Transistorivahvistin: tyypit, piirit, yksinkertainen ja monimutkainen. Kaksi ULF-piiriä transistoreissa

Piirikaavio yksinkertaisesta transistoriäänivahvistimesta, joka on toteutettu kahdella voimakkaalla komposiittitransistorilla TIP142-TIP147, jotka on asennettu lähtöasteeseen, kahdelle pienitehoiselle BC556B:lle differentiaalitiellä ja yhdellä BD241C:llä signaalin esivahvistuspiirissä - vain viisi transistoria koko piirille! Tällaista UMZCH-mallia voidaan käyttää vapaasti esimerkiksi osana kotimusiikkikeskusta tai ajettaessa autoon asennettua subwooferia, diskossa.

Tämän äänitehon vahvistimen tärkein vetovoima on aloittelevien radioamatöörienkin helppo asentaa, ei tarvita erityisiä asetuksia, ei ole ongelmia komponenttien ostamisessa edulliseen hintaan. Tässä esitetyllä PA-piirillä on sähköiset ominaisuudet ja korkea lineaarisuus taajuusalueella 20Hz - 20000Hz. p>

Tehonlähteen muuntajaa valittaessa tai itse valmistettaessa on otettava huomioon seuraava tekijä: - muuntajassa tulee olla riittävä tehoreservi, esim.: 300 W yhtä kanavaa kohden, kun kyseessä on kaksikanavainen versio , silloin teho luonnollisesti kaksinkertaistuu. Voit käyttää jokaiselle omaa erillistä muuntajaa, ja jos käytät vahvistimen stereoversiota, saat yleensä "kaksoismono" -tyyppisen laitteen, joka luonnollisesti lisää äänenvahvistuksen tehokkuutta.

Käyttöjännitteen muuntajan toisiokäämeissä tulee olla ~ 34v vaihtuva, silloin tasasuuntaajan jälkeinen vakiojännite on alueella 48v - 50v. Jokaiseen virtalähdevarteen on asennettava sulake, joka on vastaavasti 6A, stereolle, kun työskentelet yhdellä virtalähteellä - 12A.

Nyt Internetistä löydät valtavan määrän piirejä erilaisille mikropiirien vahvistimille, pääasiassa TDA-sarjalle. Niillä on melko hyvät ominaisuudet, hyvä hyötysuhde ja ne eivät ole niin kalliita, tähän liittyen ne ovat niin suosittuja. Taustaansa vasten transistorivahvistimet jäävät kuitenkin ansaittomasti unohduksiin, jotka, vaikka niitä on vaikea asentaa, eivät ole yhtä mielenkiintoisia.

Vahvistinpiiri

Vahvistimen luokitusten valinta

Vahvistinlevy:

(lataukset: 405)

Itse tekemäni vahvistin

Elektroniikan perusteet hallittuaan aloitteleva radioamatööri on valmis juottamaan ensimmäiset elektroniikkasuunnitelmansa. Audiotehovahvistimet ovat yleensä toistettavissa olevia malleja. Kaavoja on monia, jokainen eroaa parametreistaan ​​ja suunnittelustaan. Tässä artikkelissa tarkastellaan joitain yksinkertaisimmista ja parhaiten toimivista vahvistinpiireistä, jotka kuka tahansa radioamatööri voi onnistuneesti toistaa. Artikkelissa ei käytetä monimutkaisia ​​termejä ja laskelmia, kaikki on yksinkertaistettu niin paljon kuin mahdollista, jotta lisäkysymyksiä ei ole.

Aloitetaan tehokkaammalla järjestelmällä.
Joten ensimmäinen piiri on tehty tunnetulle TDA2003-sirulle. Tämä on monovahvistin, jonka lähtöteho on jopa 7 wattia 4 ohmin kuormalla. Haluan sanoa, että tämän mikropiirin vakiokytkentäpiiri sisältää pienen määrän komponentteja, mutta pari vuotta sitten keksin erilaisen piirin tälle mikropiirille. Tässä järjestelmässä komponenttien määrä on minimoitu, mutta vahvistin ei ole menettänyt ääniparametrejaan. Tämän piirin kehittämisen jälkeen aloin valmistaa kaikki vahvistimeni tämän piirin pienitehoisille kaiuttimille.

Esitetyn vahvistimen piirissä on laaja valikoima toistettavia taajuuksia, syöttöjännitealue on 4,5 - 18 volttia (tyypillinen 12-14 volttia). Mikropiiri asennetaan pieneen jäähdytyselementtiin, koska maksimiteho saavuttaa jopa 10 wattia.

Mikropiiri pystyy toimimaan 2 ohmin kuormalla, mikä tarkoittaa, että vahvistimen lähtöön voidaan kytkeä 2 päätä, joiden resistanssi on 4 ohmia.
Tulokondensaattori voidaan korvata millä tahansa muulla, jonka kapasitanssi on 0,01 - 4,7 uF (mieluiten 0,1 - 0,47 uF), sekä kalvo- että keraamisia kondensaattoreita voidaan käyttää. Muita osia ei saa vaihtaa.

Äänenvoimakkuuden säätö 10 - 47 kOhm.
Mikropiirin lähtöteho mahdollistaa sen käytön pienitehoisissa PC-kaiuttimissa. On erittäin kätevää käyttää sirua erillisille kaiuttimille matkapuhelimelle jne.
Vahvistin toimii heti päälle kytkemisen jälkeen, se ei vaadi lisäsäätöä. On suositeltavaa liittää lisäksi miinusvirtalähde jäähdytyselementtiin. Kaikkia elektrolyyttikondensaattoreita käytetään edullisesti 25 voltilla.

Toinen piiri on koottu pienitehoisille transistoreille ja sopii paremmin kuulokevahvistimeksi.

Tämä on luultavasti laatuaan laadukkain piiri, ääni on selkeä, koko taajuusspektri tuntuu. Hyvillä kuulokkeilla tuntuu, että sinulla on täysi subwoofer.

Vahvistin on koottu vain 3 käänteisjohtotransistorille, edullisimpana vaihtoehtona käytettiin KT315-sarjan transistoreita, mutta niiden valinta on melko laaja.

Vahvistin voi toimia pienellä impedanssilla, jopa 4 ohmilla, mikä mahdollistaa piirin käytön soittimen, radiovastaanottimen jne. signaalin vahvistamiseen. Virtalähteenä käytettiin 9 voltin akkua.
Loppuvaiheessa käytetään myös KT315-transistoreita. Lähtötehon lisäämiseksi voit käyttää KT815-transistoreita, mutta sitten sinun on lisättävä syöttöjännite 12 volttiin. Tässä tapauksessa vahvistimen teho saavuttaa jopa 1 watin. Lähtökondensaattorin kapasitanssi voi olla 220 - 2200 uF.
Tämän piirin transistorit eivät kuumene, joten jäähdytystä ei tarvita. Käytettäessä tehokkaampia lähtötransistoreja saatat tarvita pieniä jäähdytyselementtejä jokaista transistoria varten.

Ja lopuksi - kolmas järjestelmä. Esitetään yhtä yksinkertainen, mutta todistettu versio vahvistimen rakenteesta. Vahvistin pystyy toimimaan pienestä jännitteestä 5 volttiin, jolloin PA:n lähtöteho on enintään 0,5 W ja maksimiteho 12 voltilla yltää jopa 2 wattiin.

Vahvistimen lähtöaste on rakennettu kotimaiselle komplementaariselle parille. Säädä vahvistinta valitsemalla vastus R2. Tätä varten on toivottavaa käyttää 1 kOhm trimmeriä. Kierrä nuppia hitaasti, kunnes pääteasteen lepovirta on 2-5 mA.

Vahvistimella ei ole suurta tuloherkkyyttä, joten on suositeltavaa käyttää esivahvistinta ennen tuloa.

Diodilla on tärkeä rooli piirissä; se on tässä vakauttaa pääteasteen tilaa.
Lähtöasteen transistorit voidaan korvata millä tahansa sopivien parametrien parilla, esimerkiksi KT816/817. Vahvistin voi antaa tehon pienitehoisille autonomisille kaiuttimille, joiden kuormitusvastus on 6-8 ohmia.

Luettelo radioelementeistä

Two Circuits -verkkosivuston toimittajat esittelevät yksinkertaisen mutta laadukkaan MOSFET-transistoreihin perustuvan matalataajuisen vahvistimen. Hänen piirinsä pitäisi olla audiofiilien radioamatöörien tuttu, sillä hän on jo 20-vuotias.Kirja on kuuluisan Anthony Holtonin kehittämä, minkä vuoksi sitä kutsutaan joskus ULF Holtoniksi. Äänenvahvistusjärjestelmässä on alhainen harmoninen särö, enintään 0,1 %, tehokuormalla noin 100 wattia.

Tämä vahvistin on vaihtoehto suosituille TDA-sarjan vahvistimille ja vastaaville pop-vahvistimille, koska hieman korkeammalla hinnalla saa vahvistimen, jolla on selvästi paremmat ominaisuudet.

Järjestelmän suuri etu on yksinkertainen rakenne ja 2 edullisesta MOSFET:istä koostuva lähtöaste. Vahvistin voi ohjata sekä 4 että 8 ohmin kaiuttimia. Ainoa säätö, joka on tehtävä käynnistyksen aikana, on asettaa lähtötransistorien lepovirta-arvo.

Kaaviokaavio UMZCH Holtonista

Piiri on klassinen kaksivaiheinen vahvistin, se koostuu differentiaalista tulovahvistimesta ja balansoidusta tehovahvistimesta, jossa toimii yksi tehotransistoreiden pari. Järjestelmän kaavio on esitetty yllä.

Painettu piirilevy

Tässä on arkisto painetun piirilevyn PDF-tiedostoista - .

Vahvistimen toimintaperiaate

Transistorit T4 (BC546) ja T5 (BC546) toimivat diffja saavat virtansa virtalähteestä, joka perustuu transistoreihin T7 (BC546), T10 (BC546) ja vastuksiin R18 (22 kohm), R20 (680 ohmia) ) ja R12 (22 com). Tulosignaali syötetään kahteen suodattimeen: alipäästösuodattimeen, joka on rakennettu elementeistä R6 (470 ohmia) ja C6 (1 nf) - se rajoittaa signaalin suurtaajuisia komponentteja ja kaistanpäästösuodatinta, joka koostuu C5 (1 uF), R6 ja R10 (47 kohm), rajoittavat signaalikomponentteja inframataalilla taajuuksilla.

Differentiaalivahvistimen kuormitus on vastukset R2 (4,7 kohm) ja R3 (4,7 kohm). Transistorit T1 (MJE350) ja T2 (MJE350) ovat toinen vahvistusaste, ja transistorit T8 (MJE340), T9 (MJE340) ja T6 (BD139) ovat sen kuormitus.

Kondensaattorit C3 (33pF) ja C4 (33pF) vastustavat vahvistimen viritystä. R13:n (10 kΩ / 1 V) rinnan kytketty kondensaattori C8 (10 nF) parantaa ULF:n transienttivastetta, mikä on tärkeää nopeasti kasvaville tulosignaaleille.

Transistori T6 yhdessä elementtien R9 (4,7 ohmia), R15 (680 ohmia), R16 (82 ohmia) ja PR1 (5 ohmia) kanssa mahdollistaa vahvistimen lähtöasteiden oikean napaisuuden asettamisen levossa. Potentiometrillä on tarpeen asettaa lähtötransistorien lepovirta 90-110 mA:n alueelle, mikä vastaa jännitteen pudotusta R8:n (0,22 ohm / 5 W) ja R17:n (0,22 ohm / 5 W) välillä 20-25 mV. Kokonaisvirrankulutuksen tulee olla vahvistimen lepotilassa noin 130 mA.

Vahvistimen lähtöelementit ovat MOSFETit T3 (IRFP240) ja T11 (IRFP9240). Nämä transistorit asennetaan jänniteseuraajiksi, joilla on suuri maksimilähtövirta, joten ensimmäisten 2 portaan täytyy heilauttaa riittävän suuri amplitudi lähtösignaalille.

Vastuksia R8 ja R17 käytettiin pääasiassa tehovahvistintransistorien lepovirran nopeaan mittaamiseen ilman häiriöitä piiriin. Ne voivat myös olla hyödyllisiä, jos järjestelmää laajennetaan toisella tehotransistoriparilla, johtuen transistorien avoimien kanavien vastuseroista.

Vastukset R5 (470 ohmia) ja R19 (470 ohmia) rajoittavat päästötransistorien kapasitanssin latausnopeutta ja siten rajoittavat vahvistimen taajuusaluetta. Diodit D1-D2 (BZX85-C12V) suojaavat tehokkaita transistoreita. Niiden kanssa käynnistyksen jännite suhteessa transistorien virtalähteisiin ei saa olla yli 12 V.

Vahvistinlevyssä on paikat tehosuodatinkondensaattoreille C2 (4700 uF / 50 V) ja C13 (4700 uF / 50 V).

Ohjaus saa virtaa ylimääräisestä RC-suodattimesta, joka on rakennettu elementeille R1 (100 ohm / 1 V), C1 (220 μF / 50 V) ja R23 (100 Ω / 1 V) ja C12 (220 μF / 50 V).

Virtalähde UMZCH:lle

Vahvistinpiiri tarjoaa tehoa, joka saavuttaa todellisen 100 watin (tehollinen sinimuotoinen), tulojännitteellä noin 600 mV ja kuormitusvastuksen ollessa 4 ohmia.

Suositeltu muuntaja on 200 W toroidi, jonka jännite on 2x24 V. Tasasuuntauksen ja tasoituksen jälkeen pitäisi saada kaksinapainen syöttö tehovahvistimiin noin +/-33 volttia. Tässä esitetty malli on erittäin suorituskykyinen MOSFET-monovahvistinmoduuli, jota voidaan käyttää erillisenä yksikkönä tai osana .

MATATAAJUISET TRANSISTORIVAHVISTIMET. TEHOVAHVISTIMET

Sivuston vierailijoiden pyynnöstä esitän huomionne artikkelin, joka on täysin omistettu transistorivahvistimille. Kahdeksannella oppitunnilla käsittelimme hieman vahvistimien - transistoreiden vahvistinvaiheita -teemaa, joten yritän tämän artikkelin avulla poistaa kaikki transistorivahvistimiin liittyvät aukot. Jotkut tässä esitetyistä teoreettisista perusteista pätevät sekä transistori- että putkivahvistimille. Artikkelin alussa tarkastellaan vahvistinportaiden päällekytkennän päätyyppejä ja menetelmiä, artikkelin lopussa tarkastellaan yksipäisten muuntajien ja muuntajattomien vahvistimien tärkeimpiä etuja ja haittoja, ja huomioidaan erityisesti Yksityiskohtaiset push-pull-muuntajat ja muuntajattomat vahvistimet, koska niitä käytetään melko usein ja ne edustavat suurta kiinnostusta. Artikkelin lopussa, kuten edellisilläkin tunneilla, on käytännön työtä. Itse asiassa tämä artikkeli ei eroa oppituneista, sillä ainoa ero on, että tällä ja kaikilla myöhemmillä artikkeleilla on erityiset otsikot, joten voit halutessasi valita aiheen opiskelua varten. Joka tapauksessa, jotta voit valita turvallisesti jonkin seuraavista aiheista, sinun on ehdottomasti suoritettava koko kurssi, joka koostuu 10 oppitunnista.

Vahvistava transistoriaste on tapana kutsua transistoria, jossa on vastuksia, kondensaattoreita ja muita osia, jotka tarjoavat sille toimintaolosuhteet vahvistimeksi. Äänitaajuisten värähtelyjen kovaa toistoa varten transistorivahvistimen on oltava vähintään kaksi-kolmivaiheinen . Useita kaskadeja sisältävissä vahvistimissa erotetaan kaskadit esivahvistuksen ja ulostulon tai lopulliset kaskadit . Lähtöastetta kutsutaan vahvistimen viimeiseksi vaiheeksi, joka toimii puhelimissa tai dynaamisessa kaiutinpäässä, ja alustavia ovat kaikki sen edessä olevat vaiheet. Yhden tai useamman esivahvistinportaan tehtävänä on nostaa äänitaajuusjännite lähtöasteen transistorin toiminnan kannalta tarpeelliseen arvoon. Lähtöasteen transistorista on lisättävä äänitaajuuden värähtelyjen teho tasolle, joka on tarpeen dynaamisen pään toiminnan kannalta. Yksinkertaisimpien transistorivahvistimien lähtöasteisiin radioamatöörit käyttävät usein pienitehoisia transistoreita, samoin kuin esivahvistinvaiheissa. Tämä selittyy halulla tehdä vahvistimista taloudellisempia, mikä on erityisen tärkeää kannettavissa akkukäyttöisissä malleissa. Tällaisten vahvistimien lähtöteho on pieni - muutamasta kymmenestä 100 - 150 mW, mutta sekin riittää puhelimien tai pienitehoisten dynaamisten päiden käyttöön. Jos energiansäästökysymys virtalähteistä ei ole niin merkittävä, esimerkiksi kun vahvistimia syötetään sähkövalaistusverkosta, lähtöasteessa käytetään tehokkaita transistoreita. Mikä on useista vaiheista koostuvan vahvistimen toimintaperiaate? Näet kaavion yksinkertaisesta transistori-kaksivaiheisesta matalataajuisesta vahvistimesta (Kuva 1). Harkitse sitä huolellisesti. Transistori V1 toimii vahvistimen ensimmäisessä vaiheessa, transistori V2 toimii toisessa vaiheessa. Tässä ensimmäinen vaihe on esivahvistusaste, toinen vaihe on lähtöaste. Heidän välillään - eristyskondensaattori C2. Tämän vahvistimen minkä tahansa kaskadin toimintaperiaate on sama ja samanlainen kuin sinulle tutun yksivaiheisen vahvistimen toimintaperiaate. Ero on vain yksityiskohdissa: ensimmäisen asteen transistorin V1 kuormitus on vastus R2 ja pääteasteen transistorin V2 kuormitus puhelimissa B1 (tai jos lähtösignaali on riittävän voimakas, kaiuttimen pää). Bias ensimmäisen asteen transistorin kantaan syötetään vastuksen R1 kautta ja toisen asteen transistorin kantaan - vastuksen R3 kautta. Molemmat portaat saavat virtaa yhteisestä lähteestä Ui.p., joka voi olla galvaanisten kennojen akku tai tasasuuntaaja. Transistorien toimintatilat asetetaan valitsemalla vastukset R1 ja R3, jotka on merkitty kaaviossa tähdillä.

Riisi. 1 Kaksivaiheinen transistorivahvistin.

Vahvistimen toiminta kokonaisuudessaan on seuraava. Kondensaattorin C1 kautta ensimmäisen asteen sisäänmenoon syötetty ja transistorin V1 vahvistama sähköinen signaali kuormitusvastuksesta R2 irrotuskondensaattorin C2 kautta syötetään toisen portaan tuloon. Täällä sitä vahvistaa transistor V2 ja puhelimet B1, jotka sisältyvät transistorin kollektoripiiriin, muunnetaan ääneksi. Mikä on kondensaattorin C1 rooli vahvistimen tulossa? Se suorittaa kaksi tehtävää: se siirtää vapaasti vaihtosignaalijännitteen transistoriin ja estää kantaa oikosulusta emitteriin signaalilähteen kautta. Kuvittele, että tämä kondensaattori ei ole tulopiirissä ja vahvistetun signaalin lähde on sähködynaaminen mikrofoni, jolla on pieni sisäinen vastus. Mitä tapahtuu? Mikrofonin pienen vastuksen kautta transistorin kanta liitetään emitteriin. Transistori sammuu, koska se toimii ilman alkujännitettä. Se avautuu vain signaalijännitteen negatiivisilla puolijaksoilla. Ja positiiviset puolijaksot, jotka sulkevat transistorin vielä enemmän, "katkaistaan" siitä. Tämän seurauksena transistori vääristää vahvistettua signaalia. Kondensaattori C2 yhdistää vahvistimen portaat vaihtovirralla. Sen tulisi läpäistä vahvistetun signaalin muuttuva komponentti ja viivästyttää ensimmäisen asteen transistorin kollektoripiirin vakiokomponenttia. Jos muuttuvan komponentin ohella kondensaattori johtaa myös tasavirtaa, lähtöasteen transistorin toimintatapa häiriintyy ja ääni säröytyy tai katoaa kokonaan. Tätä toimintoa suorittavia kondensaattoreita kutsutaan kytkentäkondensaattorit, siirtymä- tai erotus . Tulo- ja siirtymäkondensaattorien on läpäistävä hyvin vahvistetun signaalin koko taajuuskaista - alimmasta korkeimpaan. Tämän vaatimuksen täyttävät kondensaattorit, joiden kapasiteetti on vähintään 5 mikrofaradia. Suurten kapasitanssien kytkentäkondensaattorien käyttö transistorivahvistimissa selittyy transistorien suhteellisen alhaisilla tuloresistanssilla. Kytkentäkondensaattori tarjoaa vaihtovirtaa kapasitiivisella resistanssilla, joka on mitä pienempi, sitä suurempi sen kapasitanssi. Ja jos se osoittautuu suuremmiksi kuin transistorin tuloresistanssi, osa vaihtojännitteestä putoaa siihen enemmän kuin transistorin tuloresistanssiin, mikä aiheuttaa vahvistuksen menetyksen. Kytkentäkondensaattorin kapasitanssin tulee olla vähintään 3-5 kertaa pienempi kuin transistorin tuloresistanssi. Siksi suuren kapasiteetin kondensaattoreita sijoitetaan tuloon sekä transistorin portaiden välistä viestintää varten. Täällä käytetään yleensä pienikokoisia elektrolyyttikondensaattoreita noudattamalla pakollista niiden sisällyttämisen napaisuutta. Nämä ovat kaksivaiheisen transistoribassovahvistimen elementtien tyypillisimpiä ominaisuuksia. Transistori-kaksivaiheisen matalataajuisen vahvistimen toimintaperiaatteen korjaamiseksi muistiin ehdotan alla olevien vahvistinpiirien yksinkertaisimpien vaihtoehtojen kokoamista, säätämistä ja testaamista. (Artikkelin lopussa ehdotetaan vaihtoehtoja käytännön työhön, nyt sinun on koottava yksinkertaisimman kaksivaiheisen vahvistimen asettelu, jotta voit seurata nopeasti teoreettisia lausuntoja käytännössä).

Yksinkertaiset kaksivaiheiset vahvistimet

Kaaviokaaviot kahdesta tällaisen vahvistimen muunnoksesta on esitetty (Kuva 2). Ne ovat pohjimmiltaan toisto transistorivahvistimen piirille, joka on nyt purettu. Vain ne osoittavat yksityiskohtien yksityiskohdat ja esittelivät kolme lisäelementtiä: R1, SZ ja S1. Vastus R1 - äänitaajuuden värähtelyjen latauslähde (ilmaisinvastaanotin tai poiminta); СЗ - kondensaattori, joka estää kaiuttimen pään B1 korkeammilla äänitaajuuksilla; S1 - virtakytkin. Päällä olevassa vahvistimessa (kuva 2, a) toimivat p - n - p -rakenteen transistorit, päällä olevassa vahvistimessa (Kuva 2, b) - rakenteet n - p - n. Tältä osin niitä syöttävien paristojen kytkemisen napaisuus on erilainen: vahvistimen ensimmäisen muunnelman transistorien kollektoreihin syötetään negatiivinen jännite ja toisen muunnelman transistorien kollektoreihin positiivinen jännite. Myös elektrolyyttikondensaattorien päällekytkemisen napaisuus on erilainen. Muut vahvistimet ovat täsmälleen samanlaisia.

Riisi. 2 Kaksivaiheiset matalataajuiset vahvistimet p - n - p -rakenteen transistoreissa (a) ja n - p - n rakenteen transistoreissa (b).

Kaikissa näissä vahvistinvaihtoehdoissa transistorit, joiden staattinen virransiirtokerroin on h21e 20 - 30 tai enemmän, voivat toimia. Esivahvistusvaiheessa (ensimmäinen) on tarpeen laittaa transistori, jolla on suuri kerroin h21e - Lähtöasteen kuorman B1 rooli voidaan suorittaa kuulokkeilla, DEM-4m puhelinkapselilla. Käytä vahvistimen virransyöttöön 3336L akkua (jota kutsutaan yleisesti nelikulmaiseksi paristoksi) tai verkkovirtalähde(joka ehdotettiin tehtäväksi 9. oppitunnilla). Esivahvistimen kokoaminen päälle leipälauta , siirrä sitten sen tiedot piirilevylle, jos sellainen halu ilmenee. Asenna ensin koepalevylle vain ensimmäisen vaiheen ja kondensaattorin C2 osat. Kytke kuulokkeet päälle tämän kondensaattorin oikeanpuoleisen (kaavion mukaan) ulostulon ja virtalähteen maadoitetun johtimen välissä. Jos nyt vahvistimen tulo on kytketty lähtöliittimiin, esimerkiksi: radioasemalle viritetty ilmaisinvastaanotin tai siihen on kytketty jokin muu heikon signaalin lähde, kuuluu radiolähetyksen ääni tai radioaseman signaali. yhdistetty lähde näkyy puhelimissa. Valitse vastuksen R2 resistanssi (kuten säädettäessä yksitransistorivahvistimen toimintatilaa, mistä puhuin 8. oppitunnilla ), lisää äänenvoimakkuutta. Tässä tapauksessa transistorin kollektoripiiriin kuuluvan milliampeerin tulisi näyttää virtaa, joka on 0,4 - 0,6 mA. 4,5 V:n tehonsyöttöjännitteellä tämä on edullisin toimintatapa tälle transistorille. Asenna sitten vahvistimen toisen (lähtö)vaiheen yksityiskohdat, käännä puhelimet sen transistorin kollektoripiiriin. Puhelimen pitäisi nyt kuulostaa huomattavasti kovemmalta. Ehkä jopa kovemmin ne kuulostavat sen jälkeen, kun vastuksen R4 valinta asettaa transistorin kollektorivirran arvoon 0,4 - 0,6 mA. On mahdollista tehdä toisin: asenna kaikki vahvistimen osat, valitse suositellut transistoritilat valitsemalla vastukset R2 ja R4 (kollektoripiirin virtojen tai transistorin kollektorijännitteiden mukaan) ja vasta sen jälkeen tarkista sen toiminta äänentoiston suhteen. Tämä tapa on teknisempi. Ja monimutkaisemmalla vahvistimella, ja joudut käsittelemään pääasiassa tällaisia ​​vahvistimia, se on ainoa oikea. Toivon, että ymmärrät, että neuvoni kaksivaiheisen vahvistimen asettamisesta pätee yhtä lailla sen molempiin vaihtoehtoihin. Ja jos niiden transistorien virransiirtokertoimet ovat suunnilleen samat, puhelimien äänenvoimakkuuden - vahvistimen kuormien tulisi olla samat. DEM-4m-kapselilla, jonka resistanssi on 60 ohmia, kaskaditransistorin lepovirtaa on lisättävä (pienentämällä vastuksen R4 resistanssi) 4 - 6 mA:iin. Kaksivaiheisen vahvistimen kolmannen version kaavakuva on esitetty (Kuva 3). Tämän vahvistimen ominaisuus on, että sen ensimmäisessä vaiheessa toimii p - n - p rakenteen transistori ja toisessa - n - p - n rakenteen transistori. Lisäksi toisen transistorin kanta on kytketty ensimmäisen kollektoriin ei siirtymäkondensaattorin kautta, kuten kahden ensimmäisen vaihtoehdon vahvistimessa, vaan suoraan tai, kuten sanotaan, galvaanisesti. Tällaisella kytkennällä vahvistetun värähtelyn taajuusalue laajenee, ja toisen transistorin toimintatapa määräytyy pääasiassa ensimmäisen toimintatavan mukaan, joka asetetaan valitsemalla vastus R2. Tällaisessa vahvistimessa ensimmäisen asteen transistorin kuorma ei ole vastus R3, vaan toisen transistorin emitterin p-n-liitos. Vastusta tarvitaan vain bias-elementtinä: sen yli syntynyt jännitehäviö avaa toisen transistorin. Jos tämä transistori on germanium (MP35 - MP38), vastuksen R3 resistanssi voi olla 680 - 750 ohmia ja jos pii (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - noin 3 kOhm. Valitettavasti tällaisen vahvistimen toiminnan vakaus syöttöjännitteen tai lämpötilan muuttuessa ei ole korkea. Muuten kaikki, mitä sanotaan kahden ensimmäisen vaihtoehdon vahvistimista, koskee tätä vahvistinta. Voivatko vahvistimet saada virtaa 9 V DC -lähteestä, esimerkiksi kahdesta 3336L tai Krona akusta, tai päinvastoin 1,5 - 3 V lähteestä - yhdestä tai kahdesta 332 tai 316 elementistä? Tietysti voit: korkeammalla virtalähteen jännitteellä vahvistimen kuorman - kaiuttimen pään - pitäisi kuulostaa kovemmin, pienemmällä jännitteellä - hiljaisemmin. Mutta samaan aikaan transistorien toimintatilojen tulisi myös olla hieman erilaisia. Lisäksi 9 V:n tehonsyöttöjännitteellä kahden ensimmäisen vahvistinvaihtoehdon elektrolyyttikondensaattorien C2 nimellisjännitteiden tulee olla vähintään 10 V. Niin kauan kuin vahvistinosat on asennettu leipälevylle, kaikki tämä on helppoa tarkista empiirisesti ja tee asianmukaiset johtopäätökset.

Riisi. 3 Eri rakenteellisten transistoreiden vahvistin.

Vakiintuneen vahvistimen osien asentaminen pysyvälle levylle on yksinkertainen asia. Esimerkiksi (Kuva 4) on esitetty ensimmäisen vaihtoehdon vahvistimen piirilevy (kuvan 2, a kaavion mukaan). Leikkaa levy irti getinax-levystä tai lasikuidusta, jonka paksuus on 1,5 - 2 mm. Sen kuvassa näkyvät mitat ovat likimääräisiä ja riippuvat omistamiesi osien mitoista. Esimerkiksi kaaviossa vastusten teho on 0,125 W, elektrolyyttikondensaattorien kapasitanssi on 10 mikrofaradia. Mutta tämä ei tarkoita, että vain sellaiset yksityiskohdat tulisi laittaa vahvistimeen. Vastusten hajotusteho voi olla mikä tahansa. Piirilevyllä esitettyjen elektrolyyttikondensaattorien K5O - 3 tai K52 - 1 sijasta voi lisäksi olla kondensaattoreita K50 - 6 tai tuotuja analogeja korkeille nimellisjännitteille. Riippuen omista osistasi, myös vahvistimen piirilevy voi muuttua. Voit lukea radioelementtien asennustavoista, mukaan lukien painetut johdotukset, osiosta "radioamatööritekniikka" .

Riisi. 4 Kaksivaiheinen bassovahvistimen piirilevy.

Mikä tahansa vahvistimista, joista puhuin tässä artikkelissa, on hyödyllinen tulevaisuudessa, esimerkiksi kannettavalle transistorivastaanottimelle. Samanlaisia ​​vahvistimia voidaan käyttää langalliseen puhelinviestintään lähellä asuvan ystävän kanssa.

Transistorin toimintatilan stabilointi

Ensimmäisen tai toisen vaihtoehdon (kuvan 2 kaavioiden mukaan) vahvistin, joka on asennettu ja säädetty sisätiloihin, toimii paremmin kuin kadulla, missä se on kesäauringon kuumissa säteissä tai talvella kylmässä. . Miksi se on niin? Koska valitettavasti lämpötilan noustessa transistorin toimintatila rikotaan. Ja perimmäinen syy tähän on kollektorin Ikbo hallitsematon vastavirta ja staattisen virransiirtokertoimen h21E muutos lämpötilan muutoksilla. Periaatteessa nykyinen Ikbo on pieni. Esimerkiksi matalataajuisissa, pienitehoisissa germaniumtransistoreissa tämä virta, mitattuna käänteisjännitteellä kollektorin p - n -liitoksessa 5 V ja lämpötila 20 ° C, ei ylitä 20 - 30 μA ja piillä. transistoreilla se on alle 1 μA. Mutta se muuttuu merkittävästi lämpötilan mukaan. Kun lämpötila nousee 10 ° C, germaniumtransistorin nykyinen Ikbo noin kaksinkertaistuu ja piitransistorin - 2,5 kertaa. Jos esimerkiksi 20 ° C: n lämpötilassa germaniumtransistorin nykyinen Ikbo on 10 μA, lämpötilan noustessa 60 ° C: een se kasvaa noin 160 μA. Mutta nykyinen Ikbo luonnehtii vain kollektorin p-n-liitoksen ominaisuuksia. Todellisissa käyttöolosuhteissa virtalähteen jännite syötetään kahteen p - n -liitokseen - kollektoriin ja emitteriin. Tässä tapauksessa kollektorin käänteisvirta virtaa myös emitteriliitoksen läpi ja ikään kuin vahvistaa itseään. Tämän seurauksena hallitsemattoman virran arvo, joka muuttuu lämpötilan vaikutuksesta, kasvaa useita kertoja. Ja mitä suurempi sen osuus kollektorivirrasta, sitä epävakaampi transistorin toimintatila on erilaisissa lämpötilaolosuhteissa. Virransiirtokertoimen h21E nousu lämpötilan myötä lisää epävakautta. Mitä sitten tapahtuu kaskadissa, esimerkiksi ensimmäisen tai toisen vaihtoehdon vahvistimen transistorissa V1? Lämpötilan noustessa kollektoripiirin kokonaisvirta kasvaa aiheuttaen kasvavan jännitehäviön kuormitusvastuksen R3 yli (katso kuva 3). Tässä tapauksessa kollektorin ja emitterin välinen jännite pienenee, mikä johtaa signaalin vääristymien esiintymiseen. Lämpötilan noustessa kollektorin jännite voi laskea niin alhaiseksi, että transistori lopettaa tulosignaalin vahvistamisen kokonaan. Lämpötilan vaikutusta kollektorivirtaan voidaan vähentää joko käyttämällä erittäin alhaisella virtalla Ikbo transistoreja laitteissa, jotka on suunniteltu toimimaan merkittävillä lämpötilanvaihteluilla. esimerkiksi pii tai erikoistoimenpiteiden käyttö, jotka stabiloivat transistorien tilan termisesti. Yksi menetelmistä käyttötilan lämpöstabilointi germaniumtransistorin rakenne p - n - p on esitetty kuvan 1 kaaviossa. 5, a. Tässä, kuten näet, kantavastus Rb ei ole kytketty virtalähteen negatiiviseen johtimeen, vaan transistorin kollektoriin. Mitä se antaa? Lämpötilan noustessa kasvava kollektorivirta lisää jännitehäviötä kuorman Rn yli ja vähentää jännitettä kollektorin yli. Ja koska kanta on kytketty (vastuksen Rb kautta) kollektoriin, myös negatiivinen bias-jännite pienenee siinä, mikä puolestaan ​​pienentää kollektorin virtaa. Osoittautuu takaisinkytkentä kaskadin lähtö- ja tulopiirien välillä - kasvava kollektorivirta vähentää jännitettä pohjassa, mikä vähentää automaattisesti kollektorivirtaa. Transistorin annettu toimintatapa on stabiloitunut. Mutta transistorin toiminnan aikana sen kollektorin ja kannan välillä saman vastuksen Rb kautta tapahtuu negatiivinen takaisinkytkentä vaihtovirtaan, mikä vähentää kaskadin yleistä vahvistusta. Siten transistorimoodin vakaus saavutetaan vahvistuksen menetyksen kustannuksella. Harmi, mutta näihin häviöihin on ryhdyttävä, jotta vahvistimen normaali toiminta säilyy, kun transistorin lämpötila muuttuu.

Riisi. 5 vahvistusastetta transistorimoodin lämpöstabiloinnilla.

On kuitenkin olemassa tapa stabiloida transistorin toimintatila hieman pienemmillä vahvistushäviöillä, mutta tämä saavutetaan monimutkaisemalla kaskadi. Tällaisen vahvistimen kaavio on esitetty (Kuva 5, b). Transistorin lepotila tasavirran ja jännitteen suhteen pysyy samana: kollektoripiirin virta on 0,8 - 1 mA, negatiivinen esijännite pohjassa suhteessa emitteriin on 0,1 V (1,5 - 1,4 \u003d 0,1 V) . Mutta tila asetetaan käyttämällä kahta lisävastusta: Rb2 ja Re. Vastukset Rb1 ja Rb2 muodostavat jakajan, jonka avulla pohjassa ylläpidetään vakaa jännite. Emitterivastus Re on elementti lämpöstabilointi . Transistorimoodin lämpöstabilointi tapahtuu seuraavasti. Kun kollektorivirta kasvaa lämmön vaikutuksesta, vastuksen Re jännitehäviö kasvaa. Tässä tapauksessa kannan ja emitterin välinen jännite-ero pienenee, mikä vähentää automaattisesti kollektorin virtaa. Osoittautuu sama takaisinkytkentä, vain nyt emitterin ja kannan välillä, minkä vuoksi transistorin tila on vakiintunut. Peitä paperilla tai sormella kondensaattori Ce, joka on kytketty rinnan vastuksen Re kanssa ja siten shunting sitä. Mitä tämä kaavio muistuttaa sinua nyt? Kaskadi transistorilla, joka on kytketty OK-kaavion mukaisesti (emitteriseuraaja). Tämä tarkoittaa, että transistorin toiminnan aikana, kun vastuksella Re tapahtuu jännitehäviö, ei vain vakion, vaan myös muuttuvien komponenttien välillä, syntyy jännite emitterin ja kannan välillä. 100 % negatiivinen AC jännitteen takaisinkytkentä , jossa kaskadin vahvistus on pienempi kuin yksikkö. Mutta tämä voi tapahtua vain, kun kondensaattoria C3 ei ole. Tämä kondensaattori luo rinnakkaispolun, jota pitkin vastuksen Re ohittaen kollektorivirran muuttuva komponentti kulkee, sykkii vahvistetun signaalin taajuudella, eikä negatiivista takaisinkytkentää tapahdu (kollektorivirran muuttuva komponentti menee yhteinen johto). Tämän kondensaattorin kapasitanssin tulee olla sellainen, ettei se aiheuta havaittavaa vastusta vahvistetun signaalin alimmille taajuuksille.Äänen taajuuden vahvistusvaiheessa tämä vaatimus voidaan täyttää elektrolyyttikondensaattorilla, jonka kapasiteetti on 10–20 mikrofaradia tai enemmän. Vahvistin, jossa on tällainen transistorimoodin stabilointijärjestelmä, ei ole käytännössä herkkä lämpötilan vaihteluille ja lisäksi yhtä tärkeää vaihtuville transistoreille. Onko tämä tapa stabiloida transistorin toimintatila kaikissa tapauksissa? Ei tietenkään. Loppujen lopuksi kaikki riippuu siitä, mihin tarkoitukseen vahvistin on tarkoitettu. Jos vahvistin toimii vain kotona, jossa lämpötilaero on mitätön, kovaa lämpöstabilointia ei tarvita. Ja jos aiot rakentaa vahvistimen tai vastaanottimen, joka toimisi vakaasti sekä kotona että kadulla, niin tietysti sinun on stabiloitava transistoritila, vaikka laitteen pitäisi olla monimutkainen lisäyksityiskohtien kanssa.

Push-Pull tehovahvistin

Puhuessani tämän artikkelin alussa vahvistinasteiden tarkoituksesta, sanoin ikään kuin eteenpäin katsoessani, että lähtöasteikoissa, jotka ovat tehovahvistimia, radioamatöörit käyttävät samoja pienitehoisia transistoreita kuin jännitevahvistusasteikoissa. Silloin sinulla voi tietysti olla kysymys tai ehkä heräsi kysymys: miten tämä saavutetaan? Vastaan ​​siihen nyt. Tällaisia ​​kaskadeja kutsutaan push-pull tehovahvistimiksi. Lisäksi ne voivat olla muuntajia, ts. käyttämällä niissä muuntajia tai muuntajattomia. Suunnitelmissasi käytetään molempia push-pull-äänivärähtelyvahvistimia. Ymmärrämme heidän työnsä periaatteen. Yksinkertaistettu kaavio push-pull-muuntajan tehovahvistusasteesta ja sen toimintaa havainnollistavat käyrät on esitetty (Kuva 6). Kuten näet, siinä on kaksi muuntajaa ja kaksi transistoria. Muuntaja T1 on portaiden välinen, joka yhdistää pääteasteen tehovahvistimen tuloon, ja muuntaja T2 on lähtö. Transistorit V1 ja V2 on kytketty OE-piirin mukaan. Niiden emitterit sekä vaiheiden välisen muuntajan toisiokäämin keskilähtö on "maadoitettu" - kytketty virtalähteen yhteiseen johtimeen Ui.p. - negatiivinen syöttöjännite transistorien kollektoreihin syötetään lähtömuuntajan T2 ensiökäämin kautta: transistorin V1 kollektoriin - osan Ia kautta, transistorin V2 kollektoriin - osan Ib kautta. Jokainen transistori ja siihen liittyvät osat välimuuntajan toisiokäämissä ja lähtömuuntajan ensiökäämissä edustavat tavallista yksipäistä vahvistinta, joka on jo tuttu sinulle. Tämä on helppo nähdä, jos peität yhden näistä kaskadin haaroista paperilla. Yhdessä ne muodostavat push-pull tehovahvistimen.

Riisi. 6 Push-pull muuntajan tehovahvistin ja sen toimintaa kuvaavat kaaviot.

Push-pull-vahvistimen toiminnan ydin on seuraava. Esipääteasteen äänitaajuuden värähtelyt (kaavio kuvassa 6) syötetään molempien transistorien kannaksiin siten, että niissä olevat jännitteet muuttuvat milloin tahansa vastakkaisiin suuntiin, ts. vastavaiheessa. Tässä tapauksessa transistorit toimivat vuorotellen, kaksi jaksoa kullekin niille syötetyn jännitteen jaksolle. Kun esimerkiksi transistorin V1 kannalla on negatiivinen puoliaalto, se avautuu ja vain tämän transistorin virta kulkee lähtömuuntajan ensiökäämin osan Ia läpi (käyrä b). Tällä hetkellä transistori V2 on kiinni, koska sen kannalla on positiivinen jännitteen puoliaalto. Seuraavalla puolijaksolla päinvastoin positiivinen puoliaalto perustuu transistoriin V1 ja negatiivinen puoliaalto transistoriin V2. Nyt transistori V2 avautuu ja kollektorivirta kulkee lähtömuuntajan ensiökäämin osan Ib läpi (kaavio c), ja transistori V1 sulkeutuu "lepäämällä". Ja niin jokaisella vahvistimeen syötetyllä äänivärähtelyjaksolla. Muuntajakäämityksessä molempien transistorien kollektorivirrat summataan (kaavio d), minkä seurauksena vahvistimen lähdössä saadaan tehokkaampia äänitaajuisia sähköisiä värähtelyjä kuin perinteisessä yksitahtivahvistimessa. Dynaaminen pää B, joka on kytketty muuntajan toisiokäämiin, muuntaa ne ääneksi. Nyt, käyttämällä kaaviota (kuva 7), ymmärrämme toimintaperiaatteen muuntajaton push-pull vahvistin tehoa. Transistoreita on myös kaksi, mutta ne ovat rakenteeltaan erilaisia: transistori Vl - p - n - p, transistori V2 - n - p - n. Tasavirtaa varten transistorit on kytketty sarjaan, jolloin ne muodostavat ikään kuin niitä syöttävän tasavirtalähteen jännitteenjakajan. Samalla syntyy negatiivinen jännite transistorin V1 kollektoriin suhteessa niiden väliseen keskipisteeseen, jota kutsutaan symmetriapisteeksi ja joka on yhtä suuri kuin puolet virtalähteen jännitteestä, ja transistorin V2 kollektorissa se on positiivinen, ja myös puolet virtalähteen Un.p jännitteestä. Dynaaminen pää B sisältyy transistorien emitteripiireihin: transistorille V1 - kondensaattorin C2 kautta, transistorille V2 - kondensaattorin C1 kautta. Siten AC-transistorit on kytketty OK-piirin mukaisesti (emitterin seuraaja) ja työskentele yhdellä yhteisellä kuormalla - pää B.

Riisi. 7 Push-pull muuntajaton tehovahvistin.

Vahvistimen molempien transistorien kannoissa vaikuttaa samanarvoinen ja -taajuinen vaihtojännite, joka tulee esiterminaalista kaskadista. Ja koska transistorit ovat rakenteeltaan erilaisia, ne toimivat vuorotellen, kahdella jaksolla: negatiivisella jännitteen puoliaallolla vain transistori V1 avautuu ja piiripäähän B - kondensaattori C2 ilmestyy kollektorivirtapulssi (kuvassa 6 - kaavio b), ja positiivisella vain transistori V2 avautuu puoliaaltossa ja pääkondensaattorin C1 piirissä ilmestyy tämän transistorin kollektorivirran pulssi (kuvassa 6 - kaavio c). Siten transistorien kokonaisvirta kulkee pään läpi (käyrä d kuvassa 6), joka on teholla tehostettu äänitaajuusvärähtely, jonka se muuntaa äänivärähtelyiksi. Käytännössä saavutetaan sama vaikutus kuin muuntajalla varustetussa vahvistimessa, mutta rakenteeltaan erilaisten transistorien käytön vuoksi ei tarvita laitetta signaalin syöttämiseksi transistorien kannaille. epätahdissa . Sinun olisi pitänyt huomata yksi ristiriita selostuksessani push-pull-tehovahvistimista: transistorien kannaksiin ei kohdistettu bias-jännitteitä. Olet oikeassa, mutta tässä ei ole mitään erityistä virhettä. Tosiasia on, että push-pull-vaihetransistorit voivat toimia ilman alkujännitettä. Mutta sitten vahvistetussa signaalissa esiintyy tyyppisiä vääristymiä. "askel" , tuntui erityisen voimakkaasti heikolla tulosignaalilla. Niitä kutsutaan askeleiksi, koska niillä on porrastettu muoto sinimuotoisen signaalin oskillogrammissa (kuva 8). Helpoin tapa poistaa tällaiset vääristymät on kohdistaa bias-jännite transistorien kantaan, mikä käytännössä tehdään.

Riisi. 8 "Step"-tyyppinen vääristymä.

Ennen kuin aloitan keskustelun vahvistimista, jotka tarjoavat kovan äänentoiston, haluan esitellä sinulle joitain parametreja ja vahvistusluokkia, jotka ovat ominaisia ​​bassovahvistimelle. Kaikki push-pull-vahvistimien edut käsitellään yksityiskohtaisesti alla.

LF-VAHVISTIMIEN PÄÄPARAMETRIT

Vahvistimen laatu ja soveltuvuus tiettyihin tarkoituksiin arvioidaan useiden parametrien perusteella, joista tärkeimpiä voidaan pitää kolmena: lähtöteho Рout, herkkyys ja taajuusvaste. Nämä ovat perusparametrit, jotka sinun tulee tietää ja ymmärtää. Lähtöteho on äänitaajuisten sähköisten värähtelyjen teho, joka ilmaistaan ​​watteina tai milliwatteina, jonka vahvistin välittää kuormaan - yleensä suoraan säteilevälle ohjaimelle. Vakiintuneiden standardien mukaisesti on nimellisteho Рnom ja maksimiteho Рmax. Nimellisteho on sellainen teho, jolla vahvistimen tuottama lähtösignaalin ns. epälineaarinen vääristymä ei ylitä 3 - 5 % suhteessa vääristymättömään signaaliin. Kun teho kasvaa edelleen, lähtösignaalin epälineaarinen vääristymä kasvaa. Tehoa, jolla särö saavuttaa 10 %, kutsutaan maksimiksi. Suurin lähtöteho voi olla 5-10 kertaa nimellisteho, mutta sillä säröä huomaa jopa korvalla. Kun puhun tässä artikkelissa vahvistimista, viittaan yleensä niiden keskimääräisiin lähtötehoihin ja viittaan niihin yksinkertaisesti lähtötehoina. Vahvistimen herkkyys on voltteina tai millivolteina ilmaistu äänitaajuussignaalin jännite, joka on syötettävä sen tuloon, jotta teho kuormituksella saavuttaa nimellisarvon. Mitä pienempi tämä jännite, sitä parempi on tietysti vahvistimen herkkyys. Sanon esimerkiksi: suurimman osan amatööri- ja teollisuusvahvistimista, jotka on tarkoitettu toistamaan signaalit nauhurin, DVD-soittimen ja muiden lähteiden linjalähdöstä, herkkyys voi olla 100 - 500 mV ja jopa 1 V, herkkyys mikrofonivahvistimet on 1 - 2 mV. Taajuusvaste - taajuusvaste (tai vahvistimen toimintataajuuskaista) ilmaistaan ​​graafisesti vaakasuuntaisella, hieman kaarevalla viivalla, joka osoittaa lähtösignaalin jännitteen Uout riippuvuuden sen taajuudesta vakiotulojännitteellä Uin. Tosiasia on, että mikä tahansa vahvistin vahvistaa useista syistä epätasaisesti eri taajuuksilla olevia signaaleja. Yleensä äänialueen alimman ja korkeimman taajuuden värähtelyt vahvistuvat huonoimmin. Siksi linjat - vahvistimien taajuusominaisuudet - ovat epätasaisia ​​ja niissä on välttämättä taantumista (tukoksia) reunoissa. Äärimmäisten matalien ja korkeiden taajuuksien vaihtelut, joiden vahvistus verrattuna keskitaajuuksien (800 - 1000 Hz) vaihteluihin laskee 30 %:iin, pidetään vahvistimen taajuuskaistan rajoilla. Musiikkiteosten toistoon suunniteltujen vahvistimien taajuuskaistan tulee olla vähintään 20 Hz - 20 - 30 kHz, verkkolähetysvastaanottimien vahvistimien - 60 Hz - 10 kHz ja pienten transistorivastaanottimien vahvistimien - noin 200 Hz - 3 - 4 kHz. Vahvistimien pääparametrien mittaamiseen tarvitaan äänitaajuusvärähtelygeneraattori, AC volttimittari, oskilloskooppi ja joitain muita mittalaitteita. Ne ovat tuotantoradiolaboratorioissa, radioelektroniikkapiireissä ja tuottavamman radioelektroniikan saamiseksi pitää yrittää hankkia ne itselle, jotta ne ovat aina käsillä.

Matalataajuisten vahvistimien vahvistusluokat. Vahvistusluokan rooli tehoparametrien ja korkean hyötysuhteen saavuttamisessa

Toistaiseksi emme ole puhuneet siitä, kuinka paljon energiaa käytetään vahvistetun signaalin luomiseen, tulosignaalin "voimakkaan kopion" luomiseen. Itse asiassa meillä ei ollut tällaista kysymystä. On sanottava, että vahvistetun signaalin luomisen energiantoimittaja voi olla akku tai virtalähde. Samalla pidetään itsestään selvänä, että akussa on suuret energiavarat, eikä siinä ole mitään säästettävää vain vahvistetun signaalin luomiseksi. Nyt kun tavoite on saavutettu, kun olemme oppineet vahvistamaan heikkoa signaalia transistorin avulla, yritetään selvittää, mitä energiaa sen toimittajan, keräilijäpariston, pitäisi antaa. Yritetään selvittää kuinka paljon watti vahvistettua signaalia maksaa, kuinka monta wattia tasavirtaa akku joutuu maksamaan siitä. Tehtyään useita oletuksia, olettaen, että tuloominaiskäyrän suoraviivainen osa alkaa suoraan "nollasta", että lähtöominaisuudessakaan ei ole taivutuksia, että elementti (esim. muuntaja) sisältyy kollektorikuormaan. , jossa vakiojännite ei häviä, tulemme siihen tulokseen, että parhaassa tapauksessa vain puolet akusta otetusta tehosta menee vahvistettuun signaaliin. Tämä voidaan sanoa toisin: tehokkuus (tehokerroin) transistorivahvistin ei ylitä 50%. Jokaisesta watista lähtötehoa on maksettava kaksinkertainen hinta, kaksi wattia keräilijän akkutehoa (kuva 9).

Riisi. 9 Mitä suurempi vahvistimen hyötysuhde on, sitä vähemmän se kuluttaa tehoa tietyn lähtötehon tuottamiseen.

Tämän päätelmän paikkansapitävyyden todistaminen on melko helppoa. Akun virran laskemiseksi kerrotaan sen tasajännite Ek kulutetulla virralla, eli kollektorin lepovirralla Ik.p. . transistori (Ppot. = Ek * Ik.p.) . Toisaalta kollektorivirran muuttuvan komponentin amplitudi ei voi millään tavalla olla suurempi kuin lepovirta, muuten transistori toimii katkolla. Parhaassa tapauksessa muuttuvan komponentin amplitudi on yhtä suuri kuin lepovirta Ik.p. ja samalla kollektorivirran muuttuvan komponentin tehollinen arvo on yhtä suuri kuin In.ef. = 07 * Ik.p .. Samalla tavalla vaihtojännitteen amplitudi kuormalla ei voi olla suurempi kuin akun jännite, muuten jossain vaiheessa kollektoriin ei ilmesty "miinus", vaan "plus". Ja tämä johtaa parhaimmillaan voimakkaimpiin vääristymiin. Siten lähtöjännitteen tehollinen arvo Un.ef. ei voi ylittää Un.ef. = 07 * Ek . Nyt on enää vain moninkertaistaminen 07 * Ik.p.. on 07 * Ek. ja saada aikaan, että vahvistimen suurin tehollinen teho ei ylitä Viite. = 0,5 * Ik.p. * Ek = W.eff. , eli ei ylitä puolta kulutetusta tehosta. Päätös on lopullinen, mutta siitä voi valittaa. Tiettyjen uhrausten kustannuksella on mahdollista lisätä vahvistimen hyötysuhdetta, ylittää 50 prosentin hyötysuhde.Tehokkuuden lisäämiseksi on välttämätöntä, että vahvistin tuottaa tehokkaamman signaalin samalla tehonkulutuksella. Ja tätä varten tarvitset lisäämättä lepovirtaa Ik.p. ja vakiojännite Ek , lisää kollektorivirran muuttuvia komponentteja Sisään ja kuormitusjännite Un. Mikä estää meitä nostamasta näitä kahta komponenttia? vääristymä . Voimme lisätä virtaa Sisään (tätä varten riittää esimerkiksi tulosignaalin tason lisääminen) ja jännite Un (tätä varten taas riittää lisätä tulosignaalia tai lisätä kuormitusvastusta (vaihtovirta). Molemmissa tapauksissa signaalin muoto vääristyy, sen negatiiviset puoliaallot katkeavat. Ja vaikka tällainen uhraus näyttää mahdottomalta (kuka tarvitsee taloudellisen vahvistimen, jos se tuottaa viallisia tuotteita?), lähdemme silti siihen. Ensinnäkin, koska sallimalla vääristymät (ja sitten päästämällä niistä eroon) voimme vaihtaa vahvistimen taloudellisempi tila ja lisää sen tehokkuutta. Vahvistusta ilman säröä, kun kollektorivirran vaihtokomponentin amplitudi ei ylitä lepovirtaa Ik.p., kutsutaan vahvistusluokaksi (A). Yksittäistä A-luokassa toimivaa vahvistinta kutsutaan yksipäiseksi vahvistimeksi. Jos vahvistuksen aikana osa signaalista "katkaistaan", jos kollektorivirran vaihtokomponentin amplitudi on suurempi kuin Ik.p. ja virta katkeaa kollektoripiirissä, niin saadaan yksi vahvistusluokat (AB), (B) tai (C). Luokan B vahvistuksella raja on yhtä suuri kuin puoli jaksoa, ts. puolessa jaksosta kollektoripiirissä on virtaa ja syklin toisessa puoliskossa ei ole virtaa. Jos virtaa on yli puolessa jaksosta, niin meillä on AB-vahvistusluokka, jos pienempi kuin C-luokka. (Useammin vahvistusluokat merkitään latinalaisilla kirjaimilla A, AB, B, C). Kuvittele, että meillä ei ole yksi, vaan kaksi identtistä vahvistinta, jotka toimivat luokassa B: toinen toistaa signaalin positiivisia puolijaksoja, toinen negatiivisia. Kuvittele nyt, että molemmat työskentelevät yhteisellä kuormalla. Tässä tapauksessa saamme kuormaan normaalin vääristymättömän vaihtovirran - signaalin, joka on ikään kuin ommeltu kahdesta puolikkaasta (kuva 10).

Riisi. 10 Push-pull kaskadi- ja vahvistusluokkaa.

On totta, että saadaksemme vääristymättömän signaalin kahdesta vääristyneestä, meidän oli luotava suhteellisen monimutkainen piiri puolikkaiden yhdistämiseksi (tällaista piiriä, kuten edellä tässä artikkelissa on käsitelty, kutsutaan push-pulliksi), joka koostuu olennaisesti kahdesta itsenäisestä vahvistavat vaiheet. Mutta kuten edellä selitettiin, meidän menetys (tässä tapauksessa vahvistinpiirin komplikaatio) tuo paljon suuremman voiton. Push-pull-vahvistimen kehittämä kokonaisteho on suurempi kuin teho, jonka sen molemmat puolikkaat antaisivat erikseen. Ja lähtösignaalin yhden watin "kustannus" on paljon pienempi kuin yksipäätteisessä vahvistimessa. Ihannetapauksessa (kytkentätila) samalla watin tehonkulutuksella voidaan saada yksi watti lähtösignaalia, eli ihannetapauksessa push-pull-vahvistimen hyötysuhde voi olla 100 prosenttia. Todellinen hyötysuhde on tietysti pienempi: käytännössä se on 67 %. Mutta loppujen lopuksi luokassa toimivassa yksipäisessä vahvistimessa MUTTA, saimme 50 %:n hyötysuhteen myös vain ideaalisessa tapauksessa. Mutta todellisuudessa yksitahtivahvistimen avulla voit saada enintään 30 - 40% hyötysuhteen. Ja siksi push-pull-vahvistimessa jokainen watti lähtötehoa maksaa meille kaksi-kolme kertaa "halvemman" kuin yksipäätteisessä vahvistimessa. Kannettavien transistorilaitteiden osalta tehokkuuden lisääminen on erityisen tärkeää. Mitä korkeampi hyötysuhde, sitä pienempi energiankulutus kerääjäparistolla samalla lähtöteholla. Ja tämä puolestaan ​​tarkoittaa, että mitä korkeampi hyötysuhde, sitä harvemmin tämä akku on vaihdettava tai sitä pienempi akku voi olla samalla käyttöiällä. Siksi miniatyyritransistorilaitteissa, erityisesti miniatyyrivastaanottimissa, joissa näyttää olevan tarpeen säästää painoa ja tilaa, käytetään push-pull-vahvistimia, mukaan lukien useita ylimääräisiä osia piirissä tätä varten. Työntö- ja vetovahvistinpiirit toistoa varten annetaan käytännön työssä. Lähes kaikissa push-pull-, transistoripäätevahvistimien piireissä käytetään luokkaa AB tai B. Kuitenkin luokassa työskennellessä B joitain vaikeasti poistettavia vääristymiä ilmaantuu (johtuen tuloominaisuuden taipumisesta), ja tätä luokkaa käytetään harvemmin bassovahvistimissa. C-luokkaa ei käytetä näissä vahvistimissa ollenkaan vakavien vääristymien vuoksi. Ohjausjännite lähtötransistoreille syötetään ns vaihekäänteinen kaskadi valmistettu transistorille muuntajapiirin mukaan. On muitakin suunnitelmia vaiheinvertterit , mutta ne kaikki suorittavat saman tehtävän, luovat kaksi vastavaihejännitettä, jotka on kohdistettava push-pull-transistorien kannaksiin. Jos sama jännite syötetään näihin transistoreihin, ne eivät toimi jakson kautta, vaan synkronisesti, ja siksi molemmat vahvistavat vain signaalin positiivisia tai päinvastoin vain negatiivisia puolijaksoja. Jotta push-pull-kaskaditransistorit toimisivat vuorotellen, sinun on kiinnitettävä niiden kantaan, kuten edellä mainittiin vastavaihejännitteet . Vaiheinvertterissä, jossa on muuntaja, saadaan kaksi ohjausjännitettä jakamalla toisiokäämi kahteen yhtä suureen osaan. Ja näistä jännitteistä tulee vastavaiheisia, koska toisiokäämin keskipiste on maadoitettu. Kun "plus" näkyy sen yläpäässä (kaavion mukaan) suhteessa keskipisteeseen, "miinus" näkyy alapäässä suhteessa tähän pisteeseen. Ja koska jännite on muuttuva, "plus" ja "miinus" vaihtavat paikkaa koko ajan (kuva 11).

Riisi. 11 Vaiheinvertteri luo kaksi vaihtojännitettä, jotka ovat 180 astetta epävaiheessa.

Muuntajan vaiheinvertteri yksinkertainen ja luotettava, sitä ei käytännössä tarvitse säätää. Push-pull-vahvistin transistorivastaanottimeen tai pieneen radioon voidaan koota minkä tahansa käytännön työssä esitettävän matalataajuisen vahvistinpiirin tai teollisuusvastaanotinpiirin mukaan. Esimerkiksi vastaanottimien "Alpinist", "Neva-2", "Speedola" jne. mukaisesti.

Hieman lisää negatiivisesta palautteesta, joka mainittiin tämän artikkelin alussa kuvattaessa yksipäisiä vahvistimia. Kuinka negatiivinen palaute vähentää vääristymiä, korjaa aaltomuotoa? Vastataksemme tähän kysymykseen meidän on muistettava, että aaltomuodon vääristyminen tarkoittaa itse asiassa esiintymistä signaalissa uusia harmonisia , uusia sinimuotoisia komponentteja. Negatiivinen palautepiirin kautta uusia, jotka ovat ilmaantuneet seurauksena harmoninen särö syötetään vahvistimen sisääntuloon sellaisessa vaiheessa (vastakkaisessa vaiheessa), että ne vaimentavat itsensä. Näiden harmonisten teho vahvistimen lähdössä on pienempi kuin se olisi ilman takaisinkytkentää. Samalla tietysti myös hyödyllisiä komponentteja heikennetään, joista pitäisi lisätä vääristymätön signaali, mutta tämä on korjattavissa. Tämän haitallisen negatiivisen palautetoiminnan kompensoimiseksi voit nostaa signaalitasoa vahvistimen sisääntulossa, ehkä jopa lisäämällä tähän toisen asteen. Negatiivinen palaute bassovahvistimissa, erityisesti luokkahuoneissa käytetyissä push-pull-vahvistimissa AB Ja B, löytää erittäin laajan sovelluksen: negatiivisen palautteen avulla voit tehdä sen, mitä ei saavuteta millään muulla tavalla, se sallii vähentää aaltomuodon vääristymiä, vähentää niin kutsuttua epälineaarista vääristymää . Negatiivinen palaute antaa sinun suorittaa toisen tärkeän toimenpiteen sävyn säätämiseksi, eli oikeaan suuntaan. muuttaa vahvistimen taajuusvastetta kuva. 12 .

Riisi. 12. Likimääräinen kaavio amplituditaajuusvasteesta (AFC), vahvistimet. Samanlainen kaavio voi karakterisoida minkä tahansa vahvistimen taajuusvasteen.

Tämä ominaisuus osoittaa, kuinka vahvistus muuttuu signaalin taajuuden mukaan. Ihanteelliselle vahvistimelle taajuusvaste on vain suora: vahvistus kaikilla taajuuksilla on sama sellaiselle vahvistimelle. Mutta todellisessa vahvistimessa taajuusvaste on taipunut, ahtautunut alimman ja korkeimman taajuuden alueelle. Tämä tarkoittaa, että äänialueen alemmat ja korkeammat taajuudet vahvistetaan huonommin kuin keskitaajuudet. Syyt tällaisten tukosten esiintymiseen taajuusvasteessa voivat olla erilaisia, mutta niillä on yhteinen juuret. Epätasainen vahvistus eri taajuuksilla saadaan, koska piiri sisältää reaktiivisia elementtejä, kondensaattoreita ja keloja, joiden resistanssi muuttuu taajuuden mukaan. Taajuusvasteen korjaamiseen on monia tapoja, mukaan lukien taajuudesta riippuvien elementtien käyttöönotto takaisinkytkentäpiirissä. Esimerkki tällaisista elementeistä on ketju R13, C9 (Kuva 13) esitetyssä vahvistimessa.

Riisi. 13 Muuntajattoman push-pull-vahvistimen käytännöllinen rakenne.

Tämän piirin resistanssi kasvaa taajuuden pienentyessä, takaisinkytkentä pienenee ja tästä johtuen syntyy tietty lisäys taajuusvasteeseen matalataajuisella alueella. Vahvistimessa on useita negatiivisia takaisinkytkentäpiirejä. Tämä on kondensaattori C6, joka yhdistää transistorin T2 kollektorin kantaansa; vastus R12, joka ei syötä vain jatkuvaa esijännitettä lähtötransistorien kannalle, vaan myös osan lähtösignaalista. Ketju, joka luo takaisinkytkennän kolmannesta vaiheesta toiseen, mutta ei vaihtovirrassa, vaan tasavirrassa (sellainen takaisinkytkentä lisää vahvistimen lämpöstabiilisuutta). Dynaaminen pää sisältyy lähtötransistorien kollektoripiireihin erotuskondensaattorin C4 kautta. Äänikelan resistanssi tässä piirissä voi olla 6 - 10 ohmia. Vahvistin kehittää tehoa jopa 100 mW. tulosignaalijännitteellä noin 30 - 50 mV. On olemassa melko suuri määrä muuntajattomia vahvistinpiirejä, jotka perustuvat eri johtavuuden omaaviin transistoreihin. Useimmissa niistä käytetään komposiittitransistoreja lähtövaiheessa, eli kussakin varressa on kaksi transistoria. Muuntajien puuttuminen ja kytkentäkondensaattorien lukumäärän vähentäminen mahdollistavat erittäin hyvän taajuusvasteen saavuttamisen tällaisissa vahvistimissa. Aloittelevalle radioamatöörille tämä voitto on kuitenkin melko korkea hinta. Muuntajattomat vahvistimet ja jopa komposiittitransistoreiden kanssa eivät ole aina helppoja asentaa. Ja siksi, jos sinulla ei vielä ole paljon kokemusta transistorilaitteiden perustamisesta, on parempi koota vahvistin klassisen push-pull-piirin mukaisesti muuntajilla (kuva 14).

Riisi. 14 Push-pull ULF muuntajan pääteasteella.

Tämän vahvistimen pääominaisuus on erillisestä akusta B2 kiinnitetty offset ensimmäisen asteen T1 pohjaan. Tästä johtuen transistorin T1 kollektorivirta pysyy käytännössä muuttumattomana, kun kollektoriakun jännite laskee 3,5 V:iin. Emitteripiiriin T1 sisältyvän jakajan R4, R5 pohjalta kohdistetaan bias lähtöasteen transistoreiden kantaan. Ja siksi, kun kollektorin jännite pienenee, transistorien T2, T3 bias ei muutu. Tämän seurauksena vahvistin toimii pienemmällä jännitteellä, vaikkakin pienemmällä lähtöteholla (3,5 V, 20 mW), mutta ilman säröä. B2-akusta otettu virta ei ylitä 500 μA. Vahvistimessa on yksinkertainen äänensäätö R6 ja takaisinkytkentäpiiri R8, C8, joka vähentää säröä. Vastus R9 on välttämätön, jotta kun B2 kytketään pois päältä (voi käydä niin, että Vk2 avaa piirin sekunnin murto-osan aikaisemmin kuin Bk1, transistori T1 ei näytä olevan "riippuvassa kannassa". Kondensaattorit C7, C6 ovat negatiivisia takaisinkytkentäelementit, jotka estävät itseherätyksen yliäänitaajuuksilla Saman tehtävän suorittaa kondensaattori C3. Muuntajat Tr1 ja Tr2 otetaan Alpinist-vastaanottimesta Dynaaminen pää äänikelan resistanssilla noin 4 - 6 ohmia Kollektorijännitteellä 9 V. vahvistin kehittää tehoa 180 mW ja kuluttaa akusta B2 virta on enintään 20 - 25 mA. Jos haluat lisätä lähtötehoa, voit kytkeä päälle tehokkaat transistorit kuten T2 ja T3, esim. P201 Tässä tapauksessa sinun on puolitettava R7 ja valittava R5 niin, että kollektorin kokonaislepovirta T2 ja T3 olivat 15 - 25 mA. Tehokkaille transistoreille tarvitaan toinen lähtömuuntaja, esimerkiksi seuraavilla tiedoilla: ydin, jossa on poikkileikkaus noin 3,5 cm2 (L17 x 17); ensiökäämi 3 30 + 330 kierrosta PEV 0,31, toisiokäämi 46 kierrosta PEV 0,51. P201-transistoreilla vahvistin kehittää 1,52 - 2 watin lähtötehon. Kaikkien matalataajuisten vahvistimien säätö on rajoitettu transistorimoodien valintaan. Push-pull-piireissä on suositeltavaa valita ensin transistorit, joilla on samat parametrit molemmille käsille: virran vahvistus ja käänteinen kollektorivirta. Jos kaikki osat ovat kunnossa ja piiri on koottu oikein, vahvistin pääsääntöisesti alkaa heti toimia. Ja ainoa vakava ongelma, joka voi ilmaantua, kun kytket vahvistimen päälle, on itseherätys. Yksi tapa käsitellä sitä on ottaa käyttöön erotussuodattimet, jotka estävät vaiheiden välisen viestinnän virtalähteiden kautta.

Käytännön työ

Käytännön työssä haluan esitellä muutamia yksinkertaisempia vahvistimia tämän artikkelin teoreettisen osan toistamiseksi ja vahvistamiseksi. Artikkelin lopussa annetut esimerkit push-pull-vahvistimista sopivat myös varsin toistoon. Nämä kaaviot, kuten monet muutkin piirustukset, on otettu 60- ja 70-luvun kirjallisista lähteistä, mutta ne eivät ole menettäneet merkitystään. Miksi, kysyt, käytän näitä vanhentuneita piirustuksia? Sanon, että syitä on ainakin kaksi: 1). Aika ei valitettavasti riitä piirtämään niitä itse, vaikka yritän silti piirtää joitain niistä. 2). Kummallista kyllä, juuri menneiden - kauan unohdettujen vuosien - kirjallisuuden piirustukset heijastavat täysin tutkittavien prosessien olemusta. Luultavasti ei vaikuta palkkioiden tavoittelu, kuten nykyään on tapana, vaan materiaalin laadukkaan esittämisen merkitys. Ja sensuurityöntekijät niinä vuosina eivät olleet turhia, t.s. söivät leipäänsä.

Joten kaavioissa ilmoitettujen transistorien P13 - P16 sijasta voit käyttää MP39 - 42, MP37, MP38 piitransistoreista, voit käyttää vastaavasti KT315, KT361, kiinnitä huomiota käytettyjen transistorien johtavuus- ja tehoon. . Jos vahvistimessa on voimakkaita P213-215-tyyppisiä lähtötransistoreja piirissä, ne voidaan yleensä korvata voimakkailla piitransistoreilla tyyppiä KT814 - 817 tai KT805, KT837 johtavuuden tyyppiä huomioiden. Joka tapauksessa, kun germaniumtransistorit korvataan piitransistoreilla, on tarpeen säätää vastusten arvoja vaihdettujen transistorien piireissä.

Yksinkertainen muuntajaton push-pull 1,5 W vahvistin. .Korkeataajuista transistoria P416 käytetään tässä vähentämään tuloasteen kohinaa mahdollisimman paljon, koska se on korkeataajuisuuden lisäksi myös matalakohinainen. Käytännössä se voidaan korvata MP39 - 42:lla, jonka kohinaominaisuudet ovat heikentyneet, tai piitransistoreilla KT361 tai KT3107 millä tahansa kirjaimella .. "Step"-tyypin vääristymisen estämiseksi kantojen välillä VT2, VT3, vaihe- Mukana tulee käänteinen kaskadidiodi VD1 - D9, jota käytit ilmaisimen vastaanotin, jonka vuoksi transistoreiden kannalle muodostuu bias-jännite. Jännite keskipisteessä (kondensaattorin C2 negatiivinen napa) on 4,5 V. Se asennetaan valitsemalla vastukset R2, R4. Kondensaattorin C2 suurin sallittu käyttöjännite voi olla 6 V.

Lisää vahvistinvaihtoehtoja 1., 2., aloittelevien radioamatöörien toistettavissa, mukaan lukien piitransistorit. Kuvassa on myös esivahvistimen ja yksinkertaisen passiivisen äänilohkon vaihtoehdot. (avautuu erilliseen ikkunaan).