Twee ULC-circuits die gebruik maken van transistors. Hoe werkt een audioversterker?

Een eenvoudige transistorversterker kan een goed hulpmiddel zijn om de eigenschappen van apparaten te bestuderen. De circuits en ontwerpen zijn vrij eenvoudig; u kunt het apparaat zelf maken en de werking ervan controleren, alle parameters meten. Dankzij moderne veldeffecttransistors is het mogelijk om uit letterlijk drie elementen een miniatuurmicrofoonversterker te maken. En sluit hem aan op een pc om de geluidsopnameparameters te verbeteren. En de gesprekspartners tijdens gesprekken zullen uw toespraak veel beter en duidelijker horen.

Frequentiekarakteristieken

Versterkers met een lage (audio)frequentie zijn te vinden in bijna alle huishoudelijke apparaten: stereosystemen, televisies, radio's, bandrecorders en zelfs personal computers. Maar er zijn ook RF-versterkers op basis van transistors, lampen en microschakelingen. Het verschil tussen beide is dat u met de ULF het signaal alleen kunt versterken op de audiofrequentie die door het menselijk oor wordt waargenomen. Met transistoraudioversterkers kunt u signalen reproduceren met frequenties in het bereik van 20 Hz tot 20.000 Hz.

Bijgevolg kan zelfs het eenvoudigste apparaat het signaal in dit bereik versterken. En dit gebeurt zo gelijkmatig mogelijk. De versterking is rechtstreeks afhankelijk van de frequentie van het ingangssignaal. De grafiek van deze grootheden is bijna een rechte lijn. Als een signaal met een frequentie buiten het bereik wordt toegepast op de versterkeringang, zal de kwaliteit van de werking en de efficiëntie van het apparaat snel afnemen. ULF-cascades worden in de regel samengesteld met behulp van transistors die in het lage en middenfrequentiebereik werken.

Bedieningsklassen van audioversterkers

Alle versterkerapparaten zijn onderverdeeld in verschillende klassen, afhankelijk van de mate van stroom die door de cascade vloeit tijdens de werkingsperiode:

1. Klasse "A" - stroom vloeit non-stop gedurende de gehele werkingsperiode van de versterkertrap.
2. In werkklasse "B" vloeit de stroom gedurende een halve periode.
3. Klasse “AB” geeft aan dat er stroom door de versterkertrap stroomt gedurende een tijd gelijk aan 50-100% van de periode.
4. In modus “C” vloeit er minder dan de helft van de bedrijfstijd elektrische stroom.
5. ULF-modus "D" wordt vrij recentelijk gebruikt in de amateurradiopraktijk - iets meer dan 50 jaar. In de meeste gevallen worden deze apparaten geïmplementeerd op basis van digitale elementen en hebben ze een zeer hoog rendement: meer dan 90%.

De aanwezigheid van vervorming in verschillende klassen laagfrequente versterkers

Het werkgebied van een klasse “A” transistorversterker wordt gekenmerkt door vrij kleine niet-lineaire vervormingen. Als het binnenkomende signaal hogere spanningspulsen uitspuugt, raken de transistors verzadigd. In het uitgangssignaal beginnen hogere waarden te verschijnen nabij elke harmonische (tot 10 of 11). Hierdoor verschijnt een metaalachtig geluid, dat alleen kenmerkend is voor transistorversterkers.

Als de voeding instabiel is, wordt het uitgangssignaal in amplitude nabij de netfrequentie gemodelleerd. Het geluid wordt harder aan de linkerkant van de frequentierespons. Maar hoe beter de stabilisatie van de voeding van de versterker, hoe complexer het ontwerp van het hele apparaat wordt. ULF's die in klasse "A" werken, hebben een relatief laag rendement - minder dan 20%. De reden is dat de transistor constant open is en er constant stroom doorheen vloeit.

Om de efficiëntie (zij het enigszins) te verhogen, kunt u push-pull-circuits gebruiken. Een nadeel is dat de halve golven van het uitgangssignaal asymmetrisch worden. Als u overschakelt van klasse “A” naar “AB”, zullen niet-lineaire vervormingen 3-4 keer toenemen. Maar de efficiëntie van het hele apparaatcircuit zal nog steeds toenemen. ULF-klassen “AB” en “B” karakteriseren de toename van de vervorming naarmate het signaalniveau aan de ingang afneemt. Maar zelfs als u het volume hoger zet, helpt dit niet om de tekortkomingen volledig weg te nemen.

Werk in tussenklassen

Elke klasse heeft verschillende variëteiten. Er is bijvoorbeeld een klasse versterkers "A+". Daarin werken de ingangstransistors (laagspanning) in modus "A". Maar hoogspanningsapparaten die in de eindtrappen zijn geïnstalleerd, werken in “B” of “AB”. Dergelijke versterkers zijn veel zuiniger dan versterkers die in klasse "A" werken. Er is een merkbaar lager aantal niet-lineaire vervormingen - niet hoger dan 0,003%. Betere resultaten kunnen worden bereikt met behulp van bipolaire transistors. Het werkingsprincipe van versterkers op basis van deze elementen zal hieronder worden besproken.

Maar er zit nog steeds een groot aantal hogere harmonischen in het uitgangssignaal, waardoor het geluid karakteristiek metaalachtig wordt. Er zijn ook versterkercircuits die in klasse “AA” werken. Daarin zijn niet-lineaire vervormingen nog minder - tot 0,0005%. Maar het belangrijkste nadeel van transistorversterkers bestaat nog steeds: het karakteristieke metaalachtige geluid.

"Alternatieve" ontwerpen

Dit wil niet zeggen dat ze alternatief zijn, maar sommige specialisten die zich bezighouden met het ontwerpen en assembleren van versterkers voor hoogwaardige geluidsweergave geven steeds vaker de voorkeur aan buizenontwerpen. Buizenversterkers hebben de volgende voordelen:

1. Zeer laag niveau van niet-lineaire vervorming in het uitgangssignaal.
2. Er zijn minder hogere harmonischen dan bij transistorontwerpen.

Maar er is één groot nadeel dat opweegt tegen alle voordelen: je moet beslist een apparaat voor coördinatie installeren. Feit is dat de buizentrap een zeer hoge weerstand heeft: enkele duizenden ohms. Maar de weerstand van de luidsprekerwikkeling is 8 of 4 Ohm. Om ze te coördineren, moet je een transformator installeren.

Dit is natuurlijk geen heel groot nadeel: er zijn ook transistorapparaten die transformatoren gebruiken die passen bij de eindtrap en het luidsprekersysteem. Sommige experts beweren dat het meest effectieve circuit een hybride circuit is, dat gebruik maakt van single-ended versterkers die niet worden beïnvloed door negatieve feedback. Bovendien werken al deze cascades in ULF-klasse “A”-modus. Met andere woorden, een eindversterker op een transistor wordt gebruikt als repeater.

Bovendien is de efficiëntie van dergelijke apparaten vrij hoog: ongeveer 50%. Maar je moet je niet alleen concentreren op efficiëntie- en vermogensindicatoren - ze geven niet de hoge kwaliteit van de geluidsweergave door de versterker aan. De lineariteit van de kenmerken en hun kwaliteit zijn veel belangrijker. Daarom moet je in de eerste plaats aandacht aan hen besteden, en niet aan macht.

Single-ended ULF-circuit op een transistor

De eenvoudigste versterker, gebouwd volgens een gemeenschappelijk emittercircuit, werkt in klasse "A". De schakeling maakt gebruik van een halfgeleiderelement met een n-p-n-structuur. In het collectorcircuit is een weerstand R3 geïnstalleerd, die de stroomstroom beperkt. Het collectorcircuit is verbonden met de positieve voedingsdraad en het emittercircuit is verbonden met de negatieve draad. Als je halfgeleidertransistors met een p-n-p-structuur gebruikt, zal het circuit precies hetzelfde zijn, je hoeft alleen maar de polariteit te veranderen.

Met behulp van een ontkoppelcondensator C1 is het mogelijk om het wisselende ingangssignaal te scheiden van de gelijkstroombron. In dit geval vormt de condensator geen obstakel voor de stroom van wisselstroom langs het basis-emitterpad. De interne weerstand van de emitter-basisovergang vormt samen met de weerstanden R1 en R2 de eenvoudigste voedingsspanningsdeler. Typisch heeft weerstand R2 een weerstand van 1-1,5 kOhm - de meest typische waarden voor dergelijke circuits. In dit geval wordt de voedingsspanning precies gehalveerd. En als je het circuit voedt met een spanning van 20 volt, kun je zien dat de waarde van de stroomversterking h21 150 zal zijn. Opgemerkt moet worden dat HF-versterkers op transistors volgens vergelijkbare circuits zijn gemaakt, alleen werken ze a beetje anders.

In dit geval is de emitterspanning 9 V en de daling in het “E-B”-gedeelte van het circuit 0,7 V (wat typisch is voor transistors op siliciumkristallen). Als we een versterker beschouwen op basis van germaniumtransistoren, dan zal in dit geval de spanningsval in de "E-B"-sectie gelijk zijn aan 0,3 V. De stroom in het collectorcircuit zal gelijk zijn aan de stroom die door de emitter stroomt. Je kunt dit berekenen door de emitterspanning te delen door de weerstand R2 - 9V/1 kOhm = 9 mA. Om de waarde van de basisstroom te berekenen, moet u 9 mA delen door de versterking h21 - 9 mA/150 = 60 μA. ULF-ontwerpen maken meestal gebruik van bipolaire transistors. Het werkingsprincipe is anders dan dat in het veld.

Op weerstand R1 kun je nu de valwaarde berekenen - dit is het verschil tussen de basis- en voedingsspanning. In dit geval kan de basisspanning worden gevonden met behulp van de formule: de som van de kenmerken van de emitter en de "E-B" -overgang. Bij voeding via een 20 Volt-bron: 20 - 9,7 = 10,3. Hier kunt u de weerstandswaarde R1 = 10,3 V/60 μA = 172 kOhm berekenen. Het circuit bevat capaciteit C2, die nodig is om een ​​circuit te implementeren waar de wisselcomponent van de emitterstroom doorheen kan gaan.

Als u condensator C2 niet installeert, zal de variabele component zeer beperkt zijn. Hierdoor zal een dergelijke op transistor gebaseerde audioversterker een zeer lage stroomversterking h21 hebben. Het is noodzakelijk om aandacht te besteden aan het feit dat in de bovenstaande berekeningen werd aangenomen dat de basis- en collectorstromen gelijk waren. Bovendien werd aangenomen dat de basisstroom de stroom is die vanuit de emitter het circuit in vloeit. Het treedt alleen op als er een voorspanning wordt aangelegd op de basisuitgang van de transistor.

Maar er moet rekening mee worden gehouden dat de lekstroom van de collector absoluut altijd door het basiscircuit stroomt, ongeacht de aanwezigheid van voorspanning. In gewone emittercircuits wordt de lekstroom minstens 150 keer versterkt. Maar meestal wordt met deze waarde alleen rekening gehouden bij het berekenen van versterkers op basis van germaniumtransistoren. In het geval dat silicium wordt gebruikt, waarbij de stroom van het “K-B”-circuit erg klein is, wordt deze waarde eenvoudigweg verwaarloosd.

Versterkers op basis van MOS-transistors

De in het diagram weergegeven veldeffecttransistorversterker heeft veel analogen. Inclusief het gebruik van bipolaire transistors. Daarom kunnen we als soortgelijk voorbeeld het ontwerp van een audioversterker beschouwen die is samengesteld volgens een circuit met een gemeenschappelijke zender. De foto toont een circuit gemaakt volgens een gemeenschappelijk broncircuit. Op de ingangs- en uitgangscircuits zijn RC-verbindingen gemonteerd, zodat het apparaat in klasse “A”-versterkermodus werkt.

De wisselstroom van de signaalbron wordt door condensator C1 gescheiden van de gelijkspanning. Het is absoluut noodzakelijk dat de veldeffecttransistorversterker een poortpotentiaal moet hebben die lager zal zijn dan dezelfde bronkarakteristiek. In het weergegeven diagram is de poort via weerstand R1 met de gemeenschappelijke draad verbonden. De weerstand is zeer hoog - in ontwerpen worden meestal weerstanden van 100-1000 kOhm gebruikt. Een dergelijke grote weerstand is zo gekozen dat het ingangssignaal niet overbrugd wordt.

Deze weerstand laat bijna geen elektrische stroom door, waardoor de poortpotentiaal (bij gebrek aan signaal aan de ingang) gelijk is aan die van de aarde. Aan de bron blijkt de potentiaal hoger te zijn dan die van de aarde, alleen als gevolg van de spanningsval over weerstand R2. Hieruit blijkt duidelijk dat de poort een lager potentieel heeft dan de bron. En dit is precies wat nodig is voor de normale werking van de transistor. Het is noodzakelijk om aandacht te besteden aan het feit dat C2 en R3 in dit versterkercircuit hetzelfde doel hebben als in het hierboven besproken ontwerp. En het ingangssignaal wordt 180 graden verschoven ten opzichte van het uitgangssignaal.

ULF met transformator aan de uitgang

Je kunt zo'n versterker met je eigen handen maken voor thuisgebruik. Het wordt uitgevoerd volgens het schema dat werkt in klasse "A". Het ontwerp is hetzelfde als hierboven besproken - met een gemeenschappelijke zender. Eén kenmerk is dat u voor het matchen een transformator moet gebruiken. Dit is een nadeel van een dergelijke transistorgebaseerde audioversterker.

Het collectorcircuit van de transistor wordt belast door de primaire wikkeling, die een uitgangssignaal ontwikkelt dat via de secundaire naar de luidsprekers wordt verzonden. Op de weerstanden R1 en R3 is een spanningsdeler gemonteerd, waarmee u het werkpunt van de transistor kunt selecteren. Deze schakeling levert voorspanning aan de basis. Alle andere componenten hebben hetzelfde doel als de hierboven besproken circuits.

Push-pull audioversterker

Er kan niet worden gezegd dat dit een eenvoudige transistorversterker is, omdat de werking ervan iets ingewikkelder is dan de eerder besproken. Bij push-pull ULF's wordt het ingangssignaal gesplitst in twee halve golven, verschillend in fase. En elk van deze halve golven wordt versterkt door zijn eigen cascade, gemaakt op een transistor. Nadat elke halve golf is versterkt, worden beide signalen gecombineerd en naar de luidsprekers gestuurd. Dergelijke complexe transformaties kunnen signaalvervorming veroorzaken, omdat de dynamische en frequentie-eigenschappen van twee transistors, zelfs van hetzelfde type, verschillend zullen zijn.

Als gevolg hiervan wordt de geluidskwaliteit aan de versterkeruitgang aanzienlijk verminderd. Wanneer een balansversterker in klasse “A” werkt, is het niet mogelijk een complex signaal met hoge kwaliteit weer te geven. De reden is dat er voortdurend een verhoogde stroom door de schouders van de versterker vloeit, dat de halve golven asymmetrisch zijn en dat er fasevervormingen optreden. Het geluid wordt minder verstaanbaar en bij verhitting neemt de signaalvervorming nog meer toe, vooral bij lage en ultralage frequenties.

Transformatorloze ULF

Een op transistors gebaseerde basversterker gemaakt met behulp van een transformator is, ondanks het feit dat het ontwerp kleine afmetingen heeft, nog steeds onvolmaakt. Transformers zijn nog steeds zwaar en omvangrijk, dus het is beter om ze weg te doen. Een schakeling gemaakt op complementaire halfgeleiderelementen met verschillende soorten geleidbaarheid blijkt veel effectiever. De meeste moderne ULF's worden precies volgens dergelijke schema's gemaakt en werken in klasse "B".

De twee krachtige transistoren die in het ontwerp zijn gebruikt, werken volgens een emittervolgcircuit (gemeenschappelijke collector). In dit geval wordt de ingangsspanning zonder verlies of winst naar de uitgang verzonden. Als er geen signaal aan de ingang is, staan ​​​​de transistors op het punt in te schakelen, maar zijn ze nog steeds uitgeschakeld. Wanneer een harmonisch signaal aan de ingang wordt toegevoerd, opent de eerste transistor met een positieve halve golf, en bevindt de tweede zich op dit moment in de afsnijmodus.

Bijgevolg kunnen alleen positieve halve golven door de belasting gaan. Maar de negatieve openen de tweede transistor en schakelen de eerste volledig uit. In dit geval verschijnen er alleen negatieve halve golven in de belasting. Als gevolg hiervan verschijnt het in vermogen versterkte signaal aan de uitgang van het apparaat. Een dergelijk versterkercircuit met transistors is behoorlijk effectief en kan zorgen voor een stabiele werking en geluidsweergave van hoge kwaliteit.

ULF-circuit op één transistor

Nadat u alle hierboven beschreven functies heeft bestudeerd, kunt u de versterker met uw eigen handen monteren met behulp van een eenvoudige elementbasis. De transistor kan worden gebruikt voor de binnenlandse KT315 of een van zijn buitenlandse analogen, bijvoorbeeld BC107. Als belasting moet je een koptelefoon gebruiken met een weerstand van 2000-3000 Ohm. Er moet een voorspanning op de basis van de transistor worden aangelegd via een weerstand van 1 MΩ en een ontkoppelcondensator van 10 μF. Het circuit kan worden gevoed vanuit een bron met een spanning van 4,5-9 volt, een stroomsterkte van 0,3-0,5 A.

Als weerstand R1 niet is aangesloten, is er geen stroom in de basis en collector. Maar bij aansluiting bereikt de spanning een niveau van 0,7 V en kan er een stroom van ongeveer 4 μA vloeien. In dit geval zal de stroomversterking ongeveer 250 zijn. Vanaf hier kunt u een eenvoudige berekening van de versterker maken met behulp van transistors en de collectorstroom ontdekken - deze blijkt gelijk te zijn aan 1 mA. Nadat u dit transistorversterkercircuit hebt geassembleerd, kunt u het testen. Sluit een belasting aan op de uitgang - hoofdtelefoon.

Raak de versterkeringang aan met uw vinger - er zou een karakteristiek geluid moeten verschijnen. Als het er niet is, is de structuur hoogstwaarschijnlijk verkeerd gemonteerd. Controleer alle verbindingen en elementbeoordelingen nogmaals. Om de demonstratie duidelijker te maken, sluit u een geluidsbron aan op de ULF-ingang: de uitgang van de speler of telefoon. Luister naar muziek en evalueer de geluidskwaliteit.

De transistorversterker blijft ondanks zijn lange geschiedenis een favoriet onderzoeksonderwerp voor zowel beginners als doorgewinterde radioamateurs. En dit is begrijpelijk. Het is een onmisbaar onderdeel van de populairste laag(geluids)frequentieversterkers. We zullen kijken hoe eenvoudige transistorversterkers worden gebouwd.

Frequentierespons van de versterker

In elke televisie- of radio-ontvanger, in elk muziekcentrum of geluidsversterker vind je transistorgeluidsversterkers (lage frequentie - LF). Het verschil tussen transistoraudioversterkers en andere typen ligt in hun frequentiekarakteristieken.

Een op transistors gebaseerde audioversterker heeft een uniforme frequentierespons in de frequentieband van 15 Hz tot 20 kHz. Dit betekent dat de versterker alle ingangssignalen met een frequentie binnen dit bereik ongeveer gelijk omzet (versterkt). De onderstaande afbeelding toont de ideale frequentieresponscurve voor een audioversterker in de coördinaten "versterkerversterking Ku - ingangssignaalfrequentie."

Deze curve is vrijwel vlak van 15 Hz tot 20 kHz. Dit betekent dat een dergelijke versterker specifiek gebruikt moet worden voor ingangssignalen met frequenties tussen 15 Hz en 20 kHz. Voor ingangssignalen met frequenties boven 20 kHz of onder 15 Hz gaan de efficiëntie en prestaties snel achteruit.

Het type frequentierespons van de versterker wordt bepaald door de elektrische radio-elementen (ERE) van het circuit, en voornamelijk door de transistors zelf. Een op transistors gebaseerde audioversterker wordt meestal samengesteld met behulp van zogenaamde laag- en middenfrequente transistors met een totale ingangssignaalbandbreedte van tientallen en honderden Hz tot 30 kHz.

Bedieningsklasse versterker

Zoals bekend worden, afhankelijk van de mate van continuïteit van de stroom gedurende de hele periode door een transistorversterkingstrap (versterker), de volgende klassen van werking onderscheiden: "A", "B", "AB", "C", "D".

In de bedrijfsklasse stroomt stroom “A” gedurende 100% van de ingangssignaalperiode door de cascade. De werking van de cascade in deze klasse wordt geïllustreerd door de volgende figuur.

In de bedrijfsklasse van de versterkertrap "AB" vloeit er stroom doorheen gedurende meer dan 50%, maar minder dan 100% van de ingangssignaalperiode (zie onderstaande figuur).

In de werkingsklasse van de "B"-trap vloeit de stroom er precies 50% van de ingangssignaalperiode doorheen, zoals geïllustreerd in de figuur.

Ten slotte vloeit er bij klasse C-trapwerking minder dan 50% van de ingangssignaalperiode stroom doorheen.

Laagfrequente versterker die transistors gebruikt: vervorming in de belangrijkste werkingsklassen

In het werkgebied heeft een klasse “A” transistorversterker een laag niveau van niet-lineaire vervorming. Maar als het signaal spanningspieken heeft gepulseerd, wat leidt tot verzadiging van de transistors, verschijnen hogere harmonischen (tot de 11e) rond elke "standaard" harmonische van het uitgangssignaal. Dit veroorzaakt het fenomeen van het zogenaamde transistor- of metaalachtig geluid.

Als laagfrequente vermogensversterkers die transistors gebruiken een ongestabiliseerde voeding hebben, worden hun uitgangssignalen amplitudegemoduleerd nabij de netfrequentie. Dit leidt tot een hard geluid aan de linkerkant van de frequentierespons. Verschillende methoden voor spanningsstabilisatie maken het ontwerp van de versterker complexer.

Het typische rendement van een klasse A-versterker met één uiteinde bedraagt ​​niet meer dan 20% vanwege de constant open transistor en de continue stroom van een constante stroomcomponent. Je kunt een klasse A-versterker push-pull maken, de efficiëntie zal iets toenemen, maar de halve golven van het signaal zullen asymmetrischer worden. Het overbrengen van een cascade van bedrijfsklasse “A” naar bedrijfsklasse “AB” verviervoudigt de niet-lineaire vervormingen, hoewel de efficiëntie van het circuit toeneemt.

Bij klasse “AB”- en “B”-versterkers neemt de vervorming toe naarmate het signaalniveau afneemt. Onwillekeurig wil je zo’n versterker luider zetten om de kracht en dynamiek van de muziek ten volle te ervaren, maar vaak helpt dit niet veel.

Middelmatige werkniveaus

Werkklasse "A" heeft een variant - klasse "A+". In dit geval werken de van een versterker van deze klasse in klasse "A", en gaan de hvan de versterker, wanneer hun ingangssignalen een bepaald niveau overschrijden, naar klasse "B" of “AB”. De efficiëntie van dergelijke cascades is beter dan in pure klasse "A", en niet-lineaire vervormingen zijn minder (tot 0,003%). Ze hebben echter ook een “metaalachtig” geluid vanwege de aanwezigheid van hogere harmonischen in het uitgangssignaal.

In versterkers van een andere klasse - "AA" is de mate van niet-lineaire vervorming zelfs nog lager - ongeveer 0,0005%, maar er zijn ook hogere harmonischen aanwezig.

Terug naar de klasse A-transistorversterker?

Tegenwoordig pleiten veel experts op het gebied van hoogwaardige geluidsweergave voor een terugkeer naar buizenversterkers, omdat het niveau van niet-lineaire vervormingen en hogere harmonischen die ze in het uitgangssignaal introduceren duidelijk lager is dan dat van transistors. Deze voordelen worden echter grotendeels gecompenseerd door de behoefte aan een bijpassende transformator tussen de buizeneindtrap met hoge impedantie en audioluidsprekers met lage impedantie. Er kan echter een eenvoudige transistorversterker worden gemaakt met een transformatoruitgang, zoals hieronder wordt weergegeven.

Er is ook een standpunt dat de ultieme geluidskwaliteit alleen kan worden geleverd door een hybride buizentransistorversterker, waarvan alle trappen single-ended zijn, niet gedekt zijn en in klasse “A” werken. Dat wil zeggen, zo'n vermogensrepeater is een versterker met een enkele transistor. Het circuit kan een maximaal haalbaar rendement (in klasse “A”) hebben van niet meer dan 50%. Maar noch het vermogen, noch de efficiëntie van de versterker zijn indicatoren voor de kwaliteit van de geluidsweergave. In dit geval worden de kwaliteit en lineariteit van de kenmerken van alle ERE in het circuit van bijzonder belang.

Omdat circuits met één uiteinde dit perspectief krijgen, zullen we hieronder naar hun mogelijke variaties kijken.

Single-ended versterker met één transistor

Het circuit, gemaakt met een gemeenschappelijke emitter en RC-aansluitingen voor ingangs- en uitgangssignalen voor gebruik in klasse "A", wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Het toont transistor Q1 van de n-p-n-structuur. De collector ervan is verbonden met de positieve klem +Vcc via stroombegrenzende weerstand R3, en de emitter is verbonden met -Vcc. Een versterker gebaseerd op een pnp-structuurtransistor zal hetzelfde circuit hebben, maar de voedingsaansluitingen zullen van plaats wisselen.

C1 is een ontkoppelcondensator waarmee de AC-ingangssignaalbron wordt gescheiden van de gelijkspanningsbron Vcc. In dit geval verhindert C1 niet de doorgang van ingangswisselstroom door de basis-emitterovergang van transistor Q1. Weerstanden R1 en R2 vormen samen met de weerstand van de E - B-overgang Vcc om het werkpunt van transistor Q1 in statische modus te selecteren. Een typische waarde voor dit circuit is R2 = 1 kOhm, en de positie van het werkpunt is Vcc/2. R3 is een belastingsweerstand van het collectorcircuit en dient om een ​​uitgangssignaal met wisselspanning op de collector te creëren.

Laten we aannemen dat Vcc = 20 V, R2 = 1 kOhm, en de stroomversterking h = 150. We selecteren de spanning bij de emitter Ve = 9 V, en de spanningsval over de "E - B"-overgang wordt gelijk genomen aan Vbe = 0,7 V. Deze waarde komt overeen met de zogenaamde siliciumtransistor. Als we een versterker zouden overwegen op basis van germaniumtransistoren, dan zou de spanningsval over de open overgang “E - B” gelijk zijn aan Vbe = 0,3 V.

Emitterstroom ongeveer gelijk aan collectorstroom

Ie = 9 V/1 kOhm = 9 mA ≈ Ic.

Basisstroom Ib = Ic/h = 9 mA/150 = 60 µA.

Spanningsval over weerstand R1

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

R1 = V(R1)/Ib = 10,3 V/60 µA = 172 kOhm.

C2 is nodig om een ​​circuit te creëren voor het doorlaten van de wisselcomponent van de emitterstroom (eigenlijk de collectorstroom). Zou deze er niet zijn, dan zou weerstand R2 de variabele component sterk beperken, waardoor de betreffende bipolaire transistorversterker een lage stroomversterking zou hebben.

In onze berekeningen zijn we ervan uitgegaan dat Ic = Ib h, waarbij Ib de basisstroom is die er vanuit de emitter in vloeit en ontstaat wanneer een voorspanning op de basis wordt aangelegd. Een lekstroom van de collector Icb0 vloeit echter altijd door de basis (zowel met als zonder voorspanning). Daarom is de werkelijke collectorstroom gelijk aan Ic = Ib h + Icb0 h, d.w.z. De lekstroom in een circuit met OE wordt 150 keer versterkt. Als we een versterker op basis van germaniumtransistors zouden overwegen, zou met deze omstandigheid bij de berekeningen rekening moeten worden gehouden. Feit is dat ze een significante Icb0 hebben in de orde van enkele μA. Voor silicium is het drie ordes van grootte kleiner (ongeveer enkele nA), dus wordt het bij berekeningen meestal verwaarloosd.

Single-ended versterker met MOS-transistor

Zoals elke veldeffecttransistorversterker heeft het beschouwde circuit zijn analoog onder de versterkers. Laten we daarom eens kijken naar een analoog van het vorige circuit met een gemeenschappelijke emitter. Het is gemaakt met een gemeenschappelijke bron en RC-aansluitingen voor ingangs- en uitgangssignalen voor gebruik in klasse “A” en wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Hier is C1 dezelfde ontkoppelcondensator, waardoor de AC-ingangssignaalbron wordt gescheiden van de DC-spanningsbron Vdd. Zoals u weet moet bij elke versterker die op veldeffecttransistoren is gebaseerd, de poortpotentiaal van zijn MOS-transistors lager zijn dan de potentiaal van zijn bronnen. In dit circuit is de poort geaard door weerstand R1, die meestal een hoge weerstand heeft (van 100 kOhm tot 1 Mohm), zodat het ingangssignaal niet wordt overbrugd. Er loopt vrijwel geen stroom door R1, dus de poortpotentiaal bij afwezigheid van een ingangssignaal is gelijk aan de aardpotentiaal. De bronpotentiaal is hoger dan de aardpotentiaal vanwege de spanningsval over weerstand R2. De poortpotentiaal is dus lager dan de bronpotentiaal, wat nodig is voor de normale werking van Q1. Condensator C2 en weerstand R3 hebben hetzelfde doel als in het vorige circuit. Omdat dit een gemeenschappelijk broncircuit is, zijn de ingangs- en uitgangssignalen 180° uit fase.

Versterker met transformatoruitgang

De derde eentraps eenvoudige transistorversterker, weergegeven in de onderstaande afbeelding, is ook gemaakt volgens een gemeenschappelijk emittercircuit voor gebruik in klasse "A", maar is via een bijpassende transformator verbonden met een luidspreker met lage impedantie.

De primaire wikkeling van transformator T1 laadt het collectorcircuit van transistor Q1 en ontwikkelt het uitgangssignaal. T1 zendt het uitgangssignaal naar de luidspreker en stemt de uitgangsimpedantie van de transistor af op de lage impedantie (in de orde van enkele ohms) van de luidspreker.

De spanningsdeler van de collectorvoeding Vcc, gemonteerd op weerstanden R1 en R3, zorgt voor de selectie van het werkpunt van transistor Q1 (die een voorspanning aan zijn basis levert). Het doel van de overige elementen van de versterker is hetzelfde als in de vorige circuits.

Push-pull audioversterker

Een push-pull LF-versterker met twee transistors splitst de ingangsfrequentie in twee tegenfase-halve golven, die elk worden versterkt door een eigen transistortrap. Na het uitvoeren van een dergelijke versterking worden de halve golven gecombineerd tot een volledig harmonisch signaal, dat naar het luidsprekersysteem wordt verzonden. Een dergelijke transformatie van het laagfrequente signaal (splitsen en opnieuw samenvoegen) veroorzaakt uiteraard onomkeerbare vervorming daarin, als gevolg van het verschil in de frequentie en dynamische eigenschappen van de twee transistors van het circuit. Deze vervormingen verminderen de geluidskwaliteit aan de versterkeruitgang.

Push-pull-versterkers die in klasse "A" werken, reproduceren complexe audiosignalen niet goed genoeg, omdat er voortdurend een gelijkstroom van grotere omvang door hun armen stroomt. Dit leidt tot asymmetrie van signaalhalfgolven, fasevervorming en uiteindelijk verlies van geluidsverstaanbaarheid. Bij verhitting verdubbelen twee krachtige transistors de signaalvervorming in de lage en infraroodfrequenties. Maar toch is het belangrijkste voordeel van het push-pull-circuit de acceptabele efficiëntie en het verhoogde uitgangsvermogen.

In de figuur wordt een push-pull-circuit van een eindversterker getoond die gebruik maakt van transistors.

Dit is een versterker voor gebruik in klasse “A”, maar klasse “AB” en zelfs “B” kunnen worden gebruikt.

Transformatorloze transistor eindversterker

Transformatoren blijven, ondanks de successen in hun miniaturisering, nog steeds de meest omvangrijke, zwaarste en duurste elektronische apparaten. Daarom werd een manier gevonden om de transformator uit het push-pull-circuit te elimineren door deze uit te voeren op twee krachtige complementaire transistoren van verschillende typen (n-p-n en p-n-p). De meeste moderne eindversterkers gebruiken precies dit principe en zijn ontworpen om in klasse "B" te werken. Het circuit van een dergelijke eindversterker wordt weergegeven in de onderstaande figuur.

Beide transistoren zijn verbonden volgens een circuit met een gemeenschappelijke collector (emittervolger). Daarom brengt het circuit de ingangsspanning zonder versterking over naar de uitgang. Als er geen ingangssignaal is, bevinden beide transistors zich op de grens van de aan-status, maar zijn ze uitgeschakeld.

Wanneer een harmonisch signaal aan de ingang wordt aangeboden, opent de positieve halve golf TR1, maar zet de pnp-transistor TR2 volledig in de afsnijmodus. Er stroomt dus alleen de positieve halve golf van de versterkte stroom door de belasting. De negatieve halve golf van het ingangssignaal opent alleen TR2 en sluit TR1, zodat de negatieve halve golf van de versterkte stroom aan de belasting wordt geleverd. Als gevolg hiervan wordt bij de belasting een volledig vermogensversterkt (als gevolg van stroomversterking) sinusoïdaal signaal afgegeven.

Enkele transistorversterker

Om het bovenstaande te begrijpen, laten we met onze eigen handen een eenvoudige versterker samenstellen met behulp van transistors en uitzoeken hoe het werkt.

Als belasting voor een laagvermogentransistor T van het type BC107 zetten we een hoofdtelefoon aan met een weerstand van 2-3 kOhm, leggen we een voorspanning op de basis aan van een weerstand met hoge weerstand R* van 1 MOhm, en sluiten we een ontkoppeling van elektrolytische condensator C met een capaciteit van 10 μF tot 100 μF in het basiscircuit T. Voed het circuit We gebruiken 4,5 V/0,3 A van de batterij.

Als weerstand R* niet is aangesloten, is er noch basisstroom Ib, noch collectorstroom Ic. Als er een weerstand wordt aangesloten, stijgt de spanning aan de basis tot 0,7 V en stroomt er een stroom Ib = 4 μA doorheen. De stroomversterking van de transistor is 250, wat Ic = 250Ib = 1 mA oplevert.

Nadat we met onze eigen handen een eenvoudige transistorversterker hebben geassembleerd, kunnen we deze nu testen. Sluit de hoofdtelefoon aan en plaats uw vinger op punt 1 van het diagram. U hoort een geluid. Je lichaam neemt energiestraling waar met een frequentie van 50 Hz. Het geluid dat je uit je koptelefoon hoort, is deze straling, alleen versterkt door een transistor. Laten we dit proces in meer detail uitleggen. Via condensator C wordt een wisselspanning van 50 Hz op de basis van de transistor aangesloten. De basisspanning is nu gelijk aan de som van de gelijkstroom-offsetspanning (ongeveer 0,7 V) afkomstig van weerstand R* en de wisselstroomvingerspanning. Hierdoor krijgt de collectorstroom een ​​wisselcomponent met een frequentie van 50 Hz. Deze wisselstroom wordt gebruikt om het luidsprekermembraan op dezelfde frequentie heen en weer te bewegen, wat betekent dat we aan de uitgang een toon van 50 Hz kunnen horen.

Luisteren naar een geluidsniveau van 50 Hz is niet erg interessant, dus je kunt laagfrequente signaalbronnen (cd-speler of microfoon) aansluiten op punt 1 en 2 en versterkte spraak of muziek horen.

Dag Allemaal! In dit artikel beschrijf ik uitgebreid hoe je een coole versterker maakt voor thuis of in de auto. De versterker is eenvoudig te monteren en configureren en heeft een goede geluidskwaliteit. Hieronder ziet u een schematisch diagram van de versterker zelf.

Weerstanden R7, R8, R10, R11, R14 - 0,5 W; R12, R13 - 5 W; de rest is 0,25 W.
R15 trimmer 2-3 kOhm.
Transistoren: Vt1, Vt2, Vt3, Vt5 - 2sc945 (meestal staat c945 op de kast geschreven).
Vt4, Vt7 - BD140 (Vt4 kan worden vervangen door onze Kt814).
Vt6-BD139.
Vt8-2SA1943.
Vt9-2SC5200.

AANDACHT! Transistors c945 hebben verschillende pinouts: ECB en EBC. Daarom moet u vóór het solderen dit controleren met een multimeter.
De LED is gewoon, groen, precies GROEN! Hij is hier niet voor schoonheid! En het mag NIET superhelder zijn. Welnu, de rest van de details is te zien in het diagram.

En dus, laten we gaan!

Om een ​​versterker te maken hebben we nodig hulpmiddelen:
-soldeerbout
-blik
-hars (bij voorkeur vloeibaar), maar je kunt ook rondkomen met gewone hars
- metalen schaar
- draadsnijders
-priem
-medische spuit, eventueel
- boor 0,8-1 mm
- boor 1,5 mm
-boor (bij voorkeur een miniboor)
-schuurpapier
- en een multimeter.

Materialen:
-eenzijdig tekstolietbord van 10x6 cm
-vel notitieboekjepapier
-pen
-houtvernis (bij voorkeur donkere kleur)
-kleine container
-natriumcarbonaat
-citroenzuur
-zout.

Ik zal de radiocomponenten niet vermelden; deze zijn te zien in het diagram.
Stap 1 Het bord voorbereiden
En dus moeten we een bord maken. Omdat ik geen laserprinter heb (helemaal niet), gaan we het bord “op de ouderwetse manier” maken!
Eerst moet je gaten op het bord boren voor toekomstige onderdelen. Als u een printer heeft, drukt u gewoon deze afbeelding af:

En dus: zet de versterker aan, de LED moet branden, meet de uitgangsspanning met een multimeter. Er is geen permanente situatie, wat betekent dat alles in orde is.
Vervolgens moet u de ruststroom (75-90mA) instellen: sluit hiervoor de ingang naar aarde kort, sluit de belasting niet aan! Stel de multimeter in op 200 mV-modus en sluit de sondes aan op de collectoren van de uitgangstransistoren. (gemarkeerd met rode stippen op de foto)

Hier is een video van de versterker in actie:

In de versterkingsmodus werkt de transistorversterker in ontvangercircuits en audiofrequentieversterkers (USF en ULF). Tijdens bedrijf worden in het basiscircuit kleine stromen gebruikt, die grote stromen in de collector regelen. Dit is het verschil tussen de versterkingsmodus en de schakelmodus, waarbij de transistor alleen wordt geopend of gesloten afhankelijk van Ub op de basis.

Als ervaring voor een beginnende radioamateur gaan we de eenvoudigste transistorversterker in elkaar zetten, volgens de voorgestelde schakeling en tekening.

Aan de verzamelaar VT1 sluit een telefoon met hoge impedantie aan BF2 Tussen de basis en de min van de voeding verbinden we een weerstand Rb, en de ontkoppelcapaciteit van de condensator C St..

Natuurlijk krijgen we van zo’n circuit geen sterke versterking van het geluidssignaal, maar we kunnen het geluid wel via de telefoon horen BF1 Dat kan nog steeds, want wij hebben jouw eerste versterkertrap in elkaar gezet.

Een versterkingstrap is een transistorcircuit met weerstanden, condensatoren en andere radiocomponenten die deze laatste als transistorversterker van bedrijfsomstandigheden voorzien. Bovendien zullen we meteen zeggen dat de versterkingstrappen met elkaar kunnen worden verbonden en meertrapsversterkingsapparaten kunnen verkrijgen.

Wanneer een stroombron op het circuit wordt aangesloten, gaat een kleine negatieve spanning van ongeveer 0,1 - 0,2 V, de zogenaamde voorspanning, via weerstand Rb naar de basis van de transistor. Het opent de transistor enigszins, d.w.z. verkleint de hoogte van de potentiële barrières, en er begint een kleine stroom door de kruispunten van het halfgeleiderapparaat te stromen, waardoor de versterker in de standby-modus blijft, waaruit hij onmiddellijk kan vertrekken zodra een ingangssignaal verschijnt bij de ingang.

Zonder de aanwezigheid van voorspanning zal de emitterovergang geblokkeerd zijn en, net als een diode, de positieve halve cycli van de ingangsspanning niet passeren, en zal het versterkte signaal vervormd zijn.

Als u een andere telefoon op de ingang van de versterker aansluit en deze als microfoon gebruikt, zal deze de geluidstrillingen die op het membraan ontstaan, omzetten in een wisselspanning in het audiobereik, die via de capaciteit CSV naar de basis van de telefoon zal stromen. transistor.

De condensator CSV is het verbindende onderdeel tussen de telefoon en het basisstation. Het passeert perfect de AF-spanning, maar vormt een ernstig obstakel voor de gelijkstroom die van het basiscircuit naar de telefoon vloeit. Bovendien heeft de telefoon een interne weerstand van ongeveer 1600 Ohm, dus zonder deze condensatorcapaciteit zou de basis via interne weerstand met de zender zijn verbonden en zou er geen versterking zijn.

Als je nu in een telefoonmicrofoon begint te praten, zullen er oscillaties van de telefoonstroom Itlf verschijnen in het emittercircuit, dat de grote stroom zal regelen die in de collector ontstaat, en we zullen deze versterkte oscillaties horen, omgezet door de tweede telefoon in gewoon geluid.

Het proces van signaalversterking kan als volgt worden weergegeven. Als er geen ingangssignaalspanning Uin is, vloeien er onbeduidende stromen in de basis- en collectorcircuits (rechte delen van het diagram a, b, c), gespecificeerd door de aangelegde spanning van de voeding, de voorspanning en de versterkingskarakteristieken van de bipolaire transistor.

Zodra een ingangssignaal de basis bereikt (de rechterkant van diagram a), zullen, afhankelijk daarvan, de stromen in de circuits van het halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen beginnen te veranderen (de rechterkant van diagram b, c) .

In de negatieve halve golf van het signaal, wanneer Uin en de voedingsspanning aan de basis worden opgeteld, nemen de stromen die door de transistor stromen toe.

Bij een positieve golf neemt de negatieve spanning aan de basis af, evenals de stromende stromen. Dit is hoe een transistorversterker werkt.

Als u geen telefoon maar een weerstand op de uitgang aansluit, kan de spanning van de wisselcomponent van het versterkte signaal dat erop verschijnt, worden aangesloten op het ingangscircuit van de tweede trap voor extra versterking. Eén apparaat kan het signaal 30 tot 50 keer versterken.

VT's met de tegenovergestelde n-p-n-structuur werken volgens hetzelfde principe. Maar voor hen moet de polariteit van de stroomvoorziening worden omgekeerd.

Om een ​​versterkertransistor te laten werken, moet een constante voorspanning aan de basis ervan worden geleverd, ten opzichte van de emitter, samen met de ingangssignaalspanning, die de halfgeleiderinrichting opent.

Voor germanium-VT's mag de openingsspanning niet meer dan 0,2 volt bedragen, en voor silicium-VT's 0,7 volt. De enige keer dat er geen voorspanning op de basis wordt toegepast, is wanneer de emitterovergang van de transistor wordt gebruikt om een ​​signaal te detecteren, maar we zullen hier later over praten.

Lezers! Onthoud de bijnaam van deze auteur en herhaal nooit zijn plannen.
Moderators! Voordat je mij verbiedt omdat ik mij heb beledigd, bedenk dan dat je “een gewone gopnik bij de microfoon hebt toegelaten, die niet eens in de buurt van radiotechniek mag komen en vooral niet in de buurt van het lesgeven aan beginners.

Ten eerste zal er bij een dergelijk verbindingsschema een grote gelijkstroom door de transistor en luidspreker vloeien, zelfs als de variabele weerstand zich in de gewenste positie bevindt, dat wil zeggen dat er muziek hoorbaar is. En bij een grote stroom raakt de luidspreker beschadigd, dat wil zeggen dat hij vroeg of laat doorbrandt.

Ten tweede moet er in dit circuit een stroombegrenzer zijn, dat wil zeggen een constante weerstand van minimaal 1 KOhm, in serie verbonden met een wisselweerstand. Elk zelfgemaakt product zal de knop van de variabele weerstand helemaal opendraaien, de weerstand zal nul zijn en er zal een grote stroom naar de basis van de transistor vloeien. Als gevolg hiervan zal de transistor of luidspreker doorbranden.

Om de geluidsbron te beschermen is een variabele condensator aan de ingang nodig (de auteur zou dit moeten uitleggen, want er was meteen een lezer die hem zomaar verwijderde, omdat hij zichzelf slimmer achtte dan de auteur). Zonder dit zullen alleen de spelers die al een vergelijkbare bescherming aan de uitgang hebben, normaal werken. En als deze er niet is, kan de uitvoer van de speler beschadigd raken, vooral, zoals ik hierboven al zei, als je de variabele weerstand “op nul” zet. In dit geval wordt de uitgang van de dure laptop van spanning voorzien door de stroombron van dit goedkope sieraad en kan deze doorbranden. Zelfgemaakte mensen houden ervan om beschermende weerstanden en condensatoren te verwijderen, omdat "het werkt!" Hierdoor werkt het circuit mogelijk wel met de ene geluidsbron, maar niet met de andere, en kan zelfs een dure telefoon of laptop beschadigd raken.

De variabele weerstand in dit circuit mag alleen worden afgestemd, dat wil zeggen dat hij één keer moet worden afgesteld en in de behuizing moet worden gesloten, en niet met een handig handvat naar buiten moet worden gebracht. Dit is geen volumeregelaar, maar een vervormingsregelaar, dat wil zeggen dat deze de werkingsmodus van de transistor zo selecteert dat er minimale vervorming optreedt en er geen rook uit de luidspreker komt. Daarom mag deze in geen geval van buitenaf toegankelijk zijn. U KUNT het volume NIET aanpassen door de modus te wijzigen. Dit is iets om voor te doden. Als je het volume echt wilt regelen, is het gemakkelijker om nog een variabele weerstand in serie met de condensator aan te sluiten, zodat deze naar de versterkerbehuizing kan worden gestuurd.

Over het algemeen moet je voor de eenvoudigste circuits - en om het meteen te laten werken en niets te beschadigen, een microschakeling van het TDA-type kopen (bijvoorbeeld TDA7052, TDA7056... er zijn veel voorbeelden op internet), en de auteur pakte een willekeurige transistor die in zijn bureau lag. Als gevolg hiervan zullen goedgelovige amateurs op zoek gaan naar precies zo'n transistor, hoewel de versterking slechts 15 is en de toegestane stroom maar liefst 8 ampère is (hij zal elke luidspreker doorbranden zonder het zelfs maar te merken).