Качественный усилитель нч на транзисторах. Мощный усилитель на транзисторах. Двухтактный звуковой усилитель

Редакция сайта «Две Схемы» представляет простой, но качественный усилитель НЧ на транзисторах MOSFET. Его схема должна быть хорошо известна радиолюбителям аудиофилам, так как ей уже лет 20. Схема является разработкой знаменитого Энтони Холтона, поэтому её иногда так и называют — УНЧ Holton. Система усиления звука имеет низкие гармонические искажения, не превышающие 0,1%, при мощности на нагрузку порядка 100 Ватт.

Данный усилитель является альтернативой для популярных усилителей серии TDA и подобных попсовых, ведь при чуть большей стоимости можно получить усилитель с явно лучшими характеристиками.

Большим преимуществом системы является простая конструкция и выходной каскад, состоящий из 2-х недорогих МОП-транзисторов. Усилитель может работать с динамиками сопротивлением как 4, так и 8 Ом. Единственной настройкой, которую необходимо выполнить во время запуска — будет установка значения тока покоя выходных транзисторов.

Принципиальная схема УМЗЧ Holton

Усилитель Холтон на MOSFET — схема

Схема является классическим двухступенчатым усилителем, он состоит из дифференциального входного усилителя и симметричного усилителя мощности, в котором работает одна пара силовых транзисторов. Схема системы представлена выше.

Печатная плата

Печатная плата УНЧ — готовый вид

Вот архив с PDF файлами печатной платы — .

Принцип работы усилителя

Транзисторы Т4 (BC546) и T5 (BC546) работают в конфигурации дифференциального усилителя и рассчитаны на питание от источника тока, построенного на основе транзисторов T7 (BC546), T10 (BC546) и резисторах R18 (22 ком), R20 (680 Ом) и R12 (22 ком). Входной сигнал подается на два фильтра: нижних частот, построенный из элементов R6 (470 Ом) и C6 (1 нф) — он ограничивает ВЧ компоненты сигнала и полосовой фильтр, состоящий из C5 (1 мкф), R6 и R10 (47 ком), ограничивающий составляющие сигнала на инфранизких частотах.

Нагрузкой дифференциального усилителя являются резисторы R2 (4,7 ком) и R3 (4,7 ком). Транзисторы T1 (MJE350) и T2 (MJE350) представляют собой еще один каскад усиления, а его нагрузкой являются транзисторы Т8 (MJE340), T9 (MJE340) и T6 (BD139).

Конденсаторы C3 (33 пф) и C4 (33 пф) противодействуют возбуждению усилителя. Конденсатор C8 (10 нф) включенный параллельно R13 (10 ком/1 В), улучшает переходную характеристику УНЧ, что имеет значение для быстро нарастающих входных сигналов.

Транзистор T6 вместе с элементами R9 (4,7 ком), R15 (680 Ом), R16 (82 Ом) и PR1 (5 ком) позволяет установить правильную полярность выходных каскадов усилителя в состоянии покоя. С помощью потенциометра необходимо установить ток покоя выходных транзисторов в пределах 90-110 мА, что соответствует падению напряжения на R8 (0,22 Ом/5 Вт) и R17 (0,22 Ом/5 Вт) в пределах 20-25 мВ. Общее потребление тока в режиме покоя усилителя должен быть в районе 130 мА.

Выходными элементами усилителя являются МОП-транзисторы T3 (IRFP240) и T11 (IRFP9240).

Транзисторы эти устанавливаются как повторитель напряжения с большим максимальным выходным током, таким образом, первые 2 каскада должны раскачать достаточно большую амплитуду для выходного сигнала.

Резисторы R8 и R17 были применены, в основном, для быстрого измерения тока покоя транзисторов усилителя мощности без вмешательства в схему. Могут они также пригодиться в случае расширения системы на еще одну пару силовых транзисторов, из-за различий в сопротивлении открытых каналов транзисторов.

Резисторы R5 (470 Ом) и R19 (470 Ом) ограничивают скорость зарядки емкости проходных транзисторов, а, следовательно, ограничивают частотный диапазон усилителя. Диоды D1-D2 (BZX85-C12V) защищают мощные транзисторы. С ними напряжение при запуске относительно источников питания у транзисторов не должно быть больше 12 В.

На плате усилителя предусмотрены места для конденсаторов фильтра питания С2 (4700 мкф/50 в) и C13 (4700 мкф/50 в).

Самодельный транзисторный УНЧ на МОСФЕТ

Управление питается через дополнительный RC фильтр, построенный на элементах R1 (100 Ом/1 В), С1 (220 мкф/50 в) и R23 (100 Ом/1 В) и C12 (220 мкф/50 в).

Источник питания для УМЗЧ

Схема усилителя обеспечивает мощность, которая достигает реальных 100 Вт (эффективное синусоидальная), при входном напряжении в районе 600 мВ и сопротивлением нагрузки 4 Ома.

Усилитель Холтон на плате с деталями

Рекомендуемый трансформатор — тороид 200 Вт с напряжением 2х24 В. После выпрямления и сглаживания должно получиться двух полярное питание усилители мощности в районе +/-33 Вольт. Представленная здесь конструкция является модулем монофонического усилителя с очень хорошими параметрами, построенного на транзисторах MOSFET, который можно использовать как отдельный блок или в составе .

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

Эта схема усилителя звука была создана всеми любимым британским инженером (электронщик-звуковик) Линсли-Худом. Сам усилитель собран всего на 4-х транзисторах. С виду — обыкновенная схема усилителя НЧ, но это лишь с первого взгляда. Опытный радиолюбитель сразу поймет, что выходной каскад усилителя работает в классе А. Гениально то, что просто и эта схема тому доказательство. Это сверхлинейная схема, где форма выходного сигнала не изменяется, то, есть на выходе мы получаем ту же форму сигнала, что на входе, но уже усиленный. Схема более известна под названием JLH — ультралинейный усилитель класса А , и сегодня я решил представить ее вам, хотя схема далеко не новая. Данный усилитель звука, своими руками собрать может любой рядовой радиолюбитель, благодаря отсутствию в конструкции микросхем, делающей его более доступным.

Как сделать усилитель для колонок

Схема усилителя звука

В моем случае использовались только отечественные транзисторы, поскольку с импортными напряг, да и стандартные транзисторы схемы, найти нелегко. Выходной каскад построен на мощных отечественных транзисторах серии КТ803 — именно с ними звук кажется лучше. Для раскачки выходного каскада использован транзистор средней мощности серии КТ801 (удалось найти с трудом). Все транзисторы можно заменить на другие (в выходном каскаде можно использовать КТ805 или 819). Замены не критичны.

Совет: кто решит попробовать на «вкус» этот самодельный усилитель звука — используйте германиевые транзисторы, они лучше звучат (ИМХО). Было создано несколько версий этого усилителя, все они звучат… божественно, других слов не могу найти.

Мощность представленной схемы не более 15 ватт (плюс минус), ток потребления 2 Ампер (иногда чуть больше). Транзисторы выходного каскада будут греться даже без подачи сигнала на вход усилителя. Странное явление, не правда ли? Но для усилителей класса. А, это вполне нормальное явление, большой ток покоя — визитная карточка буквально всех известных схем этого класса.

В ролике представлена работа самого усилителя, подключенного к колонкам. Обратите внимание, что ролик снят на мобильный телефон, но о качестве звука можно судить и так. Для проверки любого усилителя стоит лишь послушать всего одно мелодию — Бетховен «К Элизе». После включения становится ясно, что за усилитель перед вами.

90% микросхемных усилителей не выдержат тест, звук будет «обломанным» могут наблюдаться хрипы и искажения при высоких частотах. Но вышесказанное не касается схемы Джона Линсли, ультралинейность схемы позволяет полностью повторить форму входного сигнала, этим получая только чистое усиление и синусоиду на выходе.

После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.

Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.

Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.

Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.

Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.

Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.

Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.

Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.

Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.

И наконец — третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.

Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.

Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.

Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Усилитель на микросхеме TDA2003
	Аудио усилитель	TDA2003	1			В блокнот
С1		47 мкФ х 25В	1			В блокнот
С2	Конденсатор	100 нФ	1	Пленочный		В блокнот
С3	Электролитический конденсатор	1 мкФ х 25В	1			В блокнот
С5	Электролитический конденсатор	470 мкФ х 16В	1			В блокнот
R1	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R2	Переменный резистор	50 кОм	1	От 10 кОм до 50 кОм		В блокнот
Ls1	Динамическая головка	2-4 Ом	1			В блокнот
	Усилитель на транзисторах схема №2
VT1-VT3	Биполярный транзистор	КТ315А	3			В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	1 мкФ х 16В	1			В блокнот
С2, С3	Электролитический конденсатор	1000 мкФ х 16В	2			В блокнот
R1, R2	Резистор	100 кОм	2			В блокнот
R3	Резистор	47 кОм	1			В блокнот
R4	Резистор	1 кОм	1			В блокнот
R5	Переменный резистор	50 кОм	1			В блокнот
R6	Резистор	3 кОм	1			В блокнот
	Динамическая головка	2-4 Ом	1			В блокнот
	Усилитель на транзисторах схема №3
VT2	Биполярный транзистор	КТ315А	1			В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ361А	1			В блокнот
VT4	Биполярный транзистор	КТ815А	1			В блокнот
VT5	Биполярный транзистор	КТ816А	1			В блокнот
VD1	Диод	Д18	1	Или любой маломощный		В блокнот
С1, С2, С5	Электролитический конденсатор	10 мкФ х 16В	3

Время чтения ≈ 6 минут

Усилители – наверное, одни из первых устройств, которые начинают конструировать радиолюбители-новички. Собирая УНЧ на транзисторах своими руками при помощи готовой схемы, многие используют микросхемы.

Транзисторные усилители хоть и отличаются огромным числом , но каждый радиоэлектронщик постоянно стремится сделать что-то новое, более мощное, более сложное, интересное.

Более того, если вам нужен качественный, надежный усилитель, то стоит смотреть в сторону именно транзисторных моделей. Ведь, именно они наиболее дешевые, способны выдавать чистый звук, и их легко сконструирует любой новичок.

Поэтому, давайте разберемся, как сделать самодельный усилитель НЧ класса B.

Примечание! Да-да, усилители класса B тоже могут быть хорошими. Многие говорят, что качественный звук могут выдавать лишь ламповые устройства. Отчасти это правда. Но, взгляните на их стоимость.

Более того, собрать такое устройство дома – задача далеко не из легких. Ведь вам придется долго искать нужные радиолампы, после чего покупать их по довольно высокой цене. Да и сам процесс сборки и пайки требует какого-то опыта.

Поэтому, рассмотрим схему простого, и в то же время качественного усилителя низкой частоты, способного выдавать звук мощность 50 Вт.

Старая, но проверенная годами схема из 90-х

Схема УНЧ, который мы будем собирать, впервые была опубликована в журнала «Радио» за 1991 год. Ее успешно собрали сотни тысяч радиолюбителей. Причем, не только для и улучшения мастерства, но и для использования в своих аудиосистемах.

Итак, знаменитый усилитель низкой частоты Дорофеева:

Уникальность и гениальность этой схемы кроется в ее простоте. В этом УНЧ применяется минимальное количество радиоэлементов, и предельно простой источник питания. Но, устройство способно «брать» нагрузку в 4 Ома, и обеспечивать выходную мощность в 50 Вт, чего вполне достаточно для домашней или автомобильной акустической системы.

Многие электротехники совершенствовали, дорабатывали эту схему. И. для удобства мы взяли самый современный ее вариант, заменив старые компоненты на новые, чтобы вам было проще конструировать УНЧ:

Описание схемы усилителя низких частот

В этом «переработанном» Доровеевском УНЧ были использованы уникальные и наиболее эффективные схематические решения. К примеру, сопротивление R12. Этот резистор ограничивает ток на коллекторе выходного транзистора, тем самым ограничивая максимальную мощность усилителя.

Важно! Не стоит менять номинал R12, чтобы увеличить выходную мощность, так как он подобран именно под те компоненты, что применяются в схеме. Этот резистор защищает всю схему от коротких замыканий .

Выходной каскад транзисторов:

Тот самый R12 «вживую»:

Резистор R12 должен иметь мощность на 1 Вт, если под рукой такого нет – берите на полватта. Он имеет параметры, обеспечивающие коэффициент нелинейных искажений до 0,1% на частоте в 1 кГц, и не более 0,2% при 20 кГц. То есть, на слух никаких изменений вы не заметите. Даже при работе на максимальной мощности.

Блок питания нашего усилителя нужно подобрать двухполярный, с выходными напряжениями в пределах 15-25 В (+- 1 %):

Чтобы «поднять» мощность звука, можно увеличить напряжение. Но, тогда придется параллельно произвести замену транзисторов в оконечном каскаде схемы. Заменить их нужно на более мощные, после чего провести перерасчет нескольких сопротивлений.

Компоненты R9 и R10 должны иметь номинал, в соответствии с подающимся напряжением:

Они, с помощью стабилитрона, ограничивают проходящий ток. В этой же части цепи собирается параметрический стабилизатор, который нужен для стабилизации напряжения и тока перед операционным усилителем:

Пара слов о микросхеме TL071 – «сердце» нашего УНЧ. Ее считают отличным операционным усилителем, которые встречается как в любительских конструкциях, так и в профессиональной аудиоаппаратуре. Если нет подходящего операционника, его можно заменить на TL081:

Вид «в реальности» на плате:

Важно! Если вы решите применять в этой схеме какие-либо другие операционные усилители, внимательно изучайте их распиновку, ведь «ножки» могут иметь другие значения .

Для удобства микросхему TL071 стоит монтировать на предварительно впаянную в плату пластиковую панельку. Так можно будет быстро заменить компонент на другой в случае необходимости.

Полезно знать! Для ознакомления представим вам еще одну схему этого УНЧ, но без усиливающей микросхемы. Устройство состоит исключительно из транзисторов, но собирается крайне редко ввиду устаревания и неактуальности.

Чтобы было удобнее, мы постарались сделать печатную плату минимальной по размерам – для компактности и простоты монтажа в аудиосистему:

Все перемычки на плате нужно запаивать сразу же после травления.

Транзисторные блоки (входного и выходного каскада) нужно монтировать на общий радиатор. Разумеется, они тщательно изолируются от теплоотвода.

На схеме они здесь:

А тут на печатной плате:

Если в наличии нет готовых, радиаторы можно изготовить из алюминиевых или медных пластин:

Транзисторы выходного каскада должны иметь рассеиваемую мощность как минимум в 55 Вт, а еще лучше – 70 или целых 100 Вт. Но, этот параметр зависит от подающегося на плату напряжения питания.

Из схемы понятно, что на входном и выходном каскаде применяется по 2 комплементарных транзистора. Нам важно подобрать их по усиливающему коэффициенту. Чтобы определить этот параметр, можно взять любой мультиметр с функцией проверки транзисторов:

Если такого устройства у вас нет, тогда придется одолжить у какого-то мастерам транзисторный тестер:

Стабилитроны стоит подбирать по мощности на полватта. Напряжение стабилизации у них должно составлять 15-20 В:

Блок питания. Если вы планируете смонтировать на свой УНЧ трансформаторный БП, тогда подберите конденсаторы-фильтры с емкостью как минимум 5 000 мкФ. Тут чем больше – тем лучше.

Собранный нами усилитель низких частот относится к B-классу. Работает он стабильно, обеспечивая почти кристально-чистое звучание. Но, БН лучше всего подбирать так, чтобы он мог работать не на всю мощность. Оптимальный вариант – трансформатор габаритной мощностью минимум в 80 Вт.

Вот и все. Мы разобрались, как собрать УНЧ на транзисторах своими руками с помощью простой схемы, и как его в будущем можно усовершенствовать. Все компоненты устройства найдутся , а если их нет – стоит разобрать пару-тройку старых магнитофонов или заказать радиодетали в интернете (стоят они практически копейки).

Порядок выполнение работы

Часть 1:

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. Построить схему однокаскадного транзисторного УПТ по рис6.1., дополнив ее необходимым оборудованием и провести ее исследование при переменном источнике входного сигнала кГц. Исследования провести при следующих значениях параметров элементов схемы: к, к, к, В, кГц, В. Полученные данные занести в таблицу измерений.

3. Зарисовать временные диаграммы входного и выходного сигналов и уста­новить параметры U_bx, E_П, R_Б, R_k, при которых УПТ работает в линейном (усилительном) режиме и режиме насыщения (ключевой режим).

4. Объяснить полученные результаты.

Таблица 1

№ опыта	Параметры
	Задаваемые				Измеряемые
	Ubx,	ЕП,	RБ,	Rk,	UБЭ,	UН,	IБ,	IК,	IЭ,	IН,
	В	В	кОм	кОм	В	В	А	А	А	А
1.
2.
3.
4.
5.

Часть 2:

1. Для выполнения этой части ра­боты необходимо собрать схему транзисторного УПТ с цепями смещения по постоянному току (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема УПТ с цепями смещения

2. Установить параметры всех используемых элементов схемы.

3. Провести исследования формы выходного сигнала с их прорисовкой в режиме Графического Редактора EWB при разных значениях В, R2=1…100к, R3=1…100к, добиваясь минимума искажений при макси­мальном значении коэффициента усиления Ку входного сигнала (допустимо Ку<1).

4. Зарисовать характерные временные диаграммы.

5. Объяснить полученные результаты.

Содержание отчета

1. Основные теоретические положения работы.

2. Рабочая схема, таблица, графики.

3. Вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Как оценить величину коэффициента усиления УПТ?

2. Что понимают под искажениями выходного сигналами от чего они бывают?

3. На какие параметры УПТ влияет изменение питающего напряжения Е_П?

4. Особенности работы УПТ в линейном и ключевом режимах?

5. Какую составляющую входного сигнала усиливает УПТ?

Лабораторная работа №7

ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Цель работы: ознакомление с работой транзисторных усилителей низкой частоты.

Общие сведения

Усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для усиления тока или напряжения только переменной составляющей входного сигнала. Поэтому связь с источником сигнала (а также нагрузкой R_h) осуществляется через разделительный конденсатор С (или трансформатор), который не пропускает постоянную составляющую. В схеме УНЧ (рис.7.1.а) используется источник постоянного напряжения, который создает требуемое напряжение смещения, установив, тем самым, рабочую точку транзистора VT на его линейной ВАХ (активный режим) во всем диа­пазоне входного сигнала U_BX.

Следовательно, при заданных диапазоне изменений входного сигнала Ũ_ВХ и коэффициенте усиления К_у каскада (УНЧ) путем задания напряжения смещения U_cm (см. рис.7.1.б) можно «поднимать» или «опускать» выходной сигнал над нуле­вым уровнем за счет подмешивания постоянной составляющей. Осуществляя, тем самым, согласование УНЧ с нагрузкой R_h, не допуская искажения сигнала (см рис.7.1.б, в). Максимально возможный диапазон выходного сигнала здесь определяется величиной коллекторного тока , где Е_П – напряжение питания, R_k – токоограничивающее сопротивление в цепи коллектора транзистора VT УНЧ.

Чтобы подать напряжения смещения U_cm на базу транзистора УНЧ совсем не обязательно иметь отдельный источник. Для этих целей может быть использована часть напряжения источника питания Е_П и иметь одинаковую с ним полярность.

Одним из способов подачи смещения на базу транзистора VT УНЧ показан на рис.7.2.а. Здесь напряжение источника питания Е_П перераспределяется между резистором R1 и входным сопротивлением VT (сопротивление Б-Э). Постоянная составляющая I_Б, создает на резисторе R1 падение напряжения U_r1. Разностное напряжение (Е_П – U_r1) оказывается приложенным между базой Б и эмиттером Э транзистора VT. Это напряжение и является напряжением смещения . Подбирая сопротивление R1, можно обеспечить вели­чину U_r1, и, следовательно, U_cm.

Рис.7.1. Схема однокаскадного УНЧ и его временные диаграммы:

а) функциональная схема, б) входное напряжение, его составляющие и ток нагрузки,

в) искажение токового сигнала в цепи при большой амплитуде входного сигнала.

Другой вариант построения цепи смещения в УНЧ показан на рис.7.2.б. В этом случае напряжение смещения является разностью между напряжением источника питания Е_П и падениием напряжения на резисторах R1 и R_K т.е. . При таком способе подачи напряжения U_CМ на базу Б транзистора VТ режим работы УНЧ в меньшей степени зависит от изменений температуры окружающей среды.

Рис.7.2. Варианты подачи напряжения смещения:

а) подача смещения от источника Е₁₁, б) подача смещения с коллектора К на VT

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. Исследовать схемы УНЧ рис.7.2, дополнив их необходимым контрольно-измери-тельным оборудованием. Измерения параметров схем провести при С=10…100мкФ, R_К= =2к для разных значений R1=0,05…4,7к, Е_П=10…60В, Ũ_ВХ=0,1…5,0В и разместить их в таблице измерений.

Таблица 1

№ опыта	Параметры цепей УНЧ цепей унч
	Назначаемые				Измеряемые
	UВХ, В	ЕП, В	R1, кОм	R2, кОм	UСМ, В	UВЫХ, В	UR1, В	URK, В	IБ, А	IЭ, А
1. 2. 3. 4. 5.

3. Визуально контролируя форму выходных сигналов (осциллограф) установить диапазон значений R1 (для рис.7.2.а) и Rl, R_K (для рис.7.2.6), при которых не происходит искажений сигналов для заданных Ũ_ВХ и Е_П. Сделать зарисовки временных диаграмм в критических точках.

4. Провести общий анализ работы схем и оценить их усилительные свойства (К_у).

Содержание отчета

1. Краткие теоретические положения работы.

2. Рабочие схемы, диаграммы, таблицы.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Необходимость и способы формирования U_СМ в УНЧ?

2. Назначение конденсатора С и резисторов Rl, R_К в схеме УНЧ рис.7.2?

3. Возможна ли работа УНЧ (см. рис.7.2) в режиме насыщения?

4. Как изменится режим работы схемы УНЧ (рис.7.2) при обрыве цепи Rl?

5. Как влияет Е_П на форму выходного сигнала?

Лабораторная работа № 8

МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Цель работы: изучение принципов построения многокаскадных УНЧ и их работу на комплексную нагрузку.

Общие сведения

Если один усилительный каскад не обеспечивает требуемой степени усиления входного сигнала, то применяют последовательное соединение каскадов, при котором выходной сигнал предыдущего каскада подается на вход последующего и дополнительно усиливается им.

Последовательно соединенные усилительные каскады образуют многокаскадный усилитель. Среди известных схем соединений каскадов усилителя наи­большее распространение получили следующие три вида: с гальванической, трансформаторной и резисторно-конденса-торной связью.

В схеме усилителя с гальванической связью выход предыдущего каскада со­единяется с входом последующего посредством проводника или резистора. Такой способ соединения чаще всего используется в многокаскадных усилителях постоянного тока. Во втором случае связь между каскадами усилителя осуществляется через развязывающий трансформатор. Трансформаторный способ связи каскадов характерен для импульсных усилителей тока, например видеоусилителей.

Схема усилителя с резисторно-конденсаторной связью применяется наиболее часто (см. рис.8.1). Разделительные конденсаторы С1, С2 пропускают только переменную составляющую

Рис. 8.1. Функциональная схема с резисторно-конденсаторной связью

сигнала через усилительный тракт. Постоянное напряжение смещения U_cm подается на базы транзисторов VT1 и VT2 первого и второго каскадов через резисторы R2 и R3 соответственно. Основным достоинством подобного построения схемы усилителя является простота настройки, поскольку напряжения на выводы VT1 и VT2 подаются через отдельные электрические цепи. В результате постоянная составляющая коллекторного напряжения первого каскада (VT1) сохраняет заданное значение для второго каскада (VT2) усилителя.

Следует отметить некоторые особенности монтажа многокаскадных усилителей. Особенно важно разместить радиоэлементы в пространстве монтажа, особен­но, если монтируемое устройство предназначено для работы на высоких или сверхвысоких частотах, а также когда мощности сигналов в различных его целях сильно отличаются. В этих условиях некоторые цепи усилителя могут иметь паразитные (емкостные, индуктивные) связи по переменному току, что ведет к нарушению нормальной работы.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. В системе EWB построить схему усилителя по рис.8.2 и провести ее исследование.

Рис.8.2. Измерительная схема двухкаскадного транзисторного усилителя:

Е_П=5…15 В, Ũ_вх=0,1…5,0В, f =1кГц, k_тр =N2/N1=1, С1=СЗ=1,0мкФ, С2=1,0…100,0 мкФ,

R1=0,01…0,5к, R2=0,01…4,7к, R3=1…10к, Rн=100к. VT1, VT2 – типа QPL.

3. Подобрать параметры R3, С2 при минимуме искажений выходного сигнала и максимуме К_у>1.

4. Выполнить измерения напряжений U_o, U₁, U_н и токов I₀, I₁, I₂, I₃, I_н в характеристических точках схемы с последующим занесением данных в табл. 1, прорисовкой выходной временной диаграммы (в цепи R_H) и построением зависимости .

Таблица 1

№ опыта	Еп, В	Ubx, В	Uo, В	U1, В	Uн, В	Iо, А	I1, А	I2, А	I3, А	I4, А	Iн, А
1. 2. 3. 4. 5.

3. Провести анализ работы схемы по результатам эксперимента.

Содержание отчета

1. Краткие теоретические сведения.

2. Рабочая схема, диаграммы, графики.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. С какой целью и по какому принципу строятся многокаскадные усилители?

2. Какими принципами руководствуются при выборе межкаскадных связей?

3. Какие элементы усилителя (рис. 8.2) влияют на его усилительные свойства (коэффициент усиления К_у)?

4. Как изменится работа усилителя (рис.8.2) при исключении конденсатора СЗ из цепи нагрузки R_h?

5. Произойдет ли изменение амплитуды Uн выходного сигнала и его коэффициента усиления К_у при разных значениях сопротивления R_H?

Лабораторная работа №9

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: изучение принципов построения усилителей мощности и особенностей их работы в составе автоматизированного электропривода технологического оборудования.

Общие сведения.

Усилителями мощности (УМ) называют схемы, которые, прежде всего, должны обеспечивать высокую выходную электрическую мощность (Р_эл=JU, ВА), т.е. усиливать выходной сигнал по току J и напряжению U. Выходные напряжения и ток могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Усилители мощности, выходной ток которых имеет только одно направление, называют источниками питания.

Простейшим УМ может служить схема эмиттерного повторителя ЭП (рис.9.1а). Здесь мощность, выделяемая на нагрузке R_н, ,описывается выражением: Р_нЕ_питR_н/2(R+R_н), где Е_пит – напряжение питания, R — сопротивление в эмиттерной цепи транзистора VT, и ограничивается предельным значением тока J_R резистора R. Существенно большей мощности и КПД в нагрузке R_н можно достичь, заменив на дополнительный эмиттерный повторитель на транзисторе противоположной полярности VT2 (см. рис.9.1.б). Для умощнения выходных каскадов УМ часто используются составные транзисторы, выполненные на одноименной или разноименной по проводимости паре (комплементарной) транзисторов, например транзисторы PNP-PNP, NPN-NPN (см. рис.9.1.в) или PNP-NPN, NPN-PNP.

Рис.9.1. Схемы простейшего УМ:

на эмиттерном повторители (ЭП) с одним (а) и двумя (б) транзисторами

разной проводимости, (в) – составном транзисторе N–проводимости

Порядок выполнения работы.

1. Для проведения моделирования в среде EWB необходимо собрать схему, приведенную на рис.9.2.

Рис.9.2. Схема усилителя мощности на операционном усилителе (ОУ):

R1=1к; R2=10 Ом; C1=C2=0,47мкФ; ОУ– LM1877

2. Произвести настройку входных сигналов (генератор). Для этого войти в меню Функционального Генератора EWB, выбрать режим формирования Гармонических колебаний (синусоида) и задать амплитуду выходного сигнала U_вых=1В и его частоту f=1кГц. Эти значения остаются постоянными на всех этапах моделирования схемы.

Внимание: Параметры генератора необходимо задавать перед включение в схему.

3. При заданных параметрах схемы проверить ее работоспособность при заданных позициях (поз. А и В) переключателя SB1 режима работы усилителя мощности (УМ).

4. После этого приступить к исследованию влияния компонент схемы на режимы работы, для чего определить:

4.1. Влияние сопротивления R1=(0,1…100)к на форму выходных сигналов УМ в режимах поз.А и поз.В переключателя SB1;

4.2. Влияние изменения напряжения Е_пит=(1,5…24)В при

а) одностороннем (+Е_пит или –Е_пит), и

б) двустороннем (симметричном) — Е_пит,

на форму выходного сигнала схемы рис.9.1.

4.3. Как влияет величина нагрузки R2=(0,001… 10)к на форму выходного сигнала в двух положениях (поз.А и поз.В) переключателя SB1?

3. Произвести все необходимые графические зарисовки временных диаграмм моделируемой схемы УМ, используя, например графический редактор EWB.

Содержание отчета.

1. Краткие теоретические сведения.

2. Рабочая схема моделирования в среде EWB.

3. Числовые и графические результаты моделирования.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Какую функцию в схеме УМ выполняет операционный усилитель ОУ?

2. Как изменится работа схемы рис.9.1 при использовании транзисторов VT1, VT2 одноименной полярности?

3. Объясните назначение конденсаторов С1, С2 в схеме УМ и как они влияют на ее работе?

4. Как изменится работа схемы рис. 9.1, если назначить R2=0 или R2= ?

5. На каких параметрах УМ отразится изменение питающих напряжений источников G1, G2 ?

Список литературы

1. Сергиевский С.Б. Электронные устройства систем ЧПУ. – М.: Машиностроение, 1977.

2. Демин С.Б. Микропроцессорные системы управления металлорежущих станков с ЧПУ. Учебное пособие.- Пенза, Изд-во ПГТУ, 1996.

3. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1987.

4. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник. /Под ред. Б.Н. Файзулаева. – М.: Радио и связь, 1987.

5. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. – М.: Радио и связь, 1984.

6. Демин С.Б. и др. Изучение элементов и узлов микропроцессорных систем управления станков с ЧПУ. Методические указания. – Пенза, Изд-во ПГТУ, 1996.

7. Демин С.Б., Денисов В.Н., Баталин В.Ю. Программное моделирование элементов и систем приводов технологического оборудования. Методические указания. – Пенза, Изд-во ПГУ, 2000.

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………….………. 3

Практическое занятие №1. Изучение системы программного электронного

моделирования EWB v.5.0/5.12 ……………………..……….. 4

Лабораторная работа №1. Моделирование устройств в системе EWB ………………… 16

Лабораторная работа №2. Измерение сопротивлений электрических цепей

технологического оборудования …………………………… 19

Лабораторная работа №5. Изучение работы полупроводникового

Стабилизированного выпрямителя………………………….. 24

Лабораторная работа №6. Усилитель постоянного тока ………………………………… 29

Лабораторная работа №7. Транзисторный усилитель низкой частоты ………………… 32

Лабораторная работа №8. Многокаскадные усилители …………………….…………… 35

Лабораторная работа №9. Усилители мощности на операционных усилителях …….… 38

Список литературы . ………………………………………………………………………… 40

41

№ 2798: вот мощный транзистор

№ 2798: ТРАНЗИСТОР

от Fitz Walker

Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 2798

Сегодня маленький предмет производит большое впечатление. Университет Хьюстона представляет сериал о машинах, на которых работает наша цивилизация, и о людях, чья изобретательность их создала.

В конце прошлого века много говорили о лучших изобретениях ХХ века. Телевидение, интернет, самолеты — все это высоко оценивается медиа-экспертами. Я не помню, чтобы в то время был достигнут какой-либо консенсус. Но я помню свои мысли о том, что должно было стать изобретением номер один: о транзисторе.

Трудно представить себе какое-либо другое устройство, которое так сильно повлияло бы на нашу жизнь. Без транзисторов у нас не было бы компактной персональной электроники, смартфонов, умной техники и всего умного. Персональный компьютер был бы немыслимо огромен. И забудьте о том, чтобы положить мобильный телефон в карман. Транзисторы образуют строительные блоки компьютерных микросхем и являются частью всех современных электронных устройств. Наше передовое общество обязано этой крошечной, недооцененной части технологии.

Реплика первого транзистора.

До появления транзисторов нам приходилось использовать электронные лампы для управления электрическими цепями. Вакуумные трубки большие, неэффективные и быстро изнашиваются. Эти качества делают их непрактичными для небольших и сложных устройств. Транзисторы могут выполнять ту же работу в гораздо меньшем корпусе и делать все это без износа.

Транзистор обязан своим созданием трем ученым Лаборатории Белла: Джону Бардину, Уильяму Шокли и Уолтеру Браттейну. Им поручили решить задачу. Массовый рост использования телефонов потребовал эффективных и надежных электронных усилителей голоса.

Итак, Уильям Шокли собрал группу ученых для экспериментов с новыми материалами, называемыми полупроводниками, названными так потому, что их электрические свойства находятся между свойствами изолятора и проводника. Полупроводники впервые нашли широкое применение в радиолокационных системах времен Второй мировой войны. Команда Shockleys решила посмотреть, смогут ли они использовать эти уникальные свойства для создания лучшего усилителя.

В результате их экспериментов в 1947 году было получено примитивное электронное устройство, изготовленное из кристалла германия и золота. Это странное устройство позволяло контролировать большое количество энергии при малом потреблении энергии. Он был примитивным и не очень маленьким, но работал. Шокли лично усовершенствовал дизайн грубой и капризной версии, впервые разработанной его командой. К 19В 50-х годах транзисторы производились массово, и они произвели революцию в мире.

Изобретатели транзистора Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн.

Транзисторы

не сразу стали хитом. Первые годы были связаны с высокими производственными затратами и незначительными полезными качествами. В течение почти двадцати лет большая часть производства транзисторов предназначалась для военных. Только в конце 1960-х транзисторы были достаточно дешевы и надежны, чтобы штурмом завоевать потребительский рынок.

Их первое настоящее усовершенствование было сделано малоизвестной компанией Texas Instruments. Они разработали использование более дешевого кремния вместо германия. А затем они продолжили разработку первых очень компактных корпусов транзисторов, называемых интегральными схемами. Это были первые компьютерные чипы. С тех пор транзисторы трансформировались и эволюционировали в такое множество форм, что их изобретатели, вероятно, были бы неузнаваемы, будь они живы сейчас.

Современные компьютерные чипы могут содержать около 500 миллионов транзисторов.

Что касается Уильяма Шокли, отца транзистора, он покинул Bell Labs, чтобы основать собственную компанию в Пало-Альто, Калифорния. Его компания станет первой в коридоре высоких технологий, который мы сегодня знаем как Силиконовую долину.

Я Фиц Уокер от имени Университета Хьюстона, интересуюсь тем, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

---

Первые два изображения — это реверанс с commons.wikimedia.org, а последнее изображение любезно предоставлено Фитцем Уокером.

Краг, Хельге. Квантовые поколения: история физики в двадцатом веке . Издательство Принстонского университета, 1999. Печать.

http://inventors.about.com/od/tstartinventions/a/transistor_history.htm

http://www.pbs.org/transistor/index.html

Впервые эта серия вышла в эфир 23 мая 2012 г.

Двигатели нашей изобретательности Авторское право © 1988-2012, Джон Х. Линхард.

---

Предыдущий Эпизод | Индекс | Главная | Далее Эпизод

Транзисторы

— Вопросы о цепи катушки передатчика металлоискателя

спросил 6 лет, 3 месяца назад

Изменено 6 лет, 3 месяца назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Следующая цепь представляет собой передающую катушку металлоискателя IB. Я узнаю большую часть этого: нестабильный операционный усилитель с двухтактным выходным каскадом CE, управляющим резонансным контуром. Но у меня есть вопросы.

Частота резервуара составляет около 27 кГц, что, как я предполагаю, является основной частотой нестабильности. Я понимаю общую формулу нестабильной частоты, но в данном случае мне сложно рассчитать долю положительной обратной связи. Как рассчитать долю обратной связи?

Мой другой вопрос касается конденсаторов C1 и C2. Кажется, что они действуют как зарядный насос, перекачивая входной сигнал с центральным смещением вверх (и вниз) к любой шине. Я чувствую, что это делает двухтактную пару более эффективной, отключая один или другой транзистор, но я не уверен. Кто-нибудь может пролить свет?

Кстати, вот оригинальный проектный документ (для контекста) Металлоискатель Buccaneer.

• транзистора
• генератор
• двухтактный
• нестабильный

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Частота танка около 27кГц, что я предполагаю основная частота нестабильна.

Нет, операционный усилитель не действует как нестабильный мультивибратор; конденсатор емкостью 100 нФ, питаемый от R5 (100 кОм), предназначен для самосмещения операционного усилителя, так что он создает довольно приличный прямоугольный сигнал 50:50. 100 кОм и 100 нФ обеспечивают отсечку на частоте около 16 Гц, поэтому они намного ниже рабочей частоты резервуара.

Транзисторный выходной каскад является инвертирующим (коллекторы в точке выхода питают резервуар), и это означает, что синусоидальный сигнал от резервуара преобразуется операционным усилителем в прямоугольную волну, и транзисторы заставляют резервуар двигаться в противоположном направлении. Это вызывает устойчивые колебания.

Ваше мнение о том, как управляются выходные транзисторы, кажется правильным — это всего лишь способ сэкономить несколько мА и продлить срок службы батареи.

\$\конечная группа\$

7

\$\начало группы\$

Доля обратной связи в данном случае не очень полезная концепция.