Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр
На Хабре уже были публикации о DIY-ламповых усилителях, которые было очень интересно читать. Спору нет, звук у них чудесный, но для повседневного использования проще использовать устройство на транзисторах. Транзисторы удобнее, поскольку не требуют прогрева перед работой и долговечнее. Да и не каждый рискнёт начинать ламповую сагу с анодными потенциалами под 400 В, а трансформаторы под транзисторные пару десятков вольт намного безопаснее и просто доступнее.
В качестве схемы для воспроизведения я выбрал схему от John Linsley Hood 1969 года, взяв авторские параметры в расчёте на импеданс своих колонок 8 Ом.
Классическая схема от британского инженера, опубликованная почти 50 лет назад, до сих пор является одной из самых воспроизводимых и собирает о себе исключительно положительные отзывы. Этому есть множество объяснений:
— минимальное количество элементов упрощает монтаж. Также считается, что чем проще конструкция, тем лучше звук;
— несмотря на то, что выходных транзисторов два, их не надо перебирать в комплементарные пары;
5-1 Вольт очень хорошо согласуется с выходом большинства звуковых карт или проигрывателей;— класс А — он и в Африке класс А, если мы говорим о хорошем звучании. О сравнении с другими классами будет чуть ниже.
Внутренний дизайн
Усилитель начинается с питания. Разделение двух каналов для стерео правильнее всего вести уже с двух разных трансформаторов, но я ограничился одним трансформатором с двумя вторичными обмотками. После этих обмоток каждый канал существует сам по себе, поэтому надо не забывать умножать на два всё упомянутое снизу. На макетке делаем мосты на диодах Шоттки для выпрямителя.
Можно и на обычных диодах или даже готовых мостах, но тогда их необходимо шунтировать конденсаторами, да и падение напряжения на них больше. После мостов идут CRC-фильтры из двух конденсаторов по 33000 мкф и между ними резистор 0.75 Ом. Если взять меньше и ёмкость, и резистор, то CRC-фильтр станет дешевле и меньше греться, но увеличатся пульсации, что не комильфо. Данные параметры, имхо, являются разумными с точки зрения цена-эффект. Резистор в фильтр нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3 Вт тепла, поэтому лучше взять с запасом на 5-10 Вт. Остальным резисторам в схеме мощности 2 Вт будет вполне достаточно.
Далее переходим к самой плате усилителя. В интернет-магазинах продаётся куча готовых китов, однако не меньше и жалоб на качество китайских компонентов или безграмотных разводок на платах. Поэтому лучше самому, под свою же «рассыпуху». Я сделал оба канала на единой макетке, чтобы потом прикрепить её ко дну корпуса. Запуск с тестовыми элементами:
Всё, кроме выходных транзисторов Tr1/Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторах, об этом чуть ниже. К авторской схеме из оригинальной статьи нужно сделать такие ремарки:
— не всё нужно сразу впаивать намертво. Резисторы R1, R2 и R6 лучше сначала поставить подстроечными, после всех регулировок выпаять, измерить их сопротивление и припаять окончательные постоянные резисторы с аналогичным сопротивлением. Настройка сводится к следующим операциям. Сначала с помощью R6 выставляется, чтобы напряжение между X и нулём было ровно половиной от напряжения +V и нулём. В одном из каналов мне не хватило 100 кОм, так что лучше брать эти подстроечники с запасом. Затем с помощью R1 и R2 (сохраняя их примерное соотношение!) выставляется ток покоя – ставим тестер на измерение постоянного тока и измеряем этот самый ток в точке входа плюса питания. Мне пришлось ощутимо снизить сопротивление обоих резисторов для получения нужного тока покоя. Ток покоя усилителя в классе А максимальный и по сути, в отсутствие входного сигнала, весь уходит в тепловую энергию. Для 8-омных колонок этот ток, по рекомендации автора, должен быть 1.2 А при напряжении 27 Вольт, что означает 32.4 Ватта тепла на каждый канал. Поскольку выставление тока может занять несколько минут, то выходные транзисторы должны быть уже на охлаждающих радиаторах, иначе они быстро перегреются и умрут. Ибо греются в основном они.
— не исключено, что в порядке эксперимента захочется сравнить звучание разных транзисторов, поэтому для них тоже можно оставить возможность удобной замены. Я попробовал на входе 2N3906, КТ361 и BC557C, была небольшая разница в пользу последнего. В предвыходных пробовались КТ630, BD139 и КТ801, остановился на импортных. Хотя все вышеперечисленные транзисторы очень хороши, и разница может быть скорее субъективной. На выходе я поставил сразу 2N3055 (ST Microelectronics), поскольку они нравятся многим.
— при регулировке и занижении сопротивления усилителя может вырасти частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0.5 мкф, а 1 или даже 2 мкф в полимерной плёнке. По Сети ещё гуляет русская картинка-схема «Ультралинейный усилитель класса А», где этот конденсатор вообще предложен как 0.1 мкф, что чревато срезом всех басов под 90 Гц:
— пишут, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землёй ставится цепь Цобеля: R 10 Ом + С 0.1 мкф.
— очень уместным будет использование термопасты для максимального контакта между транзистором и радиатором.
Слесарно-столярное
Теперь о традиционно самой сложной части в DIY — корпусе. Габариты корпуса задаются радиаторами, а они в классе А должны быть большими, помним про 30 Ватт тепла с каждой стороны. Сначала я недоучёл эту мощность и сделал корпус со средненькими радиаторами 800см² на канал. Однако при выставленном токе покоя 1.2А они нагрелись до 100°С уже за 5 минут, и стало ясно, что нужно нечто помощнее. То есть нужно либо ставить радиаторы побольше, либо использовать кулеры. Делать квадрокоптер мне не хотелось, поэтому были куплены гигантские красавцы HS 135-250 площадью 2500 см² на каждый транзистор. Как показала практика, такая мера оказалась немного избыточной, зато теперь усилитель спокойно можно трогать руками – температура равна лишь 40°С даже в режиме покоя. Некоторой проблемой стало сверление отверстий в радиаторах под крепления и транзисторы – изначально купленные китайские свёрла по металлу сверлили крайне медленно, на каждую дырку уходило бы не менее получаса. На помощь пришли кобальтовые свёрла с углом заточки 135° от известного немецкого производителя — каждое отверстие проходится за несколько секунд!
Сам корпус я сделал из оргстекла. Заказываем у стекольщиков сразу нарезанные прямоугольники, выполняем в них необходимые отверстия для креплений и красим с обратной стороны чёрной краской.
Покрашенное с обратной стороны оргстекло смотрится очень красиво. Теперь остаётся только всё собрать и наслаждаться музы… ах да, при окончательной сборке ещё важно для минимизации фона правильно развести землю. Как было выяснено за десятилетия до нас, C3 нужно присоединять к сигнальной земле, т.е. к минусу входа-входа, а все остальные минуса можно отправить на «звезду» возле конденсаторов фильтра. Если всё сделано правильно, то никакого фона не расслышать, даже если на максимальной громкости поднести ухо к колонке. Ещё одна «земляная» особенность, которая характерна для звуковых карт, не развязанных с компьютером гальванически – это помехи с материнки, которые могут пролезть через USB и RCA. Судя по интернету, проблема встречается часто: в колонках можно услышать звуки работы HDD, принтера, мышки и фон БП системника. В таком случае проще всего разорвать земляную петлю, заклеив изолентой заземление на вилке усилителя. Опасаться тут нечего, т.к. останется второй контур заземления через компьютер.
Регулятор громкости на усилителе я не стал делать, поскольку достать какой-нибудь качественный ALPS не удалось, а шуршание китайских потенциометров мне не понравилось. Вместо него был установлен обычный резистор 47 кОм между «землёй» и «сигналом» входа. Тем более регулятор у внешней звуковой карты всегда под рукой, да и в каждой программе тоже есть ползунок. Регулятора громкости нет только у винилового проигрывателя, поэтому для его прослушивания я приделал внешний потенциометр к соединительному кабелю.
Я угадаю этот контейнер за 5 секунд…
Наконец, можно приступать к прослушиванию. В качестве источника звука используется Foobar2000 → ASIO → внешняя Asus Xonar U7. Колонки Microlab Pro3. Главное достоинство этих колонок — это отдельный блок собственного усилителя на микросхеме LM4766, который можно сразу убрать куда-то подальше. Намного интереснее с этой акустикой звучали усилок от мини-системы Panasonic с гордой надписью Hi-Fi или усилитель советского проигрывателя Вега-109. Оба вышеупомянутых аппарата работают в классе АВ. Представленный в статье JLH переиграл всех вышеперечисленных товарищей в одну калитку, по результатам слепого теста для 3 человек. Хотя разницу было слышно невооружённым ухом и без всяких тестов – звук явно детальнее и прозрачнее. Весьма легко, например, услышать различие между MP3 256kbps и FLAC. Раньше я думал, что эффект lossless больше как плацебо, но теперь мнение изменилось. Аналогичным образом гораздо приятнее стало слушать нескомпрессованые от loudness war файлы — dynamic range меньше 5 Дб вообще не айс. Линсли-Худ стоит затрат времени и денег, ибо аналогичный брендовый усилок будет стоить намного дороже.
Материальные затраты
Трансформатор 2200 р.
Конденсаторы фильтра (4 шт) 2700 р.
«Рассыпуха» (резисторы, мелкие конденсаторы и транзисторы, диоды) ~ 2000 р.
Радиаторы 1800 р.
Оргстекло 650 р.
Краска 250 р.
Разъёмы 600 р.
Платы, провода, серебряный припой и пр. ~1000 р.
ИТОГО ~12100 р.
Самодельный полный усилитель. Транзисторный усилитель класса а своими руками
Статья о том, как можно своими руками собрать усилитель, который имеет звучание на уровне заводских, среднего ценового диапазона. Нижее будет описана сборка полного УНЧ, в состав которого входят предусилитель, усилитель мощности звука, индикатор, защита, два блока питания. Всё это собрано в корпусе от Радиотехники. Для увеличения электросхемы — клик.
Из множества различных схем те, что по моему личному мнению, являются оптимальными по соотношению цена/качество. Никаких изменений кроме описанных в оригинальные схемы не вносил, всё сделано так, как оно есть. Для питания усилителя мощности взял тороидальный трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками по 20 В мощностью около 100 Вт и прикрутил его болтом к металлической подложке на дне корпуса усилителя, предварительно просверлив в ней отверстие нужного диаметра. Рядом с этим трансом располагаем выпрямитель усилителя мощности. Собираем блок из 6 конденсаторов по 4700 мкФ х 50В, по 3 в плечо и шунтируем двумя плёночными конденсаторами по 1 мкФ. Предусилитель, индикатор, защита и коммутация будут работать от родного трансформатора.
Предусилитель на трёх ОУ NE5532 – звук отличный! Есть режим линейности АЧХ, коэффициента гормоник на данные опреционники в даташите я почему то не нашёл, но есть данные что 0,007 %. Плохо, что нет тонкомпенсации и её реализация возможна опять же со специальным резистором. Как раз этот темброблок и пойдёт в состав моего полного усилителя. Плату не нашёл, пришлось разрабатывать самому. Можно .
Усилитель мощности при напряжении +/- 27 Вольт и при подаче синусоиды частотой 1 кГц при 4-х омной нагрузке выдал 104 Ватта. Конечно, существует множество других схем усилителей мощности, но я выбрал эту, потому что она простая, дешёвая и качество звучания несравнимо лучше чем у .
Общий провод блока питания усилителя мощности с рамой корпуса непосредственно как предусилитель не соединять! Появляется низкочастотный гул, как раз поэтому проблема с питанием защиты так и осталась нерешённой, т.к. при присоединении общего провода защиты с общим проводом усилителя мощности также появляется небольшой гул. Поэтому схема защиты на данный момент функционирует только как схема задержки включения включения, в таком режиме никаких лишних шумов нет. В качестве катушки в усилителе мощности прекрасно подошла катушка от Холтона — родного мощника Радиотехники.
Испытания. Отличная детализация звука, хорошая стереопанорама. Что касается баса – тут тоже всё в порядке, он чёткий, но не жёсткий. Радиаторы предвыходных транзисторов тёплые, выходных – холодные, так и должно быть. Мощность 100 Ватт на 4 Ома, замерить коэффициент искажений возможности нет, однако думаю он небольшой.
Прежде, чем начну свою статью, хочу сказать, если у вас крепкие нервы, куча свободного времени, определенных навыков в электронике, любите слушать в машине очень громкую музыку, мощный бас и готовы потратить на такой проект немало денег, то эта статья именно для вас!
Идея о создании усилителя повышенной мощности была давно, но из-за отсутствия времени и финансов, проект откладывался. И вот лето… каникулы… Было решено воплотить идею в реальность и для этого было потрачено ровно 3 месяца, поскольку были большие проблемы с деталями но, не смотря на это, усилительный комплекс был с успехом собран и испытан.
Для начала хочу пояснить смысл выражения «усилительный комплекс». Дело в том, что было принято решение собрать высококачественный усилитель, который бы мог питать всю аудиосистему автомобиля. Всю силовую часть (усилители мощности) нужно было совместить «под одной крышей», в итоге получилось 5 отдельных усилителей с суммарной мощностью 680 ватт, не путайте с китайскими ваттами, тут чистые 680 ватт номинальной мощности, максимальная мощность системы доходит до 750 ватт.
Требования к комплексу были таковы.
1) Высокое качество звучания
2) Высокая выходная мощность
3) Относительно простая конструкция
4) Малые затраты, по сравнению с ценами заводских систем такого рода
5) Способность питать 10 -12 динамических головок + сабвуфер
Для выполнения этой идеи было использовано 5 отдельных усилителей мощности, в том числе и высококачественный усилитель по схеме Ланзара, для питания канала сабвуфера.
Ниже параметры и серии микросхем, которые были использованы в этом усилителе.
TDA 7384 — 4x40W (2штуки, суммарная мощность микросхем 320 ватт или 8 каналов, по 40 ватт на канал)
TDA 2005 — 1x20W (2x10W) (2 штуки, суммарная мощность 40 ватт или 2 канала по 20 ватт)
Вышеуказанные микросхемы предназначены для питания фронтальной акустики.Данное решение самое экономичное, для создания усилителя такого рода, с денежными затратами можете ознакомится в конце статьи.
Самая трудная часть в любом усилителе такого рода это преобразователь напряжении, он предназначен для питания усилителя сабвуфера, пожалуй, с него и начнем.
Преобразователь напряжения
На создание у меня ушло ровно две недели.
Генератор импульсов преобразователя напряжения (отныне ПН) построен на традиционной микросхеме TL494. Это двухтактный ШИМ контроллер высокой точности, отечественный аналог 1114ЕУ3/4.
Микросхема в себе не содержит дополнительный усилитель на выходе. Дополнительный каскад построен на маломощных транзисторах, сигнал от них подается на затворы полевых ключей.
Схема известна под названием пуш-пулл или двухтактный преобразователь. Схема не новая, но пришлось изменить некоторые номиналы схемы под свои нужды. На каждом плече стоят два мощных полевика серии IRF3205. Через теплопроводимые прокладки они укреплены на теплоотводы, которые были сняты из компьютерных БП
В выпрямительной части использованы диоды КД213А, они как раз для таких целей, поскольку могут работать на частотах 70-100 кГц, а максимальный ток доходит до 10 ампер, в данной схеме диоды в дополнительных теплоотводах не нуждаются, перегрева не замечал.
Реле по питанию использовал 2 штуки по 20 ампер каждая, но желательно поставить реле на 50-60 ампер, поскольку преобразователь тянет немалый ток.В ПН реализована система ремоут контроль (REM), т.е. для включения сабвуфера не нужны мощные переключатели. Подавая плюс на ремоут контроль, мгновенно срабатывают реле, и подается питание преобразователя.
Особо мучился с намоткой трансформатора, поскольку трансформатор был собственной задумки. К сожалению ферритовых колец, я не смог найти, поэтому пришлось идти на альтернативное решение.
На халяву достались несколько компьютерных блоков питания, из них были выпаяны большие трансформаторы.
Половинки феррита приклеены друг к другу намертво, поэтому их нужно греть зажигалкой в течении 30 секунд, затем осторожно вынимать из каркаса. В итоге, с трансформаторов были отмотаны штатные обмотки, а выводы зачищены.
В конце каркасы прикреплены друг к другу. В итоге получился один удлиненный каркас, на который можно свободно мотать нужные нам обмотки
Путем опытов было найдено нужное количество витков в первичной обмотке. В итоге первичная обмотка содержит 10 витков (2х5вит) с отводом от середины.
Намотка делалась сразу 5-ю жилами провода 0,8 мм. Сначала по всей длине каркаса мотаются 5 витков, затем обмотку изолируем и поверх мотаем еще 5 витков идентично первой. Обмотки мотаем В ОДИНАКОВОМ НАПРАВЛЕНИИ, например по часовой стрелке.
После окончания намотки провода скручиваем в косичку, не забывая заранее сдирать лак, далее залуживаем покрывая слоем олова.
Теперь нужно сфазировать обмотки. На самом деле нечего трудного тут нету, просто нужно найти «начало» и «конец» обмоток и соединить, например, начало первой обмотки с концом второй или начало второй с концом первой, место соединения — отвод, на который подается плюс от общего питания (см. схему).
После фазировки обмоток мотаем пробную вторичную обмотку, она нужна для того, чтобы при неправильной фазировке не отмотать всю вторичную обмотку. Пробная обмотка может содержать любое количество витков, например 3 витка проводом 0,8 мм, далее собираем трансформатор, вставляя половинки сердечника.
Включая схему трансформатор не должен издавать «жужжания», транзисторы не должны перегреваться, если преобразователь работает в холостую. На вторичную обмотку подключаем лампу накаливания 12 вольт пару ватт, которая должна загораться почти полным накалом, при этом транзисторы должны быть холодными и только через несколько минут работы можно почувствовать незначительное тепловыделение. Если все нормально, то снимаем пробную обмотку и мотаем на ее место нормальную, которая мотается по тому же принципу, что и первичная.
На сей раз обмотка намотана двумя жилами провода 0,8-1мм и содержит 30 витков (2х15вит). Мотаются две идентичные обмотки, каждая по 15 витков и растянута по длине всего каркаса. После намотки первой половины, изолируем обмотку, поверх мотаем вторую. Обмоткифазируются по тому же принципу, что и первичная.
После намотки вторичной обмотки, провода на концах скручиваются и залуживаются. В конечном этапе укрепляются половинки сердечника. На этом трансформатор готов!
ВАЖНО! В преобразователях такого рода (пуш-пулл) между половинками сердечника не должно быть зазора! Даже малейший зазор в доли миллиметра повлечет за собой резкое повышению тока покоя и перегрев полевых транзисторов! Именно из-за неуклюжести я спалил несколько полевых транзисторов. Следите за тем, чтобы половинки феррита как можно сильнее прижимались друг к другу.Такой трансформатор способен обеспечивать нужное напряжение и ток, для питания сабвуферного усилителя.
Запаиваем трансформатор на плату и приступаем к намотке дросселей.
Дросселя
В схеме использовано 3 дросселя. Они предназначены для фильтрации ВЧ шумов и помех, которые могут образоваться на линиях питания.Главный дроссель использован на плюсовой линиипитании преобразователя. Он намотан 4-я жилами провода 0,8 мм. Кольцо использовал те, что в компьютерных блоках питания. Количество витков дросселя 13.
Остальные два дросселя стоят после диодного выпрямителя в ПН, тоже намотаны на кольцах из компьютерных БП и содержат 8 витков 3-я жилами провода 0,8мм.
Честно говоря, не ожидал что получится такой качественный ПН, ток покоя схемы не превышает 200 мА, для такого монстра это нормально, на выходе напряжение +/-63 вольта, уклон незначительный, всего в пол вольта.Максимальная мощность преобразователя позволило бы питать два таких усилителя, но тут он работает с большим запасом.
Усилители на TDA2005, для маломощных головок
Сборка этого блока отняло всего 2 часа. За это время были собраны два идентичных усилителя мощности. Усилители были выбраны как самый дешевый вариант для маломощных АС, их можно использовать для питания АС расположенных на передней доске автомобиля. Каждая микросхема развивает 20-24 ватт мощности и обладает весьма недурным качеством звучания.
Каждая микросхема подключена по мостовой схеме, при стереофоническом подключении одна микросхема способна отдавать до 12 ватт на нагрузку 4 Ом
Микросхемы через изоляционную прокладку установлены на теплоотвод. Громкость настраивается заранее, при помощи регулятора.Сначала планировалась другая плата, по этой и были собраны усилители, затем была придумана общая плата, которая введена в архив проекта.
TDA 7384 для, фронтальной АС
Для более мощных АС использованы квадрафонические микросхемыTDA 7384. Каждая из микросхем способна отдавать на нагрузку 4 Ом до 40 ватт мощности на канал. Итог — 8 каналов по 40 ватт, звучит очень хорошо.
Такие микросхемы используют в автомагнитолах, если лень купить, то можно достать из нерабочих магнитол.
Микросхемы имеют разные независимые друг от друга фильтры, если использовать общий фильтр, то возможны шумы и возбуждения.
Оба усилителя начинают работать при подаче +12вольт от аккумулятора на вывод REM. Усилители были собраны на одной плате, но позже пришлось переставлять блоки, поэтому каждый усилитель был реализован на отдельной плате.
Усилитель сабвуфера
Знаменитая схема Ланзара, полное описание, сборка, схема и настройка описана здесь, поэтому нет нужды рассказывать про этот усилитель. Усилитель полностью собран на транзисторах, обладает очень хорошим качеством звучания и повышенной выходной мощностью. В схеме я сделал некоторые замены и ниже представлена та схема, по которой я собирал, оригинал схемы в той же ветке форума.
Поскольку мне не удалось найти некоторые номиналы схемы, то пришлось делать некоторые замены, в частности эмиттерные резисторы были заменены на 0,39 Ом 5 ватт. Транзистор BD139 заменен на отечественный аналог KT815Г, кроме того заменены маломощные транзисторы дифференциальных каскадов и предвыходных каскадов схемы.
На входе можно убрать электролитические конденсаторы, если входной заменить на 2,2 мкф и более.
Первый запуск усилителя желательно делать с одной парой выходных транзисторов с закороченным на землю входом, чтобы при поломках не спалить транзисторы конечного каскада, они самое дорогое в этом усилителе.
Особое внимание обратите на монтаж схемы, следите за цоколевками транзисторов и правильностью подключения стабилитронов, последние при неправильном подключении работают как диод.Регулятор тока покоя я поставил обычный, никому не советую повторить мою ошибку, лучше поставить многооборотный, им можно точно настроить ток покоя схемы, также удобен для настройки.
Выходной каскад усилителя работает в режиме АВ, это по сути полностьюсимметричная схема, уровень нелинейных искажений сведен к минимуму. Благодаря своим высоким показателям, данный усилитель относится к усилителям категорииHi-Fi, получить 300 ватт на этом усилителе не проблема. Также есть возможность подключать на выходе нагрузку 2 Ом, т.е. можно питать целых два сабвуферные головки, подключая их параллельно.В этом случае нельзя поднимать напряжение усилителя выше 45-50 вольт.
Поднять мощность усилителя, можно добавлением еще одной или двух пар выходных транзисторов, но не забывайте о повышении питания, поскольку выходная мощность усилителя напрямую зависит от питания.
Защита АС
Не смотря на то, что усилитель мощности достаточно надежный, иногда могут быть неполадки. Выходной каскад,самая уязвимая часть любого усилителя, из за выхода из строя выходных транзисторов образуется постоянное напряжение на выходе. Постоянка выводит из строя дорогостоящую динамическую головку. Любой усилитель такого рода имеет защиту, который защитит АС от постоянного напряжения.
При включении усилителя реле замыкается, включая головку, при постоянном напряжении на выходе УМ реле размыкается, сохраняяголовку
Защита имеет относительно простую схему, содержит 3 активных компонента (транзисторы), реле на 10-20 ампер, остальное мелочи. При включении УМ реле замыкается с небольшой задержкой. Питание на защиту подается от одного плеча преобразователя, через ограничительный резистор 1 килоом, резистор подобрать с мощностью 1-2 ватт.
Маломощные транзисторы могут быть заменены на любые другие, параметры которых схожи с используемыми. Реле подключен к коллектору более мощного транзистора, следовательно, конечный транзистор нужен более мощный. Из отечественного интерьера можно использовать транзисторы КТ 815,817 или более мощные — КТ805,819. Я заметил тепловыделение на этом транзисторе, поэтому укрепил его на небольшой теплоотвод. Защита и индикатор выходного сигнала смонтированы на одной плате.
Блок стабилизации
Двухполярный стабилизатор напряжения, обеспечивает нужное напряжение для питания блока фильтров и индикатора аудио сигнала. Стабилитроны стабилизируют напряжение до 15 вольт.
Этот блок собран на отдельной плате, стабилитроны желательно использовать с мощностью 0,5 ватт
Индикатор уровня звукового сигнала
Особо углубляться в работу схемы не стану, посколькусхема такого индикатора описана в одной из моих
В индикаторе использованы микросхемыLM324. Использовать операционный усилитель для этих целей целесообразно, поскольку микросхемы стоят всего 0,7 $ (каждая). В индикаторе использовано 8 светодиодов, можно ставить любые светодиоды, которые под рукой. Индикатор работает в режиме «столб». Питание индикатора обеспечивает преобразователь напряжения, затем напряжениестабилизируетсядо нужного номинала и подается на индикатор уровня.Индикатор подключается на выход усилителя мощности, подстроечным регулятором настраиваем индикатор на нужный уровень срабатывания светодиодов.
Блок сумматора и ФНЧ
Сумматор предназначен для суммирования сигнала обеих каналов, поскольку сабвуфер у нас один. После этого сигнал фильтруется, срезаются частоты ниже, чем 16Гц и выше чем 300Гц. Регулирующий фильтр срезает сигнал от 35Гц — 150Гц.
Сборка
После тщательной проверки всех блоков, можно приступить к монтажу.
Корпус от DVD проигрывателя, другого удобного, к сожалению не нашел. На переднюю панель, где раньше располагался дисплей, прикрепил светодиоды индикатора. Все платы прикреплены ко дну усилителя через изолирующие шайбы, которые в свою очередь были сняты с отечественной аппаратуры
Все микросхемы и транзисторы прикручены к теплоотводам через изоляционные прокладки. Желательно использование термопасты, к сожалению, она у нас не продается, но и без нее все не так уж и страшно.
Входныеразъемы усилителей были выпаяны из DVD, в качестве клемм выходов был использованразъем от автомагнитолы.
В моей конструкции использован всего один кулер, он предназначен для охлаждения теплоотводов силовых ключей ПН и TDA7384, сабвуферный усилитель в принудительном охлаждении не нуждается, поскольку для него я подобрал громадный теплоотвод, который практически не греется.
Провода питания каждого усилителей присоединены к общим клеммам питания.REM контроль позволяет в нужный момент отключить любой из усилителей (например, пару TDA 2005) Питание каждого усилителя осуществляется через реле, которые активируются при подаче плюса на вывод REM.
Каждый из усилителей имеет отдельную систему ремоут контроля, которые выведены на контактную платформу с боковой стороны корпуса.
Ящик сабвуфера
Спустя пару месяцев после начала сборки, мне удалось купить сабвуферную головку SONY XPLOD XS-GTX120L, параметры головки ниже.
Номинальная мощность — 300 Вт
Пиковая мощность — 1000 Вт
Диапазон частот 30 — 1000 Гц
Чувствительность — 86 дБ
Выходное сопротивление — 4 Ом
Диапазон частот — 30 — 1000 Гц
Материал диффузора – полипропилен
Поскольку в магазинах продавали только ламинированные ДСП, а МДФ у нас вообще не встречается, то пришлось выбирать из того, что было. К счастью с материалом повезло. ДСП еще со времен СССР отлично сохранилось на чердаке, толщина 22 мм.
Диаметр порта ФИ — 14 см, длина трубы 7 см.
Для головки было вырезано отверстие с диаметром 28 см. После изготовления всех частей ящика, настало время собрать его. Сборку удобно начать стыковкой дна и передней части ящика. Вначале дрелью были сделаны отверстия под шурупы (сверлом малого диаметра), а уже после были прикручены шурупы. Перед этим места креплений были покрыты клеем ПВА.
Клея жалеть не нужно, чтобы потом не жаловаться на свисты. У меня получился достаточно хороший ящик, работал как можно аккуратно. В конце швы были покрыты силиконом с внутренней стороны коробка (силикон имеет неприятный запах, поэтому эту работу следует выполнить в гараже или на свежем воздухе). После сбора ящика не удержался, поставил головку туда, где ей положено быть и включил
Я не могу передать это словами и даже роликом, поскольку это нужно чувствовать, а не слушать. Чувствуется весьобъем ящика, размах головки, мощь и качество Ланзара и все это воплощается в давление на груди…. Это словами не описать и только потом начинаешь понимать, что все кругом рушится и разваливается, стакан двигается по столу сам по себе, стекла начинают «вздуваться» от давления. Одним словом в доме все было под «дозой» вибрации.
Специальный клей для ковролина у нас продавался, но банка аэрозоли стоит 25$, поэтому пришлось использовать клей ПВА. Для начала наждачкой обработал ящик, этот процесс отнял у меня 4 часа. На уже надрезанный ковролин наносим клей ПВА. После этого ящик нужно «прокатить» по заранее надрезанному ковролину. Завернули ящик, теперь для того, чтобы клей нормально высох, набиваем по краям мелкие гвозди, затем после высыхания их можно снять или оставить.
После вырезаем отверстияголовкиифазоинвертора.Головка прикрепляется к ящику десяти саморезами, это обеспечивает плотный контакт, никаких добавочных прокладок не нужно.
Это альтернативное решение, опять же вызвано дефицитом заводскихразъемов.
Получилось неплохо. Для него было вырезано отдельное отверстие.
С внутренней стороны, после запайки провода, отверстиеразъема было загерметизирована силиконовым герметиком, во избежание свистов и нежелательных шумов.
Итоговые затраты на конструкцию
Преобразователь напряжения:
BC557 3шт — 2,5$
TL494 1шт — 1$
IRF3205 4шт — 10$
Диоды КД213А 4шт — 4$
Конденсаторы полярные — 10$
Резисторы — 2$
Дросселя и трансформаторы — из старых блоков питания ПК
Реле — из стабилизатора напряжения
Усилитель ланзар:
Транзисторы
2SA1943 2шт — 6$
2SC5200 2шт — 6$
2SB649 2шт — 2$
2SD669 2шт — 2$
2N5401 2шт — 1$
2N5551 2шт — 1$
Резисторы 5ватт — 4 шт — 3$
Остальные резисторы — 4$
Конденсаторы неполярные — 3$
Конденсаторы полярные — 5$
Стабилитроны — 2шт — 1$
Остальные усилители:
TDA7388 2шт — 15$
TDA2005 2шт — 2,5$
Резисторы — 2$
Конденсаторы неполярные — 4$
Конденсаторы неполярные — 6$
Блок фильтров:
TL072 1шт -1$
TL084 1шт — 1$
Конденсаторы неполярные — 3$
Резисторы — 2$
Регуляторы 3шт — 4$
Блок индикаторов:
LM324 2шт — 2$
Светодиоды и все остальное — 2$
Блок стабилизаторов:
Транзисторы 2$
Стабилитроны 13 вольт 6шт — 1,5$
Стабилизаторы 7815 2шт — 1,5$
Стабилитроны 7915 1шт — 0,7$
Остальное — 2$
Защита АС:
Транзисторы — 2$
Реле — даром
все остальное 1$
Штекеры, гнезда иразъемы к счастью имелись в запасе
Ящик сабвуфера:
Саморезы 50 шт — 0,5$
Герметик 2 флакона — 2$
ДСП — даром
Клей ПВА – даром
Головка — 65$
Ковролин — 15$
Итоги
Вот собственно и все. Результатами доволен, очень доволен! Купить подобный усилитель не возможно, аналогичные по мощностью усилители стоят от 400$! Хотя китайские производители предлагают за значительно малые деньги, но качество и надежность…. В общем, усилитель получился на трижды ура! Все работает отлично, осталось только купить машину и насладится рукотворным усилком, а усилитель пока будет работать дома, от мощного блока питания на 12 вольт.
У многих владельцев смартофонов и планшетов стоит проблема звука, точнее его недостаточной громкости. К сожалению, программными средствами, решить ее удается очень редко. Поэтому нужно применить метод достаточно простой и бюджетный, чтобы сделать несложное электронное устройство, которое увеличит мощность вашего устройства. Тогда можно будет слушать любимую музыку и просматривать видео на нормальной и даже очень сильной громкости.
В этом видео-уроке будет показан самый простейший усилитель звука, который может сделать любой человек, даже школьник, который никогда не брал в руки паяльник. Его схема, подходящая для мобильного телефона, состоит из простейших компонентов. Когда усилитель будет готов, можно улучшить качество воспроизведения звука, воспользовавшись . О том, как его сделать, показано в отдельном видео на сайте.
В этой же статье речь пойдет об усилителе, к которому можно присоединить просто динамик, или воспользоватся идеей, как сказано выше.
Схема усилителя звука на микросхеме lm386
Что нужно для сборки усилителя?
Во-первых, нам нужен разъем для кроны, крона на 9 вольт, один динамик, мощностью 1 Вт и сопротивление 8 Ом. Кроме этого также нужен один мини-джек на 3,5 мм, один резистор на 10 ом, переключатель, микросхема LM386 и один конденсатор на 10 В и 220 MF. Схема была нарисована на листе бумаги.
Схема усилителя для телефона
Как вы можете увидеть, эта микросхема содержит четыре фиксатора на каждой стороне, есть 8 фиксаторов в целом. Чтобы не путать и не перевернуть микросхему вверх ногами и припаять неправильно, на ней имеется выемка в форме полукруга. Нам нужно положить микросхему так, чтобы этот значок расположился сверху и можно паять все шаг за шагом.
Вы могли бы заметить, что номер 6-это предпоследняя лапка справа, к ней припаяем один провод. Этот провод должен быть привязан к выключателю, второй контакт от выключателя должен быть связан с плюсом коннектора кроны.
Следующий этап.
Под номером 5 контакт, он последний с правой стороны. К нему нужно припаять конденсатор, у которого есть два полюса – плюс и минус. Как мы должны идентифицировать их? Есть ноль с черной полоской – это минус, другая сторона – это плюс. По схеме мы соединяем плюс с последним контактом справа.
Давайте двигаться вперед. Минус от конденсатора надо припаять к плюсу динамика. Мы собираемся взять провод и удлинить контакт конденсатора. Теперь припаяем провод минуса конденсатора к плюсу от динамика. Далее минус от динамика присоединим к 4-му и 2-му фиксаторам микросхем. Будем использовать при этом перемычку между данными ножками микросхемы.
Теперь надо подключить резистор. К второй его ножке припаяем проводок. Он является плюсом от мини-джека. Если разобрать его, вы можете увидеть там два контакта для левого и правого каналов. Соединим их вместе и припаяем красный провод, которым мы удлинили провод от резистора. Минус, или, иначе говоря, масса от мини-джека должен быть припаян к минусу динамика.
Наконец, мы просто должны припаять минус разъема кроны к минусу динамика. Берем провод и припаиваем к минусу динамика. Вот и все. Это очень легко. Вы могли заметить, что это заняло 5-10 минут.
Теперь можно проверить усилитель звука для мобильных телефонов и смартфонов.
Данный усилитель мощности основан на PA100, подробно описанный в приложении от National Semiconductor»s AN1192
Когда я собрал свои мощные самодельные 4-х омные колонки, то усилитель не мог «раскачать» такую нагрузку, поэтому решено было собирать более мощный усилитель. Я разработал схему усилителя мощности, в которой используется две микросхемы LM3886 на канал, в схеме с параллельным включением. На 8-ми омной нагрузке выходная мощность усилителя получается порядка 50 Ватт, на 4-х омной 100 Ватт. В данном усилителе используется четыре микросхемы УНЧ LM3886.
Кстати Jeff Rowland в некоторых своих Hi-Fi конструкциях использует LM3886 и имеет хорошие отзывы. Так что недорогой усилитель тоже может быть качественным!
Микросхема LM3886 включена по схеме неинвертирующего усилителя. Входное сопротивление УНЧ зависит от резистора R1 (47 кОм). Резистор R20 (680 Ом) и конденсатор C20 (470 пФ) образуют фильтр высоких частот на входных RCA-разъемах. Конденсаторы C4 и С8 (220 пФ) служат для фильтрации ВЧ на входах микросхемы LM3886.
При сборке усилителя, в некоторых местах я использовал высококачественные конденсаторы: C1 (1 мкФ) «Auricap» для фильтрации постоянной составляющей, С2 и С6 (100 мкФ) «Blackgate» и С12, С16 (1000 мкФ) «Blackgate».
Принципиальная схема усилителя приведена ниже.
Разработка печатной платы велась с учетом того, чтобы силовая земля (питания) и сигнальная были разделены. Сигнальная земля находится в середине и окружена силовой землей. Возле С5 они соединены тонкой дорожкой. Проектирование печатной платы велось в программе PADS PowerPCB 5.0.
Сам делать печатную плату я не стал, а отдал фирме. Когда забрал ее, то обнаружил,что некоторые отверстия были меньшего диаметра чем нужно. Рассверлил уже сам вручную. На фото ниже фотография платы.
Резисторы 1кОм и 20кОм были вручную подобраны с точностью до 0.1%. В качестве выходных резисторов я использовал шесть резисторов номиналом 1 Ом 0.5 Ватт 1%, потому как 3-х Ваттный 1% резистор найти проблематично.
Я использовал изолированную версию микросхемы — LM3886 TF, поэтому я напрямую присоединил к корпусу и радиатору через теплопроводную пасту.
Разделительный конденсатор «Auricap» 1мкФ 450В. Был куплен высококачественный конденсатор, поскольку он задействован в главной сигнальной цепи.
Конденсаторы в ВЧ-фильтре: «Silver Mica» 47пФ и 220пФ.
В фильтре по питанию использовался конденсатор «Blackgate» 1000мкФ 50В
Кондеры C2 и C6 тоже фирмы «Blackgate» номиналом 100мкФ 50В. Для лучшего результата лучше использовать биполярные конденсаторы, однако я использовал электролиты, т.к. биполярные не поместились бы на плату.
Фильтрующая цепочка R20(680 Ом) + C20(470 пФ) помещена прямо на RCA-разъеме. Это помогает отфильтровывать ВЧ-шумы до того, как они попадут на плату усилителя.
Разделительный конденсатор источника питания 0.1мкФ припаян с обратной стороны платы усилителя прямо на ножку LM3886, это позволяет лучше фильтровать ВЧ-шумы.
Микросхема LM3886 посажена на алюминиевый радиатор, а затем к корпусу усилителя. Снаружи корпуса я прикрепил еще 3 радиатора от процессорных вентиляторов PC. Везде использовалась термопаста для лучшей теплоотдачи.
Со всеми этими радиаторами усилитель греется совсем немного на средней громкости.
В источнике питания я использовал микросхему регулируемого стабилизатора напряжения LT1083. Перед ней поставил конденсаторы емкостью 10000 мкФ после — 100 мкФ. Преимущество использования регулируемого стабилизатора напряжения в том, что практически отсутствует напряжение пульсаций. Без него слышен небольшой 50/100 Гц шум.
В диодных мостах использовались мощные диоды MUR860.
Стабилизатор напряжения LT1083 может обеспечивать ток до 8А.
Трансформатор использовался мощностью 500ВА 2х25В. После стабилизатора, напряжение 30 Вольт.
В дальнейшем планирую заменить стабилизатор на более мощный (см. схему ниже). Транзистор TIP2955 способен выдерживать токи до 15А.
После сборки усилителя я измерил постоянное напряжение и получил смещение около 7 мВ на разъемах динамика. Разница напряжения между двумя выходами микросхем меньше чем 1 мВ.
Звучание усилителя чем то похоже на звучание собранного мною ранее усилителя на LM3875 — очень чистое. Не слышен ни шум, ни шипение, ни гудение. Сравнивая с усилителем на LM3875, данный усилитель развивает примерно вдвое большую мощность на моих 4-х Омных колонках и обеспечивает глубокий и напористый бас и хорошую динамику.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| УНЧ | |||||||
| U1, U2 | Аудио усилитель | LM3886 | 2 | В блокнот | |||
| C1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2, C6 | 100 мкФ | 2 | В блокнот | ||||
| C3, C7 | Конденсатор | 4.7 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C4, C8 | Конденсатор | 220 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C5, C9 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C10, C11, C13 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C12, C14 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C20 | Конденсатор | 470 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2, R3, R7, R8 | Резистор | 1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R4, R9 | Резистор | 22 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R5, R10 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6, R11, R13-R16 | Резистор | 0.5Ом 1Вт 1% | 6 | В блокнот | |||
| R12 | Резистор | 2 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R20 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Блок питания | |||||||
| U1, U2 | Линейный регулятор | LT1083 | 2 | В блокнот | |||
| D1-D8 | Выпрямительный диод | MUR860 | 8 | В блокнот | |||
| C1, C4 | Электролитический конденсатор | 10000 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C2, C5 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C3, C6 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R3, R4 | Подстроечный резистор | 2.5 кОм | 2 | В блокнот | |||
| TX1, TX2 | Трансформатор | 220/25В | 2 | В блокнот | |||
| Мощный стабилизатор | |||||||
| N1, N2 | Линейный регулятор | LM317 | 2 | В блокнот | |||
| V1, V2 | Биполярный транзистор | TIP2955 | 2 | В блокнот | |||
| V3-V12 | Выпрямительный диод | MUR1560 | 10 | В блокнот | |||
| V13, V14 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 2 | ||||
В один прекрасный миг мне потребовался оконечный усилитель для дома, который входил бы в состав комплекса: ПРИБОЙ Э104С -> Radiotehnika УП-001 -> Оконечный усилитель -> ВЕГА 50АС-106. Требования были такие: приличное качество звучания, использование существующего конструктива. При этом я не стал ограничиваться готовыми схемотехническими изысканиями в сети или в радиолюбительской литературе, а попытался создать свой усилитель, на основе имеющегося опыта и материала. Данному усилителю и посвящена эта статья.
Поскольку электрическая начинка еще полбеды, а для радиолюбителя поиск корпуса является головной болью, подрывающей национальное здоровье нашей страны, проблему корпуса следует затронуть в первую очередь. Есть множество вариантов для решения проблемы, решил взять за основу корпус советского усилителя «Электрон 104-стерео» выпуска 1977 г. и всем настоятельно рекомендую искать этот неисправный усилитель для будущего корпуса и для выгодного заимствования понижающего трансформатора (который также будет являться главным элементом питания усилителя). Данные усилители почти повсеместно эксплуатировались в театральных кружках, школах, детских садах в актовых залах. Веду речь к тому, что пора бы начинать заводить «друзей» в школах. Корпус данного усилителя представляет собой яркий пример неэкономного расходования алюминия, что позволяет использовать возможности конструктива корпуса для мощных усилителей. Вместе с тем недостатком данного корпуса является близость одного из каналов к трансформатору питания (синяя стрелка), что может породить такое явление как присутствие в одном из каналов усилителя фона, частотой, кратной частоте сети. Поэтому, было решено перенести месторасположение диодного моста (зеленая стрелка).
Схема питания особенностей не имеет и представляет собой фактически схему питания изначального усилителя, но с измененным конструктивом. Окончательный этап размещения всей электрической составляющей проиллюстрирован ниже.
Теперь можно перейти к электрической части. Усилитель представляет собой классическую топологию Лина, с изменениями и дополнениями. Параметры усилителя:
Характеристика — Величина :
- Диапазон питающих напряжений: ±24…35В
- Полоса воспроизводимых частот, не уже: 20-20000Гц
- Эффективная выходная мощность, при нагрузке 4 Ом и питании ±35В: 80Вт
- Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 1кГц: 0,004%
- Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 20кГц: 0,02%
- Отношение сигнал/шум, на частоте 1кГц, не менее — 95дБ
Схема усилителя звука
Входной каскад усилителя мощности собран по дифференциальной схеме на транзисторах Т3 и Т4, нагруженный на генератор стабильного тока, выполненный по традиционной классической схеме на транзисторе Т5. В эмиттеры транзисторов дифференциального каскада включены резисторы R3, R4, R6, R7 играющие роль местной ООС, таким образом было достигнуто снижение нелинейности внутреннего сопротивления эмиттерного перехода. В коллекторную же область входного каскада включено токовое зеркало на элементах T1 и T2, с дополнительными резисторами в эмиттерах для снижения влияния эффекта Эрли, для достижения более точной балансировки входного каскада.
Далее, второй каскад усилителя выполнен на транзисторе T6 по схеме усилителя напряжения и имеющий в своем составе двухполюсную коррекцию. Цепь смещения выполнена по схеме «транзисторного стабилитрона» с использованием элемента T8. Установленный на радиатор вместе с выходным каскадом, он выполняет еще и функцию термостабилизатора. Включение резистора подстройки тока покоя R22 выполнено таким образом, чтобы обеспечить безопасность схемы от случайного обрыва движка съемного контакта, и в связи с этим, предотвратить резкое повышение тока покоя выходного каскада. Ток на цепь смещения подается также с генератора стабильного тока на транзисторе T7, имеющего общий источник опорного напряжения с генератором для дифференциального каскада (диоды D1,D2). Выходной каскад выполнен по симметричной схеме включения эмиттерных повторителей. Выходной сигнал проходит через выходной фильтр R37L2 и цепь Зобеля (R36C8), предотвращающий самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
Немного осциллограмм
1) Синус 1кГц, 80Вт
2) Синус 20кГц, 80Вт
3) Меандр 1кГц
4) Меандр 1кГц
Конструкция и детали домашнего аудиоусилителя
Катушка L2 наматывается на любом карандаше (карандаш вытащить из катушки), проводом сечением 1 мм и содержит в себе 10-12 витков. Транзистор Т8 устанавливается на радиатор, вместе с выходными транзисторами. Все транзисторы должны быть изолированы друг от друга через слюдяные прокладки. Для снижения влияния изменения температуры на значение постоянного напряжения на выходе усилителя, рекомендуется прижать попарно друг с другом транзисторы Т1, Т2 и Т3, Т4 ПВХ-стяжками или термоусадкой. Элементы Т9-Т10 располагаются на отдельных алюминиевых пластинах (радиаторах), площадью рассеивания 30-40см2. Рисунок печатной платы делается под существующий конструктив, в моем случае чертеж рисовался на бумаге карандашом. Универсальная печатная плата, вид сверху, выглядит следующим образом (не тестировалась и не проверялась, возможны ошибки). её файл можно тут.
Настройка УНЧ
Первое включение необходимо производить через токоограничивающие резисторы в питании, а также с эквивалентом нагрузки, после прогрева и убежденности в том, что все узлы схемы работают нормально, т.е. не вызывают стрессовых ситуаций у вас и окружающих людей. После этого, к усилителю подводят полноценное питание, не снимая эквивалентное сопротивление. Подстроечным резистором R15 добиваются нуля на выходе усилителя, а подстроечным резистором R22 устанавливают ток покоя, в пределах 40-50 миллиампер. Результат: по-настоящему живое и хорошее звучание, отличный низ (и это на 50АС-106!), было собрано 4 экземпляра, все запустились с первого раза.
Вступление И это реально! Усилитель, несмотря на относительную простоту, обеспечивает довольно высокие параметры. Вообще-то, по правде говоря, у «микросхемных» усилителей есть ряд ограничений, поэтому усилители на «рассыпухе» могут обеспечить более высокие показатели. В защиту микросхемы (а иначе почему я и сам ее использую, и другим рекомендую?) можно сказать:
В любом случае, плохо сделаный и неправильно настроенный усилитель на «рассыпухе» будет звучать хуже микросхемного. А наша задача — сделать очень хороший усилитель. Надо отметить, что звучание усилителя очень хорошее (если его правильно сделать и правильно питать), есть информация, что какая-то фирма выпускала Hi-End усилители на микросхеме TDA7294 ! И наш усилитель ничуть не хуже!!! Основные параметры Я специально проведу замеры параметров микросхемы и опубликую отдельно. Здесь же скажу, что микросхема устойчиво работала на активную нагрузку 2…24 ома, на активное сопротивление 4 ома плюс либо емкость ~15 мкФ, либо индуктивность ~1,5 мГн. Причем на емкостной и индуктивной нагрузках (не таких сильных, как описано выше) искажения оставались малыми. Нужно отметить, что величина искажений сильно зависит от источника питания, особенно на емкостной нагрузке. Схема Схема этого усилителя — это практически повторение схемы включения, предлагаемой производителем. И это неслучайно — уж кто лучше знает, как ее включать. И наверняка не будет никаких неожиданностей из-за нестандартного включения или режима работы. Вот она, схема: Признаюсь сразу — никаких 80-ти ватт (и тем более 100 Вт) от нее не получишь. Реально 40-60, но зато это будут честные долговременные ваты. В кратковременном импульсе можно получить гораздо больше, но это уже будет РМРО мощность, кстати, тоже честная (80-120 Вт). В «китайских» ватах это будет несколько тысяч, если кого интересует. Тысяч пять. Тут все сильно зависит от источника питания, и позже, я напишу, как увеличить мощность, при этом улучшив еще и качество звучания. Следите за рекламой! Описание схемы Входная цепочка R1C1 представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), обрезающий все выше 90 кГц. Без него нельзя — ХХI век — это в первую очередь век высокочастотных помех. Частота среза этого фильтра довольно высока. Но это специально — я ведь не знаю, к чему будет подключаться этот усилитель. Если на входе будет стоять регулятор громкости, то в самый раз — его сопротивление добавится к R1, и частота среза снизится (оптимальное значение сопротивления регулятора громкости ~10 кОм, больше — лучше, но нарушится закон регулирования). Далее цепочка R2C2 выполняет прямо противоположную функцию — не пропускает на вход частоты ниже 7 Гц. Если для вас это слишком низко, емкость С2 можно уменьшить. Если сильно увлечься снижением емкости, можно остаться совсем без низких. Для полного звукового диапазона С2 должно быть не менее 0,33 мкф. И помните, что у конденсаторов разброс емкостей довольно большой, поэтому если написано 0,47 мкф, то запросто может оказаться, что там 0,3! И еще. На нижней границе диапазона выходная мощность снижается в 2 раза, поэтому ее лучше выбирать пониже: С2[мкФ] = 1000 / (6,28 * Fmin[Гц] * R2[кОм]) Резистор R2 задает входное сопротивление усилителя. Его величина несколько больше, чем по даташиту, но это и лучше — слишком низкое входное сопротивление может «не понравиться» источнику сигнала. Учтите, что если перед усилителем включен регулятор громкости, то его сопротивление должно быть раза в 4 меньше, чем R2, иначе изменится закон регулирования громкости (величина громкости от угла поворота регулятора). Оптимальное значение R2 лежит в диапазоне 33…68 кОм (большее сопротивление снизит помехоустойчивость). Схема включения усилителя — неинвертирующая. Резисторы R3 и R4 создают цепь отрицательной обратной связи (ООС). Коэффициент усиления равен: Ку = R4 / R3 + 1 = 28,5 раза = 29 дБ Это почти равно оптимальному значению 30 дБ. Менять коэффициент усиления можно, изменяя резистор R3. Учтите, что делать Ку меньше 20 нельзя — микросхема может самовозбуждаться. Больше 60 его также делать не стОит — глубина ООС уменьшится, а искажения возрастут. При значениях сопротивлений, указанных на схеме, при входном напряжении 0,5 вольт выходная мощность на нагрузке 4 ома равна 50 Вт. Если чувствительности усилителя не хватает, то лучше использовать предварительный усилитель. Значения сопротивлений несколько больше, чем рекомендовано производителем. Это во-первых, увеличивает входное сопротивление, что приятно для источника сигнала (для получения максимального баланса по постоянному току нужно чтобы R4 было равно R2). Во-вторых, улучшает условия работы электролитического конденсатора С3. И в-третьих, усиливает благотворное влияние С4. Об этом поподробнее. Конденсатор С3 последовательно с R3 создает 100%-ю ООС по постоянному току (так как сопротивление постоянному току у него бесконечность, и Ку получается равным единице). Чтобы влияние С3 на усиление низких частот было минимально, его емкость должна быть довольно большой. Частота, на которой влияние С3 становится заметной равна: f [Гц] = 1000 / (6,28 * R3 [кОм] * С3 [мкФ]) = 1,3 Гц Эта частота и должна быть очень низкая. Дело в том, что С3 — электролитический полярный, а на него подается переменное напряжение и ток, что для него очень плохо. Поэтому чем меньше значение этого напряжения, тем меньше искажения, вносимые С3. С этой же целью его максимально допустимое напряжение выбирается довольно большим (50В), хотя напряжение на нем не превышает 100 милливольт. Очень важно, чтобы частота среза цепи R3С3 была намного ниже, чем входной цепи R2С2. Ведь когда проявляется влияние С3 из-за роста его сопротивления, то и напряжеине на нем увеличивается (выходное напряжение услителя перераспределяется между R4, R3 и С3 пропорционально их сопротивлениям). Если же на этих частотах выходное напряжение падает (из-за падения входного напряжения), то и напряжение на С3 не растет. В принципе, в качестве С3 можно использовать неполярный конденсатор, но я не могу однозначно сказать, улучшится от этого звук, или ухудшится: неполярный конденсатор это «два в одном» полярных, включенных встречно. Конденсатор С4 шунтирует С3 на высоких частотах: у электролитов есть еще один недостаток (на самом деле недостатков много, это расплата за высокую удельную емкость) — они плохо работают на частотах выше 5-7 кГц (дорогие лучше, например Black Gate, ценой 7-12 евро за штуку неплохо работает и на 20 кГц). Пленочный конденсатор С4 «берет высокие частоты на себя», тем самым снижая искажения, вносимые на них конденсатором С3. Чем больше емкость С4 — тем лучше. А его максимальное рабочее напряжение может быть сравнительно небольшим. Цепь С7R9 увеличивает устойчивость усилителя. В принципе усилитель очень устойчив, и без нее можно обойтись, но мне попадались экземпляры микросхем, которые без этой цепи работали хуже. Конденсатор С7 должен быть рассчитан на напряжение не ниже, чем напряжение питания. Конденсаторы С8 и С9 осуществляют так называемую вольтодобавку. Через них часть выходного напряжения поступает обратно в предоконечный каскад и складывается в напряжением питания. В результате напряжение питания внутри микросхемы оказывается выше, чем напряжение источника питания. Это нужно потому, что выходные транзисторы обеспечивают выходное напряжение вольт на 5 меньше, чем напряжение на их входах. Таким образом, чтобы получить на выходе 25 вольт, нужно подать на затворы транзисторов напряжение 30 вольт, а где его взять? Вот и берем его с выхода. Без цепи вольтодобавки выходное напряжение микросхемы было бы вольт на 10 меньше, чем напряжение питания, а с этой цепью всего на 2-4. Пленочный конденсатор С9 берет работу на себя на высоких частотах, где С8 работает хуже. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания. Резисторы R5-R8, конденсаторы С5, С6 и диод D1 управляют режимами Mute и StdBy при включении и выключении питания. Они обеспечивают правильную последовательность включения/выключения этих режимов. Правда все отлично работает и при «неправильной» их последовательности , так что такое управление нужно больше для собственного удовольствия. Конденсаторы С10-С13 фильтруют питание. Их использование обязательно — даже с самым наилучшим источником питания сопротивления и индуктивности соединительных проводов могут повлиять на работу усилителя. При наличии этих конденсаторов никакие провода не страшны (в разумных пределах)! Уменьшать емкости не стОит. Минимум 470 мкФ для электролитов и 1 мкФ для пленочных. При установке на плату необходимо, чтобы выводы были максимально короткими и хорошо пропаяны — не жалейте припоя. Все эти конденсаторы должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания. И, наконец, резистор R10. Он служит для разделения входной и выходной земли. «На пальцах» его назначение можно объяснить так. С выхода усилителя через нагрузку на землю протекает большой ток. Может так случиться, что этот ток, протекая по «земляному» проводнику, протечет и через тот участок, по которому течет входной ток (от источника сигнала, через вход усилителя, и далее обратно к источнику по «земле»). Если бы сопротивление проводников было нулевым, то и ничего страшного. Но сопротивление хоть и маленькое, но не нулевое, поэтому на сопротивлении «земляного» провода будет появляться напряжение (закон Ома: U=I*R), которое сложится со входным. Таким образом выходной сигнал усилителя попадет на вход, причем эта обратная связь ничего хорошего не принесет, только всякую гадость. Сопротивление резистора R10 хоть и мало (оптимальное значение 1…5 Ом), но намного больше, чем сопротивление земляного проводника, и через него (резистор) во входную цепь попадет в сотни раз меньший ток, чем без него. В принципе, при хорошей разводке платы (а она у меня хорошая) этого не произойдет, но с другой стороны, что-то подобное может случиться в «макромасштабе» по цепи источник_сигнала-усилитель-нагрузка. Резистор поможет и в этом случае. Впрочем, его можно вполне заменить перемычкой — он использован исходя из принципа «лучше перебдеть, чем недобдеть». Источник питания Усилитель питается двухполярным напряжением (т.е. это два одинаковых источника, соединенных последовательно, а их общая точка подключена к земле). Минимальное напряжение питания по даташиту +- 10 вольт. Я лично пробовал питать от +-14 вольт — микросхема работает, но стОит ли так делать? Ведь выходная мощность получается мизерной! Максимальное напряжение питания зависит от сопротивления нагрузки (это напряжение каждого плеча источника):
Эта зависимость вызвана допустимым нагревом микросхемы. Если микросхема установлена на маленьком радиаторе, напряжение питания лучше снизить. Максимальная выходная мощность, получаемая от усилителя приблизительно описывается формулой: где единицы: В, Ом, Вт (я отдельно исследую этот вопрос и опишу), а Uип — напряжения одного плеча источника питания в режиме молчания. Мощность блока питания должна быть ватт на 20 больше, чем выходная мощность. Диоды выпрямителя рассчитаны на ток не менее 10 Ампер. Емкость конденсаторов фильтра не менее 10 000 мкФ на плечо (можно и меньше, но максимальная мощность снизится а искажения возрастут). Нужно помнить, что напряжение выпрямителя на холостом ходу в 1,4 раза выше, чем напряжение на втоичной обмотке трансформатора, поэтому не спалите микросхему! Простая, но довольно точная
программа для расчета блока питания
. И не забывайте, что для стереоусилителя нужен вдвое более мощный блок питания (при расчете по поредлагаемой программе все учитывается автоматически). |
Простой усилитель класса А — Усилители на транзисторах — Звуковоспроизведение
Николай Трошин
Данная статья является продолжением работы на тему использования усилителей работающих в А классе для высококачественного звуко-усиления.
Представляю на Ваше рассмотрение, хорошо отработанную схему усилителя на кремниевых транзисторах.
Неоспоримым преимуществом кремния — является способность работать при гораздо более высоких температурах (по сравнению с германием). При хорошем тепловом контакте транзистора с радиатором, можно считать допустимой температуру радиатора 90…95 град.
Понятно, что при столь высокой разнице температур радиатора и окружающей среды, теплообмен происходит очень эффективно.
Поэтому при одинаковых площадях радиаторов выходных транзисторов, на кремнии можно получить примерно в 2 раза больше мощности по сравнению с германием.
Большой ассортимент кремниевых средне и высокочастотных транзисторов большой мощности, позволяет построить высококачественный усилитель А класса при совсем простой схеме.
Данная схема обеспечивает выходную мощность 20 ватт на нагрузке 4 ом. Диапазон рабочих частот усилителя 20…25000 Гц.
В качестве транзистора VT1 здесь можно использовать КТ208Д, КТ209Д, КТ361Г, Е, КТ3107Б, Г, И, К. В качестве транзистора VT2 можно использовать транзисторы КТ815, КТ801, П701, транзистор VT3 КТ814, VT4 — КТ818БМ, ГМ, транзистор VT5 — КТ819БМ, ГМ.
Схема может работать без подбора транзисторов по коэффициенту усиления, однако поскольку она содержит всего 2 каскада усиления, желательно иметь коэффициент усиления транзистора VT1 — не менее 150, транзисторов VT2, VT5 — не менее 50, транзистора VT4 — не менее 80.
Оценить коэффициент усиления транзистора не сложно. Достаточно включить испытуемый транзистор по вот такой схеме (для мощных транзисторов).
Резистор R1 обеспечивает ток в базу примерно 1 ма. Измерительный миллиамперметр измеряет ток коллектора (я использовал стрелочный тестер с пределом измерений 300 ма). Отношение тока коллектора к базовому току — будет коэффициентом усиления транзистора.
Для транзисторов средней мощности, надо уменьшить базовый ток в 10 раз (R1 36k), а для транзистора малой мощности, базовый ток уменьшаем в 100 раз (R1 360k). В качестве источника питания, я использовал 3 щелочные (алкалиновые) батарейки размера АА, которые просто спаял между собой хорошо разогретым паяльником, с использованием не толстого провода (паять надо быстро, чтобы не перегреть батарейку).
При использовании нагрузки 8 ом, напряжение питания нужно увеличить до 39…40 вольт, резистор R10 до 0,25 Ом.
Настройка усилителя сводится к установке половины напряжения питания на коллекторе VT5.
Усилитель потребляет значительную мощность, примерно 100 ватт на каждый канал. Поэтому источник питания должен быть серьезным.
Силовой трансформатор для блока питания, нужно применять мощностью не менее 250 ватт, либо использовать два однотипных трансформатора (на каждый канал) с такой же общей мощностью.
Схема источника питания показана на рисунке ниже.
Вторичная обмотка силового трансформатора должна иметь выходное напряжение ХХ 26 — 27 вольт. Такая схема должна быть на каждый канал усилителя, причем при нагрузке 4 ом, возможно лучше сразу поставить конденсаторы по 22000 мкФ.
Диодный мост с номинальным током не менее 10 А либо 4 диода на 10 А. Большая емкость конденсаторов объясняется значительным током потребления, в том числе и в режиме покоя усилителя, когда пульсации особенно заметны.
Применять электронные фильтры или стабилизаторы я не стал, поскольку они иногда являются причиной самовозбуждения усилителя и источником помех и наводок.
Детали для усилителя:
Резисторы могут быть любой мощности не менее 0.125 ватт за исключением R9 5 ватт, R10 2 ватт. Очень важен номинал резистора R10. От этого зависит правильный режим работы усилителя.
Конденсатор С1 лучше поставить пленочный, С4 пленочный или слюдяной.
Выходные транзисторы КТ818, КТ819 обязательно с буквой «М» в конце (в металлическом корпусе), БМ, ГМ. Радиаторы под них я использовал ребристые размером 120*170, толщиной 35 мм. Если радиаторы будут меньше, то необходим принудительный обдув.
На КТ815 небольшой радиатор-пластинка 2-3 кв. см. На П701 радиатор не нужен.
На резисторе R9 рассеивается значительная мощность. При наличии осциллографа и генератора можно попробовать ее уменьшить. Подаем сигнал на вход,на выход подключаем эквивалент нагрузки и осциллограф. Резистором R4 добиваемся симметричного ограничения максимально возможной амплитуды сигнала. Далее увеличивая резистор R9 добиваемся начала ограничения сигнала сверху. Выпаиваем и измеряем номинал. После этого устанавливаем резистор на 25…30% меньше.
При желании поэкспериментировать можно собрать совсем упрощенную схему.
Транзисторы здесь должны иметь больший К ус. Первый не менее 200, второй не менее 100.
Резистор R7 мощностью не менее 50 ватт. При отсутствии такого можно использовать электрический чайник и утюг по 2000 ватт на220в, соединенные параллельно, либо 2 ТЭН на 2000 ватт. — получается сопротивление около 10 ом. Кстати это можно использовать и как эквивалент нагрузки.
Данная схема позволяет получить 4…5 ватт (потреблять будет все равно около 90 ватт.) На коллекторе VT2 нужно выставить 12 вольт.
Удачи Вам в творчестве и конструировании!
Простой усилитель на транзисторах сделать самому своими руками. Усилитель на одном транзисторе: схема
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 радиолюбительских устройств: радиоприемников и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители низкой частоты на транзисторах.
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.
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 отрицательными обратными связями 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 делитель напряжения 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 германиевые транзисторы 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 биполярных транзисторах. 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 сигнал звуковой 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.
Схемы транзисторных усилителей звука с печатными платами. Простая схема усилителя на транзисторе своими руками
Николай Трошин
В последнее время заметно вырос интерес к усилителям мощности на германиевых транзисторах. Есть мнение, что звучание таких усилителей более мягкое, напоминает «ламповый звук».
Предлагаю вашему вниманию две простые схемы усилителей мощности НЧ на германиевых транзисторах, опробованные мной некоторое время назад.
Здесь использованы более современные схемные решения, чем те, которые использовались в 70-е годы, когда «германий» был в ходу. Это позволило получить приличную мощность при хорошем качестве звучания.
Схема на рисунке ниже, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из моей статьи в журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55).
Выходная мощность этого усилителя 30 Вт при сопротивлении нагрузки акустических систем 4 Ома, и примерно 18 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом.
Напряжение питания усилителя (U пит) двухполярное ±25 В;
Несколько слов о деталях:
При сборке усилителя, в качестве конденсаторов постоянной ёмкости (помимо электролитических), желательно применять слюдяные конденсаторы. Например типа КСО, такие, как ниже на рисунке.
Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г — на ГТ402В; ГТ404Г — на ГТ404В;
Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.
Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2.
На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26.5 мм.
Пластина разрезается по линиям, потом этой заготовке придают форму трубки, используя для этой цели любую подходящую цилиндрическую оправку (например сверло).
После этого заготовку (1) плотно надевают на корпус транзистора (2) и прижимают пружинящим кольцом (3), предварительно отогнув боковые крепёжные ушки.
Кольцо изготовляется из стальной проволоки диаметром 0,5-1,0 мм. Вместо кольца можно использовать бандаж из медной проволоки.
Теперь осталось загнуть снизу боковые ушки для крепления радиатора за корпус транзистора и отогнуть на нужный угол надрезанные перья.
Подобный радиатор можно также изготовить и из медной трубки, диаметром 8мм. Отрезаем кусок 6…7см, разрезаем трубку вдоль по всей длине с одной стороны. Далее на половину длины разрезаем трубку на 4 части и отгибаем эти части в виде лепестков и плотно надеваем на транзистор.
Так как диаметр корпуса транзистора где-то 8,2 мм, то за счёт прорези по всей длине трубки, она плотно оденется на транзистор и будет удерживаться на его корпусе за счёт пружинящих свойств.
Резисторы в эмиттерах выходного каскада — либо проволочные мощностью 5 Вт, либо типа МЛТ-2 3 Ом по 3шт параллельно. Импортные пленочные использовать не советую — выгорают мгновенно и незаметно, что ведет к выходу из строя сразу нескольких транзисторов.
Настройка:
Настройка правильно собранного из исправных элементов усилителя сводится к установке подстроечным резистором тока покоя выходного каскада 100мА (удобно контролировать на эмиттерном резисторе 1 Ом — напряжение 100мВ).
Диод VD1 желательно приклеить или прижать к радиатору выходного транзистора, что способствует лучшей термостабилизации. Однако если этого не делать, ток покоя выходного каскада от холодного 100мА до горячего 300мА меняется, в общем-то, не катастрофично.
Важно: перед первым включением необходимо выставить подстроечный резистор в нулевое сопротивление.
После настройки желательно подстроечный резистор выпаять из схемы, измерить его реальное сопротивление и заменить на постоянный.
Самая дефицитная деталь для сборки усилителя по вышеприведённой схеме — это выходные германиевые транзисторы ГТ806. Их и в светлое советское время было не так легко приобрести, а сейчас наверно и того труднее. Гораздо проще найти германиевые транзисторы типов П213-П217, П210.
Если Вы не сможете по каким либо причинам приобрести транзисторы ГТ806, то Вашему вниманию предлагается ещё одна схема усилителя, где в качестве выходных транзисторов, можно использовать как раз вышеупомянутые П213-П217, П210.
Схема эта — модернизация первой схемы. Выходная мощность этого усилителя составляет 50Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и 30Вт при 8-Омной нагрузке.
Напряжение питания этого усилителя (U пит) так же двухполярное и составляет ±27 В;
Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:
Какие же изменения внесены в эту схему;
Добавлены два источника тока в «усилитель напряжения» и еще один каскад в «усилитель тока».
Применение еще одного каскада усиления на довольно высокочастотных транзисторах П605, позволило несколько разгрузить транзисторы ГТ402-ГТ404 и расшевелить совсем уж медленные П210.
Получилось довольно не плохо. При входном сигнале 20кГц, и при выходной мощности 50Вт — на нагрузке искажений практически не заметно (на экране осциллографа).
Минимальные, мало заметные искажения формы выходного сигнала с транзисторами типа П210, возникают только на частотах около 20 кгц при мощности 50 вт. На частотах ниже 20 кгц и мощностях менее 50 вт искажений не заметно.
В реальном музыкальном сигнале таких мощностей на столь высоких частотах обычно не бывает, по этому отличий в звучании (на слух) усилителя на транзисторах ГТ806 и на транзисторах П210 я не заметил.
Впрочем, на транзисторах типа ГТ806, если смотреть осциллографом, усилитель работает все-таки лучше.
При нагрузке 8 Ом в этом усилителе, также возможно применение выходных транзисторов П216…П217, и даже П213…П215. В последнем случае напряжение питания усилителя нужно будет снизить до ±23В. Выходная мощность при этом, разумеется, тоже упадет.
Повышение же питания — ведет к увеличению выходной мощности, и я думаю, что схема усилителя по второму варианту имеет такой потенциал (запас), однако, я не стал экспериментами искушать судьбу.
Радиаторы для этого усилителя обязательны следующие — на выходные транзисторы площадью рассеивания не менее 300см2, на предвыходные П605 — не менее 30см2 и даже на ГТ402, ГТ404 (при сопротивлении нагрузки 4 Ом) тоже нужны.
Для транзисторов ГТ402-404 можно поступить проще;
Взять медную проволоку (без изоляции) диаметром 0,5-0,8, намотать на круглую оправку (диаметром 4-6 мм) проволоку виток к витку, согнуть в кольцо полученную обмотку (с внутренним диаметром меньше диаметра корпуса транзистора), соединить концы пайкой и надеть полученный «бублик» на корпус транзистора.
Эффективней будет наматывать проволоку не на круглую, а на прямоугольную оправку, так как при этом увеличивается площадь соприкосновения проволоки с корпусом транзистора и соответственно повышается эффективность отвода тепла.
Также для повышения эффективности отвода тепла для всего усилителя, можно уменьшить площадь радиаторов и применить для охлаждения 12В куллер от компьютера, запитав его напряжением 7…8В.
Транзисторы П605 можно заменить на П601…П609.
Настройка второго усилителя аналогична описанной для первой схемы.
Несколько слов об акустических системах. Понятно, что для получения хорошего звучания они должны иметь соответствующую мощность. Желательно также, используя звуковой генератор — пройтись на разных мощностях по всему диапазону частот. Звучание должно быть чистым, без хрипов и дребезга. Особенно, как показал мой опыт, этим грешат высокочастотные динамики колонок типа S-90.
Если у кого возникнут какие либо вопросы по конструкции и сборке усилителей — задавайте, по возможности постараюсь ответить.
Удачи всем Вам в Вашем творчестве и всего наилучшего!
Схема № 1
Выбор класса усилителя . Сразу предупредим радиолюбителя — делать усилитель класса A на транзисторах мы не будем. Причина проста — как было сказано во введении, транзистор усиливает не только полезный сигнал, но и поданное на него смещение. Проще говоря, усиливает постоянный ток. Ток этот вместе с полезным сигналом потечет по акустической системе (АС), а динамики, к сожалению, умеют этот постоянный ток воспроизводить. Делают они это самым очевидным образом — вытолкнув или втянув диффузор из нормального положения в противоестественное.
Попробуйте прижать пальцем диффузор динамика — и вы убедитесь, в какой кошмар превратится при этом издаваемый звук. Постоянный ток по своему действию с успехом заменяет ваши пальцы, поэтому динамической головке он абсолютно противопоказан. Отделить же постоянный ток от переменного сигнала можно только двумя средствами — трансформатором или конденсатором, — и оба варианта, что называется, один хуже другого.
Принципиальная схема
Схема первого усилителя, который мы соберем, приведена на рис. 11.18.
Это усилитель с обратной связью, выходной каскад которого работает в режиме В. Единственное достоинство этой схемы — простота, а также однотипность выходных транзисторов (не требуется специальные комплементарные пары). Тем не менее, она достаточно широко применяется в усилителях небольшой мощности. Еще один плюс схемы — она не требует никакой настройки, и при исправных деталях заработает сразу, а нам это сейчас очень важно.
Рассмотрим работу этой схемы. Усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT1. Усиленный этим транзистором сигнал с резистора R4 подается на базу составного транзистора VT2, VT4, а с него — на резистор R5.
Транзистор VT3 включен в режиме эмиттерного повторителя. Он усиливает положительные полуволны сигнала на резисторе R5 и подает их через конденсатор C4 на АС.
Отрицательные же полуволны усиливает составной транзистор VT2, VT4. При этом падение напряжения на диоде VD1 закрывает транзистор VT3. Сигнал с выхода усилителя подается на делитель цепи обратной связи R3, R6, а с него — на эмиттер входного транзистора VT1. Таким образом, транзистор VT1 у нас и играет роль устройства сравнения в цепи обратной связи.
Постоянный ток он усиливает с коэффициентом усиления, равным единице (потому что сопротивление конденсатора C постоянному току теоретически бесконечно), а полезный сигнал — с коэффициентом, равным соотношению R6/R3.
Как видим, величина емкостного сопротивления конденсатора в этой формуле не учитывается. Частота, начиная с которой конденсатором при расчетах можно пренебречь, называется частотой среза RC-цепочки. Частоту эту можно рассчитать по формуле
F = 1 / (R×C) .
Для нашего примера она будет около 18 Гц, т. е. более низкие частоты усилитель будет усиливать хуже, чем он мог бы.
Плата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм размерами 45×32.5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном изображении и схему расположения деталей можно скачать . Видеоролик о работе усилителя в формате MOV скачать для просмотра можно . Хочу сразу предупредить радиолюбителя — звук, воспроизводимый усилителем, записывался в ролике с помощью встроенного в фотоаппарат микрофона, так что говорить о качестве звука, к сожалению, будет не совсем уместно! Внешний вид усилителя приведен на рис. 11.19.
Элементная база . При изготовлении усилителя транзисторы VT3, VT4 можно заменить любыми, рассчитанными на напряжение не менее напряжения питания усилителя, и допустимым током не менее 2 А. На такой же ток должен быть рассчитан и диод VD1.
Остальные транзисторы — любые с допустимым напряжением не менее напряжение питания, и допустимым током не менее 100 мА. Резисторы — любые с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 0.125 Вт, конденсаторы — электролитические, с емкостью, не менее указанной на схеме, и рабочим напряжением на менее напряжения питания усилителя.
Радиаторы для усилителя . Прежде чем попробовать изготовить нашу вторую конструкцию, давайте, уважаемый радиолюбитель, остановимся на радиаторах для усилителя и приведем здесь весьма упрощенную методику их расчета.
Во-первых, вычисляем максимальную мощность усилителя по формуле:
P = (U × U) / (8 × R), Вт ,
где U — напряжение питания усилителя, В; R — сопротивление АС (обычно оно составляет 4 или 8 Ом, хотя бывают и исключения).
Во-вторых, вычисляем мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов, по формуле:
P рас = 0,25 × P, Вт .
В-третьих, вычисляем площадь радиатора, необходимую для отвода соответствующего количества тепла:
S = 20 × P рас, см 2
В-четвертых, выбираем или изготавливаем радиатор, площадь поверхности которого будет не менее рассчитанной.
Указанный расчет носит весьма приблизительный характер, но для радиолюбительской практики его обычно бывает достаточно. Для нашего усилителя при напряжении питания 12 В и сопротивлении АС, равным 8 Ом, «правильным» радиатором была бы алюминиевая пластина размерами 2×3 см и толщиной не менее 5 мм для каждого транзистора. Имейте ввиду, что более тонкая пластина плохо передает тепло от транзистора к краям пластины. Хочется сразу предупредить — радиаторы во всех остальных усилителях тоже должны быть «нормальных» размеров. Каких именно — посчитайте сами!
Качество звучания . Собрав схему, вы обнаружите, что звук усилителя не совсем чистый.
Причина этого — «чистый» режим класса В в выходном каскаде, характерные искажения которого даже обратная связь полностью скомпенсировать не способна. Ради эксперимента попробуйте заменить в схеме транзистор VT1 на КТ3102ЕМ, а транзистор VT2 — на КТ3107Л. Эти транзисторы имеют значительно больший коэффициент усиления, чем КТ315Б и КТ361Б. И вы обнаружите, что звучание усилителя значительно улучшилось, хотя все равно останутся заметными некоторые искажения.
Причина этого также очевидна — больший коэффициент усиления усилителя в целом обеспечивает большую точность работы обратной связи, и больший ее компенсирующий эффект.
Продолжение читайте
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: 605)
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, кто затрудняется в выборе первой схемы для сборки, я хочу порекомендовать этот усилитель на 1 транзисторе. Схема очень простая, и может быть выполнена, как навесным так и печатным монтажем.
Сразу скажу, сборка этого усилителя оправдана только в качестве эксперимента, так как качество звука будет, в лучшем случае на уровне дешевых, китайских приемников – сканеров. Если кто-то захочет собрать себе маломощный усилитель с более качественным звучанием, с применением микросхемы TDA 2822 m , может перейти по следующей ссылке:
Портативная колонка для плейера или телефона на микросхеме tda2822m Фото проверки усилителя:
На следующем рисунке приведен список необходимых деталей:
В схеме можно использовать почти любой из биполярных транзисторов
средней и большой мощности
n
—
p
—
n
структуры, например КТ 817. Конденсатор
на входе желательно поставить пленочный, емкостью 0.22 – 1 МкФ. Пример
пленочных конденсаторов на следующем фото:
Привожу рисунок печатной платы из программы
Sprint-Layout :
Сигнал берется с выхода mp3 плейера или телефона,
используются земля и один из каналов. На следующем рисунке можно увидеть схему
распайки штекера Джек 3.5, для подключения к источнику сигнала:
При желании этот усилитель, как и любой другой, можно снабдить
регулятором громкости, подключив потенциометр на 50 КОм по стандартной схеме,
используется 1 канал:
Параллельно питанию, если в блоке питания после диодного моста не стоит
электролитический конденсатор большой ёмкости, нужно поставить электролит на
1000 – 2200 МкФ, с рабочим напряжением большим, чем напряжение питания схемы.
Пример такого конденсатора:
Скачать печатную плату усилителя на одном транзисторе для программы sprint – layout можно в разделе сайта Мои файлы.
Оценить качество звучания этого усилителя, можно посмотрев видео его работы на нашем канале.
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 | ||||
Умзч класса А на транзисторах своими руками
Привет всем любителям хорошего аудио. Изучив несколько статей про разработку итальянского инженера-аудиотехника Андреа Чуффоли про усилитель Power Follower 99c, подумалось собрать тоже такую вещь. Были подобраны необходимые детали, прочитаны несколько статей и в путь… Первый канал оконечного усилителя на IRFP150N собран за пару часов неспешно, с перекурами и перерывами на общение с друзьями и парочку онлайн-игр. Тем более что схема совсем не сложная.
Схема принципиальная УМЗЧ Power Follower 99c
азу хочу предостеречь — включать это чудо без мало-мальских приличных радиаторов — это 100% убийство полевых транзисторов! Греется схема как небольшой масляный обогреватель. Всё-ттаки чистый А-класс.
Все три транзистора IRFP150N в каждом канале закрепил на один радиатор (один радиатор — один канал). Для этой цели использовал недавно удачно приобретенного донора «Кумир-001». Радиаторы меньших размеров, думается мне, не будут достаточно охлаждать схему.
Включил: вроде ничего не взорвалось, выставил половину напряжения на предохранителе. Подключил нагрузку (колонки S30), сигнал на вход подал со звуковой карты компьютера… И расстроился: звук хороший, активный, насыщенный, но максимум 4 Ватта на слух.
Как это часто бывает сыграла невнимательность. Огромное спасибо другу Сергею, который изучив оригинальную статью на английском языке подсказал, что схема этого оконечного усилителя не что иное, как, цитирую «усилитель тока, и коэффициент усиления по напряжению у него равен 1. Именно поэтому к нему делают специальные ламповые предусилители или на транзисторах с высоким питающим напряжением», конец цитаты.
Блок питания и преамп
Следовательно, нужен хороший предварительный усилитель — ламповый, транзисторный, любой. Выбрал вот такой вариант:
Ибо уж если полевики, то полевики до конца.
На входе диодного моста — 60 Вольт (трансформатор ТПП-235-220-50), на выходе БП — 58,8 Вольт, в обоих плечах. Резисторы R1 — 1К5; R2, R3 — 47 Ом. Все резисторы — 2 Ватта мощностью. Транзистор в БП — TIP29A. Стабилитроны Zener на 10 Вольт, 5 Ватт.
По поводу усилителя мощности, вот комментарии по результатам первых испытаний:
Каждый канал собирается согласно первой схемы, и каждый канал должен питаться от отдельной вторичной обмотки трансформатора со своим диодным мостом и конденсатором.
Радиатор и еще раз радиатор!
Подстроечник 500 Ом за неимением заменил на многооборотный 1 кОм, следовательно 1.8 кОм резистор поменял на 1.2 кОм.
Переключатель режимов (1.5А/3А) делать не стал, поскольку необходимость этого очень сомнительна, следовательно второй резистор 0,47 не нужен.
Вместо трехватного 0,47 использовал три 2-омных двухватника параллельно (МЛТ-2, например).
Питается от трансформатора из фирменного сабвуфера с двумя вторичными обмотками по 24 Вольта и одной 14 Вольт (это будет питание схемы индикации).
Напряжение на истоке транзистора в блоке питания канала (правый верхний по схеме) — 22.5 Вольта. Напряжение на предохранителе (относительно минуса питания) — 10.9 Вольт. Сколько не крутил подстроечные резистор, большего добиться не удалось.
Первый канал предварительного усилителя собран, протестирован, хотя и не без накладок. Вместо 22 Ом (R102) резистора сперва поставил на плюс питания 22 кОм и огорчился, когда конструкция начала издавать в колонке хрипы и стоны. Благо перепутал не наоборот, и вместо килоомов не впаял омы — могло бы кончиться плачевно и с дымком. Поменял резистор — выставил напряжения (по сути, достаточно выставить 20 Вольт на стоке полевика, остальные напряжения с небольшим допуском получились сами) подстроечным резистором. И вуаля — чистый, мягкий и в то же время насыщенный звук с виниловой пластинки играет в 8-омную колонку очень красиво!
В общем вот, стерео вариант фоловера + предусилитель + блок питания к преампу готовы, проверены, протестированы.
По результатам могу сказать: Для каждого канала УМЗЧ отдельная вторичка нужна и отдельный блок питания. Греется этот усилитель по взрослому, посему радиаторы и еще раз радиаторы. По звуку: чистый он, что-ли реальный какой-то, в общем приятный на слух. На этом, пожалуй, все. Огромная благодарность моим друзьям Сергею и Игорю за идейное вдохновение, теоретическую и практическую помощь. Схему собрал и испытал — neo_work_tyumen.
Как сделать усилитель класса A своими руками: простая конструкция с использованием принципиальной схемы
Усилитель класса A: за и против
Звуковой усилитель обычно называют устройством, которое может умножать приложенную амплитуду входного сигнала до уровня это может быть намного больше, чем применяемое. Вход в основном в виде аудио или музыкального сигнала. Эти усилители в основном делятся на класс A, класс B, класс AB, класс C и класс D. Здесь мы обсудим технические характеристики первого типа усилителя i.е. усилитель класса А, а также узнайте, как собрать простой усилитель класса А.
Усилители обычно считаются высокоэффективными из-за того, что эти усилители ведут себя только при наличии входного сигнала, и, таким образом, фактически усиливаются только входные сигналы.
В отличие от этого, усилители класса A имеют довольно плохую репутацию в том, что касается их эффективности. Усилители класса A могут работать на полную мощность, круглосуточно, пока включено питание, независимо от подаваемого входного сигнала, что приводит к сильному нагреву выходных транзисторов и излишнему рассеиванию большого количества энергии в виде тепла.Это происходит потому, что транзисторы здесь работают на всех 360 градусов входных периодов, то есть в течение как отрицательного, так и положительного полупериодов. Таким образом, его потребление тока покоя очень велико, почти равно максимальной мощности, которую он обычно должен выдавать.
Когда дело доходит до проектирования усилителя, топология класса A может считаться наиболее фундаментальной.
Но все вышеупомянутые недостатки усилителя в некоторой степени компенсируются несколькими его замечательными качествами, а именно:
По качеству вывода звука усилители класса А считаются одними из лучших. .
Благодаря почти отсутствию перекрестных искажений и линейному отклику звук на выходе этих усилителей отчетлив и приятен для прослушивания.
Простая схема усилителя класса A, представленная здесь, может быть легко построена, и его поведение, описанное выше, может быть изучено, давайте посмотрим, как мы можем это сделать.
Советы по конструкции
Простая принципиальная схема тестового усилителя класса А, представленного здесь, может быть легко построена вами. Необходимые детали могут быть приобретены и аккуратно собраны на общей печатной плате подходящего размера.Не забудьте установить выходные транзисторы на больших радиаторах.
Вся сборка вместе с источником питания может быть размещена в подходящем металлическом корпусе, позволяющем извлекать из коробки только сетевой шнур. Корпус корпуса должен быть заземлен на минус источника питания.
Сохраните соответствующие выходные клеммы для подключения динамиков, чтобы провода динамиков можно было подключить к этим точкам.
Список деталей
Вам понадобятся следующие детали для проекта:
Все резисторы 1/4 Вт, CFR, 5%, если не указано иное.
R1 = 22K
R24K7
R3 = 180E
R4 = 820E
R5 = 100K
R6,7 = 10K
R8 = 5K6
R9 = 0,5 E 2W
/ 25 ВC3 = 2200/50 В
T1,2,3 = BC547
T4,5,6,7 = 2N3055
IC1 = 741
Вольт = 24 В / 2A
Описание цепи
Давайте теперь изучим, как работает схема со следующих точек:
Транзисторы T1 и T2 вместе с другими связанными компонентами подключены к высококачественному усилителю слабого сигнала.Качество этого каскада повышается за счет приложенных напряжений обратной связи переменного и постоянного тока от эмиттера T2 к базе T1.
IC 741 подключен как инвертирующий усилитель переменного тока и увеличивает принимаемый входной сигнал до уровня, достаточного для выходного каскада.
Выходной каскад в основном состоит из силовых транзисторов T6 и T7, сконфигурированных как пара Дарлингтона с эмиттерным повторителем большой мощности.
Импеданс этого каскада очень высок, в диапазоне нескольких мегаом с полосой пропускания, значительно превышающей 100 кГц.
Другие силовые транзисторы T3, T4 и T5 встроены в источник постоянного тока и обеспечивают необходимый ток покоя для выходного каскада.
Эта схема постоянного тока особенно ответственна за настройку выхода без нежелательных колебаний линии и пульсаций.
Краткое описание спецификаций
Краткое описание технических характеристик этого самодельного усилителя класса A представлено ниже:
Полоса пропускания: от 15 Гц до 35 кГц.
Общее гармоническое искажение: <0,1% непосредственно перед ограничением,
Входное сопротивление: 2 МОм
Чувствительность: 180 мВ при полном выходе.
Сделай сам Однотранзисторный усилитель звука класса A с использованием 2SC5200
Раскрытие информации: мы можем зарабатывать деньги или продукты от компаний, упомянутых в этом сообщении, через партнерские ссылки на продукты или услуги, связанные с содержанием этой статьи
(Последнее обновление: 3 апреля 2021 г.) Описание:Сделай сам Однотранзисторный усилитель звука класса A с использованием 2SC5200 — В этом руководстве вы узнаете, как сделать одноканальный транзистор Аудиоусилитель с использованием транзистора 2SC5200 .Этот транзистор подходит для использования в выходном каскаде высококачественного аудио усилителя мощностью 100 Вт. Вы можете включить динамик и аудиоусилитель, используя батарею 12 В, солнечную панель, литий-ионные элементы, адаптер 110/220 В переменного тока на 12 В постоянного тока. Это полностью портативный; Вы можете использовать эту небольшую схему аудиоусилителя с мобильными телефонами, небольшими mp3-плеерами, ноутбуками и т. д.
Я планирую использовать этот аудиоусилитель в своих будущих проектах.
- MP3-плеер своими руками.
- Видеоплеер.
- Система объявлений.
- FM-радиопередатчик и приемник
- Лазерный шпионский гаджет и так далее.
Вы также можете добавить потенциометр, если хотите контролировать уровень звука, но я думаю, что лучше не использовать потенциометр, поскольку мы можем регулировать громкость прямо с мобильного телефона или mp3-плеера. Кроме того, вы можете сэкономить деньги; соединения цепи будут уменьшены, размер цепи будет уменьшен.
Эта схема очень дешевая и требует всего нескольких электронных компонентов.
Немного электронных компонентов:
2SC5200 Транзистор:
2SC5200 первая нога — это база, средняя нога — коллектор, а крайняя правая нога — эмиттер.
- Высокое напряжение пробоя: VCEO = 230 В (мин)
- Дополняет 2SA1943
2SC5200 Максимальные характеристики (Tc = 25 градусов по Цельсию)
Загрузить 2SC5200 Лист данных: 2sc5200 Лист данныхРезистор 1 кОм
А, 25 В и 470 мкФ.
Это электролитный конденсатор. Более длинная нога — это плюс, а более короткая нога — это земля. если в случае, если обе ноги одинаковой длины, то нога на стороне лески будет наземной ногой.
Гнездо питания постоянного тока
A Радиатор
Без промедления приступим !!!
Ссылки для покупок на Amazon:
2SC5200 Транзистор:
Резистор 1 кОм:
470 мкФ конденсатор:
Радиатор:
Аудиоразъем:
Гнездо питания постоянного тока:
Прочие инструменты и компоненты:
Лучшие датчики Arduino:
Супер стартовый набор для начинающих
Цифровые осциллографы
Переменная поставка
Цифровой мультиметр
Наборы паяльников
Переносные сверлильные станки для печатных плат
* Обратите внимание: это партнерские ссылки.Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!
Схема усилителя звука 2SC5200:Как видите, принципиальная схема очень проста. Два провода динамика подключены к входному разъему питания постоянного тока и коллектору транзистора 2SC5200. Резистор сопротивлением 1 кОм подключен между коллектором и базой транзистора 2SC5200. В то время как эмиттер 2SC5200 связан с землей.Положительный вывод конденсатора 470 мкФ соединен с резистором 1 кОм, а вывод заземления конденсатора соединен с двумя входными проводами аудиоразъема. Заземляющий провод аудиоразъема должен быть соединен с заземлением питания.
Пайка компонентов усилителя звука:Я установил транзистор 2SC5200 и конденсатор 470 мкФ на радиаторе и выполнил пайку согласно уже объясненной принципиальной схеме.
Так выглядит окончательная схема усилителя звука.Теперь все, что вам нужно, это просто включить цепь с помощью адаптера 12 В, аккумулятора или солнечной панели. Подключите сотовый телефон и, наконец, выберите песню, которую хотите воспроизвести.
Для практической демонстрации посмотрите видео, приведенное ниже. Не забудьте подписаться на мой веб-сайт и мой канал на YouTube «Электронная клиника». Поддержите мой канал, поставив лайки и поделившись видео.
Посмотреть видеоурок:Нравится:
Нравится Загрузка…
Создайте свой собственный аудиоусилитель профессионального уровня из дешевых
Рассмотрение таких специализированных нервных систем в качестве модели искусственного интеллекта может оказаться не менее ценным, если не более ценным, чем изучение человеческого мозга. Взгляните на мозги этих муравьев в вашей кладовой. В каждом есть около 250 000 нейронов. Более крупных насекомых ближе к 1 миллиону. В своих исследованиях в Sandia National Laboratories в Альбукерке я изучаю мозг одного из этих более крупных насекомых — стрекозы.Я и мои коллеги из Sandia, лаборатории национальной безопасности, надеемся воспользоваться специализацией этих насекомых для разработки вычислительных систем, оптимизированных для таких задач, как перехват летящей ракеты или слежение за шлейфом запаха. Используя скорость, простоту и эффективность нервной системы стрекозы, мы стремимся разработать компьютеры, которые будут выполнять эти функции быстрее и потреблять меньше энергии, чем обычные системы.
Взгляд на стрекозу как на предвестник компьютерных систем будущего может показаться нелогичным.Новостные разработки в области искусственного интеллекта и машинного обучения обычно представляют собой алгоритмы, имитирующие человеческий интеллект или даже превосходящие возможности людей. Нейронные сети уже могут работать так же — если не лучше — чем люди при выполнении некоторых конкретных задач, таких как обнаружение рака при медицинском сканировании. И потенциал этих нейронных сетей выходит далеко за рамки визуальной обработки. Компьютерная программа AlphaZero , обученная самостоятельно, является лучшим игроком в го в мире. Его брат AI, AlphaStar , входит в число лучших игроков Starcraft II .
Однако за такие подвиги приходится платить. Разработка этих сложных систем требует огромных вычислительных мощностей, которые обычно доступны только избранным учреждениям с самыми быстрыми суперкомпьютерами и ресурсами для их поддержки. И стоимость энергии отталкивает. Недавние оценки показывают, что выбросы углерода в результате разработки и обучения алгоритма обработки естественного языка больше, чем выбросы, произведенные четырьмя автомобилями за время их эксплуатации.
Стрекозе требуется всего около 50 миллисекунд, чтобы начать реагировать на маневр жертвы. Если предположить, что 10 мс для клеток в глазу обнаруживают и передают информацию о жертве, и еще 5 мс для мышц, чтобы начать производить силу, это оставляет только 35 мс для нейронной схемы для выполнения своих расчетов. Учитывая, что обычно одному нейрону требуется не менее 10 мс для интеграции входных данных, нижележащая нейронная сеть может иметь не менее трех уровней.
Но действительно ли искусственная нейронная сеть должна быть большой и сложной, чтобы быть полезной? Я верю, что это не так.Чтобы в ближайшем будущем воспользоваться преимуществами компьютеров, созданных на основе нейронных сетей, мы должны найти баланс между простотой и изощренностью.
Это возвращает меня к стрекозе, животному с мозгом, который может обеспечить точный баланс для определенных приложений.
Если вы когда-либо сталкивались со стрекозой, вы уже знаете, как быстро эти красивые существа могут приближаться, и вы видели их невероятную ловкость в воздухе. Может быть, менее очевидным при случайном наблюдении является их превосходная охотничья способность: стрекозы успешно ловят до 95 процентов преследуемой добычи, поедая сотни комаров за день.
Физическое мастерство стрекозы, конечно, не осталось незамеченным. На протяжении десятилетий агентства США экспериментировали с использованием стрекоз для дронов наблюдения. Теперь пора обратить наше внимание на мозг, который управляет этой крошечной охотничьей машиной.
В то время как стрекозы , возможно, не могут играть в стратегические игры, такие как го, стрекоза действительно демонстрирует форму стратегии в том, как она стремится впереди текущего местоположения своей жертвы, чтобы перехватить ее обед.При этом вычисления выполняются очень быстро — обычно стрекозе требуется всего 50 миллисекунд, чтобы начать разворачиваться в ответ на маневр жертвы. Он делает это, отслеживая угол между головой и телом, чтобы знать, какие крылья взмахнуть быстрее, чтобы обернуться впереди добычи. И он также отслеживает свои собственные движения, потому что, когда стрекоза поворачивается, кажется, что жертва тоже движется.
Модель стрекозы переориентируется в ответ на поворот добычи. Меньший черный круг — это голова стрекозы, удерживаемая в исходном положении.Сплошная черная линия указывает направление полета стрекозы; пунктирные синие линии — это плоскость глаза модели стрекозы. Красная звезда — это положение жертвы относительно стрекозы, а красная пунктирная линия указывает линию взгляда стрекозы.
Итак, мозг стрекозы совершает выдающийся подвиг, учитывая, что время, необходимое отдельному нейрону для суммирования всех своих входных данных, называемое постоянной времени мембраны, превышает 10 миллисекунд. Если учесть время, необходимое для обработки зрительной информации глазом и для мускулов, чтобы произвести силу, необходимую для движения, действительно есть время только для трех, может быть, четырех слоев нейронов, последовательно, чтобы суммировать свои входные данные и передавать информацию.
Могу ли я построить нейронную сеть, которая работает как система перехвата стрекозы? Я также задавался вопросом, как можно использовать такую систему перехвата, основанную на нейронах.Находясь в Сандиа, я сразу же рассмотрел оборонные приложения, такие как противоракетная оборона, представив себе ракеты будущего с бортовыми системами, предназначенными для быстрого расчета траекторий перехвата без влияния на вес ракеты или энергопотребление. Но есть и гражданские приложения.
Например, алгоритмы, управляющие беспилотными автомобилями, можно было бы сделать более эффективными, больше не требуя полного багажника вычислительного оборудования. Если система, вдохновленная стрекозами, может выполнять вычисления для построения траектории перехвата, возможно, автономные дроны могут использовать ее для избежать столкновений.И если бы компьютер можно было сделать того же размера, что и мозг стрекозы (около 6 кубических миллиметров), возможно, средства от насекомых и москитные сетки однажды уйдут в прошлое, и их заменят крошечные дроны, уничтожающие насекомых!
Чтобы начать отвечать на эти вопросы, я создал простую нейронную сеть, заменяющую нервную систему стрекозы, и использовал ее для расчета поворотов, которые стрекоза делает, чтобы поймать добычу. Моя трехуровневая нейронная сеть существует как программная симуляция.Изначально я работал в Matlab просто потому, что эту среду кодирования я уже использовал. С тех пор я перенес модель на Python.
Поскольку стрекозы должны видеть свою добычу, чтобы поймать ее, я начал с моделирования упрощенной версии глаз стрекозы, запечатлевая минимальные детали, необходимые для отслеживания добычи. Хотя у стрекоз два глаза, общепринято считать, что они не используют стереоскопическое восприятие глубины для оценки расстояния до своей добычи. В моей модели я не моделировал оба глаза.Я также не пытался соответствовать разрешению a глаз стрекозы . Вместо этого первый слой нейронной сети включает 441 нейрон, которые представляют входные данные от глаз, каждый из которых описывает определенную область поля зрения — эти области разбиты на мозаику, чтобы сформировать массив нейронов размером 21 на 21, который покрывает поле стрекозы. Посмотреть. Когда стрекоза поворачивается, положение изображения жертвы в поле зрения стрекозы изменяется. Стрекоза вычисляет повороты, необходимые для совмещения изображения жертвы с одним (или несколькими, если жертва достаточно большая) из этих «глазных» нейронов.Второй набор из 441 нейрона, также в первом слое сети, сообщает стрекозе, какие нейроны глаза должны быть выровнены с изображением жертвы, то есть где жертва должна быть в пределах ее поля зрения.
Модель стрекозы атакует свою добычу.
Обработка — вычисления, которые принимают входные данные, описывающие движение объекта в поле зрения и превращают их в инструкции о том, в каком направлении стрекозе нужно повернуть, — происходят между первым и третьим слоями моей искусственной нейронной сети.На этом втором уровне я использовал массив из 194 481 (21 4 ) нейронов, что, вероятно, намного больше, чем количество нейронов, используемых стрекозой для этой задачи. Я предварительно рассчитал веса связей между всеми нейронами в сети. Несмотря на то, что эти веса могут быть изучены с достаточным временем, есть преимущество «обучения» через эволюцию и заранее запрограммированные архитектуры нейронных сетей. Когда стрекоза выходит из стадии нимфы в виде крылатой взрослой особи (технически называемой тенеральной), у стрекозы нет родителя, который бы ее кормил или показывал, как охотиться.Стрекоза находится в уязвимом состоянии и привыкает к новому телу — было бы невыгодно одновременно выяснять стратегию охоты. Я установил веса сети, чтобы модель стрекозы могла рассчитать правильные повороты, чтобы перехватить свою жертву от входящей визуальной информации. Что это за повороты? Что ж, если стрекоза хочет поймать комара, который пересекает ее путь, она не может просто целиться в комара. Если позаимствовать из того, что однажды сказал хоккеист Уэйн Грецки о шайбах, стрекоза должна стремиться туда, где собирается быть комар.Вы можете подумать, что следование совету Грецкого потребует сложного алгоритма, но на самом деле стратегия довольно проста: все, что нужно сделать стрекозе, — это поддерживать постоянный угол между ее линией обзора с обедом и фиксированным опорным направлением.
Читатели, имеющие какой-либо опыт пилотирования лодок, поймут, почему это так. Они знают, что нужно беспокоиться, когда угол между линией обзора другой лодки и исходным направлением (например, на север) остается постоянным, потому что они движутся по курсу столкновения.Моряки давно избегают такого курса, известного как параллельное плавание, чтобы избежать столкновений.
В переводе на стрекоз, которые хотят, чтобы столкнулся с их жертвой, рецепт прост: держите линию прямой видимости на вашу жертву постоянной по отношению к некоторому внешнему ориентиру. Однако эта задача не обязательно является тривиальной для стрекозы, поскольку она прыгает и поворачивается, собирая еду. У стрекозы нет внутреннего гироскопа (о котором мы знаем), который будет поддерживать постоянную ориентацию и обеспечивать ориентир независимо от того, как стрекоза поворачивается.Также у него нет магнитного компаса, который всегда указывал бы на север. В моей упрощенной симуляции охоты на стрекозу стрекоза поворачивается, чтобы выровнять изображение жертвы с определенным местом на ее глазу, но ей необходимо вычислить, каким должно быть это место.
Третий и последний уровень моей моделируемой нейронной сети — это уровень моторных команд. Выходы нейронов в этом слое представляют собой высокоуровневые инструкции для мышц стрекозы, сообщающие стрекозе, в каком направлении ей повернуться.Стрекоза также использует выходные данные этого слоя для прогнозирования влияния собственных маневров на расположение изображения жертвы в ее поле зрения и соответственно обновляет это проецируемое местоположение. Это обновление позволяет стрекозе по мере приближения удерживать линию прямой видимости своей добычи относительно внешнего мира.
Возможно, у биологических стрекоз появились дополнительные инструменты, помогающие в вычислениях, необходимых для этого предсказания. Например, у стрекоз есть специализированные датчики, которые измеряют вращение тела во время полета, а также вращение головы относительно тела — если эти датчики работают достаточно быстро, стрекоза может рассчитывать влияние своих движений на изображение жертвы непосредственно по выходным сигналам датчиков или использовать один метод перекрестной проверки другого.Я не рассматривал эту возможность в своем моделировании.
Чтобы протестировать эту трехслойную нейронную сеть, я смоделировал стрекозу и ее добычу, перемещающуюся с одинаковой скоростью в трехмерном пространстве. Когда они это делают, мой смоделированный мозг нейронной сети «видит» добычу, вычисляет, где указать, чтобы изображение жертвы оставалось под постоянным углом, и отправляет соответствующие инструкции мышцам. Мне удалось показать, что эта простая модель мозга стрекозы действительно может успешно перехватывать других насекомых, даже добычу, путешествующую по изогнутым или полуслучайным траекториям.Смоделированная стрекоза не совсем соответствует уровню успеха биологической стрекозы, но также не обладает всеми преимуществами (например, впечатляющей скоростью полета), которыми славятся стрекозы.
Требуется дополнительная работа , чтобы определить, действительно ли эта нейронная сеть включает в себя все секреты мозга стрекозы. Исследователи из исследовательского кампуса Джанелия при Медицинском институте Говарда Хьюза в Вирджинии разработали крошечные рюкзаки для стрекоз, которые могут измерять электрические сигналы от нервной системы стрекозы во время полета и передавать эти данные для анализа.Рюкзаки достаточно маленькие, чтобы не отвлекать стрекозу от охоты. Точно так же нейробиологи могут также записывать сигналы от отдельных нейронов в мозгу стрекозы, когда насекомое остается неподвижным, но заставляет думать, что оно движется, предъявляя ему соответствующие визуальные сигналы, создавая виртуальную реальность в масштабе стрекозы.
Данные из этих систем позволяют нейробиологам проверять модели мозга стрекозы, сравнивая их активность с паттернами активности биологических нейронов активной стрекозы.Хотя мы пока не можем напрямую измерить отдельные связи между нейронами в мозгу стрекозы, я и мои сотрудники сможем сделать вывод, выполняет ли нервная система стрекозы вычисления, аналогичные расчетам, предсказанным моей искусственной нейронной сетью. Это поможет определить, похожи ли связи в мозгу стрекозы на мои предварительно рассчитанные веса в нейронной сети. Мы неизбежно найдем отличия нашей модели от реального мозга стрекозы. Возможно, эти различия дадут ключ к разгадке быстрых путей, которые использует мозг стрекозы для ускорения вычислений.
Этот рюкзак, который улавливает сигналы от электродов, вставленных в мозг стрекозы, был создан Энтони Леонардо, руководителем группы в Исследовательском городке Джанелия. Энтони Леонардо / Исследовательский кампус Джанелия / HHMI
Стрекозы также могут научить нас , как реализовать «внимание» на компьютере. Вероятно, вы знаете, каково это, когда ваш мозг полностью сосредоточен, полностью сосредоточен на одной задаче до такой степени, что другие отвлекающие факторы исчезают.Стрекоза тоже может сосредоточить свое внимание. Его нервная система увеличивает громкость при ответах на определенные, предположительно выбранные цели, даже когда другая потенциальная жертва видна в том же поле зрения. Имеет смысл, что если стрекоза решила преследовать определенную добычу, она должна сменить цель только в том случае, если ей не удалось поймать свою первую жертву. (Другими словами, использование параллельной навигации для поиска обеда бесполезно, если вы легко отвлекаетесь.)
Даже если мы в конечном итоге обнаружим, что механизмы стрекозы для направления внимания менее сложны, чем те, которые люди используют, чтобы сосредоточиться посреди переполненного кафе, возможно, что более простой, но менее мощный механизм окажется полезным для алгоритмов следующего поколения и компьютерные системы, предлагая эффективные способы отбрасывать несущественные входные данные
Преимущества изучения мозга стрекозы не исчерпываются новыми алгоритмами; они также могут повлиять на дизайн системы.Глаза стрекозы быстрые, работают со скоростью, эквивалентной 200 кадрам в секунду: это в несколько раз больше скорости человеческого зрения. Но их пространственное разрешение относительно низкое, возможно, всего одну сотую от разрешения человеческого глаза. Понимание того, как стрекоза так эффективно охотится, несмотря на ее ограниченные способности восприятия, может предложить способы разработки более эффективных систем. Используя проблему противоракетной обороны, пример со стрекозой предполагает, что нашим противоракетным системам с быстрым оптическим зондированием может потребоваться меньшее пространственное разрешение для поражения цели.
Стрекоза — не единственное насекомое , которое сегодня может стать основой компьютерного дизайна, вдохновленного нейронами. Бабочки-монархи мигрируют на невероятно большие расстояния, используя врожденный инстинкт, чтобы начать свое путешествие в подходящее время года и направиться в правильном направлении. Мы знаем, что монархи полагаются на положение солнца, но для навигации по солнцу необходимо следить за временем суток. Если вы — бабочка, направляющаяся на юг, вам нужно, чтобы солнце утром было слева от вас, а днем - справа.Таким образом, чтобы задать свой курс, мозг бабочки должен считывать собственный циркадный ритм и сочетать эту информацию с тем, что он наблюдает.
Другие насекомые, такие как муравей из пустыни Сахара, должны добывать корм на относительно больших расстояниях. Как только источник пропитания найден, этот муравей не просто возвращается обратно к гнезду, скорее всего, окольным путем. Вместо этого он рассчитывает прямой обратный путь. Поскольку местоположение источника пищи муравья меняется день ото дня, он должен уметь запоминать путь, по которому он шел в поисках пищи, сочетая визуальную информацию с некоторой внутренней мерой пройденного расстояния, а затем вычислил свой обратный маршрут из этих воспоминаний.
Хотя никто не знает, какие нейронные цепи у пустынного муравья выполняют эту задачу, исследователи из Исследовательского городка Джанелия определили нейронные цепи, которые позволяют плодовой мухе самоориентируется по визуальным ориентирам . Муравей пустыни и бабочка-монарх, вероятно, используют похожие механизмы. Такие нейронные цепи могут однажды оказаться полезными, скажем, в маломощных дронах.
А что, если эффективность вычислений, вдохновленных насекомыми, такова, что миллионы экземпляров этих специализированных компонентов могут запускаться параллельно для поддержки более мощной обработки данных или машинного обучения? Может ли следующий AlphaZero включать миллионы архитектур, подобных муравьям, собирать пищу, чтобы улучшить свою игру? Возможно, насекомые станут источником вдохновения для нового поколения компьютеров, которые будут сильно отличаться от того, что есть у нас сегодня.Небольшую армию алгоритмов, похожих на перехват стрекоз, можно использовать для управления движущимися частями аттракциона, гарантируя, что отдельные автомобили не столкнутся (так же, как пилоты, управляющие своими лодками) даже в разгар сложного, но захватывающего танца.
Никто не знает, как будут выглядеть компьютеры следующего поколения, будут ли они наполовину киборгами-компаньонами или централизованными ресурсами, очень похожими на Multivac Айзека Азимова. Точно так же никто не может сказать, какой лучший путь к развитию этих платформ повлечет за собой.В то время как исследователи разрабатывали первые нейронные сети, черпая вдохновение из человеческого мозга, сегодняшние искусственные нейронные сети часто полагаются на явно не мозговые вычисления. Изучение вычислений отдельных нейронов в биологических нейронных цепях — в настоящее время это напрямую возможно только в нечеловеческих системах — может нас многому научить. Насекомые, кажущиеся простыми, но часто удивительными в своих способностях, могут внести большой вклад в развитие компьютеров следующего поколения, особенно в связи с тем, что исследования в области нейробиологии продолжают стремиться к более глубокому пониманию того, как работают биологические нейронные цепи.
Поэтому в следующий раз, когда вы увидите, как насекомое делает что-то умное, представьте, как это повлияет на вашу повседневную жизнь, если в вашем распоряжении будет блестящая эффективность небольшой армии крошечных мозгов стрекозы, бабочки или муравья. Возможно, компьютеры будущего придадут новое значение термину «коллективный разум» с множеством узкоспециализированных, но чрезвычайно эффективных крохотных процессоров, которые можно будет реконфигурировать и развернуть в зависимости от поставленной задачи. С развитием нейробиологии сегодня эта кажущаяся фантазия может быть ближе к реальности, чем вы думаете.
Эта статья появится в августовском выпуске 2021 года под названием «Уроки мозга стрекозы».
Создайте этот 8-ми транзисторный стереоусилитель
Во время исследования перехода на твердотельные устройства я наткнулся на действительно интересную статью о первой в мире транзисторной системе Hi-Fi.Эта статья дает хорошее закулисное представление о том, как выполняется электронный дизайн. Часто успех зависит от убеждения начальника в том, что определенная идея или процесс стоит того. Транзисторы в 50-е годы были трудными в изготовлении, шумными и ненадежными, а когда они работали, то только на низкой частоте и очень малой мощности. Многие инженеры изо всех сил пытались выяснить, для чего нужен транзистор, кроме миниатюрных слуховых аппаратов или преобразования сигнала в диодных логических схемах. Конечно, вакуумная трубка была большой и неэффективной, но она могла делать все, что требовалось в то время.За исключением случаев, когда вам нужны были тысячи их для компьютера, тогда они были не такими уж хорошими.
Логический модуль IBM серии 700
К 1960-м годам транзистор наконец нашел свою нишу в портативных и мобильных радиоприемниках AM, стереосистемах Hi-Fi, компьютерах и телефонных ретрансляторах, в то время как электронные лампы продолжали оставаться в высокочастотных радиоприемниках, усилителях мощности RF и высоком напряжении. переключатели. Транзистору пришлось вести борьбу с электронной лампой, пока разрабатывались новые материалы и производственные процессы.Переход на транзисторы и устаревание электронных ламп потребовали десятилетий, а не взрыва. ЭЛТ-дисплей, гигантская стеклянная вакуумная бутылка, заполненная оловом, медью, цинком, цезием, серебром и свинцом, не исчезла со сцены до первого десятилетия 21-го века, замененного плоским стеклянным экраном, полным транзисторов. Но в наших микроволновых печах все еще есть электронные лампы. Я думаю, последний бой.
В 1968 году Radio Shack представила свои первые наборы P-Box, предназначенные для экспериментаторов в области электроники.Это были отличные комплекты, содержащие все электронные компоненты, провода и монтажную плату, необходимые для создания полезного электронного устройства. Первые комплекты P-Box, выпущенные в 1968 году, подозрительно походили на те, что продавались Eico под брендом Eicocraft, но быстро расширились (Radio Shack продавала экспериментальные комплекты Eico, Knight и Allied Radio до 1973 года). В 1969 году был выпущен комплект 8-транзисторного стереоусилителя, который был снят с производства в 1972 году. Причины неясны, но я подозреваю, что германиевые транзисторы с «согласованной парой» были дорогими и труднодоступными.Кроме того, комплект усилителя был одним из самых сложных в каталоге и, вероятно, работал не очень хорошо, что было бы разочарованием, учитывая его стоимость.
После прочтения статьи о транзисторных Hi-Fi, упомянутых ранее, и изучения доступной документации по набору 8-ми транзисторного стереоусилителя, я захотел его создать. В самых дешевых усилителях 1969 года использовалось как минимум два трансформатора связи. Эти трансформаторы упростили схему усилителя, но они добавили веса и ограничили низкочастотный и высокочастотный отклик.В комплекте Radio Shack использовалась двухтактная конструкция с прямым соединением, которую в то время можно было найти только в «серьезном» Hi-Fi оборудовании, где не было трансформаторов. Все, что мне нужно было сделать, это переработать комплект для кремниевых транзисторов, улучшить схему двухтактного смещения и ограничить высокочастотный отклик чем-то разумным. Результату этой работы и посвящена данная статья. Я был очень рад, что в итоге я получил симпатичный маленький «винтажный» усилитель, который воспроизводит звук, заполняющий всю комнату, при подключении к эффективной акустической системе.Как вы можете видеть из демонстрации видео в начале этой статьи, вам не нужно 1000 Вт при 0,0000001% THD, чтобы заполнить комнату хорошими мелодиями.
Технические характеристики созданного мною усилителя были следующими:
THD: <1% при 500 мВт на канал
Входное сопротивление: 700 кОм минимум
Чувствительность: -10 дБВ (0,316 В среднекв.) См. Примечание ниже
Частотная характеристика: от 35 Гц до 20 кГц (+/- 1 дБ)
Частоты среза: 27 Гц и 65 кГц
Входная мощность: 9 В при 500 мА макс. Или 12 В при 700 мА макс.Рекомендуется 1000 мА.
Выходная мощность при 9 В Входная мощность: 1 Вт на 8 Ом (0,5 Вт на канал) или 2 Вт на 4 Ом (1 Вт на канал)
Выходная мощность при 12 В Входная мощность: 2 Вт на 8 Ом (1 Вт на канал) или 4 Вт на 4 Ом (2 Вт на канал)
Примечание. Входная чувствительность усилителя масштабируется до входных напряжений линейного уровня потребителя около 0,8 В (пиковое значение) (0,316 В среднеквадратичного значения) для максимальной выходной мощности. Хотя это идеально подходит для ноутбука, MP3-плеера, микшера, CD-плеера, AM / FM-тюнера или старинной магнитофонной деки, этого может быть недостаточно для многих звукоснимателей акустических / электрических инструментов или динамических микрофонов без предварительного усилителя или «топтания». коробка».
ТАКЖЕ …
Обязательно ознакомьтесь с руководством по сборке внизу страницы, потому что оно включает несколько предложений по улучшению усилителя:
- Добавление светодиодного индикатора питания
- Удвоение выходной мощности до 2 Вт
- Добавление источника питания переменного тока для домашнего и портативного использования
- И многое другое …
Схема стереоусилителя
Усилители правого и левого каналов идентичны, поэтому в этом разделе я опишу только левый канал.
В усилителе три каскада: дифференциальный усилитель (Q1), драйвер с общим эмиттером (Q2) и двухтактный выход (Q3 и Q4).
Ступени усилителя
Дифференциальный каскад усилителя
Каскад дифференциального усилителя обеспечивает три основные функции для остальных каскадов:
1. Схема смещения начальной загрузки, состоящая из C2 и R2-R5, которая увеличивает входное сопротивление усилителя примерно до 2 МОм.
2. Контур обратной связи постоянного тока, состоящий из R7 и R8, для управления общим коэффициентом усиления усилителя, уменьшения искажений и поддержания двухтактного выходного напряжения на уровне 1/2 напряжения источника питания.
3. Фильтр нижних частот первого порядка, состоящий из C3 в сочетании с R7 / R8, который ограничивает высокочастотную характеристику до 65 кГц.
Резисторы R2 и R3 образуют цепь смещения делителя напряжения для Q1, которая устанавливает напряжение коллектора около 8,2 В и ток коллектора на уровне 500 мкА. Коэффициент усиления по напряжению для дифференциального усилителя составляет -21 дБ (потери), а фазовый сдвиг сигнала составляет 180 градусов, поэтому требуется еще один каскад усилителя, чтобы исправить это перед отправкой сигнала на выходной каскад.
Не беспокойтесь о том, что первая ступень будет выглядеть немного необычно. Это не канонический дифференциальный усилитель из класса схем, в котором используются два транзистора. В проекте 8-ми транзисторного стереоусилителя требовалось использовать только 4 транзистора на канал, поэтому в конструкции был отказан от одного из транзисторов дифференциального усилителя и использовалась схема эмиттера в качестве входа. У него есть некоторые ограничения, но он работает.
Стандартный дифференциальный усилитель
Для тех, кто хотел бы самостоятельно поэкспериментировать с этой частью схемы, чтобы увидеть, как она действительно работает, я предоставил быстрый дизайн, аналогичный тому, который использовался в проекте усилителя, и включил схему ниже.Это всего лишь несколько компонентов, и их можно смонтировать на макетной плате без пайки.
Однотранзисторный дифференциальный усилитель
Подключите генератор сигналов к клемме IN +, заземлите клемму IN-, а затем подключите канал 1 двойного осциллографа к клемме OUT, а канал 2 — к клемме IN +. Установите генератор сигналов на 1 кГц с выходом 1Vpp. Кривая осциллографа должна выглядеть так, как первая кривая ниже. Обратите внимание, что вход и выход дифференциального усилителя синфазны, а коэффициент усиления (Vpp OUT / Vpp IN) приблизительно равен единице.
Неинвертирующий вход (желтый) и выход дифференциального усилителя (синий) — в фазе
Снимите генератор сигналов и осциллограф. Подключите генератор сигналов к клемме IN-, заземлите клемму IN +, а затем подключите канал 1 осциллографа с двумя трассами к клемме OUT, а канал 2 — к клемме IN-. Кривая осциллографа должна выглядеть как вторая кривая ниже. Обратите внимание, что вход и выход дифференциального усилителя сдвинуты по фазе на 180 градусов, а коэффициент усиления усилителя (Vpp OUT / Vpp IN) приблизительно равен единице.
Инвертирующий вход (желтый) и выход дифференциального усилителя (синий) — фазовый сдвиг на 180 градусов
Это поведение, ожидаемое от дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 1. Вы можете увидеть аналогичное поведение от ИС операционного усилителя или канонического двухтранзисторного дифференциального усилителя.
Одним из важнейших показателей характеристик дифференциального усилителя является коэффициент подавления синфазного сигнала (CMMR). Если вы подаете сигнал точно такой же амплитуды и фазы на клеммы IN + и IN- дифференциального усилителя, выходной сигнал должен быть нулевым.Если это не так, значит, усилитель привел к ошибке на выходе. Практичные диффузоры не идеальны, поэтому CMMR часто используется как мера качества. ИС коммерческих операционных усилителей обычно достигают CMMR от 70 до 100 дБ в зависимости от частоты сигнала. Простой однотранзисторный дифференциальный усилитель не так хорош, но в конце концов, это всего лишь один транзистор.
Чтобы определить CMMR для схемы диффузора, показанной выше, замените R6 подстроечным резистором 2 кОм (контакт 1 — эмиттер Q1, контакт 2 — C2 +).Подсоедините клеммы IN + и IN- к генератору сигналов. Выключите канал 2 осциллографа и регулируйте канал 1, пока не появится сигнал. Отрегулируйте резистор подстроечного резистора, пока выходное напряжение диффузора не станет настолько низким, насколько возможно. Выходной сигнал должен быть около 10 мВ от пика до пика, как показано на графике ниже.
Неинвертирующие и инвертирующие входы, связанные вместе, отображающие синфазный выход
Следующий расчет дает значение CMMR этого дифференциального усилителя:
Дифференциальный режим усиления = OUT / (IN + — IN-) = 1Vpp / (1Vpp — 0Vpp) = 1
Синфазное усиление = OUT / IN = 0.01Vpp / 1Vpp = 0,01
CMMR = усиление в дифференциальном режиме / усиление в синфазном режиме = 1 / 0,01 = 100
CMMRdb = 20 * log (CMMR) = 40 дБ
Таким образом, эта схема дифференциального усилителя очень проста, использует только один транзистор и может масштабироваться для различных коэффициентов усиления в дифференциальном режиме.
Но …
Это CMMR не так хорош, как канонический диффузор или операционный усилитель, а входное сопротивление на неинвертирующем входе довольно низкое (около 1500 Ом).
Но если вы примете это во внимание, легко спроектировать небольшой усилитель, который действительно хорошо работает всего с несколькими транзисторами.
Ступень драйвера общего эмиттера
Это каскад усиления по напряжению усилителя. Q2 усиливает выходной сигнал Q1 и обеспечивает усиление по напряжению +45 дБ, которое используется для управления двухтактным выходным каскадом. Чтобы максимизировать усиление и размах выходного напряжения, Q2 не использует дегенерацию эмиттера, поэтому его выход коллектора будет довольно нелинейным и зависит от температуры.Это исправляется с помощью контура обратной связи по постоянному току R7 и R8.
Ток коллектора для Q2 установлен на 5 мА и течет через динамик, R11, D1 и D2. Этого небольшого тока через динамик недостаточно для генерирования измеримой мощности или слышимого шума, но он обеспечивает небольшой сигнал обратной связи в цепи коллектора Q2, который корректирует искажение кроссовера в Q3 / Q4.
Кроссовер искажений без двухтактного смещения
В исходной схеме усилителя использовался резистор для установки тока покоя для Q3 / Q4.Падение напряжения на этом резисторе было пропорционально току коллектора в Q2 и немного включало Q3 / Q4, так что усилитель работал в режиме класса A для слабых сигналов. К сожалению, при изменении температуры в Q3 / Q4 их базовый ток будет увеличиваться, увеличивая падение напряжения на резисторе. По мере увеличения падения напряжения на резисторе ток покоя Q3 / Q4 будет увеличиваться, повышая их температуру. Этот цикл будет повторяться до тех пор, пока температуры Q3 / Q4 не станут настолько высокими, что они самоуничтожатся.
Чтобы избежать этого, я заменил оригинальный резистор смещения на D1 и D2. Комбинация этих двух диодов обеспечивает смещение 1,4 В для Q3 / Q4, которое почти не зависит от тока базы Q3 / Q4. Не совсем независимый, но гораздо ближе, чем резистор. D1 и D2 также имеют отрицательный температурный коэффициент по отношению к напряжению перехода. Таким образом, когда температура окружающей среды увеличивается, что приводит к увеличению тока в Q3 / Q4, напряжение перехода D1 / D2 уменьшается, что снижает ток в Q3 / Q4.В идеале D1 и D2 должны быть физически близки к Q3 / Q4 (по возможности установлены на радиаторе), но используемая здесь схема стабилизации диода отлично зарекомендовала себя в моих тестах на температуру и выходную мощность. Конденсатор C4 предотвращает звон во время перехода Q3 / Q4.
Отсутствие кроссоверных искажений при двухтактном смещении диода
Двухтактный выходной каскад
Двухтактный выходной каскад обеспечивает необходимое усиление по току в сочетании с усилением по напряжению драйвера CE для создания выходной мощности, приводящей в действие динамик.Q3 и Q4 работают независимо для больших сигналов (работа класса B), но в тандеме для малых сигналов (работа класса A). Для больших сигналов Q3 будет проводить одну половину цикла, а Q4 — вторую половину. Для небольших сигналов Q3 и Q4 будут вносить вклад в обе половины цикла.
Выходное напряжение постоянного тока на Q3 / Q4 составляет 1/2 напряжения источника питания, чтобы обеспечить максимальное колебание напряжения переменного тока без искажения ограничения.Для батареи 9 В выходное напряжение постоянного тока двухтактной составляет 4,5 В. Мы не хотим, чтобы это постоянное напряжение появлялось на динамике, так как это приведет к потере большого количества энергии на нагрев катушки динамика и отсутствие звука в процессе. Мы хотим, чтобы на динамик поступало только напряжение переменного тока от каскада CE Driver. C5 отделяет выходное напряжение постоянного тока на двухтактном каскаде от динамика и позволяет подавать только напряжение переменного тока. Компромисс с разделительным конденсатором C5 заключается в том, что на низких частотах импеданс C5 снижает выходное напряжение на динамик, что ограничивает самую низкую частоту от источника музыки, которая может быть усилена, которая в данном случае составляет около 27 Гц.
Коэффициент усиления по напряжению выходного каскада Push-Pull составляет -6 дБ (потери), но коэффициент усиления по току для каскада Push-Pull составляет + 35 дБ, что позволяет небольшому току в Q2 производить большой ток в Q3 / Q4. Общий коэффициент усиления по напряжению усилителя складывается из всех коэффициентов усиления каскада:
Diff Amp Gain + CE Driver Gain + Push-Pull Gain = (-21 дБ) + 45 дБ + (-6 дБ) = + 18 дБ
Рабочие параметры
После сборки усилителя были измерены следующие рабочие параметры при напряжении питания 9В:
Ток покоя постоянного тока = 11 мА на канал (всего 22 мА)
Максимальное колебание напряжения = 6Vpp
Отклонение подачи питания = -20 дБ
Коэффициент усиления по напряжению = + 18 дБ
Выходная мощность при КНИ 1% = 0.525 Вт на канал
Входное сопротивление = 700 кОм
Частотная характеристика +/- 1 дБ = от 35 Гц до 20 кГц
Низкая отсечка = 27 Гц
Высокочастотная отсечка = 65 кГц
Описанный здесь проект 8-транзисторного стереоусилителя основан на одноименном комплекте Radio Shack pbox, но в него добавлены кремниевые транзисторы и пассивные компоненты, которые можно легко приобрести у поставщиков электроники, таких как Mouser и Digikey.Я построил модернизированный комплект усилителя, описанный здесь, и считаю, что он работает лучше, чем исходный комплект в 1969 году. Чтобы упростить воспроизведение моей работы, я предоставил иллюстрации и пошаговую документацию по сборке на основе публикации стиль, используемый для оригинального продукта. Но каждая страница была создана с оригинальным контентом специально для обновленного усилителя.
Скачать инструкцию по сборке >>> ЗДЕСЬ <<<.
Я собрал комплект за два вечера, не торопясь и дважды проверяя свой прогресс, следуя руководству.Если вы знакомы с техникой изготовления макетов, вы, вероятно, сможете завершить проект за один вечер.
Важное примечание:
Обязательно прочтите раздел «Усовершенствования и хитрости», прежде чем заказывать детали и начинать сборку. Возможно, вы захотите включить некоторые из предлагаемых модификаций во время строительства или придумать свои собственные перед тем, как начать.
Просмотрите список деталей и получите указанные компоненты.Все компоненты доступны от Mouser или Digikey или могут быть приобретены у других поставщиков, которые могут быть более удобными для вашей географии. Общая стоимость всех новых запчастей в небольших количествах составляет около 40 долларов, не включая налоги и доставку. Чтобы представить эту стоимость в перспективе, в 1969 году был представлен 8-ми транзисторный стереоусилитель по розничной цене 8,95 долларов. Экономическая стоимость 9 долларов в 1969 году эквивалентна примерно 61 доллару сегодня. Если вычесть стоимость указанных мною регуляторов громкости (регуляторы не были включены в исходный комплект), проект усилителя может быть построен примерно за половину скорректированной стоимости проектного комплекта, предложенного Radio Shack в 1969 году.Но имейте в виду, что Radio Shack нужно было получать прибыль от продажи и поддержки своего набора, что объясняет каталожную цену.
Ниже приведены несколько примечаний относительно деталей, используемых в проекте 8-транзисторного стереоусилителя:
1. Резисторы для данного проекта можно приобрести в Mouser, Digikey, Newark или у других розничных продавцов электронных компонентов. Но я очень рекомендую отличный комплект резисторов Joe Knows Electronics. Он включает в себя большинство (но не все) резисторов, которые вам нужны для этого проекта, и более 860 различных значений, которые можно использовать для других проектов, и все они указаны в отдельных пластиковых упаковках за 20 долларов.В этом проекте я использовал все резисторы на 1/4 Вт, чтобы сэкономить место. Вы также можете найти хорошие предложения на комплекты резисторов на Amazon, выполнив поиск по запросу «комплект резисторов» и ища комплект с допуском 1%, который включает в себя наибольшее количество значений и количество деталей по лучшей цене. Некоторые действительно хорошие комплекты резисторов можно найти менее чем за 20 долларов. Я делал это несколько раз и всегда был доволен деталями, которые я получал, независимо от поставщика.
2. Конденсаторы для проекта можно приобрести у Mouser, Digikey, Newark или у других розничных продавцов электронных компонентов.Я использовал конденсаторы из набора конденсаторов Джо Ноуса и набор электролитов, который я нашел на Amazon за 10 долларов.
3. Транзисторы для проекта — это обычные транзисторы 2N3904 / 2N3906, которые можно найти где угодно, выполнив поиск по номеру транзистора. Все полупроводники, которые я использовал, взяты из полупроводникового комплекта Джо Ноуса. Это отличный набор компонентов, который включает в себя три буклета, объясняющих, как компоненты работают, и предлагает несколько примеров схем, чтобы помочь проиллюстрировать, как их подключить в схему.
4. Корпус для проекта стереоусилителя, который я построил, — это Hammond 1591GSBK ABS Project Box от Mouser. Я использовал кусок векторного макета, вырезанный так, чтобы он поместился наверху, и покрасил распылением высокотемпературным автомобильным красным цветом и закончил прозрачным слоем. Мне нравится внешний вид красного на черном, а красный цвет макета соответствует красному цвету оригинального комплекта pbox. Это полностью зависит от вас, как вы хотите разместить и раскрасить комплект, который вы построите.
5. В оригинальном комплекте pbox использовались луженые пружинные зажимы для крепления батареи, динамиков и входных соединений к корпусу монтажной платы.Эти зажимы было проблемой припаивать, когда они были новыми, и они потускнели, как сумасшедшие после установки, что привело к прерывистым соединениям. К счастью для всех, они больше не доступны. Я обнаружил, что для этого проекта лучше всего подходят двухпозиционные клеммные колодки и стереоразъем 1/8 дюйма (3,5 мм).
Обратите внимание: у меня нет деловых отношений ни с одним из вышеперечисленных поставщиков. Ничего ценного не было обменено на мою рекомендацию. Ни один из вышеперечисленных поставщиков не предоставил какой-либо компенсации во время создания этого проекта.Я не получу никакой компенсации, если вы решите создать этот проект или приобрести компоненты у любого поставщика, которого я рекомендую. У меня просто был хороший опыт работы с поставщиками, которых я рекомендую, и я верю, что вы тоже.
В оригинальной схеме стереоусилителя от Radio Shack использовалось 8 германиевых транзисторов, расположенных в три этапа: дифференциальный усилитель, драйвер CE и двухтактный выход. Эти каскады были обычным явлением в конструкции коммерческих усилителей высокого класса, поэтому проект 8-ми транзисторного стереоусилителя должен был тогда заслужить много поклонников.Однако всего через 3 года набор был отозван, что говорит о том, что после первоначального маркетингового интервала по каталогу продукт был всего около года. Когда в 1969 году был выпущен комплект, кремниевые транзисторы заменили германий в новых коммерческих усилителях. Однако GE и ETCO продолжали продавать германиевые транзисторы любителям примерно до 1979 года через Radio Shack, Lafayette, Poly Paks и другие. Итак, почему комплект не прошел успешно?
Что ж, на то есть веские причины:
Германий был относительно простым элементом в работе на заре создания транзисторов, но его недостатки сделали кремний более привлекательным элементом после того, как были преодолены производственные проблемы.Германий имеет более низкий энергетический зазор между валентной зоной и зоной проводимости, что приводит к более высокому току утечки, пропорциональному температуре. Германий имеет более низкую теплопроводность, чем кремний, что затрудняет избавление транзистора от внутреннего тепла. При повышении внутренней температуры возникает больший ток утечки, который выделяет больше тепла … и так далее. Комбинация этих двух свойств может привести к тепловому разгоне, закончившемуся саморазрушением устройства. Первоначальная конструкция усилителя не предусматривала метода предотвращения теплового разгона в двухтактной конфигурации, что делало усилитель ненадежным.
К 1959 году ни один производитель не обнаружил способа создания оксида на германии. Это позволило планарным транзисторам из оксида кремния достичь доминирующего положения в производстве с точки зрения производительности, стоимости и надежности. Поскольку стоимость кремниевых транзисторов упала, германий не успевал за ними, и в конечном итоге транзисторы, используемые в наборе, стали слишком дорогими. Чтобы свести к минимуму возможность теплового разгона, Radio Shack продавала согласованные пары полупроводников, которые отсортировывались вручную, что еще больше увеличивало стоимость транзисторов.
По цене 9 долларов (61 доллар в 2017 году) 8-ми транзисторный стереоусилитель был самым дорогим комплектом в линейке Pbox и содержал 56 деталей. Для сравнения, в комплекте с 3-х транзисторным коротковолновым радиоприемником по цене 8 долларов было всего 39 деталей, а в комплекте с беспроводным FM-микрофоном по цене 7 долларов было всего 23. Я подозреваю, что было очень мало молодых клиентов, которые могли позволить себе такой сложный продукт, и было больше заводских переделок и возврат возвращается, чем ожидалось.
Итак …
Чтобы преодолеть ограничения исходного комплекта, я включил несколько модификаций для повышения производительности и надежности, в том числе:
1.Измените конструкцию усилителя, чтобы использовать доступные кремниевые транзисторы.
2. Улучшенный контроль смещения для двухтактной ступени.
3. Увеличьте выходную емкость связи для улучшения низкочастотной характеристики.
4. Добавьте компенсационный конденсатор для увеличения спада высоких частот выше звуковых частот.
5. Замените луженые пружинные клеммы клеммными колодками и стереоразъемом для повышения надежности подключения.
6. Измените масштаб усиления усилителя для достижения максимальной мощности при современных линейных напряжениях.
Я не пытался упростить проект. Мой редизайн требует 69 деталей, а документ по сборке занимает 9 страниц. Так что новичку этот проект не рекомендую. Но если вам нравится работать с дискретными аналоговыми компонентами на монтажной плате и у вас есть хорошие навыки пайки, этот проект — как раз то, что вам нужно.
Я думаю, что этот редизайн комплекта — одно из самых увлекательных, которые я получил, работая над этими редизайнами Pbox. Проект 8-ми транзисторного стереоусилителя, который я построил, может легко заполнить комнату отличным звуком, если подключить к нему набор хороших динамиков.Впечатляет то, чего можно достичь с помощью нескольких транзисторов и стандартной батареи на 9 В (даже если эта батарея не продержится долго при полной мощности).
Схема печатной платы (верх)
Руководство по сборке содержит пошаговый контрольный список для установки и пайки каждого компонента на плиту. Как вы можете видеть на иллюстрации с противоположной стороны, я использовал двухточечную проводку со сплошным соединительным проводом 24 AWG.Большинство подключений можно выполнить только с помощью выводов компонентов. Но провода питания, заземления и сигнальной шины лучше всего выполнять с помощью длинных соединительных проводов.
Схема печатной платы (снизу)
Когда дело доходит до проводки, старайтесь быть настолько аккуратным, как я указал в руководстве по сборке. Вам не обязательно быть лучшим мастером пайки в мире, но нет веских причин делать работу на полпути. Сделайте все возможное, чтобы ваш проект выглядел как можно лучше.
Перфорированная плата, указанная в списке деталей, слишком велика для размещения на корпусе Hammond, поэтому требуется некоторая обрезка, как показано на изображениях ниже. Выполните следующие действия, чтобы подготовить перфокарт перед установкой компонентов:
Предупреждение: когда я пишу «острый край», я имею в виду нож Xacto или аналогичный. Эти продукты очень острые (подумайте о хирургическом скальпеле) и могут сильно повредить, если вы не будете очень осторожны.Будьте предельно осторожны при работе с любым режущим инструментом.
1. Используя острый край, аккуратно сделайте надрез на перфорированной плате вдоль ряда отверстий ВЕРХНИЙ РЯД и НИЖНИЙ РЯД до конца платы. Проведите острым краем над линией надреза несколько раз, пока он не войдет в перфорированную плату на 1/4 — 1/2 пути.
2. Острым краем аккуратно сделайте надрез на перфорированной плате вдоль ПРАВОЙ и ЛЕВОЙ КОЛОННЫ отверстий до конца доски. Проведите острым краем над линией надреза несколько раз, пока он не войдет в перфорированную плату на 1/4 — 1/2 пути.
Надрезать края перфорированной плиты по пунктирной линии
3. Используя маленькие плоскогубцы, осторожно отогните ВЕРХНИЙ РЯД от линии надреза. Работайте с одним концом ВЕРХНЕГО РЯДА, двигаясь к центру, а затем другим концом. Секция TOP ROW со временем отколется от перфорированной платы.
4. Используя маленькие плоскогубцы, осторожно отогните НИЖНИЙ РЯД от линии надреза. Работайте с одним концом НИЖНЕГО РЯДА, двигаясь к центру, а затем другим концом.Секция НИЖНЕГО РЯДА в конечном итоге отколется от перфорированной платы.
5. Используя маленькие плоскогубцы, осторожно отогните ПРАВУЮ КОЛОНКУ от линии надреза. Работайте с одним концом ПРАВОЙ КОЛОННЫ, двигаясь к центру, а затем другим концом. Секция ПРАВАЯ КОЛОНКА со временем отколется от перфорированной платы.
6. Используя маленькие плоскогубцы, осторожно отогните ЛЕВУЮ КОЛОНКУ от линии надреза. Работайте с одним концом ЛЕВОЙ КОЛОННЫ, двигаясь к центру, а затем другим концом.Раздел COLUMN со временем отколется от перфорированной платы.
Осторожно разломайте края перфорированной плиты по линиям разреза
7. Используя нож Exacto, совместите обрезанную перфорированную плату с корпусом Hammond и увеличьте отверстия в углу, чтобы они совпадали с угловыми монтажными отверстиями в корпусе. Работайте медленно и осторожно с минимальным давлением, чтобы не сломать угловой элемент.
8. Поместите монтажные скобы потенциометра на перфорированную плату и увеличьте отверстия в перфорированной плате, чтобы они совпадали с отверстиями в скобах.Работайте медленно и осторожно с минимальным давлением, чтобы не повредить перфорированный картон.
Вырезать отверстия для винтов корпуса и кронштейна
9. Распылите краску на перфорированный картон любым цветом по вашему выбору или оставьте его естественным. Это твой выбор.
Краска желаемого цвета
Я обычно использую плоский красный, а затем 2-3 слоя глянцевого лака.
Скобы для регулировки громкости, которые я сделал, были из старого номерного знака, который я вырезал ножницами.Но вы можете использовать любой тонкий металл, который у вас есть. Я также использовал заглушки для разъемов PCI от старого настольного компьютера. Я покрасил кронштейны темно-серой автомобильной краской, но вы можете использовать любой цвет, который вам нравится. Нет попытки. Делай или не делай.
Выполните первые несколько шагов из руководства по сборке, чтобы установить монтажные кронштейны регулятора громкости. По завершении проект должен выглядеть примерно так, как на изображениях ниже.
Потенциометры, указанные в списке деталей, поставляются с шестигранными гайками и плоскими шайбами.В руководстве по сборке указан порядок установки этого оборудования. Чтобы вал потенциометра не выходил слишком далеко от кронштейна, я установил внутреннюю шестигранную гайку и плоскую шайбу так, чтобы внешняя шестигранная гайка и шайба находились внутри первой пары витков резьбы на валу.
Важное примечание: Если вы используете потенциометры другого производителя, чем я указал, убедитесь, что они поставляются с монтажным оборудованием, иначе вам придется покупать собственные.
Потенциометры и оборудование для их крепления
Положение крепежа на кронштейне
Потенциометры и оборудование установлено
1/8 дюйма (3.5 мм) стерео-разъем, указанный в списке деталей, имеет предварительно сформированные контакты для автоматической вставки в печатную плату. Я выпрямил штифты плоскогубцами, выровнял штифты на монтажной плате и сильно надавил на разъем, чтобы он встал заподлицо. Возможно, вам придется немного увеличить отверстия в перфорированной плате, если разъем не будет вставлен с умеренным усилием. Не применяйте чрезмерное давление.
Три двухпозиционных клеммных колодки будут установлены заподлицо с монтажной платой с очень небольшим усилием. Слегка согните штифты наружу, чтобы они оставались на месте.
В руководстве по сборке описаны эти шаги, но я хотел, чтобы вы могли видеть, как должна выглядеть плата после установки всех разъемов.
Стереоразъем установлен
Установлены разъемы динамика и питания
После завершения усилитель левого канала должен выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.Я использовал цветной соединительный провод для соединений потенциометра, чтобы было легче идентифицировать каждый выступ потенциометра (A, B или C).
После завершения усилитель правого канала должен выглядеть примерно так, как на изображениях ниже. Я использовал цветной соединительный провод для соединений потенциометра, чтобы было легче идентифицировать каждый выступ потенциометра (A, B или C).
После завершения 8-ми транзисторный стереоусилитель должен выглядеть примерно так, как на изображениях ниже.Теперь вы готовы подключить аккумулятор и динамики, подключить источник звука и прослушать некоторые мелодии на усилителе, который вы построили сами.
Руководство по сборке описывает настройку и работу усилителя, а также некоторые модификации, которые при желании можно сделать для удвоения выходной мощности. Хотя для меня 1Вт был достаточно впечатляющим.
Если вам понравился этот проект или у вас есть какие-либо вопросы, отправьте мне сообщение в разделе комментариев, и я сразу свяжусь с вами.Спасибо за чтение!
NetZener
Усилителькласса A — это транзисторный усилитель класса A
Усилителис общим эмиттером (CE) предназначены для создания большого размаха выходного напряжения при относительно небольшом напряжении входного сигнала всего в несколько милливольт и используются в основном как «усилители малых сигналов», как мы видели в предыдущих уроках.
Однако иногда требуется усилитель для управления большими резистивными нагрузками, такими как громкоговоритель, или для привода двигателя в роботе, и для этих типов приложений, где требуются высокие токи переключения, требуются усилители мощности .
Основная функция усилителя мощности, также известного как «усилитель большого сигнала», заключается в передаче мощности, которая является произведением напряжения и тока на нагрузку. По сути, усилитель мощности также является усилителем напряжения, разница в том, что сопротивление нагрузки, подключенной к выходу, относительно низкое, например, громкоговоритель 4 Ом или 8 Ом, что приводит к протеканию больших токов через коллектор транзистора.
Из-за этих высоких токов нагрузки выходные транзисторы, используемые для выходных каскадов усилителя мощности, таких как 2N3055, должны иметь более высокие номинальные значения напряжения и мощности, чем обычные, используемые для усилителей малых сигналов, таких как BC107.
Поскольку мы заинтересованы в подаче максимальной мощности переменного тока на нагрузку, потребляя при этом минимально возможную мощность постоянного тока от источника, нас больше всего интересует «эффективность преобразования» усилителя.
Однако одним из основных недостатков усилителей мощности и особенно усилителя класса A является то, что их общая эффективность преобразования очень мала, поскольку большие токи означают, что значительное количество энергии теряется в виде тепла. Процентный КПД в усилителях определяется как r.РС. выходная мощность, рассеиваемая в нагрузке, деленная на общую мощность постоянного тока, потребляемую от источника питания, как показано ниже.
КПД усилителя мощности
- Где:
- η% — КПД усилителя.
- Pout — выходная мощность усилителя, передаваемая на нагрузку.
- Pdc — мощность постоянного тока от источника питания.
Для усилителя мощности очень важно, чтобы источник питания усилителя был хорошо спроектирован для обеспечения максимальной доступной непрерывной мощности для выходного сигнала.
Усилитель класса A
Наиболее часто используемым типом конфигурации усилителя мощности является усилитель класса A . Усилитель класса A — это простейшая форма усилителя мощности, в которой используется один переключающий транзистор в стандартной конфигурации схемы с общим эмиттером, как было показано ранее, для создания инвертированного выходного сигнала. Транзистор всегда смещен в положение «включено», так что он проводит в течение одного полного цикла формы волны входного сигнала, создавая минимальные искажения и максимальную амплитуду выходного сигнала.
Это означает, что конфигурация усилителя класса A является идеальным рабочим режимом, поскольку не может быть кроссовера или искажения при выключении выходного сигнала даже во время отрицательной половины цикла. Выходные каскады усилителя мощности класса A могут использовать один силовой транзистор или пары транзисторов, соединенных вместе, чтобы разделить высокий ток нагрузки. Рассмотрим схему усилителя класса A ниже.
Схема одноступенчатого усилителя
Это простейший тип схемы усилителя мощности класса А.Он использует несимметричный транзистор в качестве выходного каскада с резистивной нагрузкой, подключенной непосредственно к клемме коллектора. Когда транзистор переключается в положение «ВКЛ», он пропускает выходной ток через коллектор, что приводит к неизбежному падению напряжения на сопротивлении эмиттера, тем самым ограничивая отрицательную выходную мощность.
КПД этого типа схемы очень низок (менее 30%) и обеспечивает малую выходную мощность при большом потреблении источника питания постоянного тока. Усилительный каскад класса A пропускает тот же ток нагрузки, даже если входной сигнал не подается, поэтому для выходных транзисторов требуются большие радиаторы.
Однако еще один простой способ увеличить пропускную способность схемы по току и в то же время получить больший выигрыш по мощности — это заменить единственный выходной транзистор на транзистор Дарлингтона . Эти типы устройств в основном представляют собой два транзистора в одном корпусе, один маленький «пилотный» транзистор и другой более крупный «переключающий» транзистор. Большим преимуществом этих устройств является то, что входное сопротивление достаточно велико, а выходное сопротивление относительно низкое, что снижает потери мощности и, следовательно, нагрев внутри переключающего устройства.
Конфигурации транзисторов Дарлингтона
Общий коэффициент усиления по току Beta (β) или значение hfe устройства Дарлингтона является произведением двух отдельных коэффициентов усиления транзисторов, умноженных вместе, и возможны очень высокие значения β вместе с высокими токами коллектора по сравнению с одной транзисторной схемой.
Для повышения полного энергетического КПД усилителя класса A можно спроектировать схему с трансформатором, подключенным непосредственно к коллекторной цепи, чтобы сформировать схему, называемую усилителем с трансформаторной связью .Трансформатор повышает эффективность усилителя за счет согласования импеданса нагрузки с сопротивлением выхода усилителя с использованием коэффициента трансформации (n) трансформатора, и пример этого приведен ниже.
Схема усилителя с трансформаторной связью
Поскольку ток коллектора Ic уменьшается ниже точки Q покоя, установленной напряжением смещения базы, из-за изменений в базовом токе магнитный поток в сердечнике трансформатора падает, вызывая наведенную ЭДС в первичных обмотках трансформатора.Это вызывает повышение мгновенного напряжения коллектора до значения, вдвое превышающего напряжение питания 2Vcc, что дает максимальный ток коллектора в два раза Ic, когда напряжение коллектора является минимальным. Тогда эффективность этого типа конфигурации усилителя класса A можно рассчитать следующим образом.
Среднеквадратичное значение. Напряжение коллектора определяется как:
среднеквадратичное значение. Ток коллектора определяется как:
Среднеквадратичное значение. Мощность, передаваемая на нагрузку (Pac), поэтому определяется как:
Средняя мощность, потребляемая от источника питания (Pdc), определяется по формуле:
и, следовательно, эффективность усилителя с трансформаторной связью класса A определяется как:
Выходной трансформатор повышает эффективность усилителя за счет согласования полного сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением усилителя.При использовании выходного или сигнального трансформатора с подходящим соотношением витков эффективность усилителя класса A может достигать 40%, при этом большинство имеющихся в продаже усилителей мощности класса A имеют такую конфигурацию.
Однако трансформатор является индуктивным устройством из-за его обмоток и сердечника, поэтому лучше избегать использования индуктивных компонентов в схемах переключения усилителя, поскольку любая генерируемая обратная ЭДС может повредить транзистор без надлежащей защиты.
Еще одним большим недостатком этого типа схемы усилителя класса А с трансформаторной связью является необходимость в дополнительных затратах и размерах звукового трансформатора.
Тип «Класса» или классификация, присваиваемая усилителю, в действительности зависит от угла проводимости, части цикла входного сигнала в диапазоне 360 o , в которой транзистор проводит ток. В усилителе класса A угол проводимости составляет 360 o или 100% входного сигнала, в то время как в усилителях других классов транзистор проводит при меньшем угле проводимости.
Можно получить большую выходную мощность и эффективность, чем у усилителя класса A , используя два комплементарных транзистора в выходном каскаде, причем один транзистор является NPN или N-канальным типом, а другой транзистор PNP или P- канальный (дополнительный) тип, подключенный в так называемой «двухтактной» конфигурации.
Этот тип конфигурации усилителя мощности обычно называется усилителем класса B и представляет собой еще один тип схемы усилителя звука, который мы рассмотрим в следующем руководстве.
Схема усилителя 150 Вт
Схема недорогого усилителя мощностью 150 Вт
В этом проекте мы создаем простую схему усилителя мощностью 150 Вт.
ОписаниеЭто самая дешевая схема усилителя на 150 Вт, которую вы можете сделать, я думаю. Основанная на двух силовых транзисторах Дарлингтона TIP 142 и TIP 147, эта схема может обеспечить выдачу 150 Вт Rms на динамик 4 Ом. ; затем попробуйте это.
TIP 147 и 142 — это дополнительные транзисторы пары Дарлингтона, которые могут выдерживать ток 5 А и 100 В, известные своей прочностью. Здесь два транзистора BC 558 Q5 и Q4 подключены как предварительный усилитель, а TIP 142, TIP 147 вместе с TIP41 (Q1, Q2, Q3) используются для управления динамиком.Эта схема спроектирована настолько прочно, что ее можно собрать даже на перфорированной плате или даже при помощи пайки выводов. Схема может питаться от двойного источника питания +/- 45 В, 5 А. Вы должны попробовать эту схему. Она отлично работает. !
Блок предусилителя этой схемы основан на Q4 и Q5, которые образуют дифференциальный усилитель. Использование дифференциального усилителя во входном каскаде снижает шум, а также обеспечивает возможность применения отрицательной обратной связи. Таким образом улучшаются общие характеристики усилителя.Входной сигнал подается на базу Q5 через разделительный конденсатор постоянного тока C2. Напряжение обратной связи подается на базу Q4 от перехода резисторов 0,33 Ом через резистор 22 кОм. Комплементарный двухтактный каскад класса AB построен на транзисторах Q1 и Q2 для управления громкоговорителем. Диоды D1 и D2 смещают дополнительную пару и обеспечивают работу класса AB. Транзистор Q3 управляет двухтактной парой, а его база напрямую соединена с коллектором Q5.
Принципиальная электрическая схема и список деталей. Принципиальная схема усилителя мощностью 150 Вт Печатные платыдля этого проекта можно заказать через PCBWay . В ближайшее время мы загрузим образец файла печатной платы (для загрузки).
Примечания.- Помните, что TIP 142 и 147 — это пары Дарлингтона. Они для простоты показаны на рисунке как обычные транзисторы. Так что не запутайтесь. Даже если внутри каждого из них 2 транзистора, 2 резистора и 1 диод, только три контакта, база эмиттер и коллектор выходят наружу.Остальные подключаются внутри, так что для простоты можно принять каждый из них как транзистор.
- Используйте хорошо отрегулированный и фильтрованный источник питания.
- Подключите 10K POT последовательно ко входу в качестве регулятора громкости, если вам нужно. Не показано на принципиальной схеме.
- Все электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 вольт.
Источник питания для этой цепи.
Нерегулируемый двойной источник питания A + 40 / -40 для питания этого усилителя показан ниже. Этого блока питания хватает только для питания одного канала, а для стереосистем удваивают номинальные токи трансформатора, диодов и предохранителей.
Блок питания для этого проекта TIP 142 & 147 Внутренняя схема и распиновка. СОВЕТ 142-СОВЕТ 147 Схема выводов со схемамиПримечание: — Мы объяснили, как создать схему этой схемы и ее печатной платы с помощью онлайн-инструмента EDA — EasyEDA . Вы можете прочитать статью, чтобы понять, как нарисовать и разработать печатную плату этой схемы.
У нас есть более подробный список схем усилителей, которые вы можете посетить;
1.Схема стереоусилителя 2 x 60 Вт — разработана с использованием LM4780, ИС аудиоусилителя, которая может выдавать выходную мощность 60 Вт RMS на канал на динамики с сопротивлением 8 Ом. Преимущества использования этой ИС — низкий уровень гармонических искажений по сравнению с другими усилителями ИС аналогичной категории и степень отклонения источника питания 85 дБ. Кроме того, для этого требуется минимум компонентов и встроенная функция отключения звука.
2. Схема усилителя наушников — Это простая схема, в которой используются только 3 транзистора, которые могут использоваться для управления наушниками.Он может быть легко собран любым и может питаться от батареи на 3 вольта.
3. Схема усилителя на МОП-транзисторе — В этой схеме используются два МОП-транзистора и один транзистор; что позволяет легко построить схему. Он может обеспечить выходную мощность 18 Вт на динамик 8 Ом или 30 Вт на динамик 4 Ом; Вы можете делать это так, как вам нравится. Еще одно преимущество этой схемы — минимальное использование компонентов.
4. Усилитель мощностью 40 Вт с использованием TDA1514 — TDA1514 — это высокопроизводительный Hi-Fi усилитель от Philips.Требуется двойное питание + 25 / -25 вольт. Преимуществами использования TDA1514 являются низкий коэффициент нелинейных искажений, функция отключения звука в режиме ожидания, тепловая защита и другие функции. Он может обеспечить выходную мощность 40 Вт на динамик с сопротивлением 8 Ом. Для желаемой надежности этой схемы вам понадобится подходящий радиатор.
5. Схема стереоусилителя 2 x 32 Вт — Эта схема построена с использованием TDA2050, который представляет собой микросхему аудиоусилителя 32 Вт класса AB (монолитную). Эта ИС имеет множество функций, таких как тепловое отключение, низкий коэффициент нелинейных искажений, защита от короткого замыкания и т. Д.В этой схеме используются две из этих микросхем TDA205o; по одному на каждый канал. Для питания этой схемы требуется двойной источник питания на 18 вольт.
Сделай сам мощный усилитель на транзисторах B688
Что такое усилитель класса А?
Усилитель класса A — это тип простейшей формы усилителя мощности, который может использоваться в качестве одиночного переключающего транзистора в стандартной конфигурации схемы с общим эмиттером для получения инвертированного выхода заданного сигнала.
Необходимые материалы / компоненты для создания этой цепи
- A Транзистор B688
- A Радиатор
- Резистор 1K
- Клеммная колодка
- Тороидальная катушка
На приведенном выше рисунке показано физическое описание транзистора B688.
Шаги по созданию схемы усилителя
- Во-первых, всего 6 транзисторов, как упомянуто выше, должны быть расположены в линейном формате на верхней части радиатора, как показано на следующем рисунке.
- Общие выводы транзисторов должны быть закорочены через провод, как показано на рисунке. (все эмиттеры должны быть закорочены, все коллекторы также будут закорочены, а также все базы должны быть закорочены, как показано выше)
- И резистор и конденсатор также будут соединены согласно следующему рисунку и регулятор громкости (POT) и клеммная колодка также расположены на рисунке ниже.
- Затем необходимо разместить тороидальную катушку в основании радиатора, как показано на рисунке ниже.
- Итак, окончательно собранная схема усилителя должна выглядеть так, как показано ниже.
Теперь схема готова к подключению к внешнему динамику для операций усиления, и вот как сделана схема.
Некоторые основы работы транзистора
Мы знаем, что транзистор — это полупроводниковое устройство, которое может как проводить, так и изолировать.Транзистор можно использовать как переключатель и усилитель. Он преобразует звуковые волны в электронные волны и резисторы, контролируя электрический ток. Транзисторы имеют очень долгий срок службы, они меньше по размеру, могут работать при более низком напряжении, а также обеспечивают большую безопасность, а также не требуют тока накала. Первый транзистор был изготовлен из германия вместо кремния. Это фундаментальный строительный блок современных электронных устройств, который также можно найти повсюду в современных электронных системах.
Смещение здесь используется для обеспечения резисторов, конденсаторов или напряжения питания, а также для обеспечения надлежащих рабочих характеристик транзисторов. Смещение постоянного тока используется в основном для получения постоянного тока коллектора при определенном напряжении коллектора транзистора. Величина этих напряжений и токов выражается в Q-точке, которая является отличным показателем транзистора. В конфигурации транзисторного усилителя IC (max) — это максимальный ток в транзисторе, а VCE (max) — это максимальное напряжение, приложенное к транзистору.Для работы с транзистором в качестве усилителя необходимо подключить нагрузочный резистор RC к коллектору для управления нагрузкой и безопасной работы.
Заключение
Итак, мы обсудили действие усилителя и использование транзистора B688 в качестве усилителя, а также шаги для построения всей схемы также описаны выше, сделайте схему и наслаждайтесь аналоговыми технологиями, для покупки компонентов по очень низким ценам, пожалуйста, посетите UTSource .нетто
.