Site Loader

Содержание

Три схемы УНЧ для новичков « схемопедия


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.

Скачать печатную плату в формате Sprint-Layout

Автор: АКА

Полный унч. Две схемы унч на транзисторах

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

Читатели! Запомните ник этого автора и никогда не повторяйте его схемы.
Модераторы! Прежде чем меня забанить за оскорбления, подумайте, что Вы «подпустили к микрофону» обыкновенного гопника, которого даже близко нельзя подпускать к радиотехнике и, тем более, к обучению начинающих.

Во-первых, при такой схеме включения, через транзистор и динамик пойдет большой постоянный ток, даже если переменный резистор будет в нужном положении, то есть будет слышно музыку. А при большом токе повреждается динамик, то есть, рано или поздно, он сгорит.

Во-вторых, в этой схеме обязательно должен быть ограничитель тока, то есть постоянный резистор, хотя бы на 1 КОм, включенный последовательно с переменным. Любой самоделкин повернет регулятор переменного резистора до упора, у него станет нулевое сопротивление и на базу транзистора пойдет большой ток. В результате сгорит транзистор или динамик.

Переменный конденсатор на входе нужен для защиты источника звука (это должен обьяснить автор, ибо сразу же нашелся читатель, который убрал его просто так, считая себя умнее автора). Без него будут нормально работать только те плееры, в которых на выходе уже стоит подобная защита. А если ее там нет, то выход плеера может повредиться, особенно, как я сказал выше, если выкрутить переменный резистор «в ноль». При этом на выход дорогого ноутбука подастся напряжение с источника питания этой копеечной безделушки и он может сгореть. Самоделкины, очень любят убирать защитные резисторы и конденсаторы, потому-что «работает же!» В результате, с одним источником звука схема может работать, а с другим нет, да еще и может повредиться дорогой телефон или ноутбук.

Переменный резистор, в данной схеме должен быть только подстроечным, то есть регулироваться один раз и закрываться в корпусе, а не выводиться наружу с удобной ручкой. Это не регулятор громкости, а регулятор искажений, то есть им подбирается режим работы транзистора, чтобы были минимальные искажения и чтобы из динамика не шел дым. Поэтому он ни в коем случае не должен быть доступен снаружи. Регулировать громкость, путем изменения режима НЕЛЬЗЯ. За это нужно «убивать». Если очень хочется регулировать громкость, проще включить еще один переменный резистор последовательно с конденсатором и вот его уже можно выводить на корпус усилителя.

Вообще, для простейших схем — и чтобы заработало сразу и чтобы ничего не повредить, нужно покупать микросхему типа TDA (например TDA7052, TDA7056… примеров в интернете множество) , а автор взял случайный транзистор, который завалялся у него в столе. В результате доверчивые любители будут искать именно такой транзистор, хотя коэффициент усиления у него всего 15, а допустимый ток аж 8 ампер (сожгет любой динамик даже не заметив).

Сейчас в интернете можно найти огромное количество схем различных усилителей на микросхемах, преимущественно серии TDA. Они обладают достаточно неплохими характеристиками, хорошим КПД и стоят не так уж и дорого, в связи с этим и пользуются такой популярностью. Однако на их фоне незаслуженно остаются забытыми транзисторные усилители, которые хоть и сложны в настройке, но не менее интересны.

Схема усилителя

В этой статье рассмотрим процесс сборки весьма необычного усилителя, работающего в классе «А» и содержащего всего 4 транзистора. Эта схема разработана ещё в 1969 году английским инженером Джоном Линсли Худом, несмотря на свою старость, она и по сей день остаётся актуальной.

В отличие от усилителей на микросхемах, транзисторные усилители требуют тщательной настройки и подбора транзисторов. Эта схема – не исключение, хоть она и выглядит предельно простой. Транзистор VT1 – входной, структуры PNP. Можно экспериментировать с различными маломощными PNP-транзисторами, в том числе и с германиевыми, например, МП42. Хорошо себя зарекомендовали в этой схеме в качестве VT1 такие транзисторы, как 2N3906, BC212, BC546, КТ361. Транзистор VT2 – структуры NPN, средней или малой мощности, сюда подойдут КТ801, КТ630, КТ602, 2N697, BD139, 2SC5707, 2SD2165. Особое внимание стоит уделить выходным транзисторам VT3 и VT4, а точнее, их коэффициенту усиления. Сюда хорошо подходят КТ805, 2SC5200, 2N3055, 2SC5198. Нужно отобрать два одинаковых транзистора с как можно более близким коэффициентом усиления, при этом он должен более 120. Если коэффициент усиления выходных транзисторов меньше 120, значит в драйверный каскад (VT2) нужно поставить транзистор с большим усилением (300 и более).

Подбор номиналов усилителя

Некоторые номиналы на схеме подбираются исходя из напряжения питания схемы и сопротивления нагрузки, некоторые возможные варианты показаны в таблице:


Не рекомендуется поднимать напряжение питания более 40 вольт, могут выйти из строя выходные транзисторы. Особенность усилителей класса А – большой ток покоя, и, следовательно, сильный разогрев транзисторов. При напряжении питания, например, 20 вольт и токе покоя 1.5 ампера усилитель потребляет 30 ватт, не зависимо от того, подаётся на его вход сигнал или нет. На каждом из выходных транзисторов при этом будет рассеиваться по 15 ватт тепла, а это мощность небольшого паяльника! Поэтому транзисторы VT3 и VT4 нужно установить на большой радиатор, используя термопасту.
Данный усилитель склонен в появлению самовозбуждений, поэтому на его выходе ставят цепь Цобеля: резистор сопротивлением 10 Ом и конденсатор 100 нФ, включенные последовательно между землёй и общей точкой выходных транзисторов (на схеме эта цепь показана пунктиром).
При первом включении усилителя в разрыв его питающего провода нужно включить амперметр для контроля тока покоя. Пока выходные транзисторы не разогрелись до рабочей температуры, он может немного плавать, это вполне нормально. Также при первом включении нужно замерять напряжение между общей точкой выходных транзисторов (коллектор VT4 и эммитер VT3) и землёй, там должна быть половина питающего напряжения. Если напряжение отличается в большую или меньшую сторону, нужно покрутить подстроечный резистор R2.

Плата усилителя:

(cкачиваний: 456)


Плата изготовлена методом ЛУТ.

Собранный мной усилитель


Несколько слов о конденсаторах, входном и выходном. Ёмкость входного конденсатора на схеме обозначена 0,1 мкФ, однако такой ёмкости не достаточно. В качестве входного следует поставить плёночный конденсатор ёмкостью 0,68 – 1 мкФ, иначе возможен нежелательный срез низких частот. Выходной конденсатор С5 стоит взять на напряжение не меньшее, чем напряжением питания, жадничать с ёмкостью также не стоит.
Преимуществом схемы этого усилителя является то, что она не представляет опасности для динамиков акустической системы, ведь динамик подключается через разделительный конденсатор (С5), это значит, что при появлении на выходе постоянного напряжения, например, при выходе усилителя из строя, динамик останется цел, ведь конденсатор не пропустит постоянное напряжение.


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


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

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

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

И так, Погнали!

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

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

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


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


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


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


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


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


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


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


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


Подравнивать косяки лучше когда лак уже застынет.


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


Размешиваем и погружаем нашу плату.


Далее счищаем лак и получается вот так!


Желательно сразу все дорожки покрыть оловом для удобства пайки деталей.


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


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


А потом уже все остальное.


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


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

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

Усилитель на транзисторах, несмотря на свою уже долгую историю, остается излюбленным предметом исследования как начинающих, так и маститых радиолюбителей. И это понятно. Он является непременной составной частью самых массовых и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители на транзисторах.

Частотная характеристика усилителя

В любом теле- или радиоприемнике, в каждом музыкальном центре или усилителе звука можно найти транзисторные усилители звука (низкой частоты — НЧ). Разница между звуковыми транзисторными усилителями и другими видами заключается в их частотных характеристиках.

Звуковой усилитель на транзисторах имеет равномерную частотную характеристику в полосе частот от 15 Гц до 20 кГц. Это означает, что все входные сигналы с частотой внутри этого диапазона усилитель преобразует (усиливает) примерно одинаково. На рисунке ниже в координатах «коэффициент усиления усилителя Ку — частота входного сигнала» показана идеальная кривая частотной характеристики для звукового усилителя.

Эта кривая практически плоская с 15 Гц по 20 кГц. Это означает, применять такой усилитель следует именно для входных сигналов с частотами между 15 Гц и 20 кГц. Для входных сигналов с частотами выше 20 кГц или ниже 15 Гц эффективность и качество его работы быстро уменьшаются.

Вид частотной характеристики усилителя определяется электрорадиоэлементами (ЭРЭ) его схемы, и прежде всего самими транзисторами. Звуковой усилитель на транзисторах обычно собран на так называемых низко- и среднечастотных транзисторах с суммарной полосой пропускания входных сигналов от десятков и сотен Гц до 30 кГц.

Класс работы усилителя

Как известно, в зависимости от степени непрерывности протекания тока на протяжении его периода через транзисторный усилительный каскад (усилитель) различают следующие классы его работы: «А», «B», «AB», «C», «D».

В классе работы ток «А» через каскад протекает на протяжении 100 % периода входного сигнала. Работу каскада в этом классе иллюстрирует следующий рисунок.

В классе работы усилительного каскада «AB» ток через него протекает более чем 50 %, но менее чем 100 % периода входного сигнала (см. рисунок ниже).

В классе работы каскада «В» ток через него протекает ровно 50 % периода входного сигнала, как это иллюстрирует рисунок.

И наконец в классе работы каскада «C» ток через него протекает менее чем 50 % периода входного сигнала.

НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы

В рабочей области транзисторный усилитель класса «А» обладает малым уровнем нелинейных искажений. Но если сигнал имеет импульсные выбросы по напряжению, приводящие к насыщению транзисторов, то вокруг каждой «штатной» гармоники выходного сигнала появляются высшие гармоники (вплоть до 11-й). Это вызывает феномен так называемого транзисторного, или металлического, звука.

Если НЧ-усилители мощности на транзисторах имеют нестабилизированное питание, то их выходные сигналы модулируются по амплитуде вблизи частоты сети. Это ведет к жёсткости звука на левом краю частотной характеристики. Различные же способы стабилизации напряжения делают конструкцию усилителя более сложной.

Типовой КПД однотактного усилителя класса А не превышает 20 % из-за постоянно открытого транзистора и непрерывного протекания постоянной составляющей тока. Можно выполнить усилитель класса А двухтактным, КПД несколько повысится, но полуволны сигнала станут более несимметричными. Перевод же каскада из класса работы «А» в класс работы «АВ» повышает вчетверо нелинейные искажения, хотя КПД его схемы при этом повышается.

В усилителях же классов «АВ» и «В» искажения нарастают по мере снижения уровня сигнала. Невольно хочется врубить такой усилитель погромче для полноты ощущений мощи и динамики музыки, но зачастую это мало помогает.

Промежуточные классы работы

У класса работы «А» имеется разновидность — класс «А+». При этом низковольтные входные транзисторы усилителя этого класса работают в классе «А», а высоковольтные выходные транзисторы усилителя при превышении их входными сигналами определенного уровня переходят в классы «В» или «АВ». Экономичность таких каскадов лучше, чем в чистом классе «А», а нелинейные искажения меньше (до 0,003 %). Однако звук у них также «металлический» из-за наличия высших гармоник в выходном сигнале.

У усилителей еще одного класса — «АА» степень нелинейных искажений еще ниже — около 0,0005 %, но высшие гармоники также присутствуют.

Возврат к транзисторному усилителю класса «А»?

Сегодня многие специалисты в области качественного звуковоспроизведения ратуют за возврат к ламповым усилителям, поскольку уровень нелинейных искажений и высших гармоник, вносимых ими в выходной сигнал, заведомо ниже, чем у транзисторов. Однако эти достоинства в немалой степени нивелируются необходимостью согласующего трансформатора между высокоомным ламповым выходным каскадом и низкоомными звуковыми колонками. Впрочем, с трансформаторным выходом может быть сделан и простой усилитель на транзисторах, что будет показано ниже.

Существует и точка зрения, что предельное качество звучания может обеспечить только гибридный лампово-транзисторный усилитель, все каскады которого являются однотактными, не охвачены и работают в классе «А». То есть такой повторитель мощности представляет собой усилитель на одном транзисторе. Схема его может иметь предельно достижимый КПД (в классе «А») не более 50 %. Но ни мощность, ни КПД усилителя не являются показателями качества звуковоспроизведения. При этом особое значение приобретают качество и линейность характеристик всех ЭРЭ в схеме.

Поскольку однотактные схемы получают такую перспективу, мы рассмотрим ниже их возможные варианты.

Однотактный усилитель на одном транзисторе

Схема его, выполненная с общим эмиттером и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А», приведена на рисунке ниже.

На ней показан транзистор Q1 структуры n-p-n. Его коллектор через токоограничивающий резистор R3 присоединен к положительному выводу +Vcc, а эмиттер — к -Vcc. Усилитель на транзисторе структуры p-n-p будет иметь такую же схему, но выводы источника питания поменяются местами.

C1 — разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vcc. При этом С1 не препятствует прохождению переменного входного тока через переход «база — эмиттер транзистора Q1». Резисторы R1 и R2 совместно с сопротивлением перехода «Э — Б» образуют Vcc для выбора рабочей точки транзистора Q1 в статическом режиме. Типичной для этой схемы является величина R2 = 1 кОм, а положение рабочей точки — Vcc/2. R3 является нагрузочным резистором коллекторной цепи и служит для создания на коллекторе переменного напряжения выходного сигнала.

Предположим, что Vcc = 20 В, R2 = 1 кОм, а коэффициент усиления по току h = 150. Напряжение на эмиттере выбираем Ve = 9 В, а падение напряжения на переходе «Э — Б» принимаем равным Vbe = 0,7 В. Эта величина соответствует так называемому кремниевому транзистору. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то падение напряжения на открытом переходе «Э — Б» было бы равно Vbe = 0,3 В.

Ток эмиттера, примерно равный току коллектора

Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.

Ток базы Ib = Ic/h = 9 мА/150 = 60 мкА.

Падение напряжения на резисторе R1

V(R1) = Vcc — Vb = Vcc — (Vbe + Ve) = 20 В — 9,7 В = 10,3 В,

R1 = V(R1)/Ib = 10,3 В/60 мкА = 172 кОм.

С2 нужен для создания цепи прохождения переменной составляющей тока эмиттера (фактически тока коллектора). Если бы его не было, то резистор R2 сильно ограничивал бы переменную составляющую, так что рассматриваемый усилитель на биполярном транзисторе имел бы низкий коэффициент усиления по току.

В наших расчетах мы принимали, что Ic = Ib h, где Ib — ток базы, втекающий в нее из эмиттера и возникающий при подаче на базу напряжения смещения. Однако через базу всегда (как при наличии смещения, так и без него) протекает еще и ток утечки из коллектора Icb0. Поэтому реальный ток коллектора равен Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. ток утечки в схеме с ОЭ усиливается в 150 раз. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то это обстоятельство нужно было бы учитывать при расчетах. Дело в том, что имеют существенный Icb0 порядка нескольких мкА. У кремниевых же он на три порядка меньше (около нескольких нА), так что в расчетах им обычно пренебрегают.

Однотактный усилитель с МДП-транзистором

Как и любой усилитель на полевых транзисторах, рассматриваемая схема имеет свой аналог среди усилителей на Поэтому рассмотрим аналог предыдущей схемы с общим эмиттером. Она выполнена с общим истоком и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А» и приведена на рисунке ниже.

Здесь C1 — такой же разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vdd. Как известно, любой усилитель на полевых транзисторах должен иметь потенциал затвора своих МДП-транзисторов ниже потенциалов их истоков. В данной схеме затвор заземлен резистором R1, имеющим, как правило, большое сопротивление (от 100 кОм до 1 Мом), чтобы он не шунтировал входной сигнал. Ток через R1 практически не проходит, поэтому потенциал затвора при отсутствии входного сигнала равен потенциалу земли. Потенциал же истока выше потенциала земли за счет падения напряжения на резисторе R2. Таким образом, потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока, что и нужно для нормальной работы Q1. Конденсатор C2 и резистор R3 имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме. Поскольку эта схема с общим истоком, то входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°.

Усилитель с трансформаторным выходом

Третий одноступенчатый простой усилитель на транзисторах, показанный на рисунке ниже, также выполнен по схеме с общим эмиттером для работы в классе «А», но с низкоомным динамиком он связан через согласующий трансформатор.

Первичная обмотка трансформатора T1 является нагрузкой коллекторной цепи транзистора Q1 и развивает выходной сигнал. T1 передает выходной сигнал на динамик и обеспечивает согласование выходного полного сопротивления транзистора с низким (порядка нескольких Ом) сопротивлением динамика.

Делитель напряжения коллекторного источника питания Vcc, собранный на резисторах R1 и R3, обеспечивает выбор рабочей точки транзистора Q1 (подачу напряжения смещения на его базу). Назначение остальных элементов усилителя такое же, как и в предыдущих схемах.

Двухтактный звуковой усилитель

Двухтактный НЧ-усилитель на двух транзисторах расщепляет входной частоты на две противофазные полуволны, каждая из которых усиливается своим собственным транзисторным каскадом. После выполнения такого усиления полуволны объединяются в целостный гармонический сигнал, который и передается на акустическую систему. Подобное преобразование НЧ-сигнала (расщепление и повторное слияние), естественно, вызывает в нем необратимые искажения, обусловленные различием частотных и динамических свойств двух транзисторов схемы. Эти искажения снижают качество звука на выходе усилителя.

Двухтактные усилители, работающие в классе «А», недостаточно хорошо воспроизводят сложные звуковые сигналы, так как в их плечах непрерывно протекает постоянный ток повышенной величины. Это приводит к несимметрии полуволн сигнала, фазовым искажениям и в конечном итоге к потере разборчивости звука. Нагреваясь, два мощных транзистора увеличивают вдвое искажения сигнала в области низких и инфранизких частот. Но все же основным достоинством двухтактной схемы является ее приемлемый КПД и повышенная выходная мощность.

Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.

Это усилитель для работы в классе «А», но может быть использован и класс «АВ», и даже «В».

Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности

Трансформаторы, несмотря на успехи в их миниатюризации, остаются все же самыми громоздкими, тяжелыми и дорогими ЭРЭ. Поэтому был найден путь устранения трансформатора из двухтактной схемы путем выполнения ее на двух мощных комплементарных транзисторах разных типов (n-p-n и p-n-p). Большинство современных усилителей мощности используют именно этот принцип и предназначены для работы в классе «В». Схема такого усилителя мощности показана на рисунке ниже.

Оба ее транзистора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя). Поэтому схема передает входное напряжение на выход без усиления. Если входного сигнала нет, то оба транзистора находятся на границе включенного состояния, но при этом они выключены.

Когда гармонический сигнал подан на вход, его положительная полуволна открывает TR1, но переводит p-n-p транзистор TR2 полностью в режим отсечки. Таким образом, только положительная полуволна усиленного тока протекает через нагрузку. Отрицательная полуволна входного сигнала открывает только TR2 и запирает TR1, так что в нагрузку подается отрицательная полуволна усиленного тока. В результате на нагрузке выделяется полный усиленный по мощности (за счет усиления по току) синусоидальный сигнал.

Усилитель на одном транзисторе

Для усвоения вышеизложенного соберем простой усилитель на транзисторах своими руками и разберемся, как он работает.

В качестве нагрузки маломощного транзистора Т типа BC107 включим наушники с сопротивлением 2-3 кОм, напряжение смещения на базу подадим с высокоомного резистора R* величиной 1 МОм, развязывающий электролитический конденсатор C емкостью от 10 мкФ до 100 мкФ включим в базовую цепь Т. Питать схему будем от батареи 4,5 В/0,3 А.

Если резистор R* не подключен, то нет ни тока базы Ib, ни тока коллектора Ic. Если резистор подключен, то напряжение на базе поднимается до 0,7 В и через нее протекает ток Ib = 4 мкА. Коэффициент усиления транзистора по току равен 250, что дает Ic = 250Ib = 1 мА.

Собрав простой усилитель на транзисторах своими руками, можем теперь его испытать. Подключите наушники и поставьте палец на точку 1 схемы. Вы услышите шум. Ваше тело воспринимает излучение питающей сети на частоте 50 Гц. Шум, услышанный вами из наушников, и является этим излучением, только усиленным транзистором. Поясним этот процесс подробнее. Напряжение переменного тока с частотой 50 Гц подключено к базе транзистора через конденсатор С. Напряжение на базе теперь равно сумме постоянного напряжения смещения (приблизительно 0,7 В), приходящего с резистора R*, и напряжения переменного тока «от пальца». В результате ток коллектора получает переменную составляющую с частотой 50 Гц. Этот переменный ток используется для сдвига мембраны динамиков вперед-назад с той же частотой, а это означает, что мы сможем услышать тон 50 Гц на выходе.

Слушать уровень шума 50 Гц не очень интересно, поэтому можно подключить к точкам 1 и 2 низкочастотные источника сигнала (CD-плеер или микрофон) и слышать усиленную речь или музыку.

Читайте также…

Схемы усилителей нч на транзисторах. Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

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

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

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

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


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


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

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

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

И так, Погнали!

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

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

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


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


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


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


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


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


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


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


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


Подравнивать косяки лучше когда лак уже застынет.


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


Размешиваем и погружаем нашу плату.


Далее счищаем лак и получается вот так!


Желательно сразу все дорожки покрыть оловом для удобства пайки деталей.


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


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


А потом уже все остальное.


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


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

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


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


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

Вот видео работы усилителя:

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.

Усилитель на транзисторах, несмотря на свою уже долгую историю, остается излюбленным предметом исследования как начинающих, так и маститых радиолюбителей. И это понятно. Он является непременной составной частью самых массовых и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители на транзисторах.

Частотная характеристика усилителя

В любом теле- или радиоприемнике, в каждом музыкальном центре или усилителе звука можно найти транзисторные усилители звука (низкой частоты — НЧ). Разница между звуковыми транзисторными усилителями и другими видами заключается в их частотных характеристиках.

Звуковой усилитель на транзисторах имеет равномерную частотную характеристику в полосе частот от 15 Гц до 20 кГц. Это означает, что все входные сигналы с частотой внутри этого диапазона усилитель преобразует (усиливает) примерно одинаково. На рисунке ниже в координатах «коэффициент усиления усилителя Ку — частота входного сигнала» показана идеальная кривая частотной характеристики для звукового усилителя.

Эта кривая практически плоская с 15 Гц по 20 кГц. Это означает, применять такой усилитель следует именно для входных сигналов с частотами между 15 Гц и 20 кГц. Для входных сигналов с частотами выше 20 кГц или ниже 15 Гц эффективность и качество его работы быстро уменьшаются.

Вид частотной характеристики усилителя определяется электрорадиоэлементами (ЭРЭ) его схемы, и прежде всего самими транзисторами. Звуковой усилитель на транзисторах обычно собран на так называемых низко- и среднечастотных транзисторах с суммарной полосой пропускания входных сигналов от десятков и сотен Гц до 30 кГц.

Класс работы усилителя

Как известно, в зависимости от степени непрерывности протекания тока на протяжении его периода через транзисторный усилительный каскад (усилитель) различают следующие классы его работы: «А», «B», «AB», «C», «D».

В классе работы ток «А» через каскад протекает на протяжении 100 % периода входного сигнала. Работу каскада в этом классе иллюстрирует следующий рисунок.

В классе работы усилительного каскада «AB» ток через него протекает более чем 50 %, но менее чем 100 % периода входного сигнала (см. рисунок ниже).

В классе работы каскада «В» ток через него протекает ровно 50 % периода входного сигнала, как это иллюстрирует рисунок.

И наконец в классе работы каскада «C» ток через него протекает менее чем 50 % периода входного сигнала.

НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы

В рабочей области транзисторный усилитель класса «А» обладает малым уровнем нелинейных искажений. Но если сигнал имеет импульсные выбросы по напряжению, приводящие к насыщению транзисторов, то вокруг каждой «штатной» гармоники выходного сигнала появляются высшие гармоники (вплоть до 11-й). Это вызывает феномен так называемого транзисторного, или металлического, звука.

Если НЧ-усилители мощности на транзисторах имеют нестабилизированное питание, то их выходные сигналы модулируются по амплитуде вблизи частоты сети. Это ведет к жёсткости звука на левом краю частотной характеристики. Различные же способы стабилизации напряжения делают конструкцию усилителя более сложной.

Типовой КПД однотактного усилителя класса А не превышает 20 % из-за постоянно открытого транзистора и непрерывного протекания постоянной составляющей тока. Можно выполнить усилитель класса А двухтактным, КПД несколько повысится, но полуволны сигнала станут более несимметричными. Перевод же каскада из класса работы «А» в класс работы «АВ» повышает вчетверо нелинейные искажения, хотя КПД его схемы при этом повышается.

В усилителях же классов «АВ» и «В» искажения нарастают по мере снижения уровня сигнала. Невольно хочется врубить такой усилитель погромче для полноты ощущений мощи и динамики музыки, но зачастую это мало помогает.

Промежуточные классы работы

У класса работы «А» имеется разновидность — класс «А+». При этом низковольтные входные транзисторы усилителя этого класса работают в классе «А», а высоковольтные выходные транзисторы усилителя при превышении их входными сигналами определенного уровня переходят в классы «В» или «АВ». Экономичность таких каскадов лучше, чем в чистом классе «А», а нелинейные искажения меньше (до 0,003 %). Однако звук у них также «металлический» из-за наличия высших гармоник в выходном сигнале.

У усилителей еще одного класса — «АА» степень нелинейных искажений еще ниже — около 0,0005 %, но высшие гармоники также присутствуют.

Возврат к транзисторному усилителю класса «А»?

Сегодня многие специалисты в области качественного звуковоспроизведения ратуют за возврат к ламповым усилителям, поскольку уровень нелинейных искажений и высших гармоник, вносимых ими в выходной сигнал, заведомо ниже, чем у транзисторов. Однако эти достоинства в немалой степени нивелируются необходимостью согласующего трансформатора между высокоомным ламповым выходным каскадом и низкоомными звуковыми колонками. Впрочем, с трансформаторным выходом может быть сделан и простой усилитель на транзисторах, что будет показано ниже.

Существует и точка зрения, что предельное качество звучания может обеспечить только гибридный лампово-транзисторный усилитель, все каскады которого являются однотактными, не охвачены и работают в классе «А». То есть такой повторитель мощности представляет собой усилитель на одном транзисторе. Схема его может иметь предельно достижимый КПД (в классе «А») не более 50 %. Но ни мощность, ни КПД усилителя не являются показателями качества звуковоспроизведения. При этом особое значение приобретают качество и линейность характеристик всех ЭРЭ в схеме.

Поскольку однотактные схемы получают такую перспективу, мы рассмотрим ниже их возможные варианты.

Однотактный усилитель на одном транзисторе

Схема его, выполненная с общим эмиттером и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А», приведена на рисунке ниже.

На ней показан транзистор Q1 структуры n-p-n. Его коллектор через токоограничивающий резистор R3 присоединен к положительному выводу +Vcc, а эмиттер — к -Vcc. Усилитель на транзисторе структуры p-n-p будет иметь такую же схему, но выводы источника питания поменяются местами.

C1 — разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vcc. При этом С1 не препятствует прохождению переменного входного тока через переход «база — эмиттер транзистора Q1». Резисторы R1 и R2 совместно с сопротивлением перехода «Э — Б» образуют Vcc для выбора рабочей точки транзистора Q1 в статическом режиме. Типичной для этой схемы является величина R2 = 1 кОм, а положение рабочей точки — Vcc/2. R3 является нагрузочным резистором коллекторной цепи и служит для создания на коллекторе переменного напряжения выходного сигнала.

Предположим, что Vcc = 20 В, R2 = 1 кОм, а коэффициент усиления по току h = 150. Напряжение на эмиттере выбираем Ve = 9 В, а падение напряжения на переходе «Э — Б» принимаем равным Vbe = 0,7 В. Эта величина соответствует так называемому кремниевому транзистору. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то падение напряжения на открытом переходе «Э — Б» было бы равно Vbe = 0,3 В.

Ток эмиттера, примерно равный току коллектора

Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.

Ток базы Ib = Ic/h = 9 мА/150 = 60 мкА.

Падение напряжения на резисторе R1

V(R1) = Vcc — Vb = Vcc — (Vbe + Ve) = 20 В — 9,7 В = 10,3 В,

R1 = V(R1)/Ib = 10,3 В/60 мкА = 172 кОм.

С2 нужен для создания цепи прохождения переменной составляющей тока эмиттера (фактически тока коллектора). Если бы его не было, то резистор R2 сильно ограничивал бы переменную составляющую, так что рассматриваемый усилитель на биполярном транзисторе имел бы низкий коэффициент усиления по току.

В наших расчетах мы принимали, что Ic = Ib h, где Ib — ток базы, втекающий в нее из эмиттера и возникающий при подаче на базу напряжения смещения. Однако через базу всегда (как при наличии смещения, так и без него) протекает еще и ток утечки из коллектора Icb0. Поэтому реальный ток коллектора равен Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. ток утечки в схеме с ОЭ усиливается в 150 раз. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то это обстоятельство нужно было бы учитывать при расчетах. Дело в том, что имеют существенный Icb0 порядка нескольких мкА. У кремниевых же он на три порядка меньше (около нескольких нА), так что в расчетах им обычно пренебрегают.

Однотактный усилитель с МДП-транзистором

Как и любой усилитель на полевых транзисторах, рассматриваемая схема имеет свой аналог среди усилителей на Поэтому рассмотрим аналог предыдущей схемы с общим эмиттером. Она выполнена с общим истоком и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А» и приведена на рисунке ниже.

Здесь C1 — такой же разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vdd. Как известно, любой усилитель на полевых транзисторах должен иметь потенциал затвора своих МДП-транзисторов ниже потенциалов их истоков. В данной схеме затвор заземлен резистором R1, имеющим, как правило, большое сопротивление (от 100 кОм до 1 Мом), чтобы он не шунтировал входной сигнал. Ток через R1 практически не проходит, поэтому потенциал затвора при отсутствии входного сигнала равен потенциалу земли. Потенциал же истока выше потенциала земли за счет падения напряжения на резисторе R2. Таким образом, потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока, что и нужно для нормальной работы Q1. Конденсатор C2 и резистор R3 имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме. Поскольку эта схема с общим истоком, то входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°.

Усилитель с трансформаторным выходом

Третий одноступенчатый простой усилитель на транзисторах, показанный на рисунке ниже, также выполнен по схеме с общим эмиттером для работы в классе «А», но с низкоомным динамиком он связан через согласующий трансформатор.

Первичная обмотка трансформатора T1 является нагрузкой коллекторной цепи транзистора Q1 и развивает выходной сигнал. T1 передает выходной сигнал на динамик и обеспечивает согласование выходного полного сопротивления транзистора с низким (порядка нескольких Ом) сопротивлением динамика.

Делитель напряжения коллекторного источника питания Vcc, собранный на резисторах R1 и R3, обеспечивает выбор рабочей точки транзистора Q1 (подачу напряжения смещения на его базу). Назначение остальных элементов усилителя такое же, как и в предыдущих схемах.

Двухтактный звуковой усилитель

Двухтактный НЧ-усилитель на двух транзисторах расщепляет входной частоты на две противофазные полуволны, каждая из которых усиливается своим собственным транзисторным каскадом. После выполнения такого усиления полуволны объединяются в целостный гармонический сигнал, который и передается на акустическую систему. Подобное преобразование НЧ-сигнала (расщепление и повторное слияние), естественно, вызывает в нем необратимые искажения, обусловленные различием частотных и динамических свойств двух транзисторов схемы. Эти искажения снижают качество звука на выходе усилителя.

Двухтактные усилители, работающие в классе «А», недостаточно хорошо воспроизводят сложные звуковые сигналы, так как в их плечах непрерывно протекает постоянный ток повышенной величины. Это приводит к несимметрии полуволн сигнала, фазовым искажениям и в конечном итоге к потере разборчивости звука. Нагреваясь, два мощных транзистора увеличивают вдвое искажения сигнала в области низких и инфранизких частот. Но все же основным достоинством двухтактной схемы является ее приемлемый КПД и повышенная выходная мощность.

Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.

Это усилитель для работы в классе «А», но может быть использован и класс «АВ», и даже «В».

Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности

Трансформаторы, несмотря на успехи в их миниатюризации, остаются все же самыми громоздкими, тяжелыми и дорогими ЭРЭ. Поэтому был найден путь устранения трансформатора из двухтактной схемы путем выполнения ее на двух мощных комплементарных транзисторах разных типов (n-p-n и p-n-p). Большинство современных усилителей мощности используют именно этот принцип и предназначены для работы в классе «В». Схема такого усилителя мощности показана на рисунке ниже.

Оба ее транзистора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя). Поэтому схема передает входное напряжение на выход без усиления. Если входного сигнала нет, то оба транзистора находятся на границе включенного состояния, но при этом они выключены.

Когда гармонический сигнал подан на вход, его положительная полуволна открывает TR1, но переводит p-n-p транзистор TR2 полностью в режим отсечки. Таким образом, только положительная полуволна усиленного тока протекает через нагрузку. Отрицательная полуволна входного сигнала открывает только TR2 и запирает TR1, так что в нагрузку подается отрицательная полуволна усиленного тока. В результате на нагрузке выделяется полный усиленный по мощности (за счет усиления по току) синусоидальный сигнал.

Усилитель на одном транзисторе

Для усвоения вышеизложенного соберем простой усилитель на транзисторах своими руками и разберемся, как он работает.

В качестве нагрузки маломощного транзистора Т типа BC107 включим наушники с сопротивлением 2-3 кОм, напряжение смещения на базу подадим с высокоомного резистора R* величиной 1 МОм, развязывающий электролитический конденсатор C емкостью от 10 мкФ до 100 мкФ включим в базовую цепь Т. Питать схему будем от батареи 4,5 В/0,3 А.

Если резистор R* не подключен, то нет ни тока базы Ib, ни тока коллектора Ic. Если резистор подключен, то напряжение на базе поднимается до 0,7 В и через нее протекает ток Ib = 4 мкА. Коэффициент усиления транзистора по току равен 250, что дает Ic = 250Ib = 1 мА.

Собрав простой усилитель на транзисторах своими руками, можем теперь его испытать. Подключите наушники и поставьте палец на точку 1 схемы. Вы услышите шум. Ваше тело воспринимает излучение питающей сети на частоте 50 Гц. Шум, услышанный вами из наушников, и является этим излучением, только усиленным транзистором. Поясним этот процесс подробнее. Напряжение переменного тока с частотой 50 Гц подключено к базе транзистора через конденсатор С. Напряжение на базе теперь равно сумме постоянного напряжения смещения (приблизительно 0,7 В), приходящего с резистора R*, и напряжения переменного тока «от пальца». В результате ток коллектора получает переменную составляющую с частотой 50 Гц. Этот переменный ток используется для сдвига мембраны динамиков вперед-назад с той же частотой, а это означает, что мы сможем услышать тон 50 Гц на выходе.

Слушать уровень шума 50 Гц не очень интересно, поэтому можно подключить к точкам 1 и 2 низкочастотные источника сигнала (CD-плеер или микрофон) и слышать усиленную речь или музыку.

Источник питания должен выдавать стабильное или нестабильное двуполярное напряжение питания ±45V и ток 5А. Эта схема УНЧ на транзисторах весьма проста, так как в выходном каскаде используется пара мощных комплементарных транзисторов Дарлингтона . В соответствии с справочными характеристиками эти транзисторы могут коммутировать ток до 5А при напряжении эмиттерном-коллекторном переходе до 100V.

Схема УНЧ представлена на рисунке чуть ниже.

Сигнал требующий усиления через предварительный УНЧ подается на предварительный дифферециальный усилительный каскад построенный на составных транзисторах VT1 и VT2. Использование дифференциальной схемы в усилительном каскаде, снижает шумовые эффекты и обеспечивает работу отрицательной обратной связи. Напряжение ОС поступает на базу транзистора VT2 с выхода усилителя мощности. ОС по постоянному току реализуется через резистор R6. ОС по переменной состовляющей осуществляется через резистор R6, но её величина зависит от номиналов цепочки R7-C3. Но следует учитовать, что слишком сильное увеличение сопротивления R7 приводет к возбуждению.


Режим работы по постоянному току обеспечивается подбором резистора R6. Выходной каскад на транзисторах Дарлингтона VT3 и VT4 работает в классе АВ. Диоды VD1 и VD2 нужны для стабилизации рабочей точки выходного каскада.

Транзистор VT5 ппредназначен для раскачки выходного каскада, на его базу поступает сигнал с выхода дифференциального предварительного усилителя, а так же постоянное напряжение смещения, которое определяет режим работы выходного каскада по постоянному току.

Все конденсаторы схемы должны быть рассчитаны на максимальное постоянное напряжение не ниже 100V. Транзисторы выходного каскада рекомендуется закрепить на радиаторы площадью не меньше 200 см в квадрате

Рассмотренная схема простого двухкаскадного усилителя разработана для работы с наушниками или для использования в простых устройствах с функцией предварительного усилителя.

Первый транзистор усилителя подсоединен по схеме с общим эмиттером, а второй транзистор с общим коллектором. Первый каскад предназначен для базового усиления сигнала по напряжению, а второй каскада усиливает уже по мощности.

Малое выходное сопротивление второго каскада двухкаскадного усилителя, называемого эмиттерным повторителем, позволяет подсоединять не только наушники с большим сопротивлением, но и другие виды преобразователей акустического сигнала.

Эта тоже двухкаскадная схема УНЧ выполненная на двух транзисторах, но уже противоположной проводимости. Ее главная особенность в том, что связь между каскадами непосредственная. Охваченная ООС через сопротивление R3 напряжение смещения со второго каскада проходит на базу первого транзистора.

Конденсатор СЗ, шунтирует резистор R4, уменьшает ООС по переменному току, тем самым уменьшающая усиление VT2. Путем подбора номинала резистора R3 задают режим работы транзисторов.

УМЗЧ на двух транзисторах

Этот достаточно легкий усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) можно спаять всего на двух транзисторах. При напряжении питания 42В постоянного тока выходная мощность усилителя достигает 0,25 Вт при нагрузке 4 Ом. Потребляемый ток всего 23 mA. Усилитель работает в однотактном режиме «А».

Напряжение низкой частоты от источника сигнала подходит к регулятору громкости R1. Далее через защитный резистор R3 и конденсатор C1 сигнал оказывается на базе биполярного транзистора VT1 включенного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал через R8 подается на затвор мощного полевого транзистора VT2 включенный по схеме с общим истоком и его нагрузкой служит первичная обмотка понижающего трансформатора К вторичной обмотке трансформатора можно подключить динамическую головку или акустическую систему.

В обоих транзисторных каскадах присутствует местная отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току, так и общей цепью ООС.

В случае увеличения напряжения на затворе полевого транзистора сопротивление сток исток его канала уменьшается и напряжение на его стоке уменьшается. Это влияет и на уровень сигнала поступающий на биполярный транзистор, что снижает напряжения затвор-исток.

Совместно с цепями местной отрицательной обратной связи, таким образом, стабилизируются режимы работы обоих транзисторов даже в случае незначительного изменения питающего напряжения. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R10 и R7. Стабилитрон VD1 предназначен для предотвращения выхода полевого транзистора из строя. Питание усилительного каскада на VT1 производится через RC фильтр R12C4. Конденсатор C5 блокировочный по цепи питания.

Усилитель может быть собран на печатной плате размерами 80×50 мм,на ней расположены все элементы кроме понижающего трансформатора и динамической головки


Наладку схемы усилителя осуществляют при том напряжении питания, при котором он будет работать. Для тонкой настройки рекомендуется использовать осциллограф, щуп которого подключают к выводу стока полевого транзистора. Подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 100 … 4000 Гц, с помощью регулировки подстроечного резистора R5 добиваются того, чтобы отсутствовали заметные искажения синусоиды при как можно большем размахе амплитуды сигнала на выводе стока транзистора.

Выходная мощность усилителя на полевом транзисторе небольшая, всего 0,25Вт, напряжение питания от 42В до 60В. Сопротивление динамической головки 4 Ома.

Аудио сигнал через переменное сопротивление R1, затем R3 и разделительную емкость C1 поступает на усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Далее с этого транзистора усиленный сигнал через сопротивление R10 проходит на полевой транзистор.

Первичная обмотка трансформатора является нагрузкой для полевого транзистора, а к вторичной обмотки подключен четырех омная динамическая головка. Соотношением сопротивлений R10 и R7 задаем степень усиления по напряжению. С целью защиты униполярного транзистора в схему добавлен стабилитрон VD1.

Все номиналы деталей имеются на схеме. Трансформатор можно использовать типа ТВК110ЛМ или ТВК110Л2, от блока кадровой развертки старого телевизора или аналогичный.

УМЗЧ по схеме Агеева

Наткнулся на эту схему в старом выпуске журнала радио, впечатления от нее остались самыми приятными,во первых схема настолько проста, что ее сможет собрать и начинающий радиолюбитель,во вторых при условии рабочих компонентов и правильной сборки наладки она не требует.

Если вас заинтересовала эта схема, то остальные подробности по ее сборке вы сможете найти в журнале радио №8 за 1982 год.

Высококачественные транзисторные УНЧ

Практическая схема УНЧ | Шаг за шагом

Принципиальная и монтажная схемы усилителя НЧ, который будет использован во всех наших приемниках, приведена на чертеже 12. В усилителе имеется два каскада: усилитель напряжения на лампе 6Ж3П или 6Ж1П (Л3) и усилитель мощности на лампе 6П1П (Л4).

Входные гнезда усилителя обозначены на схеме буквами Т1 и Т2. Это обозначение перешло из схемы детекторного приемника, где имелись два гнезда для подключения телефонов. При воспроизведении грамзаписей к гнездам Т1, Т2 подключается звукосниматель (Зв), а при радиоприеме — нагрузка детектора.

Одно из гнезд (Т2) сразу же соединяется с общим («земляным») проводом, а второе с помощью экранированного провода подключается к регулятору громкости — потенциометру.

Экранировка проводов и деталей в сеточной цепи первой лампы необходима для того, чтобы защитить их от электромагнитных полей, которые создает переменный ток (частота 50 гц), проходя по осветительным проводам, по обмоткам силового трансформатора и т. п. Эти электромагнитные поля наводят в соединительных проводах усилителя переменные токи с частотой 50 гц, подобно тому как радиоволны наводят в приемной антенне токи высокой частоты (рис. 103).

В результате «наводок» в различных цепях усилителя появляются переменные напряжения с частотой 50 гц и величиной в несколько микровольт, а иногда и в несколько десятков милливольт. Конечно, если такое напряжение появится в анодной цепи выходной лампы, то мы этого даже не заметим, так как напряжение полезного сигнала на анодной нагрузке выходного каскада обычно лежит в пределах от нескольких вольт (слабый сигнал) до 100-150 в. По сравнению с этими величинами напряжение «наводок» настолько мало, что практически совершенно не влияет на работу усилителя.

Другое дело, если «наводки» появляются в цепях с низким уровнем сигнала и, в частности, в сеточной цепи первой лампы. Здесь напряжение полезного сигнала очень мало (именно поэтому мы и ввели усилитель напряжения) — оно обычно лежит в пределах от нескольких милливольт при слабом сигнале до 100-200 мв.

Совершенно ясно, что при слабых сигналах, а особенно во время паузы напряжение «наводок» уже становится сравнимым с самим полезным сигналом, а иногда даже может стать больше его. Попав на сетку первой лампы, «наводки» усиливаются вместе с полезным сигналом и создают в громкоговорителе очень сильный фон переменного тока.

Основной путь для борьбы с «наводками» — это экранирование. Давайте попробуем между источником «наводок» и цепью, которую нужно защитить, поставить экран — тонкую металлическую пластинку (или сетку), соединенную с земляным проводом. В этом случае электромагнитные волны будут наводить ток в самом экране, а за ним образуется своего рода тень — участок, где «наводок» практически не будет (рис. 104).

Если заранее неизвестно, с какой стороны появятся наводки, то защищаемую цепь окружают экранами со всех сторон. Широкое распространение нашли цилиндрические алюминиевые экраны, внутрь которых помещают контурные катушки и другие детали; у переменных сопротивлений роль экрана выполняет металлический корпус; для того чтобы защитить от наводок обычные провода, их помещают в так называемый экранирующий чулок — сплетенную из тонких проволочек гибкую трубку. Если под руками нет такого чулка, то поверх изоляции защищаемого провода нужно намотать спираль из любого медного провода, например ПЭ-0,1 или ПЭ-0,5. Эта спираль будет играть роль экрана.

Любой экран, будь то экранирующий цилиндр, корпус переменного сопротивления или самодельный экранирующий чулок, обязательно должен быть заземлен, причем у самодельного экрана для проводов нужно заземлять оба конца спирали. На схемах детали, заключенные в экран, обводят пунктирной линией; экранированный провод на схемах пропускают сквозь заземленное кольцо.

Интересно отметить, что «наводками», создающими фон, можно пользоваться для проверки усилителей НЧ. Прикоснувшись куском провода, отверткой или просто пальцем к какому-нибудь участку входной цепи первой лампы, например к ее управляющей сетке, мы фактически подадим на вход усилителя наведенное напряжение с частотой 50 гц, и если усилитель исправен, то громкоговоритель воспроизведет сильный фон (рис. 105). Фон появится, но, конечно, очень и очень слабый, и при прикосновении к сетке выходной лампы. Совершенно очевидно, что при проверке батарейных приемников в условиях, где нет сети переменного тока, никакого фона обнаружить не удастся.

Если вы внимательно посмотрите на принципиальную схему нашего усилителя НЧ, то обнаружите, что почти все его элементы вам уже знакомы (листы 145, 146). Возьмем, например, регулятор громкости — это обычный делитель напряжения — потенциометр, с помощью которого можно подавать на сетку лампы ту или иную часть напряжения входного сигнала. Сопротивление R12 — это обычная «утечка» в цепи управляющей сетки, а конденсатор С27 предохраняет сеточную цепь от постоянного напряжения. Этот конденсатор введен в схему «авансом», так как он понадобится лишь тогда, когда усилитель будет подключен к приемнику.

На сопротивлении R15 создается постоянное напряжение, которое служит отрицательным смещением на сетку лампы Л3. Конденсатор С30 проводит переменную составляющую анодного тока лампы помимо сопротивления R15. В первом каскаде можно подать смещение на сетку и другим путем — исключить из схемы детали R15 и С30, заземлить катод лампы, а в ее сеточную цепь на место R12 включить сопротивление в 10 Мом (лист 138).

Сопротивление R14 — это не что иное, как гасящее сопротивление в цепи экранной сетки. Для переменного тока экранная сетка заземлена через конденсатор С29.

Анодной нагрузкой лампы Л3 является сопротивление R13. С анода лампы через переходной конденсатор С28 усиленный сигнал подается на сетку выходного каскада Л4, Здесь так же, как и в первом каскаде, R17 — сопротивление утечки, а R18C33 — цепь автоматического смещения. В анодную цепь лампы включен выходной трансформатор Тр2, ко вторичной обмотке которого подключен громкоговоритель. Цепочка R16C31 — это простейший регулятор тембра. Если под руками нет конденсатора на 0,025 мкф (С31) с достаточно высоким рабочим напряжением (не менее 500 в), то регулятор тембра можно включить и в сеточную цепь лампы Л4, уменьшив при этом емкость конденсатора С31 в десять — двадцать раз (уточняется опытным путем).

Единственной незнакомой нам пока деталью является конденсатор С32. Назначение его — шунтировать выходной трансформатор для токов высокой частоты и таким образом препятствовать паразитному самовозбуждению усилителя.

Выходной трансформатор Тр2 выполнен на сердечнике сечением 2,56 см2 — пластины Ш-16, толщина набора 16 мм. Его первичная обмотка содержит 2500 витков провода ПЭ-0,1, а вторичная — 81 виток провода ПЭ-0,51. Сердечник выходного трансформатора, так же как и сердечник дросселя фильтра, собирается «встык» (лист 115). В качестве Тр2 можно использовать выходные трансформаторы от приемников «Рекорд-53», «АРЗ-53», «Огонек» и многих других.

Заканчивая разбор нашей первой ламповой схемы, хочется обратить внимание на возможную замену деталей усилителя.

Начинающие радиолюбители часто задают такие вопросы: «Можно ли заменить сопротивление 50 ком сопротивлением 47 ком?» или «Что будет, если вместо конденсатора емкостью 10 мкф применить конденсатор на 20 мкф?» и т. п.

Для начала заметим, что отклонение данных той или иной детали на 5-10% в большую или меньшую сторону особого значения не имеет и в большинстве случаев остается незамеченным. Более того, данные многих деталей можно изменить в полтора — три раза, а усилитель по-прежнему будет работать. А теперь поговорим конкретно о деталях нашего усилителя.

Прежде всего несколько слов о допустимой мощности сопротивлений и рабочем напряжении конденсаторов. Величины эти можно изменять как угодно, но… только в сторону увеличения: если нужен конденсатор с рабочим напряжением 20 в (например, С33), то можно применить конденсатор на 30, 50, 100 в и т.д.; вместо сопротивления, рассчитанного на мощность 0,25 вт, можно применить сопротивление на 0,5, 1, 2 вт и т. д. В то же время применять сопротивления с меньшей мощностью или конденсаторы с меньшим рабочим напряжением, чем это указано на схеме, ни в коем случае нельзя. Мощность всех сопротивлений условно показана на схеме (см. условные обозначения, лист 36). Рабочее напряжение указывают только для электролитических конденсаторов. Конденсаторы бумажные, слюдяные, керамические и др., как правило, могут работать при напряжениях 250 в и более, а этого вполне достаточно почти для всех элементов схемы.

Возможность изменения данных той или иной детали зависит от того, в какой цепи стоит эта деталь и как она влияет на работу усилителя. Так, например, при увеличении или уменьшении сопротивления R12 и на 20-50% никаких особых изменений в работе усилителя не произойдет. Другое дело, если мы сильно изменим величину сопротивления R15. При этом сразу же изменится отрицательное смещение на управляющую сетку — чем больше R15, тем больше отрицательное смещение. Изменится также анодный ток, падение напряжения на R13, а значит, и напряжение на аноде лампы. Все это может привести к ухудшению усилительных свойств каскада и появлению нелинейных искажений. К уменьшению коэффициента усиления каскада приводит резкое уменьшение (а в ряде случаев и увеличение) сопротивления анодной нагрузки R13 или снижение напряжения на экранной сетке путем увеличения R14. Емкость конденсаторов С29 и С30 и С33 можно увеличивать безболезненно, так как при этом лишь облегчается путь для переменных токов, которые проходят через эти конденсаторы.

Одним словом, данные, приведенные на принципиальных схемах, нельзя считать незыблемыми (рис. 106). В случае необходимости их можно изменять, и иногда весьма значительно. Но всякий раз при изменении данных какой-либо детали нужно думать о последствиях, к которым это изменение может привести.

Несколько слов о налаживании усилителя. Если усилитель собран в полном соответствии с принципиальной схемой и если в нем использованы исправные детали, то этот усилитель сразу же будет нормально работать без всякого налаживания. Две основные неприятности, которые вы можете обнаружить при включении усилителя, — это самовозбуждение и фон переменного тока.

Самовозбуждение возникает за счет паразитных обратных связей, и поэтому, обнаружив его, нужно прежде всего попробовать изменить монтаж, разнести входные и выходные цепи всего усилителя и отдельных каскадов. Если это не даст эффекта, то попробуйте увеличить емкость конденсатора С32, включить в сеточную цепь Л4 сопротивление на 10-50 ком (непосредственно между сеточным лепестком и проводом, идущим к сетке от R17) и, наконец, отключить конденсатор С30 или С32. При отключении этих конденсаторов в усилителе возникает отрицательная связь, с которой мы подробнее познакомимся позже. В качестве крайней меры можно снизить усиление первого каскада, уменьшив в два-три раза сопротивление R18 и в полтора-два раза сопротивление R14.

В случае сильного фона нужно прежде всего выяснить его причину. Для этого можно соединить кратчайшим путем сетку первой лампы с ее катодом: если фон не прекратится, то его источником, по-видимому, является выпрямитель. Наиболее часто источником фона являются наводки. В этом случае нужно прежде всего проверить, хорошо ли соединены с земляным проводом экраны проводов, ось и корпус переменного сопротивления, сердечники выходного и силового трансформаторов, корпус громкоговорителя, один из проводов накала ламп. Иногда источником фона может оказаться даже небольшой проводничок во входной цепи усилителя, не помещенный в экран. В заключение заметим, что устранение самовозбуждения и фона, как, впрочем, и другие работы по наладке радиоаппаратуры, требуют большого внимания, терпения и аккуратности.

Построенный нами усилитель можно сразу же использовать для воспроизведения грамзаписей. Что же касается подключения усилителя к детекторному приемнику, то с этим вопросом мы познакомимся в следующем разделе.

Две схемы УНЧ на транзисторах

Усилитель низкой частоты (УНЧ) является составной частью большинства радиотехнических устройств как то телевизора, плеера, радиоприемника и различных приборов бытового назначения. Рассмотрим две простые схемы двухкаскадного УНЧ на  транзисторах.

Первый вариант УНЧ на транзисторах

В первом варианте усилитель построен на кремниевых транзисторах n-p-n проводимости. Входной сигнал поступает через переменный резистор R1, который в свою очередь является нагрузочным сопротивлением для схемы источника сигнала. Наушники подсоединены к коллекторной электроцепи транзистора VT2 усилителя.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Поступающие на потенциометр R1 колебания НЧ через его движок и емкость С1 идут на базу VT1 1-го каскада в результате чего происходит частичное усиление. Данный резистор еще играет роль регулятора усиления (регулятор громкости), поскольку с изменением его сопротивления меняется напряжение, поступающее на базу VT1, и соответственно изменяется уровень усиленного сигнала.

Далее частично усиленный сигнал с сопротивления R3 через разделительный конденсатор идет на базу второго транзистора, в результате чего сигнал дополнительно усиливается и выделяется на наушниках, которые являются нагрузкой выходной цепи.

Сопротивления R2 и R4 обеспечивают положительное смещение на базе транзисторов (по отношению к эмиттеру). В момент отладки УЗЧ, данные сопротивления необходимо подобрать под конкретно используемые транзисторы, поскольку  каждый транзистор имеет определенное отклонение коэффициента  усиления.

Второй вариант усилителя низкой частоты на двух транзисторах

Эта двухкаскадная схема также построена на двух транзисторах, но уже германиевых p-n-p проводимости. Ее отличительная особенность от предыдущей схемы в том, что связь между каскадами непосредственная. Схема охвачена отрицательно обратной связью: через резистор R3 напряжение смещения со второго каскада поступает на базу первого транзистора.

Емкость СЗ, шунтирующая сопротивление R4, уменьшает ОС по переменному току, уменьшающая усиление VT2. Путем подбора сопротивления R3 выставляют режим работы обоих транзисторов.

Настройка транзисторного усилителя низкой частоты

Питание обоих усилителей можно осуществить от 3 пальчиковых батарей или же от простого и надежного стабилизатора напряжения построенного на микросхеме LM317.

Стенд для пайки со светодиодной подсветкой

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка…

Настройка усилителя первого варианта сводится к подбору сопротивлений R2 и R4. Величину сопротивлений нужно подобрать такой, чтобы миллиамперметр, подключенный в коллекторную цепь каждого транзистора, показывал ток в районе 0,5…0,8 мА. По второй схеме необходимо также выставить коллекторный ток второго транзистора путем подбора сопротивления резистора R3.

В первом варианте возможно применить транзисторы марки КТ312, КТ3102, или их зарубежные аналоги, однако при этом необходимо будет выставить правильное смещение напряжения транзисторов путем подбора сопротивлений R2, R4. Во втором варианте в свою очередь, возможно применить кремневые транзисторы марки КТ209, КТ361, или зарубежные аналоги. При этом выставить режимы работы транзисторов можно путем изменения сопротивления R3.

В коллекторную электроцепь транзистора VT2 (обоих усилителей) взамен наушников возможно подключить динамик с высоким сопротивлением. Если же необходимо получить более мощное усиление звука, то можно собрать усилитель на TDA2030, который обеспечивает усиление до 15 Вт.

Схемы интегральных УНЧ

Усилители звука для ноутбука на ИС LA4440. В этой статье предлагается сделать свою собственную компьютерную акустическую систему. Этот простой и недорогой проект позволит вам установить небольшой аудиоусилитель, тем самым обеспечить ваш ноутбук более мощным и качественным звуком.

Статья полностью: → Усилители звука для ноутбука

Схемы интегральных УНЧ

PAM8403 усилитель звука класса D с выходной мощностью 3W, созданный на основе микросхемы PAM8403. Данная микросхема является стереофоническим усилителем, выходной каскад, которого работает в классе D и развивающий номинальную мощностью 3 Вт. Внешних компонентов минимальное количество.

Статья полностью: → PAM8403 усилитель

Схемы интегральных УНЧ

4 канальный усилитель, который здесь предложен для повторения обладает надежностью в эксплуатации и отличным звучанием. Главная особенность этой схемы заключается в легкости самостоятельной сборки этого усилителя. К тому же для изготовления УНЧ имеются все схемы и печатные платы.

Статья полностью: → 4 канальный усилитель

Схемы интегральных УНЧ

Усилитель звука на ПК, как следует из названия, представляет собой схему, которая помогает усилить звуковую систему компьютера. В большинстве случаев звук компьютера или ноутбука недостаточно громкий или чистый для воспроизведения видео/аудио. Следовательно, здесь пригодится небольшая схема компьютерного усилителя.

Статья полностью: → Усилитель звука на ПК

Схемы интегральных УНЧ

Схемы усилителя мощности собранного на микросхемах TDA2030, LM1875, TDA2050, TDA2040 с возможностью включения в режим динамического моста. Схема также может использовать несколько микросхем и настраиваться для работы в мостовом (моно) или стерео режиме.

Статья полностью: → Схемы усилителя

Схемы интегральных УНЧ

Усилитель звука для наушников на микросхеме LM4910. Это усилитель мощности звука, разработанный в первую очередь для наушников в портативных устройствах. Он способен выдавать 35 мВт непрерывной средней мощности на 32 нагрузку с искажением менее 1% (THD + N) от источника питания 3,3 В постоянного тока.

Статья полностью: → Усилитель звука для наушников

Схемы интегральных УНЧ

Схемы усилителей | 2 Схемы

Схемы принципиальные усилителей звука разной мощности — для наушников, компьютерных колонок и мощных АС 100-1000 ватт. Все УНЧ подходят для сборки своими руками (есть печатные платы).

Вот мостовая схема четырехканального усилителя мощности для автомобильного использования на микросхеме TDA7850 или эквивалентными ей аналогами TDA7384, TDA7385, TDA7386 TDA7388, TB2929HQ, TB2926HQ, TB2929HQ, TB2929HQ, TA82624H, …

Среди усилителей мощности звука на 100 Вт очень интересной выглядит популярная схема «Mini Strong», где честных RMS 100 Вт обеспечиваются силовыми транзисторами 2SA1943 и +/-42 …

Согласно проекту, этот транзисторный УМЗЧ должен давать максимум 500 Вт синусоидальной мощности при нагрузке 4 Ом (в конфигурации моста), другими словами, 2x 250 Вт при …

Класс A — как много в этом звуке, для сердца нашего сплелось, как много в нём отозвалось! Разрешите представить усилитель, работающий по принципу «минимум КПД …

Сегодня хотел бы представить неплохой усилитель мощности звука на дешевых м/с TDA2030 и предварительный усилитель на LM1036. Так как это мой первый усилитель, то понимаю, …

Всё началось с того, что фирменный усилитель мощности звука сгорел, так что решил заменить его на другой, более мощный и естественно самодельный. Сначала покупка новых …

После нескольких вариантов сборки дешевых китайских усилителей звука на TDA2030 и иже с ними пришло время для чего-то более серьезного. Выбор пал на фирменные транзисторные …

Представляем усилитель на малоизвестных для многих микросхемах LM3876, которые используются для чего-то вроде квадроусиления. Тут нет двух усилителей с двумя отдельными схемами электропитания, а есть …

Использование мощных усилителей (с Pout более 200 Ватт) оправдано даже для дома. Ведь УМЗЧ будет всегда работать на десятой части своей мощности, что крайне хорошо …

Построить корпус к сабвуферу не проблема, проблема как управлять тем НЧ динамиком? Вначале творческих изысканий сделал усилитель на основе попсовых интегральных микросхем TDA7294, LM3886, LM4780. …

Одна из самых популярных среди аудиофилов конструкций УМЗЧ — усилитель мощности Holton. Собраный по этой схеме он выдаёт 2 х 100 Вт. Каждый канал состоит …

Представляем ещё один самодельный усилителя на знаменитой микросхеме TDA7294. Это усилитель по системе 2.1. Канал сабвуфера — это TDA7294 в мостовом включении, а на стереоканалы …

Обзор знаменитой схемы двухтактного усилителя класса A, использующего JFET и MOSFET в очень простой двухступенчатой комплементарной схеме включения — немного похожей на Aleph J. Данный …

По мнению многих радиолюбителей, LM3886 — одна из самых уважаемых микросхем для усилителей звука. Причиной её популярности является очень низкий уровень искажений, минимальные внешние компоненты …

Отличная микросхема для сборки самодельного усилитель с довольно большой мощностью это TDA2050. Но представленная инструкция подходит и к любой другой похожей по структуре м/с, например …

Недавно прослушанный у друга усилитель побудил тоже сделать себе А-класс УНЧ на наушники. Конструкция этого усилителя настолько проста, что даже начинающим радиолюбителям это удастся. В …

Усилитель выполнен в виде двух моноблоков, скрученных вместе и так как несмотря на то, что схема была разработана лет 30 назад, звук действительно отличный. Усилитель …

Это несложное, но очень полезное в быту устройство — самодельный усилитель звука для наушников, он питается от двух AAA батареек на 3 В и имеет …

Представляем концепцию двух стереоусилителей с низким энергопотреблением и рабочим напряжением для питания небольших колонок или наушников. Было несколько мотивов для реализации этого проекта. Одним из …

Различные усилители звука, как микрофонные, так и мощные оконечные УМЗЧ, нуждаются при настройке в эталонном сигнале постоянной величины. Многие испытывают и настраивают схемы УНЧ просто …

советов по достижению точности низких частот и расширению полосы пропускания в схемах фотодиодов

В прошлой статье мы начали разговор о советах по проектированию фотодиодных усилителей.

Здесь мы рассмотрим две концепции, которые могут потребоваться в трансимпедансных усилителях в схемах фотодиодов: ток утечки и полоса пропускания.

Если вы хотите узнать больше о фотодиодах, не забудьте прочитать мою серию статей «Введение в фотодиоды»; первая статья серии посвящена световым и pn переходам.

Минимизация тока утечки

Фотодиоды вырабатывают токи в диапазоне наноампер и малых микроампер. При таких крошечных течениях неидеальности, которые мы часто игнорируем, могут стать заметными и даже проблематичными.

Входной ток смещения операционного усилителя

Во-первых, внимательно изучите характеристики операционного усилителя для входного тока смещения. В идеале нулевой ток течет на входные клеммы или выходит из них, а весь фототок проходит через резистор обратной связи TIA и способствует выходному напряжению.

К сожалению, для реального операционного усилителя требуется некоторый входной ток смещения, а токи смещения, которые могут казаться незначительными в других приложениях, могут привести к недопустимым ошибкам в фотодиодной системе. При ненулевом токе смещения часть фототока отводится на входной каскад операционного усилителя, и если фототок находится в диапазоне низких наноампер, не потребуется большого отклонения тока, чтобы серьезно изменить измерения, сообщаемые усилителем. .

Рисунок 1. На этой схеме показано, как часть фототока фотодиода используется в качестве входного тока смещения и, следовательно, не влияет на выходное напряжение. В этой конфигурации фотодиод смещен в обратном направлении положительным напряжением, и ориентация диода приводит к возникновению фототока, который течет к выходному узлу.

В общем, вам понадобится операционный усилитель с входным каскадом на полевых транзисторах. BJT потребляют слишком большой ток смещения. Но даже входные каскады на полевых транзисторах имеют обычные защитные диоды, имеющиеся во входных схемах ИС; эти диоды имеют ток утечки, и этот ток утечки становится гораздо более значительным при повышении температуры.Если вы разрабатываете фотодиодный усилитель для высокотемпературного применения, обязательно проверьте его характеристики!

Операционные усилители

, предназначенные для приложений TIA, могут обеспечивать удивительно низкие входные токи смещения. Например, я сделал быстрый поиск и нашел LTC6268 от Analog Devices. При комнатной температуре его ток утечки составляет всего несколько фемтоампер. Однако при 125 ° C спецификация составляет 4 пикоампера (макс.) — увеличение на три порядка!

Утечка на печатной плате

Во-вторых, мы должны помнить, что наши дорожки на печатной плате не окружены материалами, которые обеспечивают бесконечное сопротивление.Если подключение к фотодиоду проходит рядом с дорожками или медными разливами, которые создают значительную разность потенциалов, ток утечки постоянного тока через печатную плату может быть достаточно большим, чтобы вызвать ошибки.

Входной сигнал фотодиода проходит по дорожке, ведущей к инвертирующей входной клемме операционного усилителя. Инвертирующая входная клемма обычно находится на земле или рядом с ней, потому что неинвертирующая входная клемма удерживается на земле или при небольшом напряжении смещения. Таким образом, трассы, которые с большей вероятностью вызовут проблемы с током утечки, — это трассы с напряжением, не близким к нулю, например, положительное или отрицательное напряжение питания.Чтобы максимизировать точность, оставьте как можно больше места (в пределах разумного) между этими дорожками и входной дорожкой фотодиода.

Расширение полосы пропускания

Для многих фотодиодных приложений не требуется высокочастотный отклик, и это немного облегчает жизнь, потому что проектирование оптимизированной схемы фотодиода является сложной задачей, даже когда скорость не имеет большого значения. Когда вы добавляете в микс требование широкой полосы пропускания, ситуация может стать очень сложной.

На принципиальной схеме, представленной в предыдущей статье, показан обычный конденсатор (C F ), включенный в цепь обратной связи как средство обеспечения адекватной стабильности:

Рисунок 2. Наш пример фотодиода с трансимпедансным усилителем из нашей предыдущей статьи

Однако в приложениях с высокоскоростными фотодиодами оптимальная величина емкости обратной связи может быть чрезвычайно маленькой — в некоторых случаях намного меньше 1 пФ. Это особенно верно в приложениях с высоким коэффициентом усиления, поскольку потребность в емкости обратной связи уменьшается по мере увеличения сопротивления обратной связи.

Таким образом, широкополосные фотодиодные TIA могут не нуждаться в CF либо потому, что полюс обратной связи не расположен на частоте, которая создает нестабильность, либо потому, что путь обратной связи имеет настолько большую паразитную емкость, что намеренно установленный конденсатор не требуется.

Рис. 3. Конденсатор обратной связи заменен паразитной емкостью, связанной с резистором обратной связи.

Продвигаясь дальше, мы видим, что паразитная емкость на самом деле может быть больше, чем требуемая компенсационная емкость. В этом случае паразитная емкость излишне ограничивает полосу пропускания TIA, и задача разработчика состоит в том, чтобы уменьшить емкость обратной связи, чтобы увеличить полосу пропускания.

В плотной компоновке с короткими дорожками мы мало что можем сделать, чтобы уменьшить емкость медных соединений в тракте обратной связи. Однако мы можем уменьшить паразитную емкость, связанную с резистором обратной связи.

Во-первых, мы можем попытаться изменить площадь основания печатной платы резистора. Теоретически емкость можно уменьшить, уменьшив площадь параллельных пластин торцевых крышек резистора и увеличив расстояние между торцевыми крышками. Затем мы можем уменьшить емкость между клеммами, проложив заземляющий провод между контактными площадками на посадочной поверхности печатной платы резистора.Вы можете прочитать больше об этих методах на страницах 14 и 15 таблицы данных LTC6268 / LTC6269.

Заключение

Мы рассмотрели различные интересные детали, связанные с конструкцией TIA, и я надеюсь, что вы найдете эту информацию полезной при проектировании или анализе схемы, которая включает в себя усилитель фотодиода. Если у вас есть какие-либо дополнительные советы или хитрости, не стесняйтесь делиться ими в разделе комментариев.

Низкочастотная индуктивность

РЕСУРСЫ> EIS > ИНДУКТИВНОСТЬ> НИЗКАЯ ЧАСТОТА

Индуктивность и индуктивные петли
Индуктивное поведение, которое проявляется в высокочастотном диапазоне, довольно легко объяснимо. инструментальными артефактами, или индуктивностью электрода, или индуктивностью соединительные провода.Однако индуктивное поведение на частотах LOW все еще загадывает много. Вот несколько возможных объяснений.

График Найквиста, аналогичный изображенному на справа, иногда встречается в литературе по импедансу. Хотя две дуги кажутся полукругами, они часто искажаются около самого правого края по Z ‘. В точка максимума Z ‘часто встречается на выше оси x, в первом квадранте, а не на на ось x, как показано здесь.Сегмент, показанный красным, определяет область низкого частотно-индуктивное поведение. Показана эквивалентная схема, которая может соответствовать этим данным. ниже.


А График Найквиста, показывающий низкочастотное индуктивное поведение. Стрелки указывают на более высокие частоты.

В зависимости от относительных величин постоянных времени R 2 C и L / (R 2 + R 3 ), «диаметр» красной дуги в графике Найквиста, выше, может быть от нуля до 3 рэндов.Положение «середины» частота «точки пересечения оси x (обозначена» «) должна быть такой же малой, как R 1 + R 2 [Когда L / R 3 << R 2 C] или до ( 1 R 2 + R 3 ) [Когда L / R 3 >> (R 2 + R 3 ) C].

Большой Значения индуктивности!
В отличие от «высокой частоты» индуктора, значение L , которое соответствует этим данным, находится в диапазоне одного Генри, или, возможно, больше.Такие большие значения нельзя отнести к паразитной индуктивности или витым проводам. Индуктивности такой величины характерны для электронного силового трансформатора с железным сердечником размером Куб 10 см (4 дюйма) весом килограмм и более!

Адсорбция? (ПОДРОБНЕЕ)
Самые цитируемые объяснение этого низкочастотного индуктивного поведения — процесс адсорбции на поверхность электрода. Недавно я наткнулся на несколько статей, посвященных индуктивности, включая тот, который описывает инструментальный артефакт, который может дать низкочастотное индуктивное поведение!

Анализ низкочастотной характеристики усилителя

Здравствуйте, ребята, надеюсь, у вас все отлично.В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим Анализ низкочастотной характеристики усилителя . Для усилителя с емкостной связью, если частота сигнала меньше критического значения, это повлияет на усиление напряжения и фазовый сдвиг. При меньшем значении частоты реактивное сопротивление разделительного конденсатора становится достаточным, что вызывает уменьшение усиления по напряжению и увеличение фазового сдвига.

В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим частотную характеристику усилителей с емкостной связью BJT и FET и связанные с ними параметры.Итак, давайте начнем с Analyze Low Frequency Response of Amplifier.

Схемы усилителей BJT
  • На приведенном ниже рисунке показана конфигурация усилителя с общим эмиттером с емкостной связью.

  • Предположим, что конденсаторы связи и байпаса идеально закорочены на средней частоте сигнала, мы можем вычислить усиление напряжения среднего диапазона с помощью приведенного ниже уравнения. В этом уравнении Rc = RCΙΙRL.

Av (средний) = Rc / r’e

  • Если используется сопротивление заболачиванию RE1, оно выходит последовательно, и тогда уравнение будет.

Av (средний) = Rc / (r’e + RE1)

  • На приведенном выше рисунке показан усилитель BJT, который имеет три RC-цепи верхних частот, которые влияют на его усиление с уменьшением частоты ниже среднего.
  • Это показано на приведенной ниже схеме с меньшей частотой переменного тока.

  • Результирующая схема с меньшей частотой сохраняет разделительный и байпасный конденсаторы, поскольку XC нельзя игнорировать, когда частота сигнала очень низкая.
  • Одна RC-цепь состоит из входного разделительного конденсатора C1 и входного сопротивления усилителя.
  • Вторая RC-цепь создается с помощью выходного разделительного конденсатора C3, сопротивление можно увидеть на коллекторе (Rout) и сопротивление нагрузки.
  • Третья RC-цепь, влияющая на низкочастотную характеристику, создается с помощью конденсатора C2 обхода эмиттера и сопротивления, видимого на эмиттере.
Входная RC-цепь
  • Входная RC-схема усилителя с биполярным переходом, показанная на первом рисунке, создана с помощью конденсатора C1 и входного сопротивления усилителя, как показано на рисунке ниже.

  • С уменьшением частоты сигнала XC1 повышается. Это вызывает меньшее напряжение на входном сопротивлении усилителя на клемме базы, поскольку дополнительное напряжение теряется на конденсаторе C1 и из-за этого общее усиление напряжения усилителя уменьшается.
  • Базовое напряжение входной RC-цепи, показанной на рисунке выше, можно объяснить как.

В база = (Rin / √ (R 2 дюйм + X 2 C1 )) Vin

  • Как и ранее, обсудим критическую точку отклика выходов усилителя, когда выходное напряжение равно 70.7 процентов от среднего значения.
  • Эта ситуация возникает во входной RC-цепи, когда XC1 = Rin.

В основание = (Rin / √ (R 2 дюймов + R 2 дюймов )) Vin = (Rin / √ (2R 2 дюймов)) Vin = (Rin / (√2. Рин)) Ви

В база = 0,707 Вин

20log (Vbase / Vin) = 20 log (0,707) = -3 дБ

Менее критическая частота

  • Ситуация, когда усиление меньше трех децибел, логически называется точкой отклика усилителя, чистое усиление на три децибела ниже средней частоты из-за ослабления входной RC-цепи.
  • Частота fcl, при которой возникает эта ситуация, известна как меньшая или более низкая критическая частота, также называемая частотой среза или нижней частотой прерывания, и может быть найдена как.

XC1 = 1 / 2pfcl (вход) C1 = Rin

fcl (вход) = 1 / 2ΠRinC1 —- (A)

  • Если принять во внимание сопротивление источника входного сигнала, тогда уравнение A будет.

fcl (вход) = 1 / 2Π (Rs + Rin) C1

Спад усиления напряжения на низких частотах

  • Как мы уже говорили, входная RC-схема снижает общий коэффициент усиления по напряжению усилителя на три децибела, когда частота снижается до критического значения fc.
  • При уменьшении частоты меньше, чем fc, общий коэффициент усиления по напряжению также уменьшается.
  • Скорость, с которой коэффициент усиления напряжения уменьшается с увеличением частоты, известна как спад .
  • На каждые 10 раз уменьшения частоты меньше fc происходит уменьшение усиления напряжения на 20 децибел.
  • Предположим, что частота составляет одну десятую критической частоты (f = 0,1fc).
  • Поскольку XC1 = Rin при fc, то XC1 = 10Rin при 0,1fc из-за обратной зависимости XC1 и f.
  • Затухание входной RC-цепи будет как.
  • Затухание = Vbase / Vin = Rin / √ (R 2 дюйм + X 2 C1) = Rin / √ (R 2 дюйм + (10Rin) 2 )

= Rin / √ (R 2 дюймов + 100R 2 дюймов) = Rin / Rin√101 = 0,1

  • Будет затухание в децибелах.

20 log (Vbase / Vin) = 20 log (0,1) = -20 дБ

Что такое участок Боде

  • Десятилетнее изменение частоты известно как декада.Поэтому для входной RC-цепи затухание уменьшается на двадцать децибел на каждую декаду, когда частота снижает критическую частоту.
  • Он сводит общий прирост напряжения к потере двадцати децибел за декаду.
  • График зависимости усиления напряжения в децибелах от частоты на одной миллиметровой бумаге или логарифмической оси x и линейной оси Y известен как график Боде .
  • Общая диаграмма Боде для входной RC-цепи показана на рисунке ниже.

  • Идеальная кривая отклика нарисована синим цветом.Вы можете видеть, что это ровный или нулевой децибел, приближающийся к критической частоте, в этот момент усиление уменьшается на -20 дБ / декаду, как обозначено.
  • Над fc находятся средние частоты.
  • Фактическая кривая отклика нарисована красным цветом. Обратите внимание, что он медленно снижается, начиная с среднего диапазона, и достигает критической частоты.
  • Часто идеальный отклик используется для упрощения анализа усилителя.
  • Как обсуждалось выше, значение критической частоты, при которой кривая переходит в спад, известно как -20 дБ / декада, более низкая частота разрыва
  • Иногда спад усиления напряжения усилителя указывается в дБ / октава, а не дБ / декада.
  • Октава напоминает удвоение или уменьшение частоты вдвое.
  • Например, приращение частоты от ста до двухсот герц составляет октаву.
  • Точно так же уменьшение частоты от ста до пятидесяти килогерц также является октавой.
  • Скорость -20 дБ / декада почти равна скорости -6 дБ / октава, а скорость -40 дБ / декада равна -12 дБ / октаву

Фазовый сдвиг во входной RC-цепи

  • С уменьшением усиления по напряжению входная RC-схема также вызывает увеличение фазового сдвига через усилитель с уменьшением частоты.
  • Для средних частот фазовый сдвиг входной RC-цепи почти равен 0, поскольку емкостное реактивное сопротивление XC1 почти равно нулю.
  • При меньшей частоте большие значения XCq вызывают фазовый сдвиг, и выходное напряжение RC-цепи генерирует входное напряжение.
  • Как мы знаем, фазовый угол во входной RC-цепи определяется как.

θ = желто-коричневый -1 (XC1 / Rin)

  • Для среднего диапазона частоты Xc1 = 0 Ом.

θ = желто-коричневый -1 (0 Ом / Rin) = 0

  • Для критической частоты XC1 = Rin, поэтому

θ = Tan -1 (Rin / Rin) = 45

  • На декаду меньше критическая частота XC1 = 10Rin, поэтому

θ = Tan -1 (10Rin / Rin) = 84.3 °

  • Продолжение этой процедуры приведет к тому, что фазовый сдвиг во входной RC-цепи приближается к нулевой степени, когда частота приближается к 0.
  • На рисунке ниже показан график зависимости фазового угла от частоты.

  • Выход состоит в том, что напряжение на базе транзистора вызывает напряжение входного сигнала в фазе меньше среднего диапазона, как показано на рисунке ниже.

Выходная RC-цепь
  • Вторая высокочастотная RC-цепь в усилителе BJT, показанном на первом рисунке, создается с помощью разделительного конденсатора C3, сопротивление на коллекторе и сопротивление нагрузки обозначено как RL, обозначенное на рисунке ниже как «a».

  • Для определения выходного сопротивления, наблюдаемого с коллектора, транзистор работает как идеальный источник тока, а верхняя часть RC находится на заземлении переменного тока, показанном на рисунке, обозначенном как «b».
  • Таким образом, при подаче на левую сторону конденсатора C3 результирующего источника напряжения, равного напряжению коллектора, и последовательного резистора, идентичного RC, как показано на рисунке, обозначенного как c.
  • Менее критическая частота этой выходной RC-цепи задается как.

fcl (выход) = 1 / 2Π (RC + RL) C3

  • Влияние выходной RC-цепи на усиление напряжения усилителя аналогично влиянию входной RC-цепи.
  • С уменьшением частоты сигнала XC3 увеличивается.
  • Это вызывает меньшие потери напряжения на сопротивлении нагрузки, поскольку большие потери напряжения возникают на конденсаторе C3.
  • Напряжение сигнала уменьшается с коэффициентом 0,707, когда частота понижается до менее критического значения fcl. Это соответствует уменьшению усиления по напряжению на три дБ.

Фазовый сдвиг в выходной RC-цепи

  • Фазовый угол в выходной RC-цепи имеет вид.

θ = желто-коричневый -1 XC3 / (RC + RL)

  • θ равно нулю для средней частоты и приближается к девяносту градусам, когда частота приближается к нулю.
  • Для критической частоты fc фазовый сдвиг составляет 45 градусов.
Байпасная RC-цепь
  • Третья RC-схема, которая влияет на меньшее усиление частоты усилителя с биполярным переходом на первом рисунке, теперь состоит из байпасного конденсатора C2.
  • На рисунке ниже показано, что оно обозначено как «a» для средних частот. Предполагается, что XC2 = 0 Ом закорочил эмиттер с землей, поэтому коэффициент усиления усилителя Rc> r’e.

  • С уменьшением частоты увеличивается XC2, и реактивного сопротивления недостаточно для размещения эмиттера на заземлении переменного тока, как показано на рисунке выше, обозначенном как b ’.
  • Поскольку сопротивление эмиттера относительно земли увеличивается, коэффициент усиления уменьшается.
  • В этом условии Re в уравнении Av = Rc / (r’e + Re) заменяется импедансом, созданным сопротивлением RE, параллельным XC2.
  • RC-цепь байпаса создается с помощью конденсатора C2 и сопротивления, видимого на эмиттере Rin (эмиттере), как показано на рисунке, обозначенном как a ’.

  • Сопротивление эмиттера можно рассчитать с помощью следующей процедуры.
  • На рисунке, обозначенном как b ’, теорема Венина применяется, начиная с базы транзистора и заканчивая входным источником Vin.
  • Он обеспечивает эквивалентное сопротивление Rth и эквивалентный источник напряжения Vth (1), подключенный последовательно с базой, как показано на рисунке, обозначенном как c ’.
  • Сопротивление, видимое на эмиттере, получено при подключении эквивалентного источника, подключенного к нему, показанного на рисунке, обозначенного как d ’.

Rin (излучатель) = r’e + Ve / Ie = r’e + Vb / βacIb = r’e + IbRth / βacIb

Rin (излучатель) = r’e + Rth / βac

  • Конденсатор C2 r’e + Rth / βac находится в параллельной комбинации с сопротивлением RE, которое показано на рисунке и обозначено как e ’.
  • Применяя их снова, мы получаем эквивалентную RC-схему, показанную на рисунке, обозначенную буквой f ’.
  • Нижняя критическая частота для этой результирующей RC-цепи байпаса обозначена как.

fcl (байпас) = 1 / 2Π [(r’e + Rth / βac) ΙΙRE] C2

  • Если мы используем сопротивление затоплению, окончательное уравнение для Rin (излучателя) будет.

Rin (излучатель) = r’e + RE1 + Rth / βac

Усилители на полевых транзисторах
  • Конфигурация усилителя D-MOSFET с нулевым смещением и емкостной связью на обеих сторонах входа и выхода показана на рисунке ниже.

  • Коэффициент усиления по напряжению среднего диапазона усилителя с нулевым смещением равен.

Av (средний) = gmRd

  • Коэффициент усиления по частоте достаточно велик, поэтому емкостные сопротивления почти 0.
  • Усилитель, показанный на рисунке выше, имеет только 2 RC цепи верхних частот, что влияет на его низкочастотную характеристику.
  • Одна RC-цепь состоит из входного разделительного конденсатора C1 и входного сопротивления.
  • Вторая схема состоит из входного разделительного конденсатора C2 и выходного сопротивления, соединенного со стоком.
RC-цепь входного усилителя на полевых транзисторах
  • Входная RC-схема усилителя на полевых транзисторах, показанная на рисунке выше, создана на рисунке ниже.

  • Как мы уже говорили, в усилителе BJT реактивное сопротивление входного конденсатора связи увеличивается с декрементом частоты.
  • Когда XC1 = Rin, усиление на три децибела меньше его среднего значения.
  • Нижняя критическая частота задается как.

fcl (вход) = 1 / 2ΠRinC1

  • Входное сопротивление задано как.

Rin = RGΙΙRin (ворота)

  • В этом уравнении Rin (вентиль) находится из чтения таблицы.

Рин (ворота) = ΙVGS / IGSSΙ

  • Нижняя критическая частота задается как.

fcl (вход) = 1 / 2Π (RG || Rin (вентиль)) C1

Выходная RC-цепь усилителя на полевых транзисторах
  • Вторая RC-схема, которая влияет на низкочастотную характеристику усилителя на полевых транзисторах, создается с помощью разделительного конденсатора C2, а выходное сопротивление, соединенное со стоком, показано на рисунке ниже и обозначено как a ’.

  • Добавляется сопротивление нагрузки Rl. Для BJT полевой транзистор работает как источник тока, а верхняя часть сопротивления RD является землей по переменному току, как показано на рисунке выше и обозначено как b ’.
  • Результирующая thevenin слева от C2 показана на рисункеr и обозначена как c.
  • Нижняя критическая частота для этой RC-цепи обозначена как.

fcl (выход) = 1 / 2Π (RD + RL) C2

  • Влияние выходной RC-цепи на усиление по напряжению усилителя ниже среднего уровня аналогично влиянию входной RC-цепи.
  • Схема с наибольшей критической частотой доминирует, поскольку именно она вызывает спад усиления, когда частота меньше ее средних значений.
  • Фазовый угол в схеме выхода Rc с меньшей частотой задается как.

θ = желто-коричневый -1 XC2 / (RD + RL)

  • Мы снова говорим, что на критической частоте фазовый угол составляет сорок пять градусов и приближается к нескольким градусам, когда частота приближается к 0 градусам.
  • Несмотря на то, что фаза начинается с критической частоты, фазовый угол уменьшается с сорока пяти градусов и становится очень меньше по мере увеличения частоты.
Общая низкочастотная характеристика усилителя
  • До сих пор мы обсуждали отдельно RC-схему верхних частот, которая влияет на усиление напряжения усилителя BJT или FET на меньшей частоте, теперь давайте обсудим общий эффект 3 RC-схемы в усилителе BJT.
  • Каждая схема имеет круговую частоту, рассчитанную с параметрами R и C,
  • Критическая частота 3 RC цепей не одинакова.
  • критическая частота одной RC-цепи больше, чем у остальных 3-х, то это доминирующая RC-схема.
  • Доминирующая схема находит частоту, при которой общий коэффициент усиления по напряжению усилителя начинает уменьшаться до -20 дБ / декаду.
  • Каждая другая схема вызывает дополнительный спад на -20 дБ / декаду за вычетом соответствующей критической частоты.
  • Чтобы получить хороший результат с меньшей частотой, мы построим график Боде на рисунке ниже.

  • Он отображает наложенные идеальные отклики для 3 RC цепей в зеленых линиях усилителя BJT.
  • В этом примере каждая RC-цепь имеет разную критическую частоту.Входная RC-схема является доминирующей в этом состоянии, а RC-схема байпаса имеет меньшую fc.
  • Идеальный общий ответ показан синими цветными линиями.
  • На данный момент происходит вот что. При уменьшении частоты от mirange первая точка разрыва возникает на критической частоте входной RC-цепи, fcl или входа, и усиление начинает уменьшаться на -20 дБ / декаду.
  • Эта постоянная скорость нарастания продолжается до тех пор, пока не будет достигнута критическая частота выходной RC-цепи fcl (выход).
  • Для этой точки торможения выходная RC-схема добавила еще -20 дБ / декаду, чтобы создать общий спад -40 дБ / декаду.
  • этот постоянный спад -40 дБ / декада непрерывен до достижения критической частоты схемы байпаса RC.
  • RC-схема обхода добавила еще -20 дБ / декаду в этой точке излома, создав спад усиления на -60 дБ / декаду.
  • Если все RC-схемы имеют одинаковое значение критической частоты, кривая отклика имеет одну точку излома при этом значении fcl, а коэффициент усиления по напряжению падает на -60 дБ / декаду меньше этого значения, что показано на рисунке ниже с идеальной кривой синим цветом. .

  • В действительности усиление по напряжению в среднем диапазоне не распространяется на доминирующую критическую частоту, но на -9 дБ меньше коэффициента усиления по напряжению в среднем диапазоне, что показано на рисунке выше красной кривой.

Это подробный пост об анализе низкочастотной характеристики усилителя, если у вас есть какие-либо вопросы, задавайте их в комментариях. Спасибо за прочтение. Хорошего дня.

Автор: Генри
http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях.Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Частотная характеристика

усилителя BJT с общим эмиттером [Analog Devices Wiki]

1 Топология цепи

Схема типичного усилителя с общим эмиттером показана на рисунке 1.Конденсаторы C B и C C используются для блокировки точки смещения постоянного тока усилителя от входа и выхода (связь по переменному току). Конденсатор C E — это шунтирующий конденсатор переменного тока, используемый для заземления низкочастотного переменного тока на эмиттере Q 1 . Конденсатор Миллера C F — это небольшая емкость, которая будет использоваться для управления высокочастотной характеристикой усилителя 3- дБ .

Рисунок 1: Усилитель BJT с общим эмиттером.

1.1 смещение постоянного тока и среднечастотная характеристика

Для этого раздела предположим, что C B = C C = C E = 1 Фарад и C F = C Π = C µ = 0. Вы можете найти ток коллектора постоянного тока (I C ) и номиналы резисторов после анализа, приведенного в вашем учебнике. Поскольку топология и требования могут немного отличаться от описанных в тексте, вам нужно будет внести незначительные изменения в процедуру проектирования и уравнения.

1.2 Низкочастотная характеристика

На рис. 2 показана низкочастотная малосигнальная эквивалентная схема усилителя. Обратите внимание, что C F игнорируется, поскольку предполагается, что его импеданс на этих частотах очень высок. R B — это параллельная комбинация R B1 и R B2 .

Рисунок 2: Низкочастотная эквивалентная схема.

Используя анализ постоянной времени короткого замыкания, нижняя частота 3- дБ L ) может быть найдена как:

Где

1.3 Высокочастотная характеристика

На рис.3 показана эквивалентная высокочастотная малосигнальная схема усилителя. На высоких частотах C B , C C и C E могут быть заменены короткими замыканиями, поскольку их полное сопротивление становится очень маленьким по сравнению с R S , R L и R E .

Рисунок 3: Высокочастотная эквивалентная схема.

Более высокая частота 3- дБ H ) может быть получена как:

Где

Таким образом, если мы предположим, что усилитель с общим эмиттером должным образом характеризуется этими доминирующими полюсами низких и высоких частот, то частотная характеристика усилителя может быть аппроксимирована следующим образом:

2 Предварительная лаборатория

Предполагая, что C B = C C = C E = 1 Фарад и C F = C Π = C µ = 0, и используя транзистор 2N3904, спроектируйте усилитель с общим эмиттером с следующие характеристики:

В CC = 5 В
R S = 50 Ом
R L = 1 кОм
R IN > 250
Isupply <8 мА
A В > 50
пик. -пиковое колебание выхода без фиксации> 3 В

1.Покажите все свои расчеты, процедуры проектирования и окончательные значения компонентов.
2. Проверьте свои результаты с помощью симулятора цепи LTSpice. Отправьте все необходимые графики моделирования, подтверждающие соответствие спецификациям. Также предоставьте принципиальную схему с аннотациями точек смещения постоянного тока.
3. Используя симулятор LTSpice, найдите более высокую частоту 3- дБ (f H ), в то время как C F = 0.
4. Определите Cp, Cµ и r b транзистора из смоделированной работы. точечные данные (обратитесь к документации вашего симулятора, чтобы узнать, как получить данные о рабочих точках).Вычислите f H , используя уравнение из раздела 1.3, и сравните его с результатом моделирования, полученным на шаге 3. Помните, что уравнение дает вам частоту в радианах, и вам необходимо преобразовать ее в Гц.
5. Вычислите значение C F , чтобы получить f H = 50 кГц . Смоделируйте схему, чтобы проверить результат, и при необходимости отрегулируйте значение C F .
6. Вычислите C B , C C , C E , чтобы получить f L = 500 Гц.Смоделируйте схему, чтобы проверить результат, и при необходимости отрегулируйте номиналы конденсаторов.
7. Будьте готовы обсудить свой дизайн в начале лабораторного периода со своим TA.

3 Лабораторная процедура

Цель:

Целью этого раздела лабораторной работы является проверка ваших предварительных проектных значений путем создания реальной схемы и измерения ее частотной характеристики.

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки
6 — Резисторы различных номиналов из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
4 — Конденсаторы различных номиналов из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
1 — Малосигнальный NPN-транзистор (2N3904)

Обратите внимание на резистор истока R S и выход AWG ADALM2000.Выход AWG имеет последовательное выходное сопротивление 50 Ом, и вам необходимо включить его вместе с внешним сопротивлением последовательно с его выходом. Также из-за относительно высокого коэффициента усиления вашей конструкции вам понадобится входной сигнал с небольшой амплитудой около 100 мВ от пика до пика. Вместо того, чтобы программно уменьшать AWG, было бы лучше с точки зрения шума вставить резисторный делитель напряжения между выходом AWG и входом вашей схемы для ослабления сигнала. Использование чего-то вроде того, что показано на рисунке 4, обеспечит коэффициент затухания 1/8 и эквивалентное сопротивление источника 60 Ом.Конечно, возможны и другие комбинации номиналов резисторов в зависимости от того, что у вас есть.

Рисунок 4 Аттенюатор сигнала с сопротивлением источника 60 Ом

Настройка оборудования

Постройте схему на своей макетной плате.

Рисунок 5 Подключение макетной платы усилителя BJT с общим эмиттером

Направление:

1. Постройте усилитель на основе схемы на рис. 1, которую вы разработали в предварительной лаборатории.Основываясь на ваших проектных значениях из предварительной лаборатории, используйте ближайшее стандартное значение из вашего набора. Помните, что вы можете комбинировать стандартные значения последовательно или параллельно, чтобы получить комбинированное значение, близкое к вашему расчетному номеру.
2. Проверьте рабочую точку постоянного тока, измерив I C , V E , V C и V B . Если какое-либо значение смещения постоянного тока значительно отличается от значения, полученного при моделировании, измените схему, чтобы получить желаемое смещение постоянного тока, прежде чем переходить к следующему шагу.
3. Измерьте Isupply.
4. Используйте инструмент Network analyzer в программном обеспечении Scopy, чтобы получить амплитуду частотной характеристики усилителя от 10 Гц до 5 МГц и определить нижнюю и верхнюю 3- дБ частоты f L и f H .
5. На средних частотах измерьте A V , R IN и R OUT .
6. Измерьте максимальную амплитуду выходного сигнала без ограничений.
7. Подготовьте лист данных, в котором показаны смоделированные и измеренные значения.
8. Будьте готовы обсудить свой эксперимент со своим ТА. Перед отправкой лабораторного отчета ваш технический специалист должен проверить лист данных вашей лаборатории.

Рис.6. График Scopy Network Analyzer с C F = 0

Рис.7. График осциллографа Scopy с C F = 0 при частоте = 500 Гц.

Для дальнейших экспериментов замените каждый конденсатор на конденсатор, который в 2 и 10 раз больше и меньше ваших проектных значений, и повторно измерьте кривую отклика с помощью прибора Network Analyzer.Делайте это только с одним конденсатором за раз, чтобы наблюдать его индивидуальное влияние на отклик. Объясните изменения в ответе, который вы видите.

Вернуться к лабораторной работе Содержание

университет / курсы / электроника / электроника-лаборатория-5fr.txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г., 22:07 (внешнее редактирование)

Схема детектора очень низкой частоты (СНЧ)

Низкие частоты преимущественно покрывают атмосферу нашей Земли.Этот диапазон частот может быть создан множеством разных источников, которые могут быть совершенно неизвестными и странными. Сенсорное оборудование СНЧ может быть сделано для отслеживания этих частот для исследования интригующих секретов, скрытых за ним. Мистер Стивен Чивертон проводит расследование.

Приемник VLF для обнаружения молнии и других крошечных сигналов LF

Это схема приемника vlf, которую я модернизировал и модифицировал, она обнаруживает молнии переменного тока и даже принимает радио кораблей и самолетов.

Вот так схема выглядит без доработок и доработок.

Я даже использовал схему детектора гравитационных волн, добавленную к ней, а также другие экспериментальные схемы

Это мои модификации схемы приемника vlf для определения импульсов и сигналов молнии и em

Не очень хорошо с техническим объяснением. Попробуй.

Усилитель сигнала считывания на дальнем левом краю, который я установил, чтобы проверить его, чтобы увидеть, могу ли я получить с ним большее усиление сигнала,

Катушка с ее индуктивной природой зависит от количества витков тонкой проволоки, а также Концентратор потока, он концентрирует поток ЭМ, когда сигнал индуцируется в катушке, и это еще больше увеличивает чувствительность.

Если бы вы вынули его, чувствительность и сила сигнала упали бы, но тогда вы перешли бы в другой режим, так как схема все еще действовала бы как детектор молнии, обнаруживающий молнию.

Треск указывает на это, и окружающая среда переменного тока хорошо понимает, что, но при более низком отклике на него, если вы не вставите повторно сердечник концентратора потока, гул от сети переменного тока будет сильно увеличиваться.

Теперь секция приемника vlf, которая пропускает сигналы от секции считывающей головки.

Очень низкочастотные сигналы все равно будут проходить, но будут отфильтрованы с помощью керамики 0,1 мкФ, тогда он все равно будет воспринимать сеть переменного тока при более низком отклике с удаленным сердечником концентратора потока, чем с сердечником, оставленным через катушку.

Так что, если вы находитесь вне электромагнитной среды, оставьте сердечник внутри для максимальной чувствительности. Было бы неплохо не носить какие-либо часы с батарейным питанием, так как мои так легко распознаются с помощью других моих двух схем приемника vlf.

Ваши уши будут стучать от громких тиков, поскольку электромагнитные импульсы ваших часов сильно усиливаются по всей цепи.

EM-сигналы ваших часов — это очень низкочастотные сигналы, поэтому эти сигналы беспрепятственно проходят через схему приемника vlf.

Последняя схема — это секция аудиоусилителя, поэтому вы можете подключить наушники для прослушивания.

Также схема приемника vlf использует батарею на 9 вольт, и ее входное напряжение связано с передней секцией считывающей головки, поэтому они оба могут использовать одну батарею на 9 вольт.

Вторая батарея на девять вольт питает секцию аудиоусилителя, и в этом случае все будет в порядке, если вы выключите секцию приемника vlf, секция аудиоусилителя, похоже, все еще использует часть цепи.

При отключении питания от секции приемника vlf вы все равно будете получать какие-то сигналы, проходящие через нее.

Я получил те же результаты с первыми двумя другими модернизированными модифицированными схемами приемника vlf.

Он все еще может воспринимать em-импульсы от тикающих часов, но при более низкой чувствительности к концентратору потока он состоит из нескольких тороидов в форме бочонка, надетых на палку, или сердечника в форме полюса, вставленного через катушку.

Схема также звучит как комический приемник для странных сигналов с удаленным сердечником, так что он дозирует то, что я думаю, тогда доза приемника vlf.

Настройка сенсорной головки была сконструирована на макетной плате и протестирована с уже изготовленным vlf-приемником с аудиоусилителем.

Я забыл упомянуть, что схема также действует как приемник, как радио или магнитофон, когда ее подносят близко к сенсорной катушке, катушка и схема улавливают голоса из динамиков любого магнитофона, а также могут делать то же самое для телефона .

Также, когда я поднес свой удобный кулачок к нему, он почувствовал генерируемые им поля em. Вот несколько изображений аккуратно установленной схемы моего vlf-приемника.

Давным-давно я отправил вам по электронной почте одноступенчатую версию, которую нашел в сети, это моя старая двухступенчатая версия.

Это 2 в одном, и катушка представляет собой катушку электробритвы с обрезанными и вставленными внутрь трансформаторными железными деталями, чтобы сконцентрировать электромагнитный поток для получения более сильного сигнала.

И, как и мой другой, который я сделал некоторое время назад, этот может улавливать импульсы ЭМ от тикающих аналоговых часов на расстоянии в 30 см, так что представьте себе НЛО или подземную установку.

Эта схема неплохо удвоила чувствительность и даже кое-что еще, чего я еще не знаю.

Схема имеет 2 подключенных приемника vlf и аудиоусилитель, каждая секция питается от отдельной 9-вольтовой батареи nimh, поэтому используются 3 батареи и одна для секции аудиоусилителя lm386.

Исходный сайт в сети, на котором я изначально нашел это, говорит, что вы можете повысить чувствительность, добавив еще один этап, так что это он.

Я уверен, что смогу довести это до предела, интегрировав схему усиления 30 миллионов в конструкцию и услышать больше всего, что другие могут не слышать

Фильтр высоких частот

Если конденсатор и резистор подключены последовательно к источнику переменного тока, они имеют одинаковый ток.Максимальная разность потенциалов на резисторе пропорциональна сопротивлению, а максимальная разность потенциалов на конденсаторе пропорциональна емкостному реактивному сопротивлению.

Емкостное реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте. На высоких частотах X C мала, поэтому максимальная разность потенциалов на конденсаторе также мала. Таким образом, большая часть разности потенциалов приходится на резистор. На низких частотах все наоборот.Если мы примем разность потенциалов на резисторе за выходное напряжение, выходное напряжение будет высоким на высоких частотах и ​​низким на низких частотах. Это фильтр верхних частот — высокочастотные сигналы проходят практически без изменений, но низкочастотные сигналы ослабляются.

Если входное напряжение составляет ΔV в , выходное напряжение составляет:

ΔV выход = ΔV дюйм
R
Z
= ΔV дюйм
R
(X C 2 + R 2 ) 1/2
Фильтр нижних частот

Мы можем использовать ту же схему, что и фильтр нижних частот , если принять разность потенциалов на конденсаторе за выходное напряжение.На высоких частотах большая часть разности потенциалов приходится на резистор, а разность потенциалов на конденсаторе мала. На низких частотах происходит обратное. Таким образом, низкочастотные сигналы проходят через фильтр с большими амплитудами, а высокочастотные сигналы проходят через фильтр с очень малыми амплитудами.

Если входное напряжение составляет ΔV в , выходное напряжение составляет:

ΔV выход = ΔV дюйм
X C
Z
= ΔV дюйм
X C
(X C 2 + R 2 ) 1/2

Амплитудно-частотная характеристика усилителей — Лаборатория электроники.com

Введение

Как и любая электронная схема, на поведение усилителей влияет частота сигнала на их входных клеммах. Эта характеристика известна как частотная характеристика .

Частотная характеристика — одно из важнейших свойств усилителей. В частотном диапазоне, для которого предназначены усилители, они должны обеспечивать постоянный и приемлемый уровень усиления. Частотная характеристика напрямую зависит от компонентов и архитектуры, выбранной для конструкции усилителя.

В этом руководстве мы сосредоточимся на этой важной особенности усилителей. Прежде всего, подробно описывается понятие частотной характеристики вместе с некоторыми базовыми связанными понятиями, и мы представим, как ее количественно оценить. Во втором разделе мы разберемся, какой компонент влияет на АЧХ и как. В оставшейся части статьи представлен метод определения низкочастотных и высокочастотных характеристик. Эти результаты, наконец, будут обобщены в заключении, чтобы построить глобальную частотную характеристику усилителя с общим эмиттером.

Определения

Прежде чем подробно определять частотную характеристику, нам необходимо представить единицу измерения децибел (дБ) и относящуюся к ней логарифмическую шкалу. При изучении частотной характеристики действительно более целесообразно преобразовать коэффициент усиления по мощности или напряжению в дБ и представить шкалу частот в логарифмической (логарифмической) шкале.

Если мы рассмотрим усилитель с коэффициентом усиления по мощности A P и коэффициентом усиления по напряжению A В , то коэффициент усиления по мощности и напряжению в дБ определяется следующим образом:

уравнение 1: усиление мощности и напряжения в дБ

Хотя коэффициенты усиления в линейной шкале всегда положительны (A P , A V ≥0), их эквивалент в дБ может быть положительным, если усиление реализуется (A P , A V > 1) или отрицательный, если входной сигнал ослаблен (A P , A V <1).

Часто исследуется не усиление A V (дБ) , а скорее нормализованное отношение A V / A V , середина (дБ) = 20log (A V / А В, средний ) . Где A В, середина называется усилением среднего диапазона и представляет максимальное усиление усилителя в его рабочем диапазоне частот, например 20 Гц — 20 кГц для аудиоусилителя.

Следовательно, когда A V = A V, середина , нормализованное усиление (безразлично A V ) будет A V (дБ) = 0 . Устанавливает опорное значение 0 дБ при максимальном усилении. Важно отметить, что когда мощность делится на два, мы видим, что A P (дБ) = 10log (0,5) = — 3 дБ .

Частота, при которой мощность падает до 50% от среднего значения, известна как частота среза и отмечена f c . Каждый раз, когда мощность уменьшается вдвое, наблюдается уменьшение нормализованного усиления на 3 дБ. Следовательно, A P = -3 дБ соответствует A V, среднему /2 , A P = -6 дБ соответствует A V , среднему /4 и так далее…

Для этой же частоты напряжение (или ток) умножается на коэффициент √2 = 0.7. Уменьшение наполовину сигнала напряжения соответствует уменьшению на 6 дБ и следует той же схеме, что и для усиления мощности.

Наиболее распространенным инструментом, используемым для представления частотной характеристики любой системы, является диаграмма Боде . Он состоит из нормализованного усиления A V (дБ) как функции частоты в логарифмической шкале. Упрощенный график Боде усилителя показан на Рисунок 1 ниже:

рис 1: Типичный график Боде усилителя

Голубая кривая называется асимптотическим представлением, а синяя кривая — реальной частотной характеристикой схемы.

На рис. 1 можно выделить две разные частоты среза: f lc для «низкой отсечки» и f hc для «высокой отсечки». Величина f hc -f lc называется шириной полосы и представляет собой частотный диапазон, в котором усиление выше плато -3 дБ.

Последнее наблюдение может быть сделано относительно крутизны частотной характеристики вне полосы пропускания. Во-первых, они не обязательно должны быть идентичными для низких и высоких частот.Более того, как мы увидим позже, наклон имеет значение, которое зависит от реактивного сопротивления компонентов, которые вызывают зависимость от частоты.

Влияние конденсаторов

Давайте рассмотрим усилитель с общим эмиттером (CEA), конфигурация которого показана на рис. Рис. 2 :

Рис 2: Усилитель с общим эмиттером

Структура вокруг биполярного транзистора состоит из цепи делителя напряжения (R 1 и R 2 ), нагрузки (R L ), разделительных конденсаторов (C 1 и C ). 3 ) и байпасный конденсатор С 2 .

Важно помнить, что конденсаторы обладают свойством, называемым реактивным сопротивлением , , которое является эквивалентом сопротивления. Реактивное сопротивление (X C ) конденсаторов зависит от частоты и номинала конденсатора, оно удовлетворяет следующей формуле:

уравнение 2: Реактивное сопротивление конденсаторов

Независимо от емкости конденсатора, когда частота низкая, X C имеет тенденцию быть высокой. Вблизи сигналов постоянного тока конденсаторы ведут себя как разомкнутые цепи.С другой стороны, при увеличении частоты X C стремится к нулю, и конденсаторы действуют как короткие замыкания.

При низких входных частотах конденсаторы связи с большей вероятностью будут блокировать сигнал, поскольку X C 1 и X C3 выше, большее падение напряжения будет наблюдаться на C 1 и C 3 . Это приводит к более низкому усилению напряжения.

При высоких входных частотах байпасный конденсатор C 2 укорачивает эмиттерную ветвь до земли, а коэффициент усиления по напряжению усилителя составляет A В = (R C // R L ) / r e , где r e — малое сопротивление эмиттера диода.Когда частоты ниже, сопротивление между эмиттером и землей больше не только r e , но R E + r e , и, следовательно, коэффициент усиления по напряжению уменьшается до A V = (R C // R L ) / (R E + r e ) .

Существует еще один тип конденсаторов, который влияет на частотную характеристику усилителя и не представлен на рис. 2 . Они известны как внутренние транзисторные конденсаторы и представлены в , рис. 3, ниже:

. Рис. 3: Внутренние конденсаторы транзистора

В то время как конденсаторы связи и байпаса действуют как фильтр верхних частот (они блокируют низкие частоты), эти внутренние конденсаторы ведут себя иначе.Действительно, если частота низкая, C BC и C BE действуют как разомкнутая цепь, и на транзистор это никак не влияет. Однако, если частота увеличивается, через них проходит больше сигнала, а не через базовую ветвь транзистора, что снижает коэффициент усиления по напряжению.

Очень важная формула дается в Уравнение 3 и связывает частоту среза RC-фильтра:

уравнение 3: Частота среза RC-фильтра

Низкочастотная характеристика

Имея в виду всю эту информацию, давайте рассчитаем и построим график низкочастотной характеристики CEA Рисунок 2 с параметрами, приведенными ниже:

  • R S = 500 Ом; R 1 = 80 кОм; R 2 = 30 кОм; R C = 5 кОм; R E = 2 кОм; R L = 6 кОм; r e = 25 Ом
  • C 1 = 100 нФ; C 2 = 150 мкФ; C 3 = 400 нФ; C BC = 5 пФ; C BE = 30 пФ
  • Коэффициент усиления транзистора β = 100; В питание = 10 В

В первую очередь рассмотрим входной фильтр верхних частот R в C 1 .Как объяснялось в предыдущих руководствах, R в — это полное входное сопротивление усилителя. В нашем примере это может быть определено как]

R дюйм = R S + (R 1 // R 2 // βR E ) = 20,2 кОм .

Таким образом, нижняя частота среза входа будет: f cl, в = 1 / (2πR в C 1 ) = 79 Гц .

Та же процедура может быть проделана для выхода с выходным сопротивлением R out = R C // R L = 2.7 кОм . Нижняя частота среза выходного фильтра: f cl, out = 1 / (2πR out C 3 ) = 147 Гц .

Наконец, для байпасного конденсатора формула сопротивления более сложная и определяется следующим образом: R bypass = R E // ((r e + (R S // βR E ) / β )) = 30 Ом . Таким образом, нижняя частота среза байпасной структуры:

f cl, байпас = 1 / (2πR байпас C 2 ) = 35 Гц .

И последнее, что нам нужно понять перед построением графика Боде, — это крутизна наклона средних значений. Уменьшение A В, середина с частотой называется спадом , и его значение для каждого простого RC-фильтра составляет -20 дБ / декаду (дБ / дек). Это значение означает для фильтров верхних частот (соответственно фильтров нижних частот), что каждый раз, когда частота делится на 10 (соответственно умножается на 10), коэффициент усиления усилителя уменьшается на -20 дБ.

Когда несколько фильтров блокируют один и тот же диапазон частот, спад увеличивается.В нашем примере три фильтра одновременно блокируют частоты ниже 35 Гц, поэтому спад составляет 3 * (- 20 дБ / дек) = — 60 дБ / дек.

Эта информация может быть синтезирована на графике Боде, показывающем низкочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

рис. 4: Низкочастотная характеристика CEA

Высокочастотная характеристика

Как указывалось ранее, именно внутренние конденсаторы транзистора ограничивают усиление на высоких частотах, действуя как фильтры нижних частот.Можно показать, что эквивалентную схему , рис. 2, на высокой частоте, можно нарисовать так, как показано на , рис. 5, :

. рис. 5: Эквивалент CEA на высокой частоте

Можно отметить, что конденсаторы связи не представлены, поскольку они ведут себя как короткие замыкания на высоких частотах. Кроме того, эмиттерная ветвь укорачивается до земли по той же причине, что и байпасный конденсатор.

Внутренний конденсатор C BC преобразуется с помощью теоремы Миллера в эквивалентные C в конденсаторах и C из конденсаторов.Более того, эта теорема утверждает, что C в = C BC (A V, середина +1) и C out = C BC (A V, середина +1) / A В, средний .

Общая входная емкость этой цепи составляет C IN = C BE + C в ; общее входное сопротивление составляет R IN = R S // R 1 // R 2 // βr e . Численное приложение к нашему примеру дает A V, mid = (R C // R L ) / r e = 108, C IN = 575 пФ и R IN = 409 Ом. Таким образом, верхняя частота среза входа равна f hc, in = 1 / (2πR IN C IN ) = 677 кГц .

С точки зрения выхода, высокая частота среза просто задается фильтром (R C // R L ) C out с C out = 5,3 пФ : f hc, выход = 1 / (2π (R C // R L ) C выход ) = 1,1 МГц .

Приведенная здесь информация суммирована на графике Боде, представляющем высокочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

рис 6: Высокочастотная характеристика CEA

Заключение

Мы представили некоторые ключевые концепции, такие как блок децибел и частота среза , чтобы понять идею частотной характеристики.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.