте с китайскими ваттами, тут чистые 680 ватт номинальной мощности, максимальная мощность системы доходит до 750 ватт.
Требования к комплексу были таковы.
1) Высокое качество звучания
2) Высокая выходная мощность
3) Относительно простая конструкция
4) Малые затраты, по сравнению с ценами заводских систем такого рода
5) Способность питать 10 -12 динамических головок + сабвуфер
Для выполнения этой идеи было использовано 5 отдельных усилителей мощности, в том числе и высококачественный усилитель по схеме Ланзара, для питания канала сабвуфера.

Ниже параметры и серии микросхем, которые были использованы в этом усилителе.
TDA 7384 — 4x40W (2штуки, суммарная мощность микросхем 320 ватт или 8 каналов, по 40 ватт на канал)
TDA 2005 — 1x20W (2x10W) (2 штуки, суммарная мощность 40 ватт или 2 канала по 20 ватт)

Вышеуказанные микросхемы предназначены для питания фронтальной акустики.Данное решение самое экономичное, для создания усилителя такого рода, с денежными затратами можете ознакомится в конце статьи.
Самая трудная часть в любом усилителе такого рода это преобразователь напряжении, он предназначен для питания усилителя сабвуфера, пожалуй, с него и начнем.
Преобразователь напряжения

На создание у меня ушло ровно две недели.

Генератор импульсов преобразователя напряжения (отныне ПН) построен на традиционной микросхеме TL494. Это двухтактный ШИМ контроллер высокой точности, отечественный аналог 1114ЕУ3/4.
Микросхема в себе не содержит дополнительный усилитель на выходе. Дополнительный каскад построен на маломощных транзисторах, сигнал от них подается на затворы полевых ключей.

Схема известна под названием пуш-пулл или двухтактный преобразователь. Схема не новая, но пришлось изменить некоторые номиналы схемы под свои нужды. На каждом плече стоят два мощных полевика серии IRF3205. Через теплопроводимые прокладки они укреплены на теплоотводы, которые были сняты из компьютерных БП

В выпрямительной части использованы диоды КД213А, они как раз для таких целей, поскольку могут работать на частотах 70-100 кГц, а максимальный ток доходит до 10 ампер, в данной схеме диоды в дополнительных теплоотводах не нуждаются, перегрева не замечал.

Реле по питанию использовал 2 штуки по 20 ампер каждая, но желательно поставить реле на 50-60 ампер, поскольку преобразователь тянет немалый ток.В ПН реализована система ремоут контроль (REM), т.е. для включения сабвуфера не нужны мощные переключатели. Подавая плюс на ремоут контроль, мгновенно срабатывают реле, и подается питание преобразователя.

Особо мучился с намоткой трансформатора, поскольку трансформатор был собственной задумки. К сожалению ферритовых колец, я не смог найти, поэтому пришлось идти на альтернативное решение.
На халяву достались несколько компьютерных блоков питания, из них были выпаяны большие трансформаторы.

Половинки феррита приклеены друг к другу намертво, поэтому их нужно греть зажигалкой в течении 30 секунд, затем осторожно вынимать из каркаса. В итоге, с трансформаторов были отмотаны штатные обмотки, а выводы зачищены.

В конце каркасы прикреплены друг к другу. В итоге получился один удлиненный каркас, на который можно свободно мотать нужные нам обмотки

Путем опытов было найдено нужное количество витков в первичной обмотке. В итоге первичная обмотка содержит 10 витков (2х5вит) с отводом от середины.

Намотка делалась сразу 5-ю жилами провода 0,8 мм. Сначала по всей длине каркаса мотаются 5 витков, затем обмотку изолируем и поверх мотаем еще 5 витков идентично первой. Обмотки мотаем В ОДИНАКОВОМ НАПРАВЛЕНИИ, например по часовой стрелке.

После окончания намотки провода скручиваем в косичку, не забывая заранее сдирать лак, далее залуживаем покрывая слоем олова.
Теперь нужно сфазировать обмотки. На самом деле нечего трудного тут нету, просто нужно найти «начало» и «конец» обмоток и соединить, например, начало первой обмотки с концом второй или начало второй с концом первой, место соединения — отвод, на который подается плюс от общего питания (см. схему).
После фазировки обмоток мотаем пробную вторичную обмотку, она нужна для того, чтобы при неправильной фазировке не отмотать всю вторичную обмотку. Пробная обмотка может содержать любое количество витков, например 3 витка проводом 0,8 мм, далее собираем трансформатор, вставляя половинки сердечника.

Включая схему трансформатор не должен издавать «жужжания», транзисторы не должны перегреваться, если преобразователь работает в холостую. На вторичную обмотку подключаем лампу накаливания 12 вольт пару ватт, которая должна загораться почти полным накалом, при этом транзисторы должны быть холодными и только через несколько минут работы можно почувствовать незначительное тепловыделение. Если все нормально, то снимаем пробную обмотку и мотаем на ее место нормальную, которая мотается по тому же принципу, что и первичная.

На сей раз обмотка намотана двумя жилами провода 0,8-1мм и содержит 30 витков (2х15вит). Мотаются две идентичные обмотки, каждая по 15 витков и растянута по длине всего каркаса. После намотки первой половины, изолируем обмотку, поверх мотаем вторую. Обмоткифазируются по тому же принципу, что и первичная.

После намотки вторичной обмотки, провода на концах скручиваются и залуживаются. В конечном этапе укрепляются половинки сердечника. На этом трансформатор готов!

ВАЖНО! В преобразователях такого рода (пуш-пулл) между половинками сердечника не должно быть зазора! Даже малейший зазор в доли миллиметра повлечет за собой резкое повышению тока покоя и перегрев полевых транзисторов! Именно из-за неуклюжести я спалил несколько полевых транзисторов. Следите за тем, чтобы половинки феррита как можно сильнее прижимались друг к другу.Такой трансформатор способен обеспечивать нужное напряжение и ток, для питания сабвуферного усилителя.
Запаиваем трансформатор на плату и приступаем к намотке дросселей.

Дросселя
В схеме использовано 3 дросселя. Они предназначены для фильтрации ВЧ шумов и помех, которые могут образоваться на линиях питания.Главный дроссель использован на плюсовой линиипитании преобразователя. Он намотан 4-я жилами провода 0,8 мм. Кольцо использовал те, что в компьютерных блоках питания. Количество витков дросселя 13.

Остальные два дросселя стоят после диодного выпрямителя в ПН, тоже намотаны на кольцах из компьютерных БП и содержат 8 витков 3-я жилами провода 0,8мм.

Честно говоря, не ожидал что получится такой качественный ПН, ток покоя схемы не превышает 200 мА, для такого монстра это нормально, на выходе напряжение +/-63 вольта, уклон незначительный, всего в пол вольта.Максимальная мощность преобразователя позволило бы питать два таких усилителя, но тут он работает с большим запасом.

Усилители на TDA2005, для маломощных головок

Сборка этого блока отняло всего 2 часа. За это время были собраны два идентичных усилителя мощности. Усилители были выбраны как самый дешевый вариант для маломощных АС, их можно использовать для питания АС расположенных на передней доске автомобиля. Каждая микросхема развивает 20-24 ватт мощности и обладает весьма недурным качеством звучания.

Каждая микросхема подключена по мостовой схеме, при стереофоническом подключении одна микросхема способна отдавать до 12 ватт на нагрузку 4 Ом

Микросхемы через изоляционную прокладку установлены на теплоотвод. Громкость настраивается заранее, при помощи регулятора.Сначала планировалась другая плата, по этой и были собраны усилители, затем была придумана общая плата, которая введена в архив проекта.

TDA 7384 для, фронтальной АС

Для более мощных АС использованы квадрафонические микросхемыTDA 7384. Каждая из микросхем способна отдавать на нагрузку 4 Ом до 40 ватт мощности на канал. Итог — 8 каналов по 40 ватт, звучит очень хорошо.

Такие микросхемы используют в автомагнитолах, если лень купить, то можно достать из нерабочих магнитол.

Микросхемы имеют разные независимые друг от друга фильтры, если использовать общий фильтр, то возможны шумы и возбуждения.
Оба усилителя начинают работать при подаче +12вольт от аккумулятора на вывод REM. Усилители были собраны на одной плате, но позже пришлось переставлять блоки, поэтому каждый усилитель был реализован на отдельной плате.

Усилитель сабвуфера

Знаменитая схема Ланзара, полное описание, сборка, схема и настройка описана здесь, поэтому нет нужды рассказывать про этот усилитель. Усилитель полностью собран на транзисторах, обладает очень хорошим качеством звучания и повышенной выходной мощностью. В схеме я сделал некоторые замены и ниже представлена та схема, по которой я собирал, оригинал схемы в той же ветке форума.

Поскольку мне не удалось найти некоторые номиналы схемы, то пришлось делать некоторые замены, в частности эмиттерные резисторы были заменены на 0,39 Ом 5 ватт. Транзистор BD139 заменен на отечественный аналог KT815Г, кроме того заменены маломощные транзисторы дифференциальных каскадов и предвыходных каскадов схемы.

На входе можно убрать электролитические конденсаторы, если входной заменить на 2,2 мкф и более.

Первый запуск усилителя желательно делать с одной парой выходных транзисторов с закороченным на землю входом, чтобы при поломках не спалить транзисторы конечного каскада, они самое дорогое в этом усилителе.

Особое внимание обратите на монтаж схемы, следите за цоколевками транзисторов и правильностью подключения стабилитронов, последние при неправильном подключении работают как диод.Регулятор тока покоя я поставил обычный, никому не советую повторить мою ошибку, лучше поставить многооборотный, им можно точно настроить ток покоя схемы, также удобен для настройки.

Выходной каскад усилителя работает в режиме АВ, это по сути полностьюсимметричная схема, уровень нелинейных искажений сведен к минимуму. Благодаря своим высоким показателям, данный усилитель относится к усилителям категорииHi-Fi, получить 300 ватт на этом усилителе не проблема. Также есть возможность подключать на выходе нагрузку 2 Ом, т.е. можно питать целых два сабвуферные головки, подключая их параллельно.В этом случае нельзя поднимать напряжение усилителя выше 45-50 вольт.

Поднять мощность усилителя, можно добавлением еще одной или двух пар выходных транзисторов, но не забывайте о повышении питания, поскольку выходная мощность усилителя напрямую зависит от питания.

Защита АС

Не смотря на то, что усилитель мощности достаточно надежный, иногда могут быть неполадки. Выходной каскад,самая уязвимая часть любого усилителя, из за выхода из строя выходных транзисторов образуется постоянное напряжение на выходе. Постоянка выводит из строя дорогостоящую динамическую головку. Любой усилитель такого рода имеет защиту, который защитит АС от постоянного напряжения.
При включении усилителя реле замыкается, включая головку, при постоянном напряжении на выходе УМ реле размыкается, сохраняяголовку

Защита имеет относительно простую схему, содержит 3 активных компонента (транзисторы), реле на 10-20 ампер, остальное мелочи. При включении УМ реле замыкается с небольшой задержкой. Питание на защиту подается от одного плеча преобразователя, через ограничительный резистор 1 килоом, резистор подобрать с мощностью 1-2 ватт.

Маломощные транзисторы могут быть заменены на любые другие, параметры которых схожи с используемыми. Реле подключен к коллектору более мощного транзистора, следовательно, конечный транзистор нужен более мощный. Из отечественного интерьера можно использовать транзисторы КТ 815,817 или более мощные — КТ805,819. Я заметил тепловыделение на этом транзисторе, поэтому укрепил его на небольшой теплоотвод. Защита и индикатор выходного сигнала смонтированы на одной плате.

Блок стабилизации

Двухполярный стабилизатор напряжения, обеспечивает нужное напряжение для питания блока фильтров и индикатора аудио сигнала. Стабилитроны стабилизируют напряжение до 15 вольт.

Этот блок собран на отдельной плате, стабилитроны желательно использовать с мощностью 0,5 ватт

Индикатор уровня звукового сигнала

Особо углубляться в работу схемы не стану, посколькусхема такого индикатора описана в одной из моих

В индикаторе использованы микросхемыLM324. Использовать операционный усилитель для этих целей целесообразно, поскольку микросхемы стоят всего 0,7 $ (каждая). В индикаторе использовано 8 светодиодов, можно ставить любые светодиоды, которые под рукой. Индикатор работает в режиме «столб». Питание индикатора обеспечивает преобразователь напряжения, затем напряжениестабилизируетсядо нужного номинала и подается на индикатор уровня.Индикатор подключается на выход усилителя мощности, подстроечным регулятором настраиваем индикатор на нужный уровень срабатывания светодиодов.

Блок сумматора и ФНЧ

Сумматор предназначен для суммирования сигнала обеих каналов, поскольку сабвуфер у нас один. После этого сигнал фильтруется, срезаются частоты ниже, чем 16Гц и выше чем 300Гц. Регулирующий фильтр срезает сигнал от 35Гц — 150Гц.

Сборка

После тщательной проверки всех блоков, можно приступить к монтажу.

Корпус от DVD проигрывателя, другого удобного, к сожалению не нашел. На переднюю панель, где раньше располагался дисплей, прикрепил светодиоды индикатора. Все платы прикреплены ко дну усилителя через изолирующие шайбы, которые в свою очередь были сняты с отечественной аппаратуры

Все микросхемы и транзисторы прикручены к теплоотводам через изоляционные прокладки. Желательно использование термопасты, к сожалению, она у нас не продается, но и без нее все не так уж и страшно.
Входныеразъемы усилителей были выпаяны из DVD, в качестве клемм выходов был использованразъем от автомагнитолы.

В моей конструкции использован всего один кулер, он предназначен для охлаждения теплоотводов силовых ключей ПН и TDA7384, сабвуферный усилитель в принудительном охлаждении не нуждается, поскольку для него я подобрал громадный теплоотвод, который практически не греется.
Провода питания каждого усилителей присоединены к общим клеммам питания.REM контроль позволяет в нужный момент отключить любой из усилителей (например, пару TDA 2005) Питание каждого усилителя осуществляется через реле, которые активируются при подаче плюса на вывод REM.

Каждый из усилителей имеет отдельную систему ремоут контроля, которые выведены на контактную платформу с боковой стороны корпуса.

Ящик сабвуфера

Спустя пару месяцев после начала сборки, мне удалось купить сабвуферную головку SONY XPLOD XS-GTX120L, параметры головки ниже.
Номинальная мощность — 300 Вт
Пиковая мощность — 1000 Вт
Диапазон частот 30 — 1000 Гц
Чувствительность — 86 дБ
Выходное сопротивление — 4 Ом
Диапазон частот — 30 — 1000 Гц
Материал диффузора – полипропилен

Поскольку в магазинах продавали только ламинированные ДСП, а МДФ у нас вообще не встречается, то пришлось выбирать из того, что было. К счастью с материалом повезло. ДСП еще со времен СССР отлично сохранилось на чердаке, толщина 22 мм.

Диаметр порта ФИ — 14 см, длина трубы 7 см.
Для головки было вырезано отверстие с диаметром 28 см. После изготовления всех частей ящика, настало время собрать его. Сборку удобно начать стыковкой дна и передней части ящика. Вначале дрелью были сделаны отверстия под шурупы (сверлом малого диаметра), а уже после были прикручены шурупы. Перед этим места креплений были покрыты клеем ПВА.
Клея жалеть не нужно, чтобы потом не жаловаться на свисты. У меня получился достаточно хороший ящик, работал как можно аккуратно. В конце швы были покрыты силиконом с внутренней стороны коробка (силикон имеет неприятный запах, поэтому эту работу следует выполнить в гараже или на свежем воздухе). После сбора ящика не удержался, поставил головку туда, где ей положено быть и включил

Я не могу передать это словами и даже роликом, поскольку это нужно чувствовать, а не слушать. Чувствуется весьобъем ящика, размах головки, мощь и качество Ланзара и все это воплощается в давление на груди…. Это словами не описать и только потом начинаешь понимать, что все кругом рушится и разваливается, стакан двигается по столу сам по себе, стекла начинают «вздуваться» от давления. Одним словом в доме все было под «дозой» вибрации.

Специальный клей для ковролина у нас продавался, но банка аэрозоли стоит 25$, поэтому пришлось использовать клей ПВА. Для начала наждачкой обработал ящик, этот процесс отнял у меня 4 часа. На уже надрезанный ковролин наносим клей ПВА. После этого ящик нужно «прокатить» по заранее надрезанному ковролину. Завернули ящик, теперь для того, чтобы клей нормально высох, набиваем по краям мелкие гвозди, затем после высыхания их можно снять или оставить.

После вырезаем отверстияголовкиифазоинвертора.Головка прикрепляется к ящику десяти саморезами, это обеспечивает плотный контакт, никаких добавочных прокладок не нужно.

Это альтернативное решение, опять же вызвано дефицитом заводскихразъемов.

Получилось неплохо. Для него было вырезано отдельное отверстие.
С внутренней стороны, после запайки провода, отверстиеразъема было загерметизирована силиконовым герметиком, во избежание свистов и нежелательных шумов.

Итоговые затраты на конструкцию

Преобразователь напряжения:
BC557 3шт — 2,5$
TL494 1шт — 1$
IRF3205 4шт — 10$
Диоды КД213А 4шт — 4$
Конденсаторы полярные — 10$

Резисторы — 2$
Дросселя и трансформаторы — из старых блоков питания ПК
Реле — из стабилизатора напряжения

Усилитель ланзар:
Транзисторы
2SA1943 2шт — 6$
2SC5200 2шт — 6$
2SB649 2шт — 2$
2SD669 2шт — 2$
2N5401 2шт — 1$
2N5551 2шт — 1$
Резисторы 5ватт — 4 шт — 3$
Остальные резисторы — 4$
Конденсаторы неполярные — 3$
Конденсаторы полярные — 5$
Стабилитроны — 2шт — 1$

Остальные усилители:
TDA7388 2шт — 15$
TDA2005 2шт — 2,5$
Резисторы — 2$
Конденсаторы неполярные — 4$
Конденсаторы неполярные — 6$

Блок фильтров:
TL072 1шт -1$
TL084 1шт — 1$
Конденсаторы неполярные — 3$
Резисторы — 2$
Регуляторы 3шт — 4$

Блок индикаторов:
LM324 2шт — 2$
Светодиоды и все остальное — 2$

Блок стабилизаторов:
Транзисторы 2$
Стабилитроны 13 вольт 6шт — 1,5$
Стабилизаторы 7815 2шт — 1,5$
Стабилитроны 7915 1шт — 0,7$
Остальное — 2$

Защита АС:
Транзисторы — 2$
Реле — даром
все остальное 1$
Штекеры, гнезда иразъемы к счастью имелись в запасе

Ящик сабвуфера:
Саморезы 50 шт — 0,5$
Герметик 2 флакона — 2$

ДСП — даром
Клей ПВА – даром
Головка — 65$
Ковролин — 15$

Итоги

Вот собственно и все. Результатами доволен, очень доволен! Купить подобный усилитель не возможно, аналогичные по мощностью усилители стоят от 400$! Хотя китайские производители предлагают за значительно малые деньги, но качество и надежность…. В общем, усилитель получился на трижды ура! Все работает отлично, осталось только купить машину и насладится рукотворным усилком, а усилитель пока будет работать дома, от мощного блока питания на 12 вольт.

Мы неоднократно приводили схемы мощных усилителей мощности низкой частоты для самостоятельной сборки, и сегодня речь пойдет о конструкции довольно простого, но высококачественного и до боли мощного усилителя по схеме ланзара . Вообще, схема ланзара нашла широкое распространение в сети, все чаще и чаще люди повторяют эту конструкцию, за высокие показатели и сравнительно простую и дешевую сборку, схему стали использовать в промышленной аудио аппаратуре.

Ланзар реализован на 13-и транзисторах, схема полностью симметрична.
Выходной каскад усилителя работает в классе АВ, минимальный коэффициент нелинейных искажений позволяет отнести усилитель к разряду хай-фай (Hi-Fi). Такой усилитель отлично подходит и для мощных широкополосных акустических систем, но из-за сравнительно простой схематической развязки и большой выходной мощности, усилитель часто повторяют именно для питания довольно мощных сабвуферных головок.

Пиковая выходная мощность этого усилителя составляет 390 ватт на нагрузку 4 Ом, но усилитель прекрасно работает и под низкоомные нагрузки вплоть до 2-х Ом.

В архиве есть полностью рабочая печатная плата для этого усилителя.

Сборка начинается с травления печатной платы. Для травления я использую раствор перекиси водорода (3-х процентный раствор, который продают в аптеках, бутылки по 100мг), лимонной кислоты и поваренной соли. Плата травится максимум за час, после чего нужно смыть тонер и сверлить отверстия.

Монтаж начинают с установки мелких компонентов — резисторов, стабилитронов и керамических конденсаторов. Советую перед сборкой тщательно проверять все компоненты, даже если они полностью новые. После уже запаиваем маломощные транзисторы дифференциальных каскадов — где формируется начальный звук.

———————— Катушка мотается на оправе с диаметром 10-12 см проводом 0,8 мм и содержит 10-12 витков, катушку можно даже убрать, на звук это никак не повлияет.

Входной конденсатор обязательно пленочный, емкость можно подобрать в районах 1-4.7мкФ, поскольку усилитель изначально предназначен для сабвуфера, а увеличением емкости этого конденсатора можно добиться наилучшего воспроизведения низких частот (басс).

После полного монтажа всех компонентов смываем канифоль с обратной стороны платы. НЕЛЬЗЯ использовать всевозможные флюсы для пайки с неизвестным содержанием, поскольку они часто делают на кислотной основе, и именно из-за флюса можно спалить всю схему. Силовые дорожки усиливаем оловом, во избежания от их перегорания.

Все дорожки платы перед монтажом желательно залудить, поскольку медь рано или поздно окисляется, а слой олова образует дополнительную защиту.

Тщательно проверяйте правильность подключения транзисторов, электролитов и стабилитронов, во избежания проблем следует использовать только те транзисторы, которые указаны в схеме, особенно если вы новичок или собираете схему ланзара в первый раз. Стабилитроны при неправильном подключении не будут стабилизировать напряжение, а станут работать как диод и начнутся неполадки, дым, взрыв…

После проверки правильности подключения всех компонентов усилитель можно запустить.
Ланзар, как и любая другая мощная схема УНЧ питается от двухполярного источника напряжения. Номинал входного напряжения может быть от двухполярного 25/30 до 75 Вольт, но запустить на максимуме не советую, поэтому питание +/-50 Вольт самый подходящий номинал входного питания.

—————————- Для начального запуска схемы нужно иметь под рукой блок питания на указанное напряжение, мощность блока 100 ватт (хотя для запуска усилителя на полную мощность нужен блок питания с мощностью 300-400 ватт.

Трансформатор подключают в сеть 220 Вольт через лампу накаливания 220 Вольт 100-150 ватт. Лампа служит дополнительной страховкой, при неполадках спалите меньше компонентов. Следует учесть, что для нормальной работы усилителя мощности после диодного выпрямителя нужен хороший блок конденсаторов, суммарная емкость всех конденсаторов в одном плече должна быть 10000-30000мкФ, напряжение конденсаторов желательно 100 Вольт (с двойным запасом).

Ограничительные резисторы для запитки дифференциального каскада подбираем исходя от напряжения питания по таблице, приведенной ниже.

Питание ±70 В — 3,3 кОм…3,9 кОм
Питание ±60 В — 2,7 кОм…3,3 кОм
Питание ±50 В — 2,2 кОм…2,7 кОм
Питание ±40 В — 1,5 кОм…2,2 кОм
Питание ±30 В — 1,0 кОм…1,5 кОм

Ограничительные резисторы подобрать с мощностью 1-2 ватт.
Первый запуск усилителя делаем с ЗАКОРОЧЕННЫМ НА ЗЕМЛЮ ВХОДОМ, не путайте землю с минусом! — земля, это средняя точка от трансформатора.

Для начала нет необходимости теплоотводов для оконечников. Подключаем трансформатор в сеть 220 Вольт, если нет никаких хлопков и спецэффектов, то вырубаем питание и на ощупь проверяем тепловыделение на полевых ключах, если ничего не чувствуется, значит отпаиваем вход от земли и подаем музыку, для начала от мобильного телефона. Включаем усилитель снова, если музыка играет, значит все ок.
Для максимальной мощности на вход нужно подавать сигнал от более мощного источника звука, автомагнитола как раз является таким источником.

Включаем усилитель под музыку на 10-25 минут при 40% громкости, затем пора настроить ток покоя выходного каскада, для этого прикреплена фотография.

Таким образом, мы закончили сборку усилителя, можно радоваться, поскольку усилитель такого рода стоит немало денег, в конце концов купить одно дело, а сделать свой собственный усилитель своими руками — совсем другое.

Архив к статье…СКАЧАТЬ…

Данный усилитель можно заказать — [email protected]

С уважением — АКА КАСЬЯН

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах — музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин — практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

  1. Класс «А» — ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
  2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
  3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
  4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
  5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно — чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД — свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД — менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток — полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений — не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше — до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется — характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

  1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
  2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, — обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление — несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков — 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток — существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная — в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий — порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности — они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная — с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм — наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h31 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 — 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h31 — 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения — это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле — сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 — 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h31. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое — обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, — с общим эмиттером. Одна особенность — необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина — повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог — например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток — 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора — он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку — наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем — должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука — выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

Сводка по усилителям

— Учебное пособие по транзисторным усилителям

Обычно мы думаем об усилителях как об усилителях звука в радиоприемниках, проигрывателях компакт-дисков и стереосистемах, которые мы используем дома. В этом разделе руководства по усилителю мы рассмотрели схему усилителя, основанную на одном биполярном транзисторе, как показано ниже, но есть несколько различных типов схем транзисторного усилителя, которые мы могли бы использовать.

Типовая схема одноступенчатого усилителя

Усилители малой мощности

  • Усилители малых сигналов также известны как усилители напряжения .
  • Усилители напряжения
  • имеют 3 основных свойства: входное сопротивление , выходное сопротивление и усиление .
  • Коэффициент усиления небольшого усилителя сигнала — это величина, на которую усилитель «усиливает» входной сигнал.
  • Усиление — это отношение выходного сигнала к входному, поэтому у него нет единиц измерения, но он обозначен символом (A) с наиболее распространенными типами усиления транзистора: Усиление по напряжению (Av), Усиление по току (Ai) и Мощность. Прирост (Ап)
  • Коэффициент усиления усилителя также можно выразить в децибел, или просто дБ, .
  • Чтобы усилить весь входной сигнал без искажений в усилителе типа A, требуется смещение базы постоянного тока.
  • DC Bias устанавливает точку Q усилителя на полпути вдоль линии нагрузки.
  • Это смещение базы постоянного тока означает, что усилитель потребляет мощность даже при отсутствии входного сигнала.
  • Транзисторный усилитель является нелинейным, и неправильная настройка смещения приведет к большим искажениям формы выходного сигнала.
  • Слишком большой входной сигнал вызовет большие искажения из-за ограничения, которое также является формой искажения амплитуды.
  • Неправильное расположение точки Q на линии нагрузки приведет к отсечке насыщенности или отсечке .
  • Усилитель с общим эмиттером Конфигурация является наиболее распространенной формой из всех схем усилителя напряжения общего назначения, использующих биполярный переходный транзистор.
  • Усилитель с общим истоком Конфигурация является наиболее распространенной формой из всех схем усилителя напряжения общего назначения, в которых используется переходной полевой транзистор.

Сравнение усилителя BJT и усилителя JFET

Параметр Общий эмиттер
Усилитель
Общий источник
Усилитель
Коэффициент усиления напряжения, (A В ) Средний / Высокий Средний / Высокий
Коэффициент усиления по току, (A i ) Высокая Очень высокий
Коэффициент усиления, (A P ) Высокая Очень высокий
Входное сопротивление, (R в ) Средний Очень высокий
Выходное сопротивление, (R из ) Средний / Высокий Средний / Высокий
Фазовый сдвиг 180 или 180 или

Усилители большой мощности

  • Усилители больших сигналов также известны как усилители мощности .
  • Усилители мощности
  • можно подразделить на различные классы, например:
    • Усилители класса A — выходное устройство работает на протяжении всего входного цикла.
    • Усилители класса B — выходное устройство проводит только 50% входного цикла.
    • Усилители
    • класса AB — где выходное устройство проводит более 50%, но менее 100% входного цикла.
  • Идеальный усилитель мощности должен обеспечивать нагрузку 100% доступной мощности постоянного тока.
  • Усилители
  • класса A являются наиболее распространенной формой усилителей мощности, но имеют рейтинг эффективности менее 40%.
  • Усилители
  • класса B более эффективны, чем усилители класса A, примерно на 70%, но производят большие искажения.
  • Усилители
  • класса B потребляют очень мало энергии при отсутствии входного сигнала.
  • Используя конфигурацию выходного каскада «Двухтактный», можно значительно уменьшить искажения.
  • Однако простые двухтактные усилители мощности класса B могут создавать высокие уровни перекрестных искажений из-за смещения точки отсечки.
  • Резисторы или диоды предварительного смещения помогут устранить это перекрестное искажение.
  • Усилители мощности
  • класса B могут быть изготовлены с использованием трансформаторов или дополнительных транзисторов в своем выходном каскаде.
Схема двухтранзисторного усилителя

»Примечания по электронике

Существует множество различных конфигураций транзисторных усилителей — в одном из них используются транзисторы PNP и NPN, а коэффициент усиления определяется двумя резисторами.


Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы


В этой конструкции электронной схемы показан простой двухтранзисторный усилитель с обратной связью, обеспечивающий определенный уровень усиления, который может определяться резисторами в схеме.

Конструкция включает транзисторы PNP и NPN и принимает общую топологию пары Шиклай, но с дополнительными резисторами, включенными для определения усиления.

Двухтранзисторный усилитель обеспечивает достаточно высокий импеданс при низком выходном сопротивлении. Это идеальная схема транзисторного усилителя для приложений, где требуется более высокий уровень усиления, чем тот, который может быть обеспечен одиночным транзисторным каскадом.

Схема двухтранзисторного усилителя

Av = R4 + R5R5

Резисторы R1 и R2 выбраны для установки базы TR1 примерно на среднюю точку.Если требуется ограничение по току, можно установить резистор между эмиттером TR2 и источником питания.

Двухтранзисторный усилитель — полезная конструкция, которую можно использовать в инструментарии инженеров-электронщиков. Это простая схема, но она эффективно работает в сценариях, где требуется меньшее усиление, чем то, которое может быть обеспечено одним транзистором.

Вернуться к типам транзисторных схем

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Рабочий лист многокаскадных транзисторных усилителей — Дискретные полупроводниковые приборы и схемы

Пусть сами электроны дадут вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»!

Ноты:

По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу.Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить свои собственные «практические задачи» с реальными компонентами и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока. Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения.

Другой причиной для использования этого метода практики является обучение студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем.

Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся. Обсудите эти вопросы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать.Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!

Примечание для инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое ученикам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, посещающих ваш курс?

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах.Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планируют, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, если студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичное исследование , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.

В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их ученики применяли высшую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

Транзистор

как усилитель: работа и схема | Транзисторный усилитель NPN

Определение: Усилитель — это электронная схема, которая использует малый входной сигнал для управления большим выходным сигналом.

В электронике усилители используются с начала двадцатого века. Усиление может быть выполнено с использованием электронных ламп или полупроводниковых устройств, таких как транзисторы или интегральные схемы .

Величина усиления в цепи известна как усиление . Коэффициент усиления — это соотношение между силой выходного сигнала (ток, напряжение или мощность) и силой входа (ток, напряжение или мощность), Рисунок 1 .

Цепи усилителя можно рассматривать как цепи управления. Небольшое количество тока или напряжения может контролировать большее количество напряжения или тока. Эти схемы производят переменные или линейные выходные сигналы.

Усилители, такие как транзисторы или ИС, также могут использоваться для включения или выключения тока, в зависимости от того, как они смещены в цепи.

Рисунок 1. Блок-схема усилителя.

Смещение усилителя

Чтобы усилители работали правильно, они должны быть правильно смещены.

Смещение означает установку правильных рабочих напряжений постоянного тока между входными выводами транзистора.

В транзисторе два перехода. Одно соединение находится между эмиттером и базой и называется эмиттерным переходом. Другой находится между коллектором и основанием и обычно называется коллекторным переходом.

Для правильной работы транзистора необходима энергия от внутреннего источника питания (батареи или источника питания) для преодоления этих сопротивлений перехода.

Между эмиттером и базой NPN-транзистора должно быть напряжение смещения, Рисунок 2 . Напряжение, приложенное к этим элементам с правильной полярностью, создаст ток. Это известно как , прямое смещение . Обратное смещение необходимо в коллекторном переходе NPN-транзистора. Рисунок 3.

Рисунок 2 . Прямое смещение эмиттерного перехода в NPN-транзисторе.

Рисунок 3. Обратное смещение для коллекторного перехода в NPN-транзисторе

NPN-транзисторный усилитель Рабочий

Для работы транзисторного усилителя необходимы как прямое, так и обратное смещение. На рисунке 4 показана полная схема транзистора NPN. Обратите внимание на прямое смещение в эмиттерном переходе и обратное смещение в коллекторном переходе.

Рис. 4. Прямое и обратное смещение в схеме усилителя на транзисторе NPN.

Такой же тип смещения необходим для работы транзисторного усилителя PNP, Рисунок 5. Токи для каждой цепи обозначены. I E — для тока эмиттера, I C — для тока коллектора и I B — для тока базы.

Смещение эмиттерного перехода обеспечивается батареей 1, а смещение коллекторного перехода обеспечивается батареей 2.

Рисунок 5 . Прямое и обратное смещение в схеме усилителя транзистора PNP.

Схема с одной батареей

Два источника напряжения использовались во всех схемах, рассмотренных до сих пор. Один источник использовался для прямого смещения эмиттерного перехода, а другой источник использовался для обратного смещения коллекторного перехода.Нет необходимости в двух батареях. Усилитель в Рисунок 6 использует только одну батарею.

Рисунок 6. В этой схеме используется один источник питания.

  • Об обратном смещении коллекторного перехода речи не идет. Коллектор C подключен через R C к самой положительной точке цепи, положительной клемме питания.
  • Самая отрицательная точка в цепи — это земля, и она подключена напрямую к отрицательной клемме V CC .
  • Резисторы R F и R B образуют резистивный делитель напряжения, подключенный непосредственно к V CC .
  • Напряжение на базе B меньше положительного полюса V CC на величину падения напряжения на R F . Он положительный по отношению к эмиттеру, E. E находится на земле, которая является самой отрицательной точкой в ​​цепи.
  • Используя правильные значения для R F и R B , можно установить желаемое напряжение прямого смещения и ток в эмиттерном переходе.
  • Комбинация последовательного сопротивления R F и R B должна быть достаточно большой, чтобы ток, потребляемый батареей питания, был небольшим. Это обеспечивает длительный срок службы батареи.

Методы смещения

Метод с фиксированным смещением показан на рисунке 7. Обратите внимание, что резистор R B не используется. Эта схема устанавливает постоянный базовый ток. Это смещение используется для переключения схем.

В базу вставлен переключатель для управления током через эмиттер-коллектор.Правильный выбор R (R F и R C ) устанавливает требуемые напряжения прямого смещения и базовый ток.

Рисунок 7. Метод фиксированного смещения для подключения транзистора.

Схема смещения одиночной батареи — еще один распространенный метод смещения транзисторов, рис. 8.

Рисунок 8. Схема смещения одиночной батареи

Смещение эмиттера — третий метод установки прямого смещения эмиттерный переход, рисунок 9.В этом случае напряжение прямого смещения V EE установит постоянный ток эмиттера I E . Это вызывает падение напряжения на R E . R E выбран для обеспечения правильного прямого смещения, а R B — это возврат для завершения цепи эмиттера.

Переменный сигнал, подаваемый на базу усилителя, будет создавать большую переменную составляющую в токе коллектора. Это не нарушает смещения эмиттера, поскольку путь с низким реактивным сопротивлением около R F обеспечивается байпасным конденсатором C.

Эта схема обеспечивает стабильную рабочую точку транзистора. Однако недостатком этой схемы является необходимость использования двух источников питания или батарей.

Рисунок 9. Схема цепи подмагничивания эмиттера.

Схема самосмещения показана на рисунке 10. Эта схема отличается от метода фиксированного смещения тем, что резистор смещения R F подключен к коллектору, а не к V CC . Этот метод обеспечивает более стабильную рабочую точку, чем фиксированное смещение, и требует только одного источника питания.

Рисунок 10. Схема цепи самосмещения.

Если в некоторой рабочей точке предполагается фиксированный ток коллектора, то напряжение коллектора V C будет постоянным. Но оно будет ниже, чем V CC , из-за падения напряжения на R C .

Любое изменение в I C также изменит значение V C . Поскольку база подключена к V C через R E , это приведет к некоторой дегенерации.

Что подразумевается под вырождением? Положительный сигнал на входе усилителя PNP делает базу более положительной, уменьшает ее прямое смещение и уменьшает I C .

Уменьшение I C означает меньшее падение напряжения на R C . Напряжение коллектора V C становится более отрицательным, когда достигает значения отрицательного V CC . Это более отрицательное напряжение через R F на базу имеет тенденцию к увеличению прямого смещения.Он также противодействует любому увеличению, вызванному входным сигналом.

В соотношении фаз, противоположном входу, сигнал с выхода устройства, возвращаемый на вход, называется вырождением . Основным недостатком самосмещения является потеря усиления усилителя из-за дегенерации.

Транзистор как схема усилителя

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, используемые для переключения или усиления электрических сигналов. Они очень долговечны, меньше по размеру и работают от низкого напряжения.Транзистор — это трехконтактное устройство:

  • База : этот вывод используется для активации транзистора (для включения транзистора требуется минимум 0,7 В)
  • Коллектор : Ток, протекающий через эту клемму
  • Излучатель : сток тока с этой клеммы, нормально соединенный с землей

Есть два типа транзисторов: транзистор NPN и транзистор PNP. В этой схеме мы используем транзистор NPN для усиления сигналов, которые демонстрируются с помощью осциллографа.

Как мы знаем, транзистор обычно используется в качестве транзистора в качестве переключателя или транзистора в качестве усилителя. Мы объяснили транзистор как переключатель в нашем предыдущем руководстве, а теперь для с использованием транзистора в качестве усилителя мы продемонстрировали схему, и она работает в этом руководстве. Для использования транзистора в качестве усилителя у нас есть три конфигурации транзисторов, которые описаны ниже.

Каковы конфигурации транзисторов?

Как правило, существует три типа конфигураций, и их описание в отношении усиления выглядит следующим образом:

  • Конфигурация с общей базой (CB): без усиления по току, но с усилением по напряжению.
  • Общий коллектор (CC) Конфигурация: он имеет усиление по току, но без усиления по напряжению.
  • Конфигурация с общим эмиттером
  • (CE): он имеет усиление по току и по напряжению.

Здесь мы объясняем конфигурацию Common-Emitter, так как это наиболее используемая и популярная конфигурация. Чтобы узнать о двух других конфигурациях, типах транзисторов и их работе, следуйте связанной статье.

Конфигурация с общим эмиттером

В конфигурации CE (общий эмиттер) мы получаем выходной сигнал от клеммы коллектора.Вход подается на базовый терминал, а эмиттер является общим для входа и выхода. Эта конфигурация представляет собой схему инвертирующего усилителя. Здесь входными параметрами являются V BE и I B , а выходными параметрами — V CE и I C .

В этой конфигурации сумма тока коллектора и базы равна току эмиттера.

  I  E  = I  C  + I  B   

Коэффициент усиления по току (бета) определяется соотношением тока коллектора и тока базы в этой конфигурации.

  Коэффициент усиления по току (β) = I  C  / I  B   

Эта конфигурация является наиболее часто используемой конфигурацией среди всех трех, поскольку она имеет среднее значение входного и выходного импеданса. Фазовый сдвиг выходного сигнала составляет 180 °, следовательно, выходной и входной сигнал противоположны друг другу.

Компоненты, необходимые для схемы транзисторного усилителя
  • BC547-NPN Транзистор
  • Резистор (10 кОм, 4,7 кОм, 1,5 кОм, 1 кОм)
  • Конденсатор (0.1 мкФ, 1 мкФ, 22 мкФ)
  • Осциллограф
  • Соединительные провода
  • Макет
  • Питание 12 В

Схема простого транзисторного усилителя

Работа транзистора в качестве усилителя

На приведенной выше принципиальной схеме мы сделали цепь делителя напряжения, используя резисторы R1 и R2 номиналами 4,7 кОм и 1,5 кОм соответственно. Следовательно, выход схемы делителя напряжения используется для правильного смещения для включения транзистора.Напряжение на клеммах базы транзистора, необходимое для включения транзистора, находится в диапазоне от 0,7 (мин.) До 5 В (макс.). Вы можете изменить номинал резистора, но базовое входное напряжение не должно выходить за пределы диапазона. Когда на схему подается питание, выход схемы делителя напряжения обеспечивает напряжение, достаточное для смещения транзистора.

Здесь R4 используется как токоограничивающий резистор, а C2 используется как шунтирующий конденсатор, а R3-C3 создают RC-фильтр для выходного сигнала.

Имеется три рабочих области транзистора, упомянутые ниже:

  • Область отсечки: , когда напряжение между базой и эмиттером меньше 0.7В, транзистор в области отсечки.
  • Область насыщения: Когда V BC и V BE увеличиваются и оба имеют прямое смещение, тогда транзистор находится в области насыщения.
  • Активная область: , когда напряжение базы увеличивается, но напряжение V BC (база-коллектор) все еще отрицательное, до этого значения транзистор остается в активной области.

Транзистор будет работать как усилитель только тогда, когда он будет работать в активной области.Здесь транзистор работает как усилитель, мы использовали конфигурацию с общим эмиттером.

Следовательно, импульсный вход, подаваемый на базу, усиливается и принимается на конденсаторе C3.

Теперь вопрос в том, как это усиливается? Когда входной импульс становится ВЫСОКИМ, он включает транзистор, и ток начинает течь от коллектора к эмиттеру в течение этого времени, что означает, что импульс от коллектора к эмиттеру также становится ВЫСОКИМ для этого времени и наоборот. Таким образом, транзистор просто имитирует входной импульс (который отключен от низкого напряжения) выходному импульсу (который находится под высоким напряжением, 12 В в нашей схеме).

Транзисторный усилитель

: теория, работа, принципиальная схема

Усиление — это процесс увеличения слабого сигнала. В системах управления усилители используются для увеличения токов и напряжений малых сигналов, чтобы они могли выполнять полезную работу.

Усиление достигается за счет использования небольшого входного сигнала для управления выходом энергии от более крупного источника, такого как блок питания.

Усиление осуществляется транзисторами и операционными усилителями (ОУ).Усилители необходимы для усиления эффекта небольшого изменения напряжения. Ток и сопротивление производятся входными датчиками.

Усиление усилителя

Основная задача усилителя — добиться усиления. Коэффициент усиления — это отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала.

При определении коэффициента усиления усилитель можно рассматривать как черный ящик. Сигнал, подаваемый на вход черного ящика, приводит к выходу из ящика.Математически усиление можно найти, разделив выход на вход:

\ [Gain = \ frac {Output} {Input} \]

Часто один усилитель не обеспечивает достаточного усиления для увеличения выходного сигнала до необходимой амплитуды. В таком случае можно использовать два или более усилителя для получения необходимого усиления. См. Рисунок 1.

Например, , усилитель A имеет коэффициент усиления 10, а усилитель B имеет коэффициент усиления 10. Общий коэффициент усиления двух усилителей равен 100 (10 × 10 = 100). Если бы коэффициенты усиления усилителей были 8 и 9 соответственно, общий коэффициент усиления был бы 72 (8 × 9 = 72).

Усилители, подключенные таким образом, называются каскадными усилителями . Для многих усилителей коэффициент усиления исчисляется сотнями или даже тысячами.

Рисунок 1. Добавление усилителей для получения необходимого усиления, если один усилитель не обеспечивает достаточного усиления для увеличения выходного сигнала до необходимой амплитуды.

Примечание: Коэффициент усиления — это отношение выходного сигнала к входному, и к нему не привязаны единицы измерения, такие как вольт или ампер.Поэтому термин «усиление» используется для описания усиления по току, усилению по напряжению и усилению по мощности. В каждом случае вывод просто сравнивается с вводом.

Теория транзисторного усилителя

Транзисторы могут использоваться как устройства усиления переменного тока. Транзистор — это трехконтактное устройство, которое регулирует ток через устройство в зависимости от величины напряжения, приложенного к базе. Транзисторы биполярные устройства .

Биполярное устройство — это устройство, в котором и дырки, и электроны используются в качестве внутренних носителей для поддержания протекания тока.Транзисторы могут быть транзисторами PNP или NPN.

Транзистор PNP сформирован путем размещения тонкого слоя материала N-типа между двумя слоями материала P-типа. Транзистор NPN сформирован путем размещения тонкого слоя материала P-типа между двумя слоями материала N-типа. См. Рисунок 2.

Рисунок 2. Обозначение транзистора PNP и обозначение транзистора NPN

Клеммы транзистора — это эмиттер (E), база (B) и коллектор (C). Символы для транзисторов PNP и NPN показывают эмиттер, базу и коллектор в одних и тех же местах. Разница в выводах — это направление стрелки эмиттера.

В обоих случаях стрелка указывает от материала P-типа к материалу N-типа.

Схема транзисторного усилителя

Три основных транзисторных усилителя: с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллектором. См. Рисунок 3.

Каждый усилитель назван в честь транзисторного соединения, общего для входа и нагрузки. Например, , вход схемы с общим эмиттером проходит через базу и эмиттер, а нагрузка — через коллектор и эмиттер. Таким образом, излучатель общий для входа и нагрузки.

Рисунок 3. Принципиальная схема трех основных транзисторных усилителей: транзисторный усилитель с общим эмиттером, транзисторный усилитель с общей базой и транзисторный усилитель с общим коллектором.

Транзисторы

изготавливаются с двумя или тремя выводами, выходящими из корпуса.См. Рисунок 4. Эти пакеты принимаются во всей отрасли независимо от производителя.

Когда необходимо использовать транзистор определенной формы, для справки используется номер контура транзистора (TO).

Номер контура транзистора (TO) — это номер, определяемый производителем, который представляет форму и конфигурацию транзистора. См. Рисунок 5.

Габаритные номера транзисторов определяются отдельными производителями. Примечание: на виде снизу транзистора ТО-3 видны только два вывода (клеммы).Обычно транзисторы используют металлический корпус в качестве вывода коллекторного контакта.

Рисунок 4 . Транзисторы имеют два или три вывода, выходящих из корпуса.

Рис. 5. Номер контура транзистора (TO) — это число, определяемое производителем, которое представляет форму и конфигурацию транзистора.

Смещение транзистора

В любой транзисторной схеме соединение база / эмиттер всегда должно быть смещено в прямом направлении, а соединение база / коллектор всегда должно быть смещено в обратном направлении.См. Рисунок 6.

Внешнее напряжение (напряжение смещения) подключается так, что положительный вывод подключается к материалу P-типа (основание), а отрицательный вывод подключается к материалу N-типа (эмиттер). Эта конструкция смещает вперед переход база / эмиттер.

Ток течет от эмиттера к базе. Происходит то же действие, что и для полупроводникового диода с прямым смещением.

В любой транзисторной схеме переход база / коллектор всегда должен иметь обратное смещение.Внешнее напряжение подключается так, что отрицательная клемма подключается к материалу P-типа (основание), а положительная клемма подключается к материалу N-типа (коллектор). Эта конструкция смещает соединение база / коллектор в обратном направлении.

Во внешней цепи течет только очень небольшой ток (ток утечки). Происходит то же действие, что и в полупроводниковом диоде с обратным смещением.

Рисунок 6. В транзисторной схеме соединение база / эмиттер всегда должно быть смещено в прямом направлении, а соединение база / коллектор всегда должно быть смещено в обратном направлении.

Ток транзистора

Отдельные PN-переходы могут использоваться в сочетании с двумя схемами смещения. Переход база / эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база / коллектор — в обратном. Такое расположение цепей приводит к совершенно иному пути тока, чем путь, возникающий при раздельном смещении отдельных цепей.См. Рисунок 7.

Прямое смещение схемы база / эмиттер заставляет эмиттер инжектировать электроны в обедненную область между эмиттером и базой.

Поскольку толщина базы составляет менее 0,001 ′ ′ для большинства транзисторов, более положительный потенциал коллектора тянет электроны через тонкую базу. В результате, , больший процент (95%) доступных свободных электронов из эмиттера проходит непосредственно через базу (IC) в материал N-типа, который является коллектором транзистора.

Рис. 7. В транзисторе, когда оба перехода смещены одновременно, создается совершенно другой путь тока, чем когда каждый переход смещен отдельно.

Как сделать простой усилитель на транзисторе?

Привет, ребята! Как поживаешь?

Надеюсь, у вас все хорошо и вы в безопасности.

Сегодня у меня для всех интересный проект.

В этой статье я научу вас , как сделать простой усилитель на транзисторе.

Это несложно, но очень привлекательно.

Видите ли, по какой-то причине, когда я впервые услышал слово «усилитель» в школе, я сразу подумал о — большом динамике.

Только позже я понял, что усилители не просто усиливают звук . Они бывают разных классов, и они в разной степени усиливают разные физические сущности.

Вначале я хотел сконструировать эту статью вокруг усилителя напряжения.Но чтобы сделать его более доступным для широких масс, я подумал, почему бы не написать эту статью в качестве руководства по , как сделать простой усилитель звука с транзистором.

Это привлечет больше внимания к теме, потому что звук играет большую роль в том, чтобы развлечь почти каждого из нас.

Итак, мои рассуждения просты: если я научу вас чему-то, что вас интересует, вы узнаете больше.

Надеюсь, вы согласны или, по крайней мере, понимаете мотивировку статьи.

Теперь, без лишних слов, давайте перейдем к этому.


Кстати, вот еще несколько статей, которые, я думаю, заинтересуют вас. Все они открываются в новой вкладке.


Давайте начнем с самого простого вопроса, который, я уверен, у вас возник бы до того, как сюда попали.

Что такое усилитель на одном транзисторе?

Однотранзисторный усилитель — это примерно то, что звучит.

Если схема усилителя состоит только из одного усилителя, который отвечает за усиление слабого сигнала.

В то время как однокаскадный или одиночный транзисторный усилитель широко используется в качестве обучающего инструмента, в большинстве практических приложений несколько транзисторов соединены каскадно.

По очевидным причинам это придает схеме определенную степень сложности, но эти сложные схемы можно разбить на простые одноступенчатые усилители и проанализировать.

Звучит забавно, но когда я впервые услышал, на что способен усилитель, я подумал, что это за колдовство?

Как что-то может увеличить мощность такого слабого сигнала?

Немного позже я понял, что увеличение мощности является результатом забора энергии от источника питания и управления выходом для дублирования формы входного сигнала (но, конечно, с большей амплитудой).

Итак, не смущайтесь, если вы думаете, что транзистор — это нечто волшебное.

В некотором смысле это так. И он управляет вашим миром.

Матричная тема фильма усиливается.

Можно ли сделать усилитель на любом транзисторе?

Еще один очень важный вопрос, который необходимо решить, прежде чем мы продолжим.

И именно такие вопросы обычно возникают в головах людей, которые недавно начали изучать практическую электронику.

Итак, из любого транзистора можно сделать усилитель?

С технической точки зрения, каждый транзистор в целом представляет собой усилитель.

В более раннем сегменте этого поста я упоминал, что хотел создать эту статью, чтобы научить вас создавать усилитель напряжения.

Итак, транзисторы — это объекты, которые помогают в усилении физических параметров, таких как ток, напряжение, мощность, звук и т. Д.

Процесс усиления не является результатом независимого действия, а потому, что транзистор способен управлять большим током на выходе, используя слабый сигнал на входе.

Проще говоря, транзистор способен воспроизводить входной сигнал в усиленной форме с использованием внешнего источника питания.

Два наиболее часто используемых типа транзисторов — это биполярные и полевые транзисторы.

Коэффициент усиления BJT или бета — это отношение тока коллектора к току базы.

Неважно, какой транзистор вы используете, он в конечном итоге будет действовать как усилитель сигналов.

Схема простого усилителя

на транзисторе

Хорошо, с этими основами пора приступить к созданию простого усилителя на транзисторе.

Лучший способ составить основу того, как вы собираетесь поступать в электронике, — это принципиальная схема.

Итак, позвольте мне сначала поделиться с вами принципиальной схемой, которую мы собираемся использовать для создания усилителя звука на транзисторе.

Схема простого усилителя звука BJT

Как сделать простой усилитель на транзисторе?

Хорошо, теперь, когда у нас есть основы и принципиальная схема, давайте систематически создадим наш аудиоусилитель с транзистором.

Вот компоненты, которые вам понадобятся.

Когда у вас есть все необходимые компоненты, выполните следующие действия, чтобы создать себе усилитель звука.

Это действительно так же просто, как увидеть принципиальную схему и разместить соответствующие компоненты в тандеме друг с другом и подать питание.

Однако, насколько я знаю, эту статью увидят многие новички.

Вот как вы действуете.

  1. Помните, что крайняя линия макета из соображений удобства и по соглашению считается источником питания, а линия рядом с ней — заземлением.
  2. Прежде всего, установите резистор на макетную плату.
  3. Теперь поместите резистор 2,2 кОм между контактами 1 и 2 транзистора. Свободно сказано, закоротите контакты 1 и 2 транзистора с помощью резистора 2,2 кОм.
  4. Теперь поместите положительный полюс конденсатора так, чтобы он соединялся с контактом 1 транзистора.
  5. Отрицательный конец того же конденсатора подключается к одному концу разъема 3,5 мм.
  6. Другой конец разъема 3,5 мм подключается к заземлению контакта 3 транзистора.
  7. Теперь подключим динамик. Подключите один конец динамика к контакту 2 транзистора, как показано на принципиальной схеме.
  8. Другой конец динамика подключается к плюсовой клемме 5-вольтовой батареи.
  9. Наконец, подключите отрицательный конец источника питания к контакту 3 транзистора, создав таким образом общую землю.

Вот и все. Вам остается только подключить разъем 3,5 мм к аудиовыходу вашего любимого устройства и наслаждаться усиленным звуком.

Вы даже можете попробовать создать постоянную схему на печатной плате и использовать ее в качестве проигрывателя подкастов.

Вам решать, как вы хотите его использовать.

Какие транзисторы лучше всего подходят для усилителя?

Итак, вот как сделать простой усилитель на транзисторе.

Если вы новичок или начинаете заниматься практической электроникой, я думаю, что этот проект может стать отличной отправной точкой.

Еще один очень важный вопрос, который, как мне кажется, имеет смысл рассмотреть здесь, — какие транзисторы, помимо тех, которые мы здесь использовали, подходят для проектов усилителей.

Что касается применения транзисторов для усиления звука, существует множество различных типов BJT, которые вы можете рассмотреть.

При этом вы также должны помнить о том, что схема усилителя звука будет работать всей схемой, а не только транзистором.

Два моих любимых выбора, когда дело доходит до транзисторов для усиления звука:

  • 2N4401 (NPN) и,
  • 2N4403 (PNP)

Я использовал эти два транзистора во многих проектах на протяжении многих лет.

Они имеют приличный коэффициент усиления и могут работать с напряжениями в диапазоне ~ 40 В, что должно быть достаточно для большинства практических проектов.

Еще раз подчеркнем, что, если честно, речь идет не о транзисторах.

Вы можете создать отличные усилители звука, используя эти транзисторы, и вы также можете не получить желаемых результатов, если всей схеме не уделено достаточно внимания на этапе планирования.

И по этой причине в начале этой статьи я подчеркнул важность владения основами .

И вы, очевидно, не ограничены только BJT-транзисторами в качестве предпочтительных транзисторов. Вы также можете использовать полевые транзисторы JFET и MOSFET.

И снова их развертывание потребует хорошего понимания того, как создать дополнительную схему, которая позволит вам правильно использовать их.

Если вы новичок, я бы порекомендовал вам придерживаться BJT, а когда вы хорошо разбираетесь, окунитесь в более продвинутые схемы, которые используют JFET и MOSFET.

Часто задаваемые вопросы

Надеюсь, вам понравилось создавать свой транзисторный усилитель, и если да, то я надеюсь, что вы примените его с пользой.

Хотя я могу с уверенностью сказать, что я охватил все основные основы и сопутствующие темы, чтобы помочь выполнить проект, я понимаю, что знания всегда ограничены.

Поэтому в этой небольшой анкете я пытаюсь охватить еще несколько вопросов, которые внесут еще большую ясность.

Если у вас есть еще вопросы, просто дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Если запрос эффективен и помогает широкому кругу пользователей, я включу вопросы в этот раздел.

Можно ли использовать полевые МОП-транзисторы в качестве усилителей?

Да, полевые МОП-транзисторы определенно можно использовать в качестве линейных усилителей. Однако, в отличие от переходных транзисторов, полевые МОП-транзисторы, являющиеся устройствами с управлением по току, используются в основном как коммутационные блоки, а не как обычные линейные усилители.

В чем разница между транзисторами NPN и PNP?

Конструктивно транзистор NPN имеет слой кремния p-типа между двумя слоями n-типа. В транзисторах PNP все наоборот.Транзисторы NPN находят применение в первую очередь в коммутации и усилении. С другой стороны, транзисторы PNP находят применение в парных схемах Дарлингтона и для управления током в тяжелых приложениях, таких как робототехника.

Как транзисторы работают как переключатели?

Работа в качестве переключателя в электронной схеме — одно из наиболее важных применений, которым может подвергаться транзистор. Транзистор позволяет току течь через коллектор-эмиттер с напряжением, приложенным к базе. Следовательно, когда базовое напряжение не подается, переключатель находится в положении ВЫКЛ, а когда присутствует базовое напряжение, переключатель находится в положении ВКЛ.

Надеюсь, вам понравилось читать и изучать эту статью о том, как сделать простой усилитель на транзисторе.

Теперь я знаю, что, несмотря на все мои усилия, могут быть некоторые моменты, которые я, возможно, не смог осветить в отношении основной темы или вспомогательных тем, связанных с ней.

Если у вас есть какие-либо другие вопросы, комментарии или отзывы относительно всего, что вы здесь прочитали, дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Береги себя, увидимся в следующем!

Тада!

Вы успешно подписались!

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *