Транзисторные усилители мощности КВ диапазона

Транзисторные усилители мощности КВ диапазона (низкие частоты от 3 до 30 МГц) для трансивера и радиостанции пользуются большим спросом у радиолюбителей. Прежде чем найти обоснование подобному факту, следует отметить, что законодательством страны допускается использование радиоточек до 10 Вт, но люди нередко стремятся купить транзисторные усилители мощности КВ диапазона для трансивера и рации в 50, 100 и даже 200 Вт. Чем это обусловлено? Всё просто.

Для чего нужны мощные усилители?

КВ транзисторные усилители мощности стремятся купить в следующих ситуациях:

• при эксплуатации раций в условиях большого, густонаселённого города. Стандартные рации мощностью 4 и 10 Вт не способны справиться с помехами, возникающими из-за работы различных предприятий и других причин. Решить проблему способны КВ усилители мощности на транзисторах;
• при использовании радиоточки в автомобиле. Низкорасположенная антенна не способна обеспечить устойчивую качественную связь. Именно поэтому автомобилисты стремятся купить использовать усиливающие устройства на транзисторах, отличающиеся от ламповых компактностью;
• при совершении турпоходов. Рации низкой частоты нередко используются туристами. С ними часто случаются различные ЧП. Подавать сигнал об их возникновении можно любым доступным способом, даже используя радиостанцию мощностью 200 Вт.

Как правило, цена на подобное усиливающее устройство довольно высока. Тем не менее, можно найти места, где стоимость усилителей находится на приемлемом уровне. Например, продажа радиотоваров, цена которых довольно низка, ведется магазином «РадиоЭксперт».

Преимущества заказа в «РадиоЭксперт»

Интернет-магазин предлагает недорого заказать различные радиотовары, в том числе и усилители. Ознакомиться с реализуемой продукцией поможет прайс-лист. Стоит отметить, что компания оказывает полную информационную поддержку клиентов.

Онлайн-магазином «РадиоЭксперт» осуществляется доставка всей купленной продукции. Россия и другие страны СНГ – основной рынок сбыта.

Мощный транзисторный усилитель DN-600 | ut2fw

         Анонс по транзисторному усилителю DN-600.

Внимание интересующимся усилителем. С 2013г усилитель переведен на оригинальные транзисторы компании STMicroelectronics, USA — SD4933. Это в два раза более мощные транзисторы в сравнении с MRF150 (300Вт против 150Вт) и главная «фишка» SD4933 в том, что завод изготовитель гарантирует исправность транзистора при рассогласовании с нагрузкой 20:1.

Подробности о SD4933 можно скачать с сайта их производителя, по ссылке => ССЫЛКА 
Выходная мощность усилителя на диапазонах до 24МГц более 700Вт. Максимальная до 900Вт на диапазонах 40-20м.
Подробности по усилителю в этой комплектации можно почитать в форуме по ссылке => ССЫЛКА 
Усилитель не производится. Информация предназанчена только для любителей попаять.  

               

 

Выходная мощность 600Вт PEP/SSB и 500 Вт в режиме CW при мощности раскачки 50-70 Вт. Входное-выходное сопротивление 50Ом. КСВ по входу не превышает 1,15 в диапазоне 1,5-30МГц. Питание 220В. Разъёмы UHF SO-239. Система ALC (регулятор на задней панели). Возможность внешнего управления переключением диапазонных ФНЧ (разъём COM на задней панели). Стрелочные приборы показывают входную-выходную мощности, КСВ, напряжение питания транзисторов (50В). В ШПУ применены 4шт транзистора MRF150 (Рном=150Вт, 30МГц). Светодиодные индикаторы индицируют: «отражённую-прямую» —

REF-FWD, режим ТХ — OPR, перегрузка по входу — IN, перегрузка по выходу – OUT, превышение КСВ – SWR, режим усиленного обдува – FAN. В усилителе два вентилятора. Частота вращения лопастей увеличивается плавно, в зависимости от температуры радиатора. При работе в тесте («цифре») есть возможность принудительной максимальной «продувки» — кнопка AUTO-FAN. Усилитель отключается при: 1.Превышении температуры радиатора выше 80 градусов; 2.При превышении уровня входной мощности выше 90Вт; 3.При обрыве нагрузки, в том числе и неисправности (или неправильного включения) ФНЧ; 4.При превышении КСВ более 3. Для полной раскачки усилителю достаточно 12Вт, поэтому на его входе установлены последовательно два АТТ. Входной АТТ выполнен на мощных (30Вт) безындукционных резисторах. Он имеет свою систему защиты, которая сработает при превышении входной мощности 90Вт. На плате ШПУ установлен второй АТТ. Его система защиты сработает при превышении входной мощности выше 30Вт. В случае надобности можно входной АТТ исключить – усилителю будет достаточно для раскачки всего 20-25Вт. На плате ФНЧ расположен «классический» КСВ-метр. Его система «автоматики» настроена на отключение усилителя при превышении КСВ=3. При разработке усилителя учитывался наш славянский менталитет — т.е. нежелание читать мануалы и подверженность «стрелочной болезни». Поэтому все защиты с «защёлкой», т.е. если сработала какая-либо из защит – усилитель отключается и блокируется. Чтобы его перевести в рабочее положение – нужно нажать кнопку ESC.

Практически готов «мануал» оператора. Скачать мануал можно по ссылке => СКАЧАТЬ    Для любителей «кино» — можно поглазеть видео, как отрабатывают защиты по входу и выходу усилителя — видео выложено на YouTube по ссылке => СМОТРЕТЬ 

Выражаю признательность Александру RN6LW и Константину UX0CX за оперативную помощь в редактировании текста мануала. В случае, если кому-то удастся обнаружить опечатки или неточности в тексте — прошу сообщить о них на Е-майл или в форум.

Вниманию интересующихся техническими характеристиками и вопросами различной комплектации усилителя — все обсуждения техники, схемотехники, характеристик, версий усилителя и т.д. происходит на страницах форума, см. по ссылке => ФОРУМ. Убедительная просьба не задавать технических вопросов по Е-майл, а размещать их на страницах топика форума.

Внимание интересующихся темой малосигнального входа усилителя — т.е. когда в наличии трансивер с маломощным выходом (не более 10Вт). Пожалуйста — ознакомьтесь с подробностями в тему возможности раскачки DN-600 от 2-3В в форуме по ссылке => ФОРУМ  прежде, чем задавать вопросы.

Информация по усилителю из «Руководства пользователя» — читать далее» =>

     Предисловие

Усилитель DN-600 — это впервые полностью законченный мощный транзисторный усилитель, произведенный на территории СНГ. Ближайшие его зарубежные аналоги — HL-1Kfx (Tokyo HY-Power), ALS-600 (Ameritron), KPA500 (Elekraft), HFLA700 (RFpower). 

Усилитель мощности DN-600 — это транзисторный линейный КВ усилитель мощности, предназначенный для использования на любительских радиостанциях. Главные достоинства полупроводниковых компонентов усилителя: 1 — повышенный срок службы, 2 — отсутствие надобности замены компонентов со временем, 3 — мгновенная готовность к работе, 4 — отсутствие смертельно опасных напряжений в высокочастотной части усилителя. Современная схемотехника усилителя позволила реализовать в компактных размерах столь мощное устройство. Дополнительно появилась возможность автоматизировать как процесс управления, так и процесс охлаждения усилителя.
 

     Спецификация

Рабочие частоты 1.8 ~ 28 МГц.  Все любительские диапазоны, включая WARC 
Виды излучения SSB, CW, RTTY
ВЧ раскачка 70 Вт обычно (60 ~ 95 Вт макс.)
Выходная мощность 600 Вт PEP (макс), 500 Вт CW (обычно)
Напряжение стока 47 V
Ток стока  25 A максимум
АС питание AC 220V (180-250V) 6A максимум
Потребляемая мощность 1.2 kVA в режиме передачи
Входной импеданс  50 Ом (несимметричный)
Выходной импеданс  50 Ом (несимметричный)
Входные/выходные разъемы UHF SO-239 (тефлон)
Схема усилителя: двухтактная, класс AB
Оконечные транзисторы: MRF150 x 4 (MOS FET Motorola)
Метод охлаждения: принудительная воздушная приточно-вытяжная вентиляция
Мультиметры:  входная мощность Pin — 50 Вт,

                            отраженная мощность REF — 5 Вт,
                            выходная мощность  FWD — 900 Вт,
                            напряжение питания транзисторов Vd — 50 V
Габариты: 240 х 145 х 390 мм (без выступающих элементов)
Масса: около 11 кг
Аксессуары:  Кабель питания  (1 шт.)
                        D-SAB 9pin разъем (1 шт.)
                        RCA разъем (1 шт.)
                        Запасной предохранитель 6А (для линии AC220V) x 2 шт

     Функциональные особенности

Выходной каскад усилителя мощности создан на четырех мощных MOS FET транзисторах MRF150 производства компании Motorola. Номинальная мощность одного транзистора MRF150 — 150Вт на частоте 30МГц. Широкополосные характеристики  усилителя мощности обеспечивают полную готовность к работе после установки рабочего диапазона, без каких-либо дополнительных действий по согласованию оконечного каскада.

Коммутация в усилителе применена на быстродействующих реле. Скорость срабатывания-отпускания реле нормирована заводом изготовителем реле Tianbo — не более 30ms. 
Система охлаждения усилителя обеспечивается двумя вентиляторами. Производительность вентиляторов изменяется плавно в зависимости от температуры радиатора транзисторов. Внутренний вентилятор нагнетает воздух, а вентилятор на задней стенке вытягивает горячий воздух из корпуса усилителя. Такой вариант охлаждения обеспечивает минимальный шум при своей эффективности работы.
Усилитель мощности снабжен специализированными компонентами управления работой различных высокоскоростных схем защиты. Например, от перегрузки, высокого значения КСВ антенны, предельного уровня напряжения возбуждения, установки некорректного диапазона, перегрева и т.д.
Для контроля рабочих параметров усилителя мощности используется аналоговое измерительное устройство (стрелочные индикаторы) для индикации FWD (уровня выходной мощности), REF (уровня отраженной мощности),  Vd (напряжение на стоке транзисторов выходного каскада), Pin (уровень входной мощности).
 

     Описание панелей
  Описание передней панели 

 

 

1)    POWER — Клавишный переключатель включения и отключения основного питания усилителя. Клавиша  подсвечивается изнутри красным цветом при включении питания.
2)    Стрелочный индикатор Pin/REF.  Шкала многофункционального аналогового измерительного устройства предназначена для индикации Pin (уровня входной мощности), REF (КСВ  мощности отраженной от антенны). Переключение режимов индикации осуществляется переключателем (7) Pin-REF.
3)    Стрелочный индикатор FWD/Vd. Шкала многофункционального аналогового измерительного устройства предназначена для индикации FWD (уровня выходной мощности), Vd (напряжение стока FET транзисторов). Переключение режимов индикации осуществляется переключателем (8) FWD/Vd.
4)    Галетный переключатель BAND. Предназначен для выбора текущего рабочего диапазона. Переключатель на 12 положений кругового вращения — поэтому при управлении переключением диапазонов от внешнего устройства (через разъём D-Sab на задней панели) достаточно ручку переключателя установить в любое не обозначенное положение. В положении RMT включается фильтр нижних частот с частотой среза 53МГц. Положение RMT можно использовать в случаях:
   •    Отсутствия требований к подавлению гармонических составляющих выходного сигнала. Если нет опасности создания помех близко расположенным станциям и иным приёмникам.
   •    При использовании усилителя на пониженной мощности. Когда гармонические составляющие имеют очень малый уровень и не могут помешать соседним станциям.
   •     При использовании дополнительных внешних диапазонных высококачественных ФНЧ и антенного тюнера, имеющего функции согласования и фильтрации высших гармоник (тюнер, выполненный по схеме П-контура или PL-контура).
5)    Светодиоды — указатели включения режима:
   •    REF — светодиод красного цвета — индицирует «отражённую» от нагрузки мощность.
   •    FWD — светодиод зелёного цвета — индицирует мощность поступающую в нагрузку.
   •    OPR — светодиод красного цвета — индицирует режим ТХ (перевод усилителя в режим передачи).
   •    IN — индицирует срабатывание защиты от перегрузки по входу усилителя.
   •    OUT — индицирует срабатывание защиты от перегрузки по выходу усилителя и некорректной установки диапазона.
   •    SWR — индицирует срабатывание защиты от превышения КСВ более 3.
   •    FAN — индицирует превышение температуры радиатора выше 60 градусов.
6)    Переключатель рабочего режима (OPERATE) и режима ожидания (STAND-BY). В положении OPR усилитель полностью готов к работе и может быть переведен в режим передачи (ТХ). Положение STB  — режим «обход».
7)    Переключатель выбора показаний стрелочного индикатора Pin/REF. В положении Pin стрелочный индикатор показывает в Ваттах входную мощность усилителя. Измеряется мощность на втором АТТ, установленном на плате ШПУ (подробности ниже по тексту). В положении REF стрелочный индикатор показывает отражённую от нагрузки мощность. 
8)    Переключатель выбора показаний стрелочного индикатора FWD/Vd. В положении FWD стрелочный индикатор показывает выходную мощность усилителя в Ваттах. В положении Vd стрелочный индикатор показывает напряжение на стоках MOS FET MRF150 транзисторов в Вольтах.
9)    Переключатель выбора режима работы вентиляторов. В положении AUTO скорость вращения вентиляторов зависит от температуры радиатора охлаждения транзисторов. При повышении температуры радиатора происходит автоматическое увеличение скорости вращения лопастей вентиляторов. В положении FAN скорость вращения лопастей вентиляторов постоянна и максимальна. Это так называемый режим «Продувка», когда требуется быстрое охлаждение усилителя.
10)     Кнопка ESC — сброс защит. Все защиты в усилителе с «защёлкой», т.е. при срабатывании какой-либо из защит необходимо устранить аварийную ситуацию и воспользоваться кнопкой ESC, для ввода усилителя в режим нормальной работы. Либо же выключить питание усилителя и через некоторое время снова включить.
 

   Описание задней панели

1)    OUTPUT — выходной ВЧ разъем. Подключается коаксиальный кабель от антенны.
2)    INPUT — входной ВЧ разъем. Подключается коаксиальный кабель  от трансивера.
3)    220V AC — разъем подключения кабеля AC питания 220V AC. Сетевой фильтр расположен во встроенном блоке питания.
4)    FUSE — предохранитель в цепи основного питающего напряжения 6A. При использовании питающей сети 115V, применяется предохранитель на 12А.
5)    GND — терминал заземления. Подключение заземления.
6)    ALC OUT — гнездо RCA выход напряжения ALC. Отрицательное DC напряжение подается на (центральный pin гнезда) на вход терминала ALC трансивера. Линия ALC напряжения (0…-9V) используется для удержания мощности усилителя в заданных пределах, а так же при использовании трансивера  с выходной мощностью  более 100 Вт. Дополнительные сведения могут быть получены в документации на применяемый трансивер.
7)    TX KEY — гнездо RCA. Для подключения кабеля управления от разъема ACC (или SEND, TX GND) трансивера. Электрические спецификации — в режиме приема (RX) не задействован, режим TX короткое замыкание на общий провод (корпус).
8)    ALC PWR — потенциометр для регулировки напряжения ALC. Максимальное значение минус 12V в положении по часовой стрелке до упора. По умолчанию установлено значение 0 V (против часовой стрелки до упора).
9)    D-SAB — разъём для подачи внешнего управления усилителем. Можно осуществлять выбор диапазона и перевод усилителя в режим передачи. 

     Эксплуатация

В разделе приводится описание подключения усилителя к трансиверу и антенно-фидерным устройствам.
Внимание — осторожно! — при ручной установке рабочего диапазона необходимо внимательно проверять соответствие положения переключателя BAND в усилителе установленному диапазону в трансивере, прежде чем нажимать тангенту PTT или манипулятор CW ключа. После изменения рабочего диапазона не используйте на передачу полную мощность CW сигнала или несущей RTTY. Снизьте уровень возбуждения из трансивера и убедитесь в том, что диапазон установлен правильно и усиливаемый уровень мощности излучается корректно. Работа полной мощностью в режимах CW и RTTY при неправильно включённом рабочем диапазоне в усилителе приводит к отказу дорогих мощных FET транзисторов в оконечном каскаде усилителя.

 

     Последовательность работы

Подключите кабель АС питания и коаксиальные кабели как показано выше. Подключите кабель от разъема ТХ усилителя  к разъему ACC или идентичному разъёму на задней панели трансивера с меткой «SEND» или «TX GND». Выходы этих разъёмов будут закорочены на землю при переводе трансивера на передачу (режим TX/ONAIR). Если эти подключения не будут выполнены, то усилитель не перейдет в режим передачи (TX). Для временной проверки работоспособности усилителя заземлите центральный пин разъема ТХ на корпус — усилитель должен перейти в режим ТХ (при этом переключатель OPR/STB должен находиться в положении OPR). Для справки, напряжение в терминале TX 15V DC, а ток при замыкании контактов не более 3 mA. Схема управления трансивера при таких нагрузочных данных будет работать в весьма легком режиме.
Для начала поверните регулятор ALC PWR против часовой стрелки до упора для предотвращения подачи ALC напряжения на трансивер. Использование цепи ALC будет описано в главе 7.
Не включая питание усилителя (переключатель POWER в положение OFF) проверьте значение КСВ антенны, переведя трансивер на передачу в режиме CW или RTTY. Контролируйте показания внешнего КСВ метра. Если КСВ антенны выше 1.8  на центральной частоте диапазона, то антенна нуждается в лучшем согласовании. В качестве альтернативы вы можете подключить дополнительный антенный тюнер. Не забывайте, что согласование трансивера с антенной за счёт внутреннего антенного тюнера трансивера и показания КСВ-метра трансивера при подключении усилителя к антенне уже не действуют.
Уменьшите выходную мощность трансивера до 20-30Вт. Включите питание усилителя (переключатель POWER в положение ON) и установите необходимый диапазон переключателем BAND. Установите переключатель OPR/STB в положение OPR. При переводе трансивера на передачу при относительно небольшом уровне раскачки (например, 20-30Вт), на выходе усилителя получится сигнал с мощностью в несколько сотен ватт.
Контролируйте уровень выходной мощности с помощью внешнего ваттметра. Увеличивайте уровень раскачки до 50 Вт и контролируйте постоянство значения КСВ. В некоторых условиях увеличение ВЧ тока в антенне приводит к повышению КСВ за счет нагревания соединений или индуктивности в антенне и т.д.
После этой проверки можно увеличивать уровень раскачки до 60-80 Вт для достижения максимального уровня излучаемой мощности 500-550 Вт (CW, RTTY). Изменив вид излучения на SSB, на голосовых пиках мощность будет достигать примерно 600-650 Вт. При продолжительных сеансах передачи в интенсивных видах излучения, таких как RTTY, SSTV или FM, рекомендуется снизить уровень раскачки на 30-40% по отношению к SSB и CW. При работе в режиме АМ настоятельно рекомендуется  снизить уровень раскачки к одной третьей от режима SSB — не более 30 Вт. В противном случае ваша модуляция на пиках будет искажаться.
При высокой мощности в режиме SSB существует опасность перегрузки усилителя и искажения излучаемого сигнала. Это может произойти в случае, если вы будете говорить слишком громко или уровень микрофонного усиления будет слишком высок. Система ALC предназначена для предотвращения искажения сигнала и ограничения уровня несущей до необходимого значения. Если вы не перегружаете усилитель, то можете отказаться от линии ALC. Подробности будут приведены далее в разделе 7.
Схема защиты может сработать в любой момент времени при наступлении соответствующих событий. Если схема защиты отключила усилитель, проверьте КСВ антенны, Vd, питающее напряжение или уменьшите уровень раскачки усилителя. Для отключения сработавшей защиты кратковременно нажмите кнопку ESC или отключите питание усилителя, а затем включите его вновь. В усилителе предусмотрена защита от перегрева радиатора охлаждения MOS FET транзисторов встроенным термальным переключателем в радиатор. При наступлении такого события (перегрева радиатора) усилитель будет принудительно отключен до тех пор, пока радиатор не остынет. Это может потребовать до пятнадцати-двадцати минут в зависимости от температуры окружающей среды.

     Система ALC

Напряжение ALC подается на разъем ALC (типа RCA), расположенном на задней панели усилителя. Максимальное отрицательное DC напряжение (-15V) поступает на этот разъём в случае полной раскачки усилителя. Уровень этого напряжения регулируется потенциометром ALC PWR. При правильно подобранном  напряжении ALC трансивер обеспечит необходимую мощность возбуждения без перегрузки усилителя. Система ALC будет удерживать выходную мощность на определенном постоянном уровне вне зависимости от используемого вида излучения и включенного диапазона. Кроме этого, использование ALC напряжения позволяет предотвратить искажение SSB сигнала вследствие перегрузки. Постоянное подключение линии ALC не требуется, если вы установили корректный уровень микрофонного усиления и не перегружаете усилитель. В зависимости от модели трансивера, изменяется диапазон необходимых входных ALC напряжений.
Трансиверы ICOM требуют ALC напряжение в пределах – 0 ~ -4V;  Yaesu – 0 ~ -5V; Kenwood – -6 ~ -8V. Получить информацию по уровню требуемого напряжения ALC можно в документации на трансивер
Изготовьте кабель линии ALC, используя RCA разъем, прилагаемый в комплекте. Припаяйте один провод или центральную жилу экранированного провода (более предпочтительно) к центральному контакту RCA разъема, а оплетку кабеля к внешнему контакту разъема.  Соедините полученным кабелем разъём ALC усилителя и гнездо EXTERNAL ALC трансивера. Вход ALC напряжения иногда доступен в некоторых моделях трансиверов на одном из контактов разъема «ACC».
Для начала установите потенциометр ALC PWR в положение до упора против часовой стрелки. Подайте ВЧ возбуждение в усилитель в режиме CW/RTTY до получения полной выходной мощности. Затем поворачивайте ручку потенциометра ALC PWR по часовой стрелке и контролируйте уровень мощности на внешнем Ваттметре (или показания FWD на приборе FWD/Vd усилителя). Прекратите  вращение ALC PWR в точке, в которой уровень мощности начнет уменьшаться. Если необходимо ещё снизить мощность, вращайте ручку ALC PWR, пока не будет достигнут необходимый уровень. Теперь при увеличении уровня раскачки из трансивера уровень выходной мощности останется прежним.
Максимальный уровень ALC напряжения (-15V)  генерируется, если уровень выходной мощности усилителя более 400 Вт.

     Подключения кабеля данных о диапазоне

Кабель данных подключается к разъёму D-SAB, расположенному на задней стенке усилителя.
Расположение выводов разъёма приведено на картинке ниже.

Выводы разъёма D-SAB: №1-160м; №2-80м; №3-40м; №4-30\20м; №5-17\15м; №6-12\10м; №7-RMT; №8- +5-12V ТХ; №9-GND.
Управление коммутацией диапазонных ФНЧ происходит в соответствии с указанной нумерацией – pin №№1-7. Напряжение для управления положительной полярности – достаточно TTL уровня, т.е. +5V. Максимальное управляющее напряжение не должно превышать +15V. Предельное напряжение, которое может выдержать этот терминал +30V.
Перевод усилителя в режим ТХ происходит подачей напряжения положительной полярности +5…+15V на pin №8. Этот вход защищён от перенапряжения до +100V.
В зависимости от модели применяемого трансивера следует принимать решение, каким способом произвести оптимальное управление усилителем по терминалу D-SAB.
Внимание: подключение кабеля следует выполнять только в выключенном состоянии усилителя и трансивера. Корпуса усилителя и трансивера должны быть подключены к общему заземлению.

      Схемы защиты

Усилитель мощности  DN-600 снабжен шестью схемами защиты. Если усилитель мощности отключился по какой-то причине, то перед инициализацией необходимо выяснить причину срабатывания защиты и устранить ее. Восстановление прежнего режима работы (инициализация) возможно кратковременным нажатием на кнопку ESC или выключением питания усилителя и включением его снова.

 • Перегрев

Если температура алюминиевого радиатора охлаждения транзисторов усилителя  достигает 80 градусов, то срабатывает биметаллический термический предохранитель, встроенный в радиатор. Усилитель принудительно переводится в режим «обход». Схема этой защиты не может быть отключена, поэтому вам необходимо подождать, пока радиатор остынет до необходимой температуры.
 
 •  Перегрузка по входу усилителя

Если уровень раскачки превысит 90 Вт, то сработает одна из защит, установленных во входных аттенюаторах усилителя. Срабатывание защиты индицируется светодиодом IN на передней панели усилителя. Усилитель переводится в режим пониженной мощности. Нежелательно длительно использовать усилитель в таком состоянии в режимах c несущей — RTTY, SSTV, FM.

 •  Перегрузка по выходу — установка некорректного диапазона

Если уровень выходного ВЧ напряжения превысит допустимый порог — сработает защита, установленная на выходе ШПУ. Срабатывание защиты индицируется светодиодом OUT на передней панели усилителя. Датчик перегрузки установлен между платой ШПУ и платой ФНЧ, поэтому он отреагирует на любую неисправность, возникшую на плате ФНЧ. Эта схема защиты также сработает при установке некорректного диапазона. Обычно это происходит в режиме ручной установки диапазона, если рабочий диапазон усилителя ниже диапазона трансивера. В этом случае фильтр усилителя просто не пропускает более высокую по частоте мощность, которая подана из трансивера на вход ШПУ. Выходная ВЧ мощность отражается от низкочастотного фильтра. Возвращаясь обратно в ШПУ, эта мощность может вывести из строя дорогостоящие MOS FET транзисторы усилителя.

 •  Защита по уровню отраженной мощности

Если КСВ в нагрузке превысит значение 3, то сработает система защиты по уровню отраженной мощности. Срабатывание защиты индицируется светодиодом SWR на передней панели усилителя. В этом случае, самое  простое решение  — снизить мощность возбуждения из трансивера. Однако рекомендуется также проверить и КСВ антенны. Если не удается согласовать антенну, но антенна работоспособна, используйте антенный тюнер.

 •  Защита от повышения температуры внутри усилителя

В схемотехнике усилителя применены два термических датчика от которых поступают данные о внутренней температуре усилителя. Один датчик установлен в задней части радиатора, второй датчик установлен в нижней части усилителя. В случае повышения температуры включается внутренний вентилятор. Скорость вращения лопастей обоих вентиляторов плавно увеличивается в соответствии с ростом температуры. Если охлаждения будет недостаточно — сработает схема защиты. Срабатывание защиты индицируется светодиодом FAN на передней панели усилителя. Оба вентилятора перейдут в режим усиленной вентиляции. Если и после этой меры обдува не будет хватать для охлаждения – светодиод FAN не будет гаснуть – следует включить режим «продувки» FAN кнопкой AUTO/FAN на передней панели усилителя. Не следует пытаться отключить защиту FAN кнопкой сброса ESC. Тем самым вы будете переводить усилитель в тяжёлый температурный режим, который опасен возникновением неисправностей в работе усилителя.

 •  Защита от комплексной перегрузки

В случае неграмотной эксплуатации усилителя могут возникать ситуации, когда не выполняются сразу несколько обязательных условий при эксплуатации любого транзисторного усилителя. В этом случае срабатывает какая-либо из защит и дополнительно блокируется подача номинального напряжения смещения на MOF SET транзисторы усилителя. Индикация срабатывания этого типа защиты происходит изменением яркости свечения светодиода OPR. В случае, когда защита сработала, яркость свечения светодиода OPR снижается. И дополнительно яркость свечения светодиода OPR может уменьшаться в такт излучаемому сигналу. При срабатывании этой защиты резко уменьшается напряжение смещения транзисторов — соответственно они переходят в режим работы в классе С. Тем самым снижается выходная мощность усилителя, в режиме SSB возможно появление заметных искажений. В зависимости от того, какая из защит сработала дополнительно — принимается решение к способу возврата усилителя в режим правильной эксплуатации. Если сработали ещё защиты IN или OUT — достаточно уменьшить мощность возбуждения из трансивера. Если сработала ещё защита SWR — проверьте антенно-фидерную систему. Если сработала ещё защита FAN — увеличьте поток воздуха для охлаждения усилителя. Проверьте свободный доступ воздуха к усилителю.

 

     Описание работы основных схем и блоков устройства

    В этом разделе приводится описание основных модулей усилителя.

   1)    Блок DC питания.
   2)    Алюминиевый радиатор охлаждения MOS FET транзисторов усилителя.
   3)    Блок плавного пуска блока DC питания.
   4)    Внутренний вентилятор.
   5)    Плата ФНЧ и КСВ-метра.
   6)    Плата ШПУ.
   7)    Плата первого входного аттенюатора.

   Основой блок DC питания

Основной блок DC питания №1 подает 47V DC напряжения для питания выходного каскада усилителя мощности. Применяется импульсный блок питания от Mean Well SE-1000-48. Он защищён от короткого замыкания в нагрузке, перегрузки по току, перегрева и перенапряжению. Система охлаждения от Mean Well изменена. Применён менее шумный вентилятор. Для сохранения объёма потока охлаждающего воздуха применён вентилятор большего размера – 120х120мм.
Схема мягкого пуска блока DC — блок №3 позволяет предотвратить броски АС тока. Часть линии питающего напряжения 47V преобразуется в напряжение 24/15V для питания  вентиляторов охлаждения и схем усилителя через DC-DC преобразователь.

   Усилитель мощности

ВЧ блок усилителя мощности №6 ШПУ — это сердце устройства, состоящее из четырех  транзисторов MRF150, производства компании Motorola. Усилитель представляет собой параллельную двухтактную схему, работающую в режиме класса АВ. Блок PA имеет аттенюатор с затуханием 3dB  на входе для понижения усиления, повышения стабильности и широкополосности усиления. Аттенюатор имеет систему защиты от превышения установленного уровня ВЧ напряжения на входе усилителя. Датчик измерения входной ВЧ мощности Pin размещается в схеме этого АТТ. Радиатор снабжен двумя различными термальными датчиками для определения температуры 30°С и 60°С соответственно. При достижении температурного порога в 30°С градусов включается внутренний вентилятор и оба вентилятора охлаждения переходят в режим вращения на повышенной скорости. Скорость вращения лопастей вентиляторов увеличивается в соответствии с ростом температуры. При достижении температуры 80°С усилитель автоматически переводится в режим «обход» для защиты от перегрева транзисторов оконечного каскада.
Блок выходных фильтров №5 содержит 7 диапазонных фильтров нижних частот, которые включаются в схему автоматически (от декодера диапазонов) или вручную, при переключении рабочего диапазона переключателем BAND на передней панели усилителя. Каждый ФНЧ предназначен для подавления гармоник сигнала и обеспечения соответствия усилителя требованиям международных телекоммуникационных стандартов к передающему оборудованию.
В блоке ФНЧ №5 расположена схема КСВ-метра. Схема защиты от повышенного значения КСВ расположена в этом же блоке. Датчики измерения выходной мощности FWD и отражённой мощности REF выдают соответствующие сигналы на аналоговые измерительные устройства.
В блоке ФНЧ №5 расположено мощное быстродействующее реле переключения антенны в режимах RX-TX.

   Плата входного аттенюатора

Входной аттенюатор №7 выполнен на мощных специализированных безындукционных резисторах. Общее затухание аттенюатора около 5dB. Он выполняет функцию понижения общего усиления и защиты от перегрузки мощных транзисторов усилителя. Аттенюатор имеет свою систему защиты от превышения ВЧ напряжения. Предел, при котором сработает защита, может регулироваться независимо от установочных параметров второго АТТ, расположенного в блоке №6 ШПУ. На плате входного аттенюатора расположено быстродействующее реле, коммутирующее вход усилителя.

В этом разделе будет уместно разместить информацию для пользователей QRP техники, которые часто вопрошают: «А какой минимальной мощности будет достаточно для раскачки усилителя?» — отвечаю —
1.Варианту 4хMRF150 достаточно 6-8Вт, 4хSD2933 12-15Вт, 4хSD4933 10-13Вт.
«Что сделать в усилителе, чтобы его можно было раскачивать меньшей мощностью?»
2.Исключить первый АТТ — припаять перемычку, которая замкнёт накоротко последовательные резисторы входного АТТ и откусить (отпаять) резисторы АТТ на корпус.
3.Покрутить подстроечный резистор во входном АТТ — перенастроить защиту IN по потребности — т.е. кому это будет нужно. 
Примечания:
а.Даже в случае исключения обеих АТТ на входе усилителя, при надобности можно сохранить работу защит IN.
б.Для интересующихся — схемы усилителя с июля 2012г. выложены в форуме.

     Особенности конструкции

При разработке конструкции усилителя учитывались реалии эксплуатации и пересылки/перевозки таких устройств. Основные усилия были направлены на отработку надёжности и простоты управления.
В связи с тем, что кампании перевозчики часто допускают небрежное отношение к перевозимому грузу, конструкция усилителя выполнена очень жёсткой. К сожалению, это увеличило вес корпуса, но иного решения задачи сложно придумать. Корпус выполнен из 1,5мм оцинкованной стали. Применены дополнительные перегородки жесткости, которые укрепляют конструкцию и дублируют крепление всех основных блоков усилителя. Окрашены порошковой эмалью только верхняя крышка и лицевая панель. Это позволило использовать элементы конструкции в качестве дополнительного теплоотвода. Дно корпуса соединено с алюминиевым радиатором посредством 8-ми винтов для увеличения теплового контакта.
Обращаем внимание пользователя на тот момент, что нужно обеспечивать свободный доступ воздуха к корпусу усилителя со всех сторон. Не подкладывайте под усилитель какие-либо мягкие материалы. И не устанавливайте усилитель на мягкую поверхность, которая может уменьшить зазор между дном и поверхностью, на которой усилитель установлен. В противном случае не будут полностью выполняться заложенные производителем функции корпуса усилителя. Крепление блока питания продублировано с противоположных сторон его корпуса, что обеспечивает надёжное его крепление, которое обязательно при пересылке. 
При моделировании системы охлаждения принят вариант с двумя вентиляторами. Один вентилятор нагнетает воздух, второй вентилятор работает на вытяжку воздуха из корпуса. Таким образом, охлаждаемые элементы находятся в свободном потоке воздуха. Типы вентиляторов применены с максимально возможным диаметром крыльчатки. Тем самым обеспечивается минимальный шум от вентиляторов. Внутренний вентилятор работает в более тяжёлых условиях, поэтому применён более мощный его тип. Для уменьшения шума от внутреннего вентилятора, он запитан пониженным напряжением 10V.

Резисторы входного аттенюатора рассеивают большую мощность — при максимальной мощности усилителя более 50Вт. Входной АТТ выполнен отдельным блоком и отнесён от радиатора охлаждения транзисторов, чтобы не усугублять температурный режим транзисторов усилителя. Задняя стенка корпуса усилителя служит теплоотводом для резисторов входного аттенюатора.

Лицевая панель не выполняет несущей функции, поэтому выполнена съёмной. Снять лицевую панель очень легко. Достаточно снять ручку с оси переключателя BAND и открутить 4-ре винта крепления в углах лицевой панели. Возможно, эта особенность будет полезна при эксплуатации усилителя в экспедиционных и полевых условиях. Когда при частых транспортировках всегда есть опасность повредить внешний вид усилителя.

 

Вниманию интересующихся заказом готового изделия. Отработан более мощный вариант усилителя DN-600 на 4-х транзисторах SD2933. Один транзистор SD2933 по ТУ выдаёт в номинале 300Вт на 30МГц. На двух таких транзисторах выполнен американский усилитель 500Вт — КРА-500. Т.е. речь идёт о «неубиваемой» версии DN-600 — для любителей «экстрима».
Подробности по этой версии DN-600 — ниже файл «DN600 ekspluatacia«. Для любителей походов с усилителем в рюкзаке изготовлен для DN-600 дюралевый корпус, смотреть фото по теме по ссылке => «Дюралевый корпус«. Вес усилителя в корпусе из дюраля не превышает 8кг. 

Информация от 05.2012г. — на сей момент возможна комплектация усилителя 4-мя типами транзисторов: MRF150, SD2933, SD2943, SD4933. Подробности в тему отличий можно почитать в файле — жмём мышем на название файла => «DN600 ekspluatacia» 

Ниже дополнения по теме вариантов исполнения DN-600 и => «Пользовательский ликбез«, который полезно почитать не только пользователям этого усилителя. В очередной раз напоминаю, что невозможно придумать 100% надёжности защиту от статического электричества. Подробности в тему см. в = > Пользовательском ликбезе.

Короткие ответы на наиболее часто задаваемые вопросы:

Импульсный БП шумит? — нет, не шумит.

Хватает ли мощности блока питания? — блок питания дорабатывается — на диапазоне 40м в SSB мощности блока питания хватает для получения выходной мощности до 850Вт. В «цифре» можно получать до 550-600Вт.

Какая мощность по диапазонам? — с MRF150 — от 500Вт на 10м, до 600-650Вт на диапазонах ниже 10МГц; в «умощнённом» варианте — от 550Вт на 10м, до 800Вт на 7-10МГц. Где почитать отличия вариантов исполнения усилителя? — см. ниже ссылка на pdf файл по эксплуатации или жми сюда => DN-600. 

В чём отличия версии на SD2933 от версии на SD2943? Транзисторы SD2943 более мощные (350Вт на транзистор), соответственно на некоторых диапазонах выходная мощность больше + немного увеличивается надёжность усилителя, если снимать с него такую же мощность как и с транзисторами SD2933.  

Сильно ли шумит вентилятор? — чем большую мощность снимаем с транзисторов — тем большим потоком воздуха их следует обдувать. При обычной работе в SSB при полной выходной мощности радиатор транзисторов не успевает нагреваться до момента автоматического увеличения оборотов двигателей вентиляторов. Посмотреть-послушать работу усилителя можно на ютубе — видео выложено по ссылке => ВИДЕО

Все технические вопросы размещать в форум, ссылка на форум => ФОРУМ

Инфо для пользователей QRP трансиверов, которые спрашивают о варианте усилителя с минимально возможной мощностью на входе. Варианту на 4хSD4933 (SD2933), если убрать все аттенюаторы, которые есть между входным гнездом на задней панели усилителя и входом ШПУ, будет достаточно до 15Вт, чтобы он вышел на «крейсерскую» мощность. Повышенное значение мощности нужно будет на частотах выше 21МГц, ниже 20Мгц достаточно до 10Вт. Но в этом случае уже не будет защиты по входу усилителя от «перекачки» — т.н. защина IN. Т.е. полностью на совести пользователя будет лежать тема — «А как же спалить транзисторы по затворам?».

Инфо для пользователей QRPP-p-p-ppp трансиверов. Изготовлен вариант усилителя с раскачкой от 1,5-2В — внимание! — не 1,5-2Вт, а именно 1,5-2Вольта на 50Ом. Т.е. с дополнительным предусилителем. Защита по IN в таком варианте исполнения тоже полностью лежит на пользователе. 

       Вентиляторы

Проверен в работе 21 тип вентиляторов, размерами 120х120х25; 120х120х38; 140х140х25. Подшипники различные – как шариковые, так и скольжения. Производительностью до 234м3/ч.     
Типы кулеров:
Sunon EEC0251B1-A99
Sunon EEC0384B1-A99
Sunon HAC0251S4
Brushless BDh22025S
Zalman ZM-SF3
Zalman ZM-F3
Akasa AK-174BKT-B
Coolermaster A12025-12CB-5BN-L1
Coolermaster SickleFlow 120 2000 RPM
Coolermaster SAF-B83-E1-GP
Coolermaster Blade Master 120 R4-BMBS-20PK-R0
Coolermaster R4-XFBL-22PR-R1
Coolermaster R4-EXBB-20PK-R0
Coolermaster R4-L2R-20AC-GP
Coolermaster 80U1 SAF-B83-E1-GP
Xilence COO-XPF120.2CF
Glacialtech IceWind GS-14025
Titan TFD-12025SL12Z/KU
Titan TFD-14025 L 12 Z/KU(RB)
Titan TFD-12025L12Z
Deepcool UF 120

Выводы:
1.К обзорам вентиляторов, которые регулярно выкладывают в интернете представители торгующих структур, следует относиться скептически.
2.Не факт, что более дорогой тип вентилятора будет обладать лучшими характеристиками в сравнении с дешевыми.
3.Не факт, что известная контора производит более качественные вентиляторы в сравнении с малоизвестными производителями.
4.Не факт, что встречаемые в интернете однозначно положительные отзывы о каком-то типе вентиляторов или производителе будут на самом деле верны.
5.Практически всегда можно найти образец в сегменте дешевых, который ничем не будет хуже дорого аналога.
6.Не факт, что вентилятор с двигателем с бОльшим потреблением тока будет обеспечивать и бОльший поток воздуха.
7.Можно подобрать вентилятор под требуемые параметры усилителя. На сегодня выбор огромен. Для любителей Сontest следует выбирать вентиляторы со скоростью вращения ротора не менее 2700-3000 об/мин. Для любителей работы с DX можно применить менее шумный вентилятор со скоростью вращения 2200-2600 об/мин. Для экстремальных вариантов – цифровые Contest – следует применять вентиляторы размера 120х120х38мм.
8.Зависимость прямая между оборотами вентилятора и воздушным потоком.
9.Зависимость прямая между воздушным потоком и шумом от вентилятора. Рекламируемые некоторыми производителями и продавцами «шумоуменьшающие трюки» в виде «специально изобретённой и программно просчитанной конфигурации лопастей» или каких-нибудь «дополнительных уменьшающих шум лопастей» — маркетинговый ход и не более того.
10.Производители научились изготавливать шарикоподшипники, которые практически уравнялись по шуму с подшипниками скольжения. В итоге от двигателя шум минимизирован – шум только от потока воздуха.
11.Не факт, что вентилятор с каким-нибудь рекламируемым «ноу-хау» — типа «супер-пупер-особенной» конструкцией лопастей, будет давать меньший шум в сравнении с «классикой». 12.Следует обратить внимание на вентиляторы, выполненные из «резиноподобного» пластика – корпус такого вентилятора лучше демпфирует вибрацию двигателя. Но шум от движущегося воздуха пластичный корпус никак не уменьшает. Тоже самое относится и к лопастям вентилятора из мягкого пластика.

Мораль басни:  Тема не шумящего и не горячего настольного усилителя не оставляет пользовательские умы в покое… Если вариант 500-600Вт выходной мощности реален на столе перед оператором, т.е. когда можно выдержать 200-300Вт «паяльник» перед носом (200-300Вт — это мощность рассеиваемая в тепло в линейном усилителе класса АВ мощностью 500-600Вт), то вариант 1кВт и более – если и настольно, то однозначно не на одном столе с микрофоном (при 1кВт Рвых нужно будет рассеять в тепло уже не менее 400Вт!). Следует конечно оговаривать вид излучения и время работы на ТХ. Провести 2-3-5 минутное QSO в SSB и «пикать цифрой» суточный тест – это «две большие разницы». Здесь нужно быть реалистом – включать, скажем 500Вт «калорифер» на 2-5-10 минут в час (SSB с DX) или на 12 часов в сутки (суточный Test) в комнате – результат нагрева комнаты кардинально отличающийся. Выделяющиеся «килоджоули» потребно выдувать из корпуса усилителя. Для снижения скорости потока воздуха – соответственно и шума – наиболее реален вариант увеличения охлаждаемой площади. Но здесь тоже не всё так «радужно» — ограничение – теплопроводность материала охладителя. В прямой зависимости теплопроводность – цена. Дюралевый охладитель оптимален по стоимости но, к примеру, увеличение в два раза площади радиатора в DN-600 даёт выигрыш лишь в первоначальной теплоёмкости. Т.е. имеет смысл только в усилителе для кратковременных QSO. Для усилителя «кирпич на ключе» даже увеличение площади дюралевого охладителя на порядок не даёт реального выигрыша. В таких случаях следует переходить на медь, а это резко увеличивает стоимость. Пока не встретил ни одного пользователя, готового раскошелиться на медь для своего удовольствия…

Итоговая мораль: Сколько хотим по времени мощности – столько же нужно и «выдуть» тепла. Соответственно — чем «короче» мощность – тем меньше дуем – тем меньше шума. Не путать эти понятия с реально выдаваемой мощностью усилителя. Можно от DN-600 и 900Вт получить, но в ограниченно короткое время. Для длительных бесед и тестов, как и заявлено – 500-600Вт. На эту «планку» настраиваются все защиты и «продувка» для защиты от перегрева транзисторов оконечного каскада.

Схемы, файлы, pdf, djvu : 

Транзисторный усилитель мощности НЧ 4-й группы сложности 😉

Всем доброго времени суток! Вот с чем я осмелюсь с Вами поделиться. Тема для многих известна, и понятна. В чём она состоит. Дальше чисто моё ИМХО.

Классы аудио-аппаратуры, транзисторы, лампы…

Давно любителям звука внушают – если лампы, то в любом проявлении, а если транзисторы, то чтобы их было o-очень много! Иначе лапового звука не добьёшься ).

Например советские стандарты сначала классифицировали аудио-аппаратуру по кассам 4-й, 3-й, 2-й, 1-й!, и наконец ВЫСШИЙ!!!

Что в принципе для ламповой аппаратуры отображало состояние вещей. Но потом, в транзисторную эпоху, какой-то умник предложил классифицировать всё по сложности.

То есть, чем больше деталей, тем аппарат лучше и соответственно дороже )!!! Значит усилитель в котором больше транзисторов и микросхем выигрывает в классификации перед теми, у которого деталей меньше.

А усилитель с очень простой схемой так это вообще 4-я группа сложности! И по их понятиям эта группа априори звучать не должна вообще. Так может лучше измерять класс аппаратуры вёдрами? Ведро деталей – 0-я; полведра -1-я и т.д…шутка ). Да и давно это кануло… Но осадок остался.

И как-то раз мне захотелось вернуться в старые времена, когда транзисторы были ещё не так распространены (времена  господствования ламп) и вспомнить о тех усилках, которые собирали ещё на германиевых П201, П4,П203, МП39…

Тогда о кремнии мы даже не подозревали ). А низкие напряжения питания, да ещё появившиеся  комплементарные германиевые n-p-n транзисторы, позволявшие убрать трансформаторы,  как-то вселяло надежду ухода от ламп. Это потом стало трендом, что лампы непобедимы в звуке. Но вернемся к теме.

Прошло время, сменились поколения транзисторов и схемотехнических решений. Основным течением стало получение максимальных объективных параметров. 

Стали появляться монстороидальные схемы с сверхсимметричными структурами  суперглубокими ОООС, КНИ с исчезающе малыми процентами, полосы пропускания от 0 до 100000…. Гц, скорости нарастания 100… в/мкс, и.т.д.

Но чем больше бьются в угоду объективным измерительным приборам, чем больше усложняют схемы, тем больше субъективные уши напрягаются ).

И самое главное, как я считаю — это наличие в таких сложных схемах большого количества корректирующих конденсаторов, устраняющих их неизбежную неустойчивость.

Я так рассуждал: для расширения полосы частот и повышения скорости нарастания выходного сигнала применяют чуть ли не СВЧ транзисторы. Логично.

Но схема неустойчива к возбудам, и начинается процесс убивания частотных свойств транзисторов обвешиванием цепей прохождения сигнала конденсаторами.

Что становится с ВЧ транзистором, если ему между коллектором и базой включить конденсатор? Да, частотные и скоростные свойства транзистора сильно страдают, он становится более низкочастотным.

Это как для быстрой езды купить феррари а сзади прицепить телегу. И вот происходит всем известный процесс – на входной каскад с одной стороны приходит хороший исходный сигнал, а с другой – задержанный трактом усиления сигнал обратной связи. Со всеми вытекающими…Помните про динамические искажения?

А что лампы? Человек воспринимает нечто другое, чем то, что показывают приборы. Для интереса почитайте Лихницкого. Какие в довоенном «телефункене» параметры? Мистика..? 

Но то, что лампы звучат не с миллионными долями процента нелинейных искажений, а с нормальными полными процентами, и с АЧХ не до радиочастот, а нормальных килогерц, не останавливают упоротых биться за идеальный транзисторный усил., который  низвергнет лампы своими охренительными параметрами и разрабатывать всё более изощрённые схемотехнические навороты.

Но я о своём. Как-то раз мне пришло в голову попробовать древнюю транзисторную схему на современных элементах, естественно используя их открывшиеся дополнительные возможности.

Ясное дело, до такой крайности, как германиевые транзюки, я не дошел. Были использованы хорошие «быстрые» транзисторы.

Результат был получен потрясающий. Это была песня… Идея была верна – не гнаться за выжиманием максимальных параметров, а дать звуку просто пройти по тракту быстро, нигде не «зацепившись».

И еще. Моё мнение о лампостроителях, которые повторяют транзисторную архитектуру на лампах, и вынуждены обвешивать их фазокорректирующими конденсаторами, что люди специально добиваются от них классического «транзисторного» звучания. 

Принципиальная схема транзисторного УМЗЧ

Свою транзисторную схему я снабдил однополярным стабилизированным питанием и с разделительным выходным конденсатором (как в старые добрые времена).

ООС по постоянке и переменке складываются с входным сигналом в одной точке. На всю схему только один транзистор работает по схеме с ОЭ, что благоприятно сказывается на устойчивости, и делает ненужными корректирующие конденсаторы.

Он, разгруженный мощным  повторителем,  определяет всё усиление по напряжению. Этим объясняется и достаточно небольшая глубина ОС.

К тому же эта пара транзисторов, является довольно мощным линейным однотактным усилителем, имеющим токовое управление.

Рис. 1. Принципиальная схема УМЗЧ на шести транзисторах в эмуляторе Electronics Workbench.

Входной эмиттерный повторитель обеспечивает преобразование входного напряжения в управляющий ток. Далее выходной повторитель — и в нагрузку. Как мне кажется, короче тракт усиления сделать невозможно. И уменьшить задержку сигнала ОС тоже. Хотя…В конце статьи я об этом приписал.

Вот самый простой вариант схемы. Чем не 4-я группа сложности – всего 6 транзисторов! На типы транзисторов внимание можно не обращать — я выбирал из того, что было в коллекции Workbench, а ему всё равно, какие напряжения и токи выдерживает тот или иной тип транзистора.

Даже такой примитив уже будет звучать прилично.

А дальше — уже 7 транзисторов. И больше не надо. Разве что параллелить выходные  для умощнения.

Рис. 2. Принципиальная схема УМЗЧ на семи транзисторах в эмуляторе Electronics Workbench.

Эксперименты и реальное применение схем

По примерно такой схеме (естественно немного развив) я сделал несколько разных усилителей. Все они интегрированные и имеют схемы коммутации, стабилизации, автоматики и т.п.,  поэтому может показаться, что они сложны. Но я речь веду только об усилителе мощности.

На этом я впервые испытал возможности данного схемного решения.

Рис. 3. Вариант 1 — интеграция УМЗЧ в корпус с эквалайзером, 2х75вт/4ом.

Вот как можно использовать никому не нужную вещь;)  Причем даже штатная начинка не пострадала! Его только немного «причесать» и может кому пригодится.

Следующий вариант: вес 7.4кг, 2×170Вт/4Ом, 2×100Вт/8Ом. Питание — 92В, стабилизированное.

Рис. 4. Вариант 2 — УМЗЧ 2×170Вт/4Ом, 2×100Вт/8Ом.

Ушел он от меня, даже фото нутра не осталось. Там ещё планировалось гнездо “Phones”, даже положение переключателя пустует, но… не осилил:)))
 
Третий экземпляр: вес 3,8кг; 2х75Вт/4Ом, 2х45Вт\8Ом. Питание — 62В стабилизированное. Малыш. Я его хочу попробовать ещё и как гитарный.

Рис. 5. Вариант 3 — Малыш выдающий 2х75Вт/4Ом, 2х45Вт\8Ом.

«Ламповизатор» уже встроен, только кнопку управления усилением установить (пустое место на передней панели само просится его занять).

Четвертый экземпляр. Неброский, но самый лучший, Вес 6,3кг. Выходная мощность — 200 Вт на канал.

Рис. 6. Четвертый вариант реализации УМЗЧ на транзисторах (вид спереди).

Рис. 7. Четвертый вариант реализации УМЗЧ на транзисторах (вид со стороны разъемов).

Фейс не оформлен по причине трудностей технического характера.

Большая часть элементов питания и автоматики находится в подвале шасси снизу. Там ещё был симисторный нормализатор питания с отводами от первички, но я потом посчитал это вредным излишеством. Ведь 1,7 вольта падения на симисторе тоже деньги;)

Третий и четвертый делались как референсные, легкие и компактные, которые можно носить с собой в сумке, например для сравнительного прослушивания.

При этом они имеют вполне «взрослые» характеристики: выходная мощность последнего на 4 Ома — не менее 200 ватт на канал (до прогрева трансформатора я получал неискаженных 250 Вт), на 8 Ом не менее 120 Вт. При этом его звучание превосходит все немногочисленные доступные мне усилители (Arcam, NAD, Fisher…).

Вот полная схема последнего:

Рис. 8. Принципиальная схема четвертого варианта УМЗЧ с выходной мощностью 2х200Вт на 4Ом.

В стиле Workbench )

Термомодуль (термостат) поддерживает стабильность симметрии выходного сигнала в широком диапазоне рабочих температур. Это же однополярка…

А вот доводить ли до ума пятый, сомнения появились. Кому такой монстр нужен? Динамики я и предыдущим попортил.

Ожидалось: вес порядка 9,5-11кг, мощность расчетная номинальная 2х450Вт/4Ом, 2х250Вт/8Ом, максимальная 2х550Вт, 2х290Вт. Питание усилителя мощности — 140В стабилизированное.

Да и в последнее время на лампы отвлекся.  Может быть закончу его, если только разживусь полкиловаттными басовиками. Или кому может понадобится.

Рис. 9. Не завершенный УМЗЧ — пятый вариант, 2х450Вт/4Ом, 2х250Вт/8Ом.

Кстати, меня заинтересовало схемное решение двуполярника NAD (он без дифкаскада на входе). И следующим моим экспериментом возможно, будет попытка применить модифицированную мной схему УМ усилителей NAD:

Рис. 10. Схема транзисторного УМЗЧ с двуполярным питанием.

Может это подойдет для него. Тогда назову его усилителем 3-й группы сложности.  Придется ради мощи чем-то пожертвовать. Надеюсь не слишком фатально.

Детальки не все указал, может с кем придется ещё пообщаться та эту тему 🙂

В завершение

И ещё. Самый на мой взгляд большой недостаток таких схем, это невозможность реализации обычной защиты выходных транзисторов по мощности. В одной полярности реализуемо, в другой – будет дым.

Поэтому эксплуатировать их нужно аккуратно: не коротить, и сильно не перегружать. Правда были мысли, но схемы сильно разрастались, и не факт, что без потерь. Придется, как в древних усилителях применять триггерную защиту. Для домашнего применения пойдет.

Сомневающимся (типа, трансы мелкие) скажу — все ватты честные, все дело в…Хотя это отдельная тема.

Понятно, что хвалиться качеством поделок не приходится – всё делалось на коленках и на обеденном столе с помощью напильников и ручного инструмента. Но речь ведь идет о схемном решении.

И наконец. Есть у меня подозрение, что такое решение не я первый придумал. Когда-то давно в журнале, то ли «радио», то ли «радиолюбитель», то ли…, был обзор о выставке подобных устройств где-то в Москве.

И там некий пожилой товарищ выставил усилок, который наделал шороху. Там и фотка была. Схему он засекретил. И я бы так же сделал – покажи такую схему, тебя не то, что не допустили бы к прослушиванию, а осмеяли, унизили и вышвырнули с такого серьезного мероприятия. 

Все слушатели отметили, что стереобаза у него шире, чем у всех остальных! Но потом успокаивали друг друга, заподозрив наличие в той поделке некого расширителя стереобазы (типа химия).

А насчет просто высокого качества звучания, всё списали на класс А – «там же вентиляторы  — неспроста!»J. Хотя усилок был маленьким но мощным – какой там «А»!. Если кто нароет ту статью, сообщите, плс!.

Потом, подумав, я всё же нашел решение, как ещё более приблизить звук к идеалу. Идея пришла прямо при перечитывании своего же текста! Правда, массогабаритные показатели от этого подрастут (но это если не снижать выходную мощность). Но об этом только после экспериментов.

Ой, чую, как меня сейчас начнут бить! Они такое г…но даже на макете пробовать не станут! Ведь для нормальных грамотных людей всё и так понятно – так мало транзисторов звучать не могут (потому что, когда и много —  всё равно не звучат)!  Не то, что пара ламп…

А истина где-то там… 

73!

С ув. Васильев В.И. E—mail: vlivas[собачка]i.ua; vasigvlad[собачка]gmail.com

Транзисторный усилитель — мощность — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Транзисторный усилитель — мощность

Cтраница 1

Транзисторные усилители мощности работают в трех основных классах. На рис. 73 изображен режим работы усилителя мощности с ОЭ в класс А.  [2]

Транзисторный усилитель мощности является нелинейным устройством, и поэтому в нем возможны нелинейные искажения усиливаемого сигнала. Проявляются эти нелинейные искажения по-разному, и для их качественной и количественной оценки вводятся четыре основных вида характеристик.  [3]

Транзисторные усилители мощности, как и ламповые, работают в трех основных классах — А, В и АВ.  [4]

Рассмотренный транзисторный усилитель мощности применяется главным образом в качестве предоконечного или маломощного выходного каскада.  [5]

Поэтому транзисторные усилители мощности с питанием от источника переменного тока для управления ШД практически не используются.  [7]

Поведение транзисторного усилителя мощности на различных частотах можно отобразить с помощью диаграммы рис. 8.4, где области возможного самопроизвольного возбуждения транзистора заштрихованы.  [8]

Для транзисторных усилителей мощности более характерна работа в классе В, чем в классе А, в связи со значительно большей экономичностью первого.  [9]

Для транзисторного усилителя мощности характерны большие амплитуды выходного напряжения и тока, а следовательно, и входного тока. При этом, как указывалось выше, возрастают нелинейные искажения, обусловленные зависимостью входного сопротивления от входного тока.  [11]

Для транзисторного усилителя мощности характерно, что нелинейные искажения возникают не только в выходной ( коллекторной) цепи, но и во входной цепи. Это связано с тем, что входные характеристика транзисторов / э f ( U3) и / б f ( U5) нелинейны, вследствие чего TOF эмиттера ( в схеме ОБ) и ток базы ( в схеме ОЭ) оказываются искаженны ми по сравнению с входным напряжением. Учитывая, что транзисто в усилителе мощности работает в режиме большого сигнала, нелиней ные искажения, вносимые входной цепью, часто получаются значи тельными.  [12]

Работа транзисторного усилителя мощности класса В аналогична работе усилителя мощности на электронных лампах. При подведении входного сигнала в течение каждого последующего полупериода ток проводит один из транзисторов, на базу которого поступает отрицательное напряжение.  [13]

В транзисторных усилителях мощности наибольшее распространение получила схема с общим эмиттером, аналогичная схеме лампового усилителя с общим катодом.  [14]

Применяемые схемы транзисторных усилителей мощности не позволяют изменять величину заряда в базовой области в соответствии с законом изменения напряжения возбуждения, например гармонического. В результате импульс коллекторного тока лишь в первом приближении характеризуют отрезком косинусоиды.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).

 

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

 

Интегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

 

 

Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.

 

Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.

 

Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.

 

Главная цель усилителя мощности — усилить сигнал до значения, которое позволит подключённым акустическим системам воспроизвести его с достаточной громкостью. Усилители мощности, как правило, не имеют каких-либо настроек, в том числе не имеют и регулировки громкости, так как все регулировки производятся с подключённого к усилителю мощности предусилителя. Усилители мощности также бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.

 

Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.

 

Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.

 

Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.

 

Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем,  детальность может обернуться «звоном» и «зернистостью» высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.

 

Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.

 

Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.

 

Выносной блок питания – Часть усилителя, вынесенная в отдельный корпус и отвечающая за питание всех его схем. Состоит из трансформатора и блока конденсаторов. В большинстве случаев блок питания делают встроенным, но часть производителей в топовых моделях своих усилителей предпочитают выносить его за пределы общего корпуса, так как блок питания — это один из основных источников помех.

 

Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.

 

Усилитель типа «двойное моно» — это усилитель, каналы усиления которого (левый и правый) выполнены полностью автономно и независимо друг от друга, даже трансформатор блока питания у каждого канала свой.

Получается, что внутри одного корпуса размещаются два независимых друг от друга усилителя, каждый для своего канала усиления. Усилитель типа «двойное моно» — это золотая середина между интегральными и моноблочными усилителями.

 

 

Аналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.

 

 

Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.

 

Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.

 

Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

 

 

Усилитель класса «А» (однотактный усилитель) — это усилитель, у которого один усилительный элемент (лампа или транзистор) усиливает обе полуволны сигнала (положительную и отрицательную). Таким образом, каждый последующий усилительный каскад построен на базе только одной лампы или транзистора. Использование только одного усилительного элемента для обеих полуволн сигнала устраняет необходимость точной состыковки положительной и отрицательной волн от двух разных элементов, как происходит в усилителях класса «АВ», таким образом усилители класса «А» не обладают таким видом искажения сигнала как «центральная отсечка», свойственного некоторым усилителям класса «АВ».

 

Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса «А» в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.

 

Усилитель класса «АВ» (двухтактный усилитель) — это усилитель, в каждом последующем каскаде усиления которого за усиление положительных и отрицательных полуволн отвечают разные усилительные элементы (один за положительную полуволну, другой за отрицательную).

Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.

 

Усилители мощности

Все рассмотренные нами усилители относятся к категории усилителей на­пряжения, их основное назначение — получение максимального размаха выходного напряжения. Когда требуется большая выходная мощность, например для «раскачки» мощных громкоговорителей или антенн или питания электродвигателей, применяются усилители мощности. Они ха­рактеризуются высоким коэффициентом усиления по мощности, который достигается за счет высоких коэффициентов усиления по напряжению и по току.

	Рис. 30.8. Влияние отвода от первичной обмотки трансформатора в    резонансном контуре. Первичная обмотка L3 играет роль автотрансформатора.		Рис. 30.9. Транзисторный усилитель мощности звуковой частоты с заземленным эмиттером.

На рис. 30.9 приведена базовая схема выходного транзисторного каска­да с эмиттером, заземленным по переменному току. Для получения не­искаженного выходного сигнала усилитель должен работать в режиме класса А. КПД такого усилителя мощности очень мал из-за большого тока, потребляемого от источника питания. От этого усилителя можно получить только небольшую мощность. Его можно использовать в авто­мобильном радиоприемнике, где величина потребляемого тока не имеет значения.

Двухтактный режим работы

Двухтактные выходные каскады почти повсеместно используются в со­временных транзисторных усилителях. Двухтактный усилитель содер­жит два транзистора, работающих в режиме классаВ, каждый из кото­рых обеспечивает усиление только одного полупериода входного сигнала.

Двухтактный усилитель с использованием двух идентичных транзисторов

На рис. 30.10 показана упрощенная схема двухтактного усилителя. Эмиттерные переходы транзисторов имеют нулевое напряжение смещения, по­этому каждый из транзисторов проводит ток только в одном из двух чере­дующихся полупериодов входного сигнала. Входной трансформатор Tp₁ с отводом от средней точки вторичной обмотки работает как расщепитель фазы.

Рис. 30.10. Двухтактный усилитель мощности с двумя идентичными транзи­сторами и трансформаторным расщепителем фазы.

Два равных и противоположных по знаку (противофазных) сигнала формируются в каждом полупериоде на половинах вторичной об­мотки этого трансформатора: сигнал V_a, находящийся в фазе с входным сигналом, и сигнал V_b, противофазный входному сигналу. В то время как положительный полупериод сигнала V_aсоответствует положительному периоду входного сигнала, положительный полупериод сигнала V_bсоот­ветствует отрицательному полупериоду входного сигнала. Транзисторы T₁ и T₂ открываются, когда потенциал базы транзистора становится по­ложительным по отношению к потенциалу эмиттера. Таким образом, транзистор T₁ открыт в течение положительного полупериода сигнала V_a. При этом через него протекает ток i₁ от эмиттера к коллектору и далее через верхнюю половину первичной обмотки выходного трансфор­матора Tp₂ к источнику питания V_CC. Этот ток создает положитель­ный полупериод выходного сигнала на вторичной обмотке трансформато­ра Tp₂. Транзистор T₂ открыт в положительном полупериоде сигнала V_b, при этом ток i₂ протекает снизу вверх (в обратном по отношению к току i₁ направлении) через нижнюю половину трансформатора Tp₂, создавая отрицательный полупериод выходного сигнала на его вторичной обмотке. Выходной трансформатор с отводом от средней точки первичной обмотки объединяет эти два полупериода в один полный период выходного сигна­ла. Транзисторы T₁ и T₂ включены по схеме с общим эмиттером и имеют при этом относительно высокое выходное сопротивление. Так как сопро­тивление нагрузки выходного каскада очень мало, обычно менее 10 Ом в случае громкоговорителя, всегда используется согласующий трансфор­матор Tp₂.

Выходной сигнал двухтактного усилителя с нулевым смещением эмиттерных переходов транзисторов воспроизводится с искажениями типа «ступенька», как показано на рис. 30.10. Эти искажения связаны с нели­нейными участками характеристик двух транзисторов. Искажения воз­никают в те моменты времени, когда один транзистор начинает откры­ваться, а другой — закрываться. Для устранения этих искажений на базы транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения (0,1-0,2 В), как показано на рис. 30.11, где резисторы R₁ и R₂ образу­ют общую цепь смещения для обоих транзисторов. Нелинейности двух транзисторов компенсируют друг друга, и на выходе воспроизводится не­искаженный сигнал.

Рис. 30.11. Цепь смещения R₁ — R₂ устраняет искажения типа «ступенька». 

Транзисторные фазорасщепители

На рис. 30.12 показана схема фазорасщепителя на транзисторе прп-типа. Резисторы R₃ и R₄ имеют равные сопротивления, для того чтобы полу­чить на выходе два равных по величине и противоположных по знаку си­нусоидальных сигнала, снимаемых с эмиттера и коллектора транзистора. Для обеспечения максимальной величины неискаженного выходного сиг­нала отношение сопротивлений R₁ : R₂ должно находиться в диапазоне от 2 : 1 до 3 : 1. Типичные значения постоянных напряжений, определя­ющих режим транзистора по постоянному току, указаны на схеме.

Рис. 30.12. Транзисторный фазорасщепитель.

Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах

Двухтактный усилитель мощности на комплементарных транзисторах по­зволяет отказаться от использования как фазорасщепителя на входе, так и трансформатора на выходе. В этом усилителе используются два сим­метричных транзистора, рпр- и npn-типа, называемые комплементарной парой. Принцип его работы основан на том факте, что положитель­ный сигнал открывает прп-транзистор, а отрицательный сигнал — рпр-транзистор. На рис. 30.13 приведена базовая схема двухтактного усили­теля на комплементарных транзисторах (иногда называемая каскадом с дополнительной симметрией). Транзисторы T₁ и T₂ работают в режи­ме класса В, т. е. в точке отсечки. Используются два источника пи­тания: +V_CC и –V_CC. В положительном полупериоде входного сигнала транзистор T₁ открыт, а транзистор T₂ закрыт. Ток i₁ транзистора T₁ создает положительную полуволну тока в нагрузочном резисторе R. В отрицательном полупериоде открывается транзистор T₂, и теперь его ток i₂, имеющий противоположное току i₁ направление, протекает через на­грузочный резистор. Таким образом, на нагрузке формируется полный синусоидальный сигнал, соответствующий двум половинам полного пери­ода входного сигнала. Следует отметить, что в рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с общим коллектором, то есть как эмиттерные повторители, поскольку выходной сигнал снимается с эмиттеров транзисторов.

На рис. 30.14 приведена полная схема двухтактного усилителя мощно­сти на комплементарных транзисторах вместе с предвыходным каскадом.

Рис. 30.13. Базовая схема двухтактного усилителя на комплементарных тран­зисторах.

 

Рис. 30.14. Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах с неза­висимой цепью смещения для транзистора T₁ предвыходного каскада.

Схема модифицирована для питания от одного источника. Транзистор T₁ работает в предвыходном каскаде (предусилителе мощности). Цепь сме­щения R₁ — R₂ обеспечивает работу этого каскада в режиме класса А. При подаче питания устанавливается нормальный статический режим тран­зистора T₁ (транзистор открыт). Разделительный конденсатор Сз раз­ряжен. Следовательно, потенциал точки А, где соединяются эмиттеры транзисторов T₂ и T₃, равен нулю. Однако базы этих транзисторов нахо­дятся под положительным потенциалом, определяемым напряжением на коллекторе транзистора T₁. Это положительное напряжение открывает транзистор T₂. Транзистор T₃ (рпр-типа) при этом закрыт. Таким обра­зом, ток i₂, протекающий через открытый транзистор, будет заряжать конденсатор C₃, как показано на схеме. По мере заряда этого конденса­тора возрастает напряжение в точке А. Процесс зарядки продолжается до тех пор, пока не закроется транзистор T₂. Это происходит в тот момент, когда напряжение на эмиттере этого транзистора (в точке А) сравнива­ется с напряжением на его базе.

Если статический режим транзистора T₁ выбран таким образом, что его коллекторное напряжение равно 0,5V_CC, то транзистор T₂ закроется, как только потенциал точки А возрастет до 0,5V_CC. В результате схе­ма будет сбалансирована по постоянному току и каждому транзистору будет приложено напряжение, равное половине напряжения источника питания. Транзисторы T₂ и T₃ оказываются в отсечке (режим класса В) с нулевым напряжением смещения на их эмиттерных переходах, т. е. они находятся на грани включения при отсутствии входного сигнала.

При подаче входного сигнала транзистор T₁ находится в проводящем состоянии в течение всего периода, усиливая этот сигнал и обеспечивая «раскачку» выходных транзисторов T₂ и T₃. Комплементарная пара выходных транзисторов обеспечивает дальнейшее усиление сигнала, как это рыло описано выше при рассмотрении базовой схемы.

Схема на рис. 30.14 имеет низкую стабильность по постоянному то­ру. Любое изменение тока транзистора T₁ вызывает изменение статиче­ского режима выходной пары транзисторов, что может привести к иска­жениям выходного сигнала. Для улучшения стабильности использует­ся отрицательная обратная связь по постоянному току, обеспечивающая автоматическую подстройку смещения транзистора T₁, как показано на рис. 30.15. Постоянное напряжение, действующее в точке А (0,5Vcc), подается обратно на базу транзистора T₁ через резистор обратной связи R_F. В этой схеме громкоговоритель подключен к положительной шине источника питания через разделительный конденсатор С₃. Заметим, что в такой конфигурации ток транзистора T₃ заряжает этот конденсатор, а ток транзистора T₂ разряжает его. Вообще, транзистор, включенный «последовательно» с разделительным конденсатором, заряжает его, а включен­ный «параллельно» — разряжает. Через резистор R₄ на базы выходных транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения, обеспечивающее уменьшение искажений типа «ступенька». Резисторы R₆ и R₇ в эмиттерных цепях транзисторов T₂ и T₃ обеспечивают стабильность по постоянному току, а также неглубокую обратную связь по переменному оку, улучшающую частотные характеристики усилителя.

 

Рис. 30.15. Типичный двухтактный усилитель мощности на комплементарных резисторах. Смещение на базу транзистора Т₁ подается через резистор отрицательной обратной связи R_F.

Усилители постоянного тока

При усилении сигналов постоянного тока между каскадами действует не­посредственная связь, как показано на рис. 30.16. Напряжение на базу транзистора Т₂ напрямую подается с коллектора транзистора Т₁. По­этому статический режим (в отсутствие сигнала) транзистора Т₂ опре­деляется статическим режимом предыдущего каскада. Отсутствие раз­делительного конденсатора позволяет усиливать самые низкочастотные сигналы.

Усилители постоянного тока подвержены так называемому дрейфу, представляющему собой сдвиг рабочей точки усилителя при изменении температуры. Для устранения дрейфа в схему включаются термисторы (термосопротивления) или другие температурно-чувствительные элемен­ты, как показано на рис. 30.16.

Рис. 30.16. Усилитель с непосредственной связью.

 

Обратная связь в усилителях

На рис. 30.17 показана система с обратной связью, в которой часть вы­ходного напряжения подается обратно на вход усилителя. Напряжение υ_f есть напряжение обратной связи, которое добавляется к входному на­пряжению υ_i для получения эффективного входного напряжения e_i, дей­ствующего непосредственно на входе усилителя. Цепь обратной связи В передает весь или часть β выходного сигнала обратно на вход усилите­ля. Если выходное напряжение равно υ₀, то напряжение обратной связи равно

υ_f  = βυ₀

Эффективный сигнал на входе усилителя υ_i = e_i + υ_f = e_i + βυ₀. При введении обратной связи коэффициент усиления становится равным

Рис. 30.17. Обратная связь в усилителях.

При введении отрицательной обратной связи, когда напряжение обрат­ной связи находится в противофазе с входным напряжением, эффектив­ное входное напряжение e_i = υ_i – υ_f, что приводит к уменьшению коэф­фициента усиления всей системы. При положительной обратной связи ситуация изменяется на обратную: напряжение обратной связи находит­ся в фазе с входным напряжением, и эффективное входное напряжение e_i = υ_i + υ_f,  т. е. превышает входное напряжение на величину напряже­ния обратной связи, в результате увеличивается коэффициент усиления всей системы.

Используя величины, указанные на рис. 30.17, и предполагая, что дей­ствует отрицательная обратная связь, можно рассчитать некоторые па­раметры системы с обратной связью.

Эффективное входное напряжение e_i = 10 — 2 = 8 мВ.

Выходное напряжение υ₀ = 8 · 100 = 800 мВ.

 Таким образом, коэффициент усиления системы с обратной связью

Коэффициент обратной связи

Различают обратную связь по току и обратную связь по напряже­нию. При обратной связи по току напряжение обратной связи пропорци­онально выходному току. Например, в схеме на рис. 30.18 такая связь осуществляется через резистор R₄. Когда напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению, мы имеем дело с обратной свя­зью по напряжению. В схеме на рис. 30.18 обратная связь по напряжению осуществляется через цепь C₂ – R₃.

Таблица 30.1. Сравнение характеристик систем с отрицательной и положи­тельной обратной связью

Положительная обратная связь	Отрицательная обратная связь
1. Высокий коэффициент усиления 2. Узкая полоса пропускания 3. АЧХ с выбросами 4. Низкое входное сопротивление 5. Высокое выходное сопротивление 6.Вносит нестабильность как по переменному току (возникновение колебательных процессов), так и по постоянному току (неустойчи­вость стационарного режима) 7. Применяется в генераторах	1. Низкий коэффициент усиления 2. Широкая полоса пропускания  3. Плоская АЧХ 4. Высокое входное сопротивление 5. Низкое выходное сопротивление 6. Улучшается устойчивость системы, как по переменному, так и по постоянному току  7. Часто применяется для улучше­ния устойчивости и расширения полосы пропускания усилителя

Рис. 30.18. Усилитель на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, с двумя видами обратной связи: по току (через резистор R₄) и по напряжению (через цепь C₂ – R₃).

Усилители радиочастоты (УРЧ)

На радиочастотах, например в УКВ-диапазоне, влияние межэлектродных емкостей транзистора, особенно между коллектором и базой, становит­ся очень заметным. Для устранения влияния этих емкостей использу­ется усилитель по схеме с общей базой. Однако в схеме с ОБ транзи­стор имеет низкое входное сопротивление, которое чрезмерно нагружает предыдущий каскад, работающий на усилитель.

Рис. 30.19. Каскодный усилитель.

Для решения пробле­мы существуют два метода. В первом методе используется усилительс ОЭ и схемой нейтрализации обратной связи. Такая схема компенсирует, или нейтрализует, отрицательную обратную связь через емкость перехо­да коллектор-база за счет введения еще одной петли обратной связи, но противоположного знака.

Во втором методе используется усилитель с общим эмиттером, каскодно включенный с усилителем с общей базой (рис. 30.19). Транзистор T₁ работает в усилителе с ОЭ, а транзистор T₂ — в усилителе с ОБ. Входной сигнал подается на базу транзистора T₁. Его эмиттер развязан с шасси через конденсатор С₃. Выходной сигнал с коллектора транзистора T₁ по­дается на эмиттер транзистора T₂, база которого развязана с шасси через конденсатор С₁. Смещение обоих транзисторов обеспечивает резисторная цепочка R₁ – R₂ – R₃.

 

Hi-Fi-усилители

Английское сокращение Hi-Fi(high fidelity — высокая верность переда­чи или воспроизведения, читается «хи-фи») используется для обозначе­ния высокого качества. Этот термин применяется в звуковоспроизводя­щей аппаратуре, которая обеспечивает реалистичное воспроизведение ис­ходного звука, — другими словами, высокое качество воспроизведения. Hi-Fi-системы должны иметь широкую полосу пропускания (40 Гц — 16 кГц), низкий уровень шумов и воспроизводить звук с минимальными искажениями.

Регулировка тембра

регулировка тембра нужна для расширения или сужения (т. е. изме­нения формы) АЧХ усилителя. Регулировка тембра осуществляется в области нижних (низкочастотный участок АЧХ) и верхних (высокоча­стотный участок АЧХ) звуковых частот. Для этой цели используются самые различные схемы: начиная от простейшей цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора и резистора, до очень сложных систем с использованием обратной связи. На рис. 30.20 приведена схе­ма регулятора тембра с возможностью независимой регулировки тембра в области нижних и верхних звуковых частот. На элементах R₁ и C₁ выполнен делитель напряжения поступающего сигнала ЗЧ. Поскольку реактивное сопротивление конденсатора C₁ мало па высоких частотах, этот делитель обеспечивает ослабление верхних звуковых частот, при­чем степень ослабления зависит от установки движка потенциометра R₁. Элементы R₂ и C₂ образуют еще один делитель. Конденсатор C₂ имеет высокое реактивное сопротивление в области нижних звуковых частот, поэтому второй делитель ослабляет эти частоты в степени, зависящей от установки потенциометра R₂. 

Рис. 30.20. Схема регулятора тембра.

Громкоговорители

Громкоговоритель представляет собой преобразователь электрической энергии в акустическую или звуковую энергию. Один из факторов, определяющих выбор громкоговорителя, — его АЧХ по звуковому давлению, т. е. диапазон эффективно воспроизводимых им звуковых частот. Еслидиапазон частот, воспроизводимых данным громкоговорителем, недостаточно широк, можно использовать два громкоговорителя, один из которых хорошо воспроизводит нижние, а другой — верхние звуковые частоты. На рис. 30.21 иллюстрируется один возможный способ разбиение частотного диапазона с помощью разделительного (двухполосного) фильтра.

Рис. 30.21. Двухполосный разделительный фильтр для акустической системы с использованием низкочастотного и высокочастотного громкоговорителей.

Разделительный фильтр состоит из фильтра нижних частот L₁ — C₁, к выходу которого подключается низкочастотный громкоговоритель, и фильтра верхних частот L₂ — C₂, связанного с высокочастотным громко­говорителем.

Другими факторами, влияющими на выбор громкоговорителя, явля­ются его выходная мощность, КПД и сопротивление (для согласования с УЗЧ).

В этом видео рассказывается об усилителе мощности для самостоятельной сборки:

Добавить комментарий

Плюсы и минусы транзисторных усилителей

Для увеличения силы звукового сигнала используются усилители низких частот. Такие устройства используются для улавливания, преобразования и восприятия звука, который поступает от излучателя. Усилители звука делятся на различные виды в зависимости от применяемой технологии. Транзисторные усилители несмотря на возникновение более современных устройств не потеряли своей популярности. Это связано с рядом преимуществ, к примеру, с отсутствием необходимости предварительного прогрева устройства для начала работы, которая возникает при работе с ламповыми усилителями звука. Рассмотрим все преимущества и недостатки таких усилителей, а также их особенности.

Преимущества транзисторных усилителей

К основным преимуществам использования транзисторных моделей для усиления звукового сигнала относится:

1. Мгновенная готовность к работе. Устройство начинает работать сразу же после запуска и не требует прогрева.
2. Прочность. Транзисторный усилитель в зависимости от лампового обладает высоким показателем механической прочности, что делает его более надежным и практичным для использования.
3. Доступная стоимость транзистора. Благодаря этому не только снижается стоимость прибора, но и цена ремонтных работ при выходе из строя транзисторов.
4. Длительный срок службы. Ламповые усилители мощности служат долго, но их срок службы все равно ограничен. Это связано с потерей эмиссии у ламп. Транзисторы перегорают редко и даже в этом случае для восстановления работоспособности устройства достаточно заменить недорогие транзисторы новыми и усилитель снова готов к работе.
5. Компактные размеры. Это связано с небольшим весом и размерам транзисторов. Благодаря малому весу и габаритам устройство проще транспортировать и легче найти для него место среди звуковой аппаратуры.
6. Отсутствие необходимости использовать выходной трансформатор. Это позволяет добиться характеристик, которые невозможных у ламповых усилителей.

При этом транзисторные усилители звука удобны и просты в работе, поэтому именно они чаще всего используются для бытовых аудиосистем.

Недостатки транзисторных моделей

Несмотря на явные преимущества использования транзисторные усилителя звука обладают и некоторыми недостатками, к которым относится:

1. Чувствительность к высоким температурам. Транзисторные модели усилителей нуждаются в постоянном охлаждении. Когда температура транзисторов превышает 25 градусов, мощность устройства падает.
2. Качество звука хуже. В отличие от ламповых транзисторные усилителя звука не дают той теплоты, насыщенности и сочности звучания.
3. Нелинейность входных характеристик. Входные характеристики транзисторных моделей имеют резкий излом, поэтому сложно получить действительно высокое качество звучания.

Однако для домашнего использования транзисторные усилители являются отличной альтернативой ламповых моделей, гарантируя доступную стоимость, простоту использования и компактные размеры.

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 77

Приложения II: Усилители

Некоторые из самых мощных транзисторных приложений включают усиление: преобразование сигнала малой мощности в сигнал большей мощности. Усилители могут увеличивать напряжение сигнала, беря что-то из диапазона мкВ и преобразовывая его в более полезный уровень в мВ или В. Или они могут усиливать ток, что полезно для превращения мкА тока, создаваемого фотодиодом, в ток гораздо большей величины.Существуют даже усилители, которые принимают ток и производят более высокое напряжение или наоборот (называемые транссопротивлением и крутизной соответственно).

Транзисторы являются ключевым компонентом многих усилительных схем. Существует бесконечное количество разнообразных транзисторных усилителей, но, к счастью, многие из них основаны на некоторых из этих более примитивных схем. Запомните эти схемы, и, надеюсь, с небольшим сопоставлением с образцом вы сможете понять более сложные усилители.

Общие конфигурации

Три основных транзисторных усилителя: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. В каждой из трех конфигураций один из трех узлов постоянно связан с общим напряжением (обычно с землей), а два других узла являются либо входом, либо выходом усилителя.

Общий эмиттер

Обычный эмиттер — одна из наиболее популярных схем транзисторов. В этой схеме на эмиттер подается напряжение, общее как для базы, так и для коллектора (обычно это земля).База становится входом сигнала, а коллектор становится выходом.

Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения , особенно на низких частотах. Например, они отлично подходят для усиления аудиосигналов. Если у вас небольшой входной сигнал с размахом 1,5 В, вы можете усилить его до гораздо более высокого напряжения, используя немного более сложную схему, например:

Одна особенность обычного эмиттера заключается в том, что он инвертирует входной сигнал (сравните его с инвертором с последней страницы!).

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Если мы подключим коллектор к общему напряжению, используем базу как вход, а эмиттер как выход, то получится общий коллектор. Эта конфигурация также известна как эмиттерный повторитель .

Общий коллектор не усиливает напряжение (фактически, выходное напряжение будет на 0,6 В ниже входного). По этой причине эту схему иногда называют повторителем напряжения .

Эта схема действительно имеет большой потенциал в качестве усилителя тока .В дополнение к этому, высокий коэффициент усиления по току в сочетании с коэффициентом усиления, близким к единице, делает эту схему отличным буфером напряжения . Буфер напряжения предотвращает нежелательные помехи цепи нагрузки цепи, управляющей ею.

Например, если вы хотите подать 1 В на нагрузку, вы можете пойти простым путем и использовать делитель напряжения, или вы можете использовать эмиттерный повторитель.

По мере увеличения нагрузки (что, наоборот, означает уменьшение сопротивления) выход схемы делителя напряжения падает.Но выходное напряжение эмиттерного повторителя остается стабильным, независимо от нагрузки. Большие нагрузки не могут «нагружать» эмиттерный повторитель, как это могут быть цепи с большим выходным сопротивлением.

Общая база

Мы поговорим об общей базе, чтобы завершить этот раздел, но это наименее популярная из трех основных конфигураций. В усилителе с общей базой эмиттер является входом, а коллектор — выходом. База общая для обоих.

Общая база похожа на антиэмиттер-повторитель.Это приличный усилитель напряжения, и ток на входе примерно равен току на выходе (на самом деле ток на входе немного больше, чем на выходе).

Схема с общей базой лучше всего работает как токовый буфер . Он может принимать входной ток с низким входным сопротивлением и подавать почти такой же ток на выход с более высоким сопротивлением.

Вкратце

Эти три конфигурации усилителей лежат в основе многих более сложных транзисторных усилителей. У каждого из них есть приложения, где они сияют, будь то усиление тока, напряжения или буферизация.

	Общий эмиттер	Общий коллектор	Общая база
Коэффициент усиления напряжения	Средний	Низкий	Высокий
Коэффициент усиления по току	Средний	Высокий	Низкий
Входное сопротивление	Средний	Высокий	Низкий
Выходной импеданс	Средний	Низкий	Высокий

Многокаскадные усилители

Мы могли бы продолжать говорить о большом разнообразии транзисторных усилителей.Вот несколько быстрых примеров, демонстрирующих, что происходит, когда вы комбинируете одноступенчатые усилители, указанные выше:

Дарлингтон

Усилитель Дарлингтона соединяет один общий коллектор с другим для создания усилителя с высоким коэффициентом усиления по току .

Выходное напряжение составляет , что примерно соответствует входному напряжению (минус 1,2–1,4 В), но коэффициент усиления по току является произведением двух коэффициентов усиления транзистора . Это β ² — более 10 000!

Пара Дарлингтона — отличный инструмент, если вам нужно управлять большой нагрузкой с очень малым входным током.

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель вычитает два входных сигнала и усиливает эту разницу. Это важная часть цепей обратной связи, где вход сравнивается с выходом для получения будущего выхода.

Вот основа дифференциального усилителя:

Эта схема также называется парой с длинным хвостом . Это пара схем с общим эмиттером, которые сравниваются друг с другом для получения дифференциального выхода.Два входа подаются на базы транзисторов; выход представляет собой дифференциальное напряжение на двух коллекторах.

Двухтактный усилитель

Двухтактный усилитель является полезным «заключительным каскадом» многих многокаскадных усилителей. Это энергоэффективный усилитель мощности, часто используемый для управления громкоговорителями.

Основной двухтактный усилитель использует транзисторы NPN и PNP, оба сконфигурированы как общие коллекторы:

Двухтактный усилитель на самом деле не усиливает напряжение (выходное напряжение будет немного меньше входного), но усиливает ток.Это особенно полезно в биполярных цепях (с положительным и отрицательным питанием), потому что оно может как «проталкивать» ток в нагрузку от положительного источника питания, так и «вытягивать» ток и погружать его в отрицательный источник питания.

Если у вас биполярный источник питания (или даже если у вас его нет), двухтактный — отличный конечный каскад для усилителя, действующий как буфер для нагрузки.

Собираем их вместе (операционный усилитель)

Давайте рассмотрим классический пример многокаскадной транзисторной схемы: операционный усилитель.Умение распознавать общие транзисторные схемы и понимание их назначения может очень помочь! Вот схема внутри LM3558, действительно простого операционного усилителя:

Внутреннее устройство операционного усилителя LM358. Узнали какие-то усилители?

Здесь определенно больше сложности, чем вы можете быть готовы усвоить, однако вы можете увидеть некоторые знакомые топологии:

• Q1, Q2, Q3 и Q4 образуют входной каскад. Очень похоже на общий коллектор (Q1 и Q4) на дифференциальный усилитель , верно? Он просто выглядит перевернутым, потому что использует PNP.Эти транзисторы образуют входной дифференциальный каскад усилителя.
• Q11 и Q12 являются частью второго этапа. Q11 — это общий коллектор, а Q12 — это общий эмиттер . Эта пара транзисторов буферизует сигнал с коллектора Q3 и обеспечивает высокий коэффициент усиления, когда сигнал поступает на конечный каскад.
• Q6 и Q13 являются частью финальной стадии, и они тоже должны выглядеть знакомо (особенно если не обращать внимания на R _SC ) — это push-pull ! Этот этап буферизует выходной сигнал, позволяя ему управлять большими нагрузками.
• Есть множество других распространенных конфигураций, о которых мы не говорили. Q8 и Q9 сконфигурированы как токовое зеркало , которое просто копирует величину тока, проходящего через один транзистор, в другой.

После этого ускоренного курса по транзисторам мы не ожидаем, что вы поймете, что происходит в этой схеме, но если вы можете начать определять общие схемы транзисторов, вы на правильном пути!

---

---

← Предыдущая страница
Приложения I: Коммутаторы Транзисторные усилители

— обзор

Каскады усиления напряжения усилителя мощности

Общие конструктивные системы, используемые в транзисторных каскадах усиления, были рассмотрены в главе 4.Однако для высококачественных усилителей мощности звука потребуются более высокие коэффициенты усиления каскада с разомкнутым контуром и более низкие характеристики фазового сдвига — чтобы облегчить использование большого количества общего NFB для линеаризации неоднородностей выходного каскада — чем это необходимо для предыдущего слабого сигнала. этапы усиления.

Действительно, при очень многих современных конструкциях аудиоусилителей вся схема предварительного усилителя малой мощности основана на использовании высококачественных операционных усилителей на интегральных схемах, число которых растет, и они совместимы по выводам с популярными TL071 и TL072 с одним и двумя входами на полевых транзисторах op.усилители. Для каскадов напряжения усилителя мощности, ни выходное напряжение, ни фазовый сдвиг, ни переходные характеристики большого сигнала такого op. Для каскадов усилителей мощности «Класса А» основными требованиями к конструкции были хорошая симметрия, высокое произведение коэффициента усиления / ширины полосы, хорошая переходная характеристика, и низкие значения фазового сдвига в пределах звукового диапазона.

Для этой цели использовался широкий спектр схемных устройств, таких как источники постоянного тока, токовые зеркала, активные нагрузки и «пары с длинными хвостовиками» во многих оригинальных схемах.В качестве типичного примера схема, показанная на рис. 5.20, первоначально использованная National Semi-wirectors Inc. в ее операционном усилителе LH0001 и принятая Hitachi в схеме, рекомендованной для использования с ее силовыми полевыми МОП-транзисторами, обеспечивает высокую степень симметрии. , поскольку Q ₃ / Q ₄ , действуя как токовое зеркало, обеспечивают активную нагрузку, эквивалентную симметрично работающему транзисторному усилителю, для транзистора оконечного усилителя, Q _6.

Рис. 5.20. Симметричный каскад с высоким коэффициентом усиления.

Эта схема обеспечивает усиление по напряжению около 200 000 на низких частотах, со стабильной фазовой характеристикой и высокой степенью симметрии. Происхождение и развитие этой схемы было проанализировано автором в работе Wireless World (июль 1982 г.).

Альтернативная компоновка схемы, разработанная Хафлером, была описана Э. Борбели ( Wireless World , март 1983 г.) и показана на рис. 5.21. Он намеренно выбран полностью симметричным, настолько быстрым, насколько позволяют характеристики транзистора, чтобы свести к минимуму любую тенденцию к ограничению скорости нарастания напряжения, возникающую в результате зарядки или разрядки паразитных емкостей через источники постоянного тока.Однако коэффициент усиления разомкнутого / контура несколько ниже, чем у схемы NS / Hitachi на рис. 5.20.

Рис. 5.21. Симметричный пуш-пул-сцена от Borbely.

В конструкции Borbely свободно использовались как эмиттерные резисторы без обхода, так и резисторы с подавлением полного сопротивления базовой цепи для линеаризации передачи и улучшения фазовых характеристик биполярных транзисторов, используемых в этой конструкции, и дальнейшего улучшения линейности выходного сигнала. Вытягивание пар Дарлингтона (Q ₅ / Q ₆ / Q ₈ / Q ₉ ) получается за счет использования каскодно подключенных буферных транзисторов Q ₇ и Q _l0 .

Особое достоинство каскодной схемы в аудиосистеме состоит в том, что ток, протекающий через каскодный транзистор, почти полностью управляется транзистором драйвера, включенным последовательно с его эмиттером. Напротив, коллекторный потенциал транзистора драйвера остается практически постоянным, что устраняет вредное влияние нелинейных внутренних сопротивлений утечки, зависящих от напряжения, или емкостей коллектор-база от устройства драйвера.

Очень высокая степень проработки, используемая в последних высококачественных японских усилителях с целью улучшения характеристик усилителя, показана в схеме каскада усиления напряжения Technics SE — A100, показанной в несколько упрощенной форме на рис.5.22.

Рис. 5.22. Каскад усиления напряжения Technics.

В этой конфигурации входная пара с длинным хвостом, основанная на транзисторных полевых транзисторах (Q ₁ , Q ₄ с CC ₁ ), чтобы воспользоваться преимуществом высокой линейности этих устройств, изолирована каскодом ( Q ₂ , Q ₃ ) от схемы токового зеркала (CM ₁ ), которая объединяет выходные сигналы входных устройств, чтобы максимизировать усиление и симметрию этого каскада, и управляет парным усилителем PNP Дарлингтона. стадия (Q ₅ , Q ₆ ).

Выходной транзистор, Q ₆ , управляет токовым зеркалом (CM ₂ ) через каскодный изолирующий транзистор (Q ₇ ) от коллектора Q ₆ и еще один каскод изолированного каскада усилителя (Q ₈ , Q ₉ ) от своего эмиттера, для которого токовое зеркало CM ₂ служит активной нагрузкой. Транзистор с усиленным диодом Q ₁₀ служит для генерирования потенциала смещения постоянного тока, стабилизированного термистором (TH ₁ ), для прямого смещения последующей двухтактной пары эмиттерных повторителей.

В качестве меры эффективности разработки этой схемы приведенные значения гармонических искажений для всего усилителя обычно составляют порядка 0,0002%.

Что такое усилитель мощности? Типы, классы и приложения

В этом руководстве мы узнаем об интересной теме в области электроники: усилителе мощности. Они используются в аудиоприложениях, радиосвязи, медицинском оборудовании (МРТ) и многом другом. Итак, мы узнаем, что такое усилитель мощности, каковы различные типы усилителей мощности, классы усилителей мощности, а также несколько приложений.

Введение

Усилитель — это электронное устройство, используемое для увеличения величины напряжения / тока / мощности входного сигнала. Он принимает слабый электрический сигнал / форму волны и воспроизводит аналогичную более сильную форму волны на выходе с помощью внешнего источника питания.

В зависимости от изменений, вносимых во входной сигнал, усилители подразделяются на усилители тока, напряжения и мощности. В этой статье мы подробно узнаем об усилителях мощности. Для получения дополнительной информации о различных типах усилителей: Различные типы и применения усилителей

Что такое усилитель мощности?

Усилитель мощности — это электронный усилитель, предназначенный для увеличения мощности заданного входного сигнала.Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточно высокого для управления нагрузкой таких устройств вывода, как динамики, наушники, радиопередатчики и т. Д. В отличие от усилителей напряжения / тока, усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузкой и используется в качестве конечного блока. в цепи усилителя.

Входной сигнал усилителя мощности должен быть выше определенного порога. Таким образом, вместо того, чтобы напрямую передавать необработанный звуковой / радиочастотный сигнал на усилитель мощности, он сначала предварительно усиливается с помощью усилителей тока / напряжения и после внесения необходимых изменений отправляется в качестве входного сигнала в усилитель мощности.Вы можете увидеть блок-схему аудиоусилителя и использование усилителя мощности ниже.

В этом случае микрофон используется в качестве источника входного сигнала. Величины сигнала с микрофона недостаточно для усилителя мощности. Итак, сначала он предварительно усиливается, где его напряжение и ток немного увеличиваются. Затем сигнал проходит через схему регулировки тембра и громкости, которая вносит эстетические коррективы в форму звуковой волны. Наконец, сигнал проходит через усилитель мощности, а выходной сигнал усилителя мощности подается на динамик.

Типы усилителей мощности

В зависимости от типа подключенного устройства вывода усилители мощности делятся на следующие три типа:

• Усилители мощности звука
• Усилители мощности ВЧ
• Усилители мощности постоянного тока

Мощность звука Усилители

Усилители мощности этого типа используются для увеличения мощности более слабого звукового сигнала. Усилители, используемые в схемах управления громкоговорителями телевизоров, мобильных телефонов и т. Д.подпадают под эту категорию.

Выходная мощность усилителя мощности звука колеблется от нескольких милливатт (как в усилителях для наушников) до тысяч ватт (как усилители мощности в системах Hi-Fi / домашних кинотеатрах).

Радиочастотные усилители мощности

Беспроводная передача требует, чтобы модулированные волны передавались по воздуху на большие расстояния. Сигналы передаются с помощью антенн, а дальность передачи зависит от величины мощности сигналов, подаваемых на антенну.

Для беспроводной передачи, такой как FM-радиовещание, антеннам требуются входные сигналы мощностью в тысячи киловатт. Здесь усилители мощности радиочастоты используются для увеличения мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения необходимого расстояния передачи.

Усилители мощности постоянного тока

Усилители мощности постоянного тока используются для усиления мощности сигналов ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Они используются в электронных системах управления, которым требуются мощные сигналы для привода двигателей или исполнительных механизмов.Они принимают входные данные от систем микроконтроллера, увеличивают его мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.

Классы усилителей мощности

Существует несколько способов проектирования схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой конфигурации схемы отличаются друг от друга.

Чтобы различать характеристики и поведение различных схем усилителя мощности, используются классы усилителей мощности, в которых буквенные символы присваиваются для обозначения метода работы.

Их можно разделить на две категории. Усилители мощности, предназначенные для усиления аналоговых сигналов, относятся к категории A, B, AB или C. Усилители мощности, предназначенные для усиления цифровых сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), относятся к категориям D, E, F и т. Д.

Чаще всего используются усилители мощности, используемые в схемах аудиоусилителей, и они относятся к классам A, B, AB или C. Итак, давайте рассмотрим их подробнее.

Усилитель мощности класса A

Аналоговые сигналы состоят из положительных максимумов и отрицательных минимумов.В этом классе усилителей вся форма входного сигнала используется в процессе усиления.

Один транзистор используется для усиления как положительной, так и отрицательной половины сигнала. Это упрощает их конструкцию и делает усилители класса А наиболее часто используемым типом усилителей мощности. Хотя этот класс усилителей мощности заменен более совершенными, они по-прежнему популярны среди любителей.

В этом классе усилителей активный элемент (электронный компонент, используемый для усиления, в данном случае транзистор) используется все время, даже если нет входного сигнала.Это выделяет много тепла и снижает эффективность усилителей класса A до 25% в случае нормальной конфигурации и до 50% в случае конфигурации с трансформаторной связью.

Угол проводимости (часть формы волны, используемая для усиления, отличная от 360 °) для усилителей класса A составляет 360 °. Таким образом, уровни искажения сигнала очень низкие, что позволяет лучше работать на высоких частотах.

Усилитель мощности класса B

Усилители мощности класса B предназначены для уменьшения проблем с КПД и нагрева, присущих усилителям класса A.Вместо одного транзистора для усиления всей формы сигнала в этом классе усилителей используются два дополнительных транзистора.

Один транзистор усиливает положительную половину сигнала, а другой — отрицательную половину сигнала. Таким образом, каждое активное устройство проводит половину (180 °) формы волны, а два из них, в сочетании, усиливают весь сигнал.

Эффективность усилителей класса B значительно улучшена по сравнению с усилителями класса A из-за конструкции с двумя транзисторами.Они могут достигать теоретической эффективности около 75%. Усилители мощности этого класса используются в устройствах с батарейным питанием, таких как FM-радиоприемники и транзисторные радиоприемники.

Из-за наложения двух половин формы волны существует небольшое искажение в области кроссовера. Чтобы уменьшить это искажение сигнала, разработаны усилители класса AB.

Усилитель мощности класса AB

Усилители класса AB представляют собой комбинацию усилителей класса A и класса B. Усилители этого класса предназначены для уменьшения проблемы меньшей эффективности усилителей класса A и искажения сигнала в области кроссовера в усилителях класса B.

Он поддерживает высокую частотную характеристику, как в усилителях класса A, и хорошую эффективность, как в усилителях класса B. Комбинация диодов и резисторов используется для обеспечения небольшого напряжения смещения, что снижает искажение формы волны вблизи области кроссовера. Из-за этого происходит небольшое падение КПД (60%).

Усилитель мощности класса C

Конструкция усилителей мощности класса C обеспечивает более высокий КПД, но уменьшает угол линейности / проводимости, который составляет менее 90 °.Другими словами, он жертвует качеством усиления ради увеличения эффективности.

Меньший угол проводимости означает большее искажение, поэтому усилители этого класса не подходят для усиления звука. Они используются в генераторах высокой частоты и усилении радиочастотных сигналов.

Усилители класса C обычно содержат настроенную нагрузку, которая фильтрует и усиливает входные сигналы определенной частоты, а формы сигналов других частот подавляются.

В усилителе мощности этого типа активный элемент проводит ток, только когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и увеличивает эффективность.

Другие классы усилителей мощности

Усилители мощности классов D, E, F, G и т. Д. Используются для усиления цифровых сигналов с ШИМ-модуляцией. Они подпадают под категорию импульсных усилителей мощности и включают или постоянно выключают выход без каких-либо других уровней между ними.

Благодаря этой простоте усилители мощности, относящиеся к вышеупомянутым классам, могут достигать теоретического КПД до (90-100)%.

Приложения

Ниже приведены применения усилителей мощности в различных секторах:

• Бытовая электроника: Усилители мощности звука используются практически во всех бытовых электронных устройствах, начиная от микроволновых печей, драйверов наушников, телевизоров, мобильных телефонов и домашних кинотеатров. системы к театральным и концертным системам армирования.
• Industrial: Усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных приводных систем, таких как сервоприводы и двигатели постоянного тока.
• Беспроводная связь: Усилители большой мощности важны при передаче сигналов сотового или FM-вещания пользователям. Более высокие уровни мощности стали возможными благодаря усилителям мощности, которые увеличивают скорость передачи данных и удобство использования. Они также используются в оборудовании спутниковой связи.

Заключение

Краткое введение в концепцию усилителей мощности.Вы узнали, что такое усилитель мощности и его потребности, различные типы и классы усилителей мощности, а также несколько приложений.

Усилитель мощности класса A 25 Вт

Усилитель мощности класса A 25 Вт

Elliott Sound Products

пр.3Б

© Январь 2004 г., Род Эллиотт (ESP)

---

Для этого проекта доступно

печатных плат.Нажмите на картинку для более подробной информации.

---

Введение

Усилитель P3A оказался чрезвычайно популярным, и DoZ (Death of Zen — см. Проект 36) продолжает предоставлять энтузиастам простой, надежный и легкий в сборке усилитель класса A. Для некоторых DoZ слишком простой , и у меня было много запросов на печатную плату для Project 10 — усилитель класса A, не слишком отличающийся от P3A. К сожалению, P10 все еще настолько отличается, что печатную плату P3A использовать нельзя, поэтому после некоторых начальных симуляций и пробного запуска родилась эта новая версия.

Фото готовой (последней ревизии) печатной платы см. В Project 3A.

Поскольку доступны печатные платы (с использованием печатной платы для P3A), это значительно упрощает сборку и использует новейшие транзисторы OnSemi, разработанные специально для аудиоприложений. Эти новые транзисторы были протестированы в P3A и P3B и дали отличные результаты.

Выходными устройствами являются MJL4281A (NPN) и MJL4302A (PNP), они обладают высокой пропускной способностью, отличным SOA (безопасная рабочая зона), высокой линейностью и высоким коэффициентом усиления.Драйверные транзисторы — MJE15034 (NPN) и MJE15035 (PNP). Все устройства рассчитаны на 350 В, силовые транзисторы имеют рассеиваемую мощность 230 Вт, а драйверы — 50 Вт.

Вы также можете использовать транзисторы BD139 / 140 в качестве драйверов и силовые транзисторы MJL21193 / 4 с небольшой потерей производительности или без нее.

Усилитель также может работать при более низких напряжениях питания для меньшей мощности, но я не рекомендую менее ± 18 В, что обеспечит около 15 Вт на 8 Ом. Это напряжение питания (приблизительно) может быть получено с помощью трансформатора 15-0-15В.

---

Описание

Основа для этого усилителя существует уже несколько лет как проект 3A, и для работы в классе A требуется только увеличение тока покоя. Самым большим изменением является выходная мощность (резко сниженная по сравнению с 60-100 Вт в версии Class-AB), но 25 Вт все еще более чем достаточно для многих людей.

Блок питания — это то место, где вы увидите изменения — он должен обеспечивать постоянный ток 1,5 А и требует очень низких пульсаций и шума.Конструкция, показанная ниже, будет стоить очень дорого, но это справедливо для любого усилителя класса A.

Первое, что нужно проверить с усилителем класса A, — это рассеивание мощности на выходных транзисторах, а также на драйверах. При рекомендуемом напряжении питания ± 25 В постоянного тока (номинальное) и токе покоя 1,5 А каждый силовой транзистор будет рассеивать 37,5 Вт, или 75 Вт для пары в одном канале. Термические сопротивления, которые необходимо учитывать, перечислены ниже вместе с типичными значениями…

R th	Типичное значение
Соединение — корпус	0,7 ° C / Вт
Корпус — радиатор	1,0 ° C / Вт
Радиатор — температура окружающей среды	0,5 ° C / Вт
Всего (переход — Окружающая среда)	2,2 ° C / Вт

Таблица 1 — Термическое сопротивление (каждый транзистор)

Типичное снижение характеристик представляет собой линейную кривую, начинающуюся при температуре перехода 25 ° C и допускающую нулевое рассеяние при 150 ° C.OnSemi часто использует коэффициент снижения мощности 1,43 Вт / ° C, начиная с 25 ° C — значение не является необоснованным, но это предполагает максимальную температуру перехода до 200 ° C. Для максимальной надежности я буду использовать показатель 1,6 Вт / ° C, который снижает мощность транзистора на 200 Вт до нуля при 150 ° C — гораздо безопаснее.

Исходя из таблицы 1, каждый транзистор будет работать при …

T _j = R _th * Мощность Итак …
T _j = 2,2 × 37,5 = 82,5 ° C Выше температуры окружающей среды!

Исходя из типичной температуры окружающей среды 25 ° C, это означает, что транзисторные переходы будут работать при 107.5 ° C и с учетом коэффициента снижения 1,6 Вт / ° C, мощность транзистора должна быть снижена на 87,5 × 1,6 = 140 Вт. Устройство мощностью 200 Вт теперь рассчитано на максимальное рассеивание 60 Вт! Это предполагает использование радиатора 0,5 ° C / Вт для каждого транзистора или всего 0,25 ° C / Вт — это действительно очень большой радиатор.

Здесь не так много запаса, поэтому, хотя можно работать с транзисторами немного более горячими, чем рекомендуется (с помощью радиатора меньшего размера), я, , категорически, не рекомендую этого.Лучший способ уменьшить тепловое сопротивление — использовать максимально тонкую изоляцию и убедиться, что интерфейс транзистор-радиатор соответствует идеальным (или настолько близким к идеальному, насколько это возможно).

Использование зажимной планки (вместо того, чтобы полагаться на монтажные отверстия транзистора) поможет снизить термическое сопротивление до минимально возможного, в сочетании с тонкими изоляторами и точным количеством необходимой термопасты. Рассмотрите возможность использования небольшого вентилятора, работающего на низкой скорости. Воздушный поток должен быть направлен к ребрам радиатора, и даже небольшое количество воздуха будет иметь удивительно большую разницу.

Как почти все усилители класса A, здесь нет защиты от короткого замыкания на выходе, поэтому, если провода динамика закорочены во время работы усилителя с сигналом, существует реальный риск разрушения транзисторов.

Напряжение питания должно быть максимум ± 25 В. Это питание легко получить от трансформатора 20–0–20 В, как показано ниже.

Рисунок 1 — Схема усилителя

Как видно, это не сложный усилитель, по сути он полностью идентичен таковому для P3A.

Для использования на 4 Ом (включая перемычку на нагрузку 8 Ом), не превышайте ± 25 В и не превышайте ток покоя 1,5 А. Усилитель будет работать как класс A примерно до 9 Вт на 4 Ом, а после этого перейдет в режим класса AB.

D1 — это стандартный зеленый светодиод, который не является дополнительным и не должен использоваться в качестве индикатора панели! Не используйте светодиоды высокой яркости и не меняйте цвет. Это не для внешнего вида (хотя зеленый светодиод выглядит на плате довольно аккуратно), а для падения напряжения — у разных цветных светодиодов падение напряжения немного разное.Светодиод устанавливает ток через входной каскад дифференциальной пары. Цель состоит в том, чтобы напряжение на светодиодах составляло около 1,9–2 В. Это может показаться низким для типичных зеленых светодиодов, поскольку они обычно рассчитаны на 2-2,2 В (хотя некоторые из них намного выше и не могут использоваться). Тем не менее, светодиод с номинальным напряжением 2,2 В будет иметь правильное напряжение при низком токе — только 1,1 мА обеспечивает R8 с питанием ± 25 В.

VR1 используется для установки тока покоя, и обычно это максимальное значение 1.5А. Усилитель будет нормально работать при более низком токе, но не будет соответствовать классу A. Драйвер класса A (Q4) имеет постоянную нагрузку по току благодаря схеме начальной загрузки R9, R10 и C5. Стабильность определяется C4, и значение этого предела не должно уменьшаться. С быстрыми выходными транзисторами, такими как указанные, ширина полосы мощности превышает 30 кГц.

При использовании предлагаемых и рекомендуемых источников питания на 25 В для Q4 обычно не требуется радиатор. Драйверы вывода (Q5 и Q6) выиграют от радиатора, хотя он не обязательно должен быть большим.

Хотя я показал выходные транзисторы MJL4281A и MJL4302A, они появились совсем недавно, и какое-то время их будет трудно достать. Рекомендуемые альтернативы — MJL21193 и MJL21194.

Больше невозможно рекомендовать какие-либо устройства Toshiba , поскольку они являются наиболее часто подделываемыми транзисторами из всех. 2SA1302 и 2SC3281 сейчас устарели, и если вы их обнаружите, они почти наверняка являются поддельными, поскольку Toshiba не производила эти устройства примерно с 1999 ~ 2000 годов.

Перед подачей питания убедитесь, что VR1 настроен на максимальное сопротивление, чтобы получить минимальный ток покоя. Это очень важно, так как если установить минимальное сопротивление, ток покоя действительно будет очень высоким (более чем достаточно, чтобы взорвать выходные транзисторы!).

---

Строительство

Поскольку у меня есть платы для этого усилителя, я, очевидно, предлагаю использовать их, так как это значительно упрощает конструкцию и обеспечивает соблюдение технических характеристик.Обратите внимание, что компоновка любого усилителя мощности очень важна, и были предприняты большие усилия, чтобы минимизировать проблемные области — если вы сделаете свою собственную печатную плату, маловероятно, что вы сможете соответствовать опубликованным спецификациям. Печатная плата P3A спроектирована так, чтобы ее можно было разрезать посередине, чтобы получить два отдельных усилителя, и это важно для данной конструкции. Даже не считайте попыткой запустить пару усилителей на одном радиаторе!

Все резисторы должны быть 1 / 4W или 1 / 2W 1% металлической пленки для наименьшего шума, за исключением R9, R10 и R15, которые должны быть типа 1 / 2W, а R13, R14 должны быть 5W с проволочной обмоткой.

Конденсатор начальной загрузки (C5) должен быть рассчитан как минимум на 25 В, но другие электролитические компоненты могут иметь любое доступное напряжение. Подстроечный резистор (VR1) должен быть многооборотным, так как текущая настройка имеет решающее значение.

Для каждого из этих усилителей потребуется радиатор 0,25 ° C / Вт (очень большой). Подумайте об использовании вентилятора или даже водяного охлаждения, чтобы поддерживать как можно более низкую температуру. Помните — не бывает слишком большого радиатора.

Не используйте «Sil-Pads» — даже если у вас есть доступ к самым лучшим (и самым дорогим) типам с низким термическим сопротивлением, поскольку, по моему опыту, они все еще недостаточно хороши.Рекомендуется каптон (максимум 25 мкм, или 0,001 дюйма). Если вы не можете получить слюду толщиной 25 мкм или меньше (примерно до 10 мкм), не используйте ее, так как тепловое сопротивление будет слишком высоким.

---

Основные характеристики

Ниже показаны основные результаты измерений …

1]

Параметр	Измерение
Усиление	27 дБ
Входное сопротивление	24k
Входная чувствительность	600 мВ для 25 Вт (8 Ом)
Типичное значение от 15 Гц до 30 кГц (-1 дБ)
Искажения (THD)	0.04% типично при 1–25 Вт, 1 кГц
Питание (источники питания 25 В, нагрузка 8 Ом) [1]	25 Вт
Питание (источники питания 25 В, нагрузка 4 Ом) [3]	50 Вт
Гул и шум [4]	-73 дБВ невзвешенное
Смещение постоянного тока	<100 мВ (<25 мВ стандартно)

Таблица 2 — Технические характеристики

Примечания …

1. Частотная характеристика зависит от величины входных конденсаторов и конденсаторов обратной связи, и вышеуказанное является типичным для этого (при полной мощности), когда используются указанные значения.Высокочастотная характеристика фиксируется C4, и это не должно изменяться.
2. Это типичное значение, которое зависит от регулирования источника питания (как 3, ниже).
3. Типичный. Только приблизительно 9 Вт будет производиться в классе A, после чего усилитель вернется к классу AB
. В частности,
4. Hum сильно зависит от компоновки, источника питания и внутренней проводки.

---

Включение

Если у вас нет настольного блока питания с двумя выходами…

Перед первым включением питания временно установите «предохранительные» резисторы 22 Ом и 5 Вт с проволочной обмоткой вместо предохранителей. Не подключайте нагрузку в это время! При подаче питания убедитесь, что напряжение постоянного тока на выходе меньше 1 В, и измерьте каждую шину питания (на усилителе и после предохранительных резисторов). Они могут немного отличаться, но оба должны быть не менее примерно 20 В. Если сильно отличается от указанного выше, проверьте все транзисторы на предмет нагрева — если какое-либо устройство нагревается, немедленно отключите питание, а затем исправьте ошибку.

Если у вас есть подходящие запасы скамейки …

Это намного проще! Медленно увеличивайте напряжение до ± 20 В, наблюдая за током питания. Если ток внезапно начинает быстро расти, а напряжение перестает расти, значит, что-то не так, в противном случае продолжайте тестирование. (Примечание: при увеличении напряжения питания от нуля выходное напряжение будет уменьшаться — примерно до 2 В, а затем быстро вернется примерно к 0 В. Это нормально.)

Как только все станет хорошо, подключите нагрузку динамика и источник сигнала (все еще с установленными защитными резисторами) и убедитесь, что издаются подходящие шумы (например, музыка или тон) — держите громкость на низком уровне, иначе усилитель будет сильно искажать с резисторами все еще там, если вы попытаетесь получить от него слишком большую мощность.

Если усилитель прошел эти испытания, снимите защитные резисторы и установите предохранители на место. Отключите нагрузку динамика и снова включите усилитель. Убедитесь, что напряжение постоянного тока на выводе динамика не превышает 100 мВ, и выполните еще одно «тепловое испытание» на всех транзисторах и резисторах.

Когда вы убедитесь, что все в порядке, установите ток смещения. Подключите мультиметр между коллекторами Q7 и Q8 — вы измеряете падение напряжения на двух резисторах 0,33 Ом.Правильный ток покоя для «полного» класса A составляет 1,5 А, но я настоятельно рекомендую вам для начала использовать более низкий ток! Напряжение, которое вы измеряете на резисторах, должно быть установлено на уровне 500 мВ ± 5 мВ.

Если вы установите ток покоя примерно на 1 А, усилитель будет работать в классе A примерно до 8 Вт и перейдет в класс AB при более высокой мощности. Это снижает рассеяние и по-прежнему позволяет работать с классом А на большинстве уровней прослушивания. Усилители класса A не рассчитаны на высокую мощность, и нереально ожидать, что выходная мощность будет соответствовать усилителям класса AB.Уменьшение тока также означает, что и усилители, и блок питания будут охлаждаться.

После того, как ток установлен, дайте усилителю прогреться (что он сделает — и довольно быстро) и отрегулируйте смещение, когда температура стабилизируется на или , ток превысит номинальное значение 1,5 А — этот должен быть перепроверил пару раз, так как температура и ток покоя немного взаимозависимы. Ни при каких обстоятельствах нельзя блуждать во время установки смещения! Если ток продолжает расти, немедленно отключите питание .Если радиатор слишком мал или тепловой контакт между транзисторами и радиатором недостаточно хорош, усилитель будет становиться все горячее и горячее, пока не выйдет из строя!

Если температура продолжает расти, радиатор слишком мал. Это условие приведет (а не может — приведет) к разрушению усилителя. Прежде чем продолжить, отключите питание и установите радиатор большего размера. Также обратите внимание, что, хотя силовые транзисторы установлены на плате, никогда не используйте усилитель без радиатора — даже для тестирования, даже на короткий период.Выходные транзисторы перегреются и выйдут из строя.

После завершения всех тестов выключите питание и повторно подключите динамик и источник музыки.

---

Блок питания

Прежде чем описывать блок питания, я должен выпустить это …

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Электропроводка должна выполняться с использованием сетевого кабеля, который должен быть отделен от всей проводки постоянного тока и сигнальной проводки. Все подключения к сети должны быть защищены термоусадочными трубками для предотвращения случайного контакта.Электропроводка должна выполняться квалифицированным персоналом. попытайтесь подключиться к источнику питания, если не имеете соответствующей квалификации. Неисправная или неправильная проводка электросети может привести к смерти или серьезным травмам.

Простой источник питания с трансформатором 20-0-20 даст номинальную мощность около 25 Вт на 8 Ом. На это влияет множество факторов, таких как регулировка трансформатора, величина емкости и т. Д. Для каждого усилителя трансформатор 120 ВА будет (едва) достаточным, а 150 ВА предпочтительнее.Для работы пары ампер от одного трансформатора, трансформатор должен быть не менее 300 ВА. 500 ВА предпочтительно, чтобы напряжение не упало слишком сильно из-за постоянной нагрузки. Не стесняйтесь увеличивать емкость — как показано на рисунке, этого достаточно, но значения выше 50 000 мкФ (на шину питания) для каждого усилителя не принесут значительных преимуществ. Более низкая емкость также может быть использована за счет некоторой дополнительной пульсации. Как показано, пульсации будут около 20 мВ P / P при нагрузке 1,5 А.

Катушки индуктивности должны иметь наименьшее возможное сопротивление постоянному току, иначе значительное напряжение будет потеряно в виде тепла.Совершенно нормально (на самом деле, предпочтительно) использовать индукторы с железным сердечником, но они должны иметь значительный воздушный зазор, чтобы предотвратить насыщение. Катушка индуктивности с сердечником потребует меньше витков и будет иметь меньшее сопротивление, чем катушка с воздушным сердечником такой же индуктивности.

Рисунок 2 — Рекомендуемый источник питания

Для стандартного источника питания, как отмечалось выше, я предлагаю минимум трансформатора 300 ВА для одной платы усилителя (т. Е. Двух усилителей). Для стран с напряжением 115 В предохранитель должен быть на 6 А, и во всех случаях требуется плавкий предохранитель с задержкой срабатывания из-за пускового тока трансформатора и конденсаторов фильтра.C9 — сетевой конденсатор номиналом X2. При размещении параллельно вторичной обмотке трансформатора он снижает радиочастотные помехи (кондуктивные излучения) на полезную величину. Это не обязательно, но рекомендуется.

Напряжение питания будет зависеть от номинала трансформатора и сопротивления постоянному току индукторов 10 мГн. Невозможно получить номинальную мощность, если трансформатор не соответствует требованиям или сопротивление индуктора слишком велико. Из-за продолжительной нагрузки и плохого регулирования трансформатора с конденсаторными входными фильтрами, как правило, рекомендуется использовать трансформатор с наивысшей номинальной мощностью, которую вы можете себе позволить.

Мостовой выпрямитель должен быть типа 35 А, а конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны минимум на 35 В. Купите конденсаторы с максимально возможным номинальным током пульсаций — ток пульсаций высокий и постоянный, и неадекватные конденсаторы выйдут из строя. Вся проводка должна быть толстой, а постоянный ток должен сниматься с последнего набора конденсаторов в фильтре.

---

---

Указатель проектов
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2000-2003. Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и защищена авторскими правами © Род Эллиотт 22 января 2004 г.

Эксперимент: разработка схемы транзистора

---

Процедура

Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работе транзисторов. Теперь мудрее, мы знаем, что ниже есть некоторые ошибки в математике с вычислениями фильтра. Мы перепроектируем эту схему, когда позволят время и ресурсы, но учтите, что схема все еще работает (может усиливать пики).

Все, что вам нужно, чтобы построить усилитель, — это транзистор, источник питания, резисторы и конденсаторы. Есть много способов смешать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и предположения, с которыми можно работать, а затем проведем вас через дизайн вашего самого первый простой био-усилитель!

Существует несколько конфигураций с использованием транзисторов NPN, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», потому что она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилителем с общим эмиттером»? — поскольку база — это вход, коллектор — это выход, а «общий» или земля — ​​это эмиттер.

Как любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина действительно выполняла». В нашем биоусилителе мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте стремимся к «усилению» 150 или увеличению амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и в реальном SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется «высокочастотным» сигналом.

Таким образом, у нас есть два требования

1. Прирост 150.
2. Настройка фильтра: фильтр высоких частот 300 Гц.

А теперь вернемся к искусству дизайна электроники. В основе нашего усилителя лежит превосходная книга Пола Шерца «Практическая электроника для изобретателей».

Детали

Помимо тараканов, кабеля и электрода, упомянутых выше, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить:

1. два NPN транзистора (2N4401) — из набора образцов транзисторов
2. четыре 4.Резисторы 7 кОм — из набора образцов резисторов
3. четыре резистора 1 кОм из того же набора образцов
4. один резистор 50 Ом из того же набора образцов
5. два конденсатора по 1 мкФ
6. четыре конденсатора по 10 мкФ
7. перемычка
8. макетная плата без пайки
9. Разъем аккумулятора 9 В
10. батарея 9В
11. разъем RCA
12. спикер RadioShack (мы любим эти вещи)

Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, на который можно положить ногу таракана.

Проектирование схемы

Эмиттерные и коллекторные резисторы

Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, и наши шипы имеют как положительный, так и отрицательный компонент:

Мы хотим, чтобы нейронный сигнал превышал +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «места» для напряжения, чтобы усилить как отрицательную, так и положительную части сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы напряжение на коллекторе V _c составляло 1/2 V _cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В).Таким образом, нам нужно поставить резистор на V _c , чтобы установить V _c = 1/2 V _cc , и мы используем закон Ома V = IR, который мы можем переписать как:

I _c — это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета вы используете лист данных транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I _c .

4,7 кОм — стандартное значение для комплекта резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R _c

.

Коэффициент усиления нашей схемы, как он есть, составляет ΔV _c / ΔV _e , что равно отношению R _c / R _e .

Мы уже установили R _c = 4,7 кОм, а R _e уже встроен в транзистор. Его R _e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как:

I _e примерно такое же, как I _c , поэтому сопротивление составляет 26 Ом.

Мы можем рассчитать выигрыш следующим образом:

Однако сопротивление транзистора может быть нестабильным, поэтому нам нужно добавить собственное сопротивление R в дополнение к сопротивлению.Шерц рекомендует V _e с напряжением 1 В для стабилизации нестабильности транссопротивления, поэтому согласно закону Ома:

Но обратите внимание, что добавление этого R в схему:

У нас будет изменение в прибыли. Новое усиление:

о нет! Наше первоначальное усиление 180 исчезло! И наш выигрыш теперь намного меньше, чем нам нужно! Но не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно с резистором 1 кОм, который фактически заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать:

Фильтр высоких частот

Параллельно подключенные резистор и конденсатор действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наш фильтр высоких частот составлял 300 Гц. Это легко подсчитать.

У нас уже есть R = 1 кОм, а f должно быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ.

Все, что остается, — это входной конденсатор для устранения любого смещения постоянного тока на входном сигнале и поддержания стабильности нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ.

Установка напряжений смещения

Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без нажатия нижнего предела напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения.

Мы хотим, чтобы напряжение на базе V _b было на 0,6 В выше, чем напряжение на уровне V _e , поэтому

Мы знаем, что V _e должен быть 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V _b должно быть 1.6В. Сделаем делитель напряжения!

Наш V _в — это конечно 9 В, а наш V _{на выходе} — 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения:

Мы можем переставить уравнение и вычислить …

Таким образом, R1 должен быть в ~ 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как показывает практика, для этой конструкции транзистора:

Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, поскольку мы уже используем эти значения резисторов и имеем их под рукой.

Вот и все! Пришло время …

Построить схему

Вы посчитали, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите аккумулятор, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода / вывода на макетную плату, как показано ниже:

Присмотритесь к схеме на макетной плате:

Вставьте электроды в лапу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Полностью поверните динамик и почистите ногу таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте еще немного усилим шипы. Вы можете создать «вторую стадию» усиления, так же, как мы делаем с нашим обычным SpikerBox, где у вас есть выход схемы, переходящий во вход другой копии схемы, как показано ниже:

Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного снизим усиление на втором этапе.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с R _и , чтобы немного понизить усиление второй ступени, но все равно сделают более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже.

Теперь вы создали свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляю! Сообщите нам, если вы нашли способ сделать схему проще, чище и с большим усилением.

Обсуждение

Вы находитесь на пути к изобретению еще многих чудесных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть вещи очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир, недоступный нашим невооруженным чувствам. Теперь начнем открывать.

Вопросы для обсуждения

1. Почему шипы от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя «шумнее», чем SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет намного больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются с инструментальными усилителями.Добро пожаловать в искусство электроники!

Схема 4-х транзисторного усилителя звука

Это схема 4-х транзисторного усилителя звука. Комплементарный двухтактный усилитель с 4 транзисторами, демонстрирующий основы конструкции аудиоусилителя.

Эта схема экономит ток батареи, который довольно низкий при средней громкости, возрастая до 25-30 мА при увеличении громкости.

Это дает нам усилитель мощностью 250 мВт, которого достаточно, чтобы довести громкоговоритель до уровня громкости мобильного телефона или MP3-плеера.

Входное напряжение должно быть около 100-500 мВ для полного управления усилителем. Ранее вам может понравиться схема усилителя LM386 . Но вам может понравиться и эта схема.

Работа схемы 4-х транзисторного усилителя

Этот тип схемы с небольшим количеством компонентов не требует без трансформаторов и обеспечивает очень хорошие результаты. Четыре транзистора напрямую связаны, а петли обратной связи постоянного тока помогают стабилизировать работу схемы.

Рекомендуется: Здесь работает транзистор

4 работающих транзистора

Оба транзистора Q3 и Q4 скомпонованы как комплементарная пара , работающая в двухтактном режиме.Каждый выходной транзистор выполняет одну половину звукового цикла, причем один отключается, когда другой проводит.

Затем транзисторы Q1 и Q2 работают как предварительный усилитель для увеличения входящего напряжения для управления выходной парой.

Затем в точке Q1 смещение всей цепи начинается с делителя напряжения, состоящего из резисторов 56 кОм и 100 кОм.

Это обеспечивает базу с напряжением смещения 5,5 В. Напряжение эмиттера на 0,6В меньше этого, и будет 4,9В.

И далее, транзистор Q2 смещен так, что он обеспечивает напряжение на нагрузочном резисторе 270 Ом, которое образует выходные транзисторы.

Рекомендуется: Схема 3-х транзисторного аудиоусилителя

Существует перепад напряжения 0,6 В между их выводами базы и эмиттера.

Это необходимо для уменьшения перекрестных искажений, которые возникают, когда два транзистора соединены двухтактным.

Электролитический фильтр емкостью 100 мкФ защищает динамик от появления постоянного тока, поэтому динамик должен колебаться вокруг этого нового положения.

См. Множество схем транзисторных усилителей

Прежде всего, вам понадобятся все детали ниже

Детали, которые вам понадобятся

• Q1, Q3: BC547 или эквивалент, 45 В 0.1A, транзистор NPN
• Q2, Q4: BC557 или аналогичный, 45 В 0,1 А, транзистор PNP

0,25 Вт Допуск резисторов: 5%

• R1: 56K
• R2: 100K
33K160 R3:
• R4: 470 Ом
• R5: 270 Ом
• R6: 1.5K
• R7: 10K

Электролитические конденсаторы

• C1: 10 мкФ 25V
100µF 60160 C2: 10 мкФ 25 В

• B1: 9-вольтовые батареи
• SP1: 8 Ом 0.25 ” Громкоговоритель

Эта схема требует достаточного источника питания. У тебя есть это? Если у вас его нет. Смотрим: Много Схема блока питания

Эта схема небольшого размера вы можете собрать их на макетной плате. Или Вы можете собрать схему усилителя на небольшом куске универсальной печатной платы с 20 — 25 отверстиями. Прежде чем приступать к какой-либо пайке, сначала составьте схему расположения, которая почти соответствует схеме.

С осторожностью вы обнаружите, что вам не придется вырезать ни одну из универсальных дорожек печатной платы, и большинство деталей аккуратно поместятся на плату, поскольку все они 0.Расстояние 1 дюйм.

Для моего сына план будет строить его на деревянной доске или твердой бумаге , это также экономит деньги и весело!

Когда вы закончите пайку, затем подключите батарею через миллиамперметр, чтобы проверить, что ток находится в пределах 30 мА и, скорее всего, составляет 5-15 мА при отсутствии входного сигнала.

Вы можете проследить через усилитель с помощью трассировщика сигналов проекта .

Очевидно, что все ступени не могут обеспечить хороший усилитель, так как транзистор имеет усиление не менее 20 раз, а иногда и внутрисхемное усиление 100.

Таким образом, этот коэффициент усиления усилителя примерно 20 x 20 x 20 или 8000 раз! Но это не так. Если на входе около 250 мВ, усилитель должен обеспечивать усиление от 40 до 80 раз.

Трассировщик сигналов покажет, какой транзистор обеспечивает это усиление. Посмотреть на себя. В целом, эти объединенные 4 транзистора проекта должны доставить вам много часов удовольствия. Хотя эта схема 4-х транзисторного усилителя звука устарела, она по-прежнему подходит для обучения детей и обеспечивает хорошее звучание.
Источник: http://www.talkingelectronics.com/

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Силовые транзисторы и радиаторы

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Узнайте о конструкции силовых транзисторов.
• • Понять необходимость соединения коллектора и металлического корпуса.
• Понять взаимосвязь между мощностью и температурой в силовых цепях.
• • Понижение мощности.
• Понять необходимость радиаторов.
• • Способы выбора радиаторов.
• • Способы установки радиаторов.
• Рассчитайте требования к тепловому сопротивлению радиаторов.
• • Узнайте о методах преодоления ограничений в радиаторах.

Силовые транзисторы

Нет четкой разницы между «обычными» транзисторами, используемыми в усилителях напряжения и силовых транзисторах, но в целом силовые транзисторы можно отнести к категории таких, которые могут выдерживать ток коллектора (или сток в случае полевых транзисторов) более 1 Ампер.

Поскольку силовые транзисторы, такие как те, что показаны на рис. 5.1.1, выдерживают большие токи и более высокие напряжения, они имеют конструкцию, отличную от небольших сигнальных устройств.Они должны иметь низкое выходное сопротивление, чтобы они могли передавать большие токи в нагрузку, и хорошую изоляцию перехода, чтобы выдерживать высокие напряжения. Они также должны очень быстро рассеивать тепло, чтобы не перегреваться. Поскольку большая часть тепла генерируется в соединении коллектор / база, площадь этого соединения делается как можно большей.

Мощность и температура

Максимальная номинальная мощность транзистора в значительной степени определяется температурой перехода коллектор / база, как видно из графика снижения мощности на рис.5.1.2. Если рассеивается слишком много мощности, этот переход становится слишком горячим и транзистор будет разрушен, типичная максимальная температура составляет от 100 ° C до 150 ° C, хотя некоторые устройства могут выдерживать более высокие максимальные температуры перехода. Максимальная выходная мощность силового транзистора тесно связана с температурой, и выше 25 ° C линейно падает до нулевой выходной мощности при достижении максимально допустимой температуры.

Понижение мощности

Рис 5.1.2 График снижения мощности TIP31

Например, транзистор, такой как TIP31, с заявленной максимальной выходной мощностью P _TOT 40 Вт, может работать только с мощностью 40 Вт. IF температура корпуса (немного ниже температуры перехода) поддерживается ниже 25 ° C. Характеристики силового транзистора во многом зависят от его способности рассеивать тепло, выделяемое на переходе коллектор-база.

Минимизация проблемы нагрева решается двумя основными способами:

• 1.Работая с транзистором наиболее эффективным способом, то есть выбирая класс смещения, обеспечивающий высокий КПД и наименее расточительный по мощности.
• 2. Обеспечивая, чтобы тепло, выделяемое транзистором, могло отводиться и эффективно передаваться в окружающий воздух как можно быстрее.

Метод 2, описанный выше, подчеркивает важность взаимосвязи между силовым транзистором и его радиатором, устройством, прикрепленным к транзистору с целью отвода тепла.Таким образом, физическая конструкция силовых транзисторов рассчитана на максимальную передачу тепла к радиатору. Помимо обычного выводного провода коллектора, коллектор силового транзистора, который имеет гораздо большую площадь, чем у малого сигнального транзистора, обычно находится в прямом контакте с металлическим корпусом транзистора или металлической монтажной площадкой. , который затем может быть прикручен или прикреплен непосредственно к радиатору. Типичные силовые транзисторы в металлическом корпусе и металлическом корпусе показаны на рис.5.1.1

Поскольку усилители мощности выделяют значительное количество тепла, которое является потраченной впустую мощностью, они сделаны максимально эффективными. Для усилителей напряжения низкие искажения имеют большее значение, чем эффективность, но для усилителей мощности, хотя искажения нельзя игнорировать, эффективность жизненно важна.

Радиаторы

Рис. 5.1.3 Радиаторы

Радиатор предназначен для отвода тепла от транзистора и его максимально эффективного рассеивания в окружающий воздух.Радиаторы бывают разных форм, например, из оребренных алюминиевых или медных листов или блоков, часто окрашенных или анодированных в черный матовый цвет, чтобы помочь быстрее отводить тепло. Выбор радиаторов показан на рис. 5.1.3.

Очень важен хороший физический контакт между транзистором и радиатором, а перед тем, как закрепить транзистор на радиаторе, на контактную поверхность наносится теплопередающая смазка (радиатор).

Если необходимо обеспечить электрическую изоляцию между транзистором и радиатором, между радиатором и транзистором используется слой слюды.Слюда имеет отличную изоляцию и очень хорошие теплопроводные свойства.

Выбор подходящего радиатора

Рис. 5.1.4 Установка радиатора TO220

Доступно множество радиаторов, подходящих для конкретных типов корпусов транзисторов («корпус» относится к форме и размерам транзистора). На рис. 5.1.4 показаны различные этапы установки типичного зажима на радиатор.

(а) показывает трубку с теплоотводящим компаундом.

(b) показывает зажим TO220 на радиаторе.

(c) показывает транзистор TIP31, который имеет корпус типа TO220, готовый к установке.

(d) показывает металлический корпус транзистора, залитый радиаторным компаундом. Это важно для создания эффективного теплообмена между транзистором и радиатором.

(e) показывает транзистор, установленный на радиаторе.

(f) показывает альтернативный метод монтажа, используемый, когда металлический корпус транзистора (который обычно также является выводом коллектора) должен быть изолирован от радиатора.В этом примере используется слюдяная шайба TO220, а транзистор прикреплен к радиатору болтом, вставленным через небольшую изолирующую втулку.

Типичный R

_th Расчет для:

• Транзистор TIP31 (корпус TO220), необходимый для рассеивания 5 Вт.
• Максимальная температура перехода = 150 ° C
• Температура окружающей среды (воздуха) = 25 ° C.

• Тепловое сопротивление между переходом и корпусом, рассчитанное по графику снижения мощности Рис.5.1.2.
• R _{th j-c} = (150 ° C — 25 ° C) / 40 Вт = 3,125 ° C / Вт .
• Макс. температура корпуса при рассеивании 5 Вт = 150 — (5 x 3,125) = 134 ° C (прибл.).
• Тепловое сопротивление R _{th c-hs} между корпусом и радиатором (с учетом слюдяной шайбы) = 2 ° C / Вт.
• Макс. температура радиатора = 134 — (5 x 2) = 124 ° C .
• Для достижения температуры окружающего воздуха = 25 ° C Термическое сопротивление радиатора должно быть лучше (124-25) / 5 = 19.8 ° C / Вт
• Лучшим выбором, чтобы избежать работы транзистора при максимально допустимой температуре , было бы выбрать радиатор с тепловым сопротивлением примерно от 10 до 15 ° C / Вт.

Расчет необходимого теплового сопротивления R

_th для радиатора

Выбранный радиатор должен отводить тепло от транзистора в окружающий воздух достаточно быстро, чтобы температура перехода транзистора не превышала максимально допустимое значение (обычно указывается в паспорте транзистора), обычно от 100 до 150 ° С.

Каждый радиатор имеет параметр термического сопротивления (R _th ), измеряемый в ° C / Вт, и чем ниже значение R _th , тем быстрее рассеивается тепло. Другие факторы, влияющие на рассеивание тепла, включают мощность (в ваттах), рассеиваемую транзистором, эффективность передачи тепла между внутренним переходом транзистора и корпусом транзистора, а также корпусом к радиатору.

Также необходимо учитывать разницу между температурой радиатора и температурой воздуха вокруг него (температура окружающей среды).Главный критерий — радиатор должен быть достаточно эффективным, слишком эффективный — не проблема.

Следовательно, любой радиатор с тепловым сопротивлением ниже или равным расчетному значению должен быть в порядке, но во избежание постоянной работы транзистора при максимально допустимой температуре или близкой к ней, что почти гарантированно сокращает срок службы транзистора, По возможности рекомендуется использовать радиатор с более низким тепловым сопротивлением.

График снижения мощности транзистора TIP31, показанный на рис.5.1.2 иллюстрирует взаимосвязь между мощностью, рассеиваемой транзистором, и температурой корпуса. Когда транзистор рассеивает 5 Вт, по графику можно оценить, что максимальная температура безопасного корпуса для температуры перехода 150 ° C будет примерно от 134 до 135 ° C, что подтверждает приведенный выше расчет макс. температура корпуса.

Транзистор TIP31 имеет максимальную рассеиваемую мощность P _TOT 40 Вт, но из графика на рис. 5.1.2 видно, что это достижимо, только если температура корпуса транзистора может поддерживаться на уровне 25 ° C.Температура корпуса может подниматься только до 150 ° C (такой же, как максимальная температура перехода), если рассеиваемая мощность равна нулю.

Параллельные транзисторы для приложений большой мощности

Рис. 5.1.5 Силовые транзисторы, подключенные параллельно

В приложениях с высокой мощностью может оказаться невозможным найти подходящий радиатор для конкретного транзистора, тогда одним из решений может быть использование другого силового транзистора или другого типа корпуса (корпуса), если таковой имеется.Другой альтернативой является использование двух или более транзисторов, соединенных параллельно, с разделением общей мощности между ними. Это может быть более дешевый вариант, чем один очень дорогой радиатор.

Термический побег

Во многих современных схемах силовые MOSFET предпочтительнее BJT из-за проблемы теплового разгона BJT. Это процесс, при котором ток увеличивается как естественный эффект в полупроводниках при повышении температуры устройства. Это повышение температуры затем приводит к дальнейшему увеличению тока и последующему дальнейшему повышению температуры, пока повышение температуры и тока не выйдет из-под контроля и устройство не будет разрушено.

При параллельном соединении нескольких плохо согласованных транзисторов транзистор, который изначально пропускает наибольший ток, нагревается, в то время как другие транзисторы, пропускающие меньший ток, становятся холоднее. Следовательно, более горячий транзистор может подвергаться опасности теплового разгона, однако тщательно подобранные BJT все же могут быть предпочтительнее полевых МОП-транзисторов для некоторых приложений высокого напряжения.