Amplificator de sunet de înaltă calitate făcut-o singur. Cele mai simple amplificatoare de joasă frecvență folosind tranzistoare Cel mai simplu amplificator stereo folosind două tranzistoare
Amplificatorul cu tranzistor, în ciuda istoriei sale îndelungate, rămâne un subiect preferat de cercetare atât pentru începători, cât și pentru radioamatorii experimentați. Și acest lucru este de înțeles. Este o componentă indispensabilă a celor mai populare amplificatoare de frecvență joasă (de sunet). Ne vom uita la modul în care sunt construite amplificatoarele cu tranzistori simple.
Raspunsul in frecventa amplificatorului
În orice receptor de televiziune sau radio, în fiecare centru muzical sau amplificator de sunet puteți găsi amplificatoare de sunet cu tranzistori (frecvență joasă - LF). Diferența dintre amplificatoarele audio cu tranzistori și alte tipuri constă în caracteristicile de frecvență ale acestora.
Un amplificator audio pe bază de tranzistori are un răspuns de frecvență uniform în banda de frecvență de la 15 Hz la 20 kHz. Aceasta înseamnă că amplificatorul convertește (amplifică) toate semnalele de intrare cu o frecvență în acest interval aproximativ în mod egal. Figura de mai jos arată curba de răspuns în frecvență ideală pentru un amplificator audio în coordonatele „amplificare câștig Ku - frecvența semnalului de intrare”.
Această curbă este aproape plată de la 15 Hz la 20 kHz. Aceasta înseamnă că un astfel de amplificator ar trebui utilizat special pentru semnale de intrare cu frecvențe între 15 Hz și 20 kHz. Pentru semnalele de intrare cu frecvențe de peste 20 kHz sau sub 15 Hz, eficiența și performanța se degradează rapid.
Tipul de răspuns în frecvență al amplificatorului este determinat de elementele radio electrice (ERE) ale circuitului său și, în primul rând, de tranzistorii înșiși. Un amplificator audio pe bază de tranzistori este de obicei asamblat folosind așa-numitele tranzistoare de frecvență joasă și medie, cu o lățime de bandă totală a semnalului de intrare de la zeci și sute de Hz la 30 kHz.
Clasa de operare a amplificatorului
După cum se știe, în funcție de gradul de continuitate a fluxului de curent pe parcursul perioadei sale printr-o treaptă de amplificare a tranzistorului (amplificator), se disting următoarele clase de funcționare a acestuia: „A”, „B”, „AB”, „C”, „D”.
În clasa de funcționare, curentul „A” trece prin cascadă pentru 100% din perioada semnalului de intrare. Funcționarea cascadei în această clasă este ilustrată de figura următoare.
În clasa de funcționare a etapei de amplificare „AB”, curentul trece prin aceasta mai mult de 50%, dar mai puțin de 100% din perioada semnalului de intrare (a se vedea figura de mai jos).
În clasa de funcționare a etapei „B”, curentul circulă prin aceasta pentru exact 50% din perioada semnalului de intrare, așa cum este ilustrat în figură.
În cele din urmă, în funcționarea în etapă de clasa C, curentul trece prin ea pentru mai puțin de 50% din perioada semnalului de intrare.
Amplificator de joasă frecvență folosind tranzistori: distorsiuni în principalele clase de funcționare
În zona de lucru, un amplificator cu tranzistori de clasă „A” are un nivel scăzut de distorsiune neliniară. Dar dacă semnalul are supratensiuni în impulsuri, ceea ce duce la saturarea tranzistorilor, atunci apar armonici mai mari (până la a 11-a) în jurul fiecărei armonici „standard” a semnalului de ieșire. Acest lucru provoacă fenomenul așa-numitului sunet tranzistor sau metalic.
Dacă amplificatoarele de putere de joasă frecvență care utilizează tranzistori au o sursă de alimentare nestabilizată, atunci semnalele lor de ieșire sunt modulate în amplitudine în apropierea frecvenței rețelei. Acest lucru duce la un sunet aspru la capătul stâng al răspunsului în frecvență. Diverse metode de stabilizare a tensiunii fac proiectarea amplificatorului mai complexă.
Eficiența tipică a unui amplificator de clasă A cu un singur capăt nu depășește 20% datorită tranzistorului deschis constant și fluxului continuu al unei componente de curent constant. Puteți face un amplificator de clasă A push-pull, eficiența va crește ușor, dar semi-undele semnalului vor deveni mai asimetrice. Transferul unei cascade de la clasa de operare „A” la clasa de operare „AB” determină de patru ori distorsiunile neliniare, deși eficiența circuitului său crește.
La amplificatoarele din clasa „AB” și „B”, distorsiunea crește pe măsură ce nivelul semnalului scade. Unul dorește involuntar să ridice un astfel de amplificator mai tare pentru a experimenta pe deplin puterea și dinamica muzicii, dar adesea acest lucru nu ajută prea mult.
Clase intermediare de muncă
Clasa de muncă „A” are o variație - clasa „A+”. În acest caz, tranzistoarele de intrare de joasă tensiune ale unui amplificator din această clasă funcționează în clasa „A”, iar tranzistoarele de ieșire de înaltă tensiune ale amplificatorului, atunci când semnalele lor de intrare depășesc un anumit nivel, intră în clasele „B” sau „AB”. Eficiența unor astfel de cascade este mai bună decât în clasa pură „A”, iar distorsiunile neliniare sunt mai mici (până la 0,003%). Cu toate acestea, au și un sunet „metalic” datorită prezenței armonicilor mai mari în semnalul de ieșire.
La amplificatoarele din altă clasă - "AA" gradul de distorsiune neliniară este și mai mic - aproximativ 0,0005%, dar sunt prezente și armonici mai mari.
Reveniți la amplificatorul cu tranzistori de clasă A?
Astăzi, mulți experți în domeniul reproducerii sunetului de înaltă calitate susțin o revenire la amplificatoarele cu tuburi, deoarece nivelul distorsiunilor neliniare și al armonicilor mai mari pe care le introduc în semnalul de ieșire este evident mai mic decât cel al tranzistorilor. Cu toate acestea, aceste avantaje sunt compensate în mare măsură de necesitatea unui transformator de potrivire între treapta de ieșire a tubului de înaltă impedanță și difuzoarele audio cu impedanță scăzută. Cu toate acestea, un amplificator simplu cu tranzistor poate fi realizat cu o ieșire de transformator, așa cum va fi arătat mai jos.
Există, de asemenea, un punct de vedere că calitatea maximă a sunetului poate fi furnizată numai de un amplificator hibrid tub-tranzistor, toate etapele fiind cu un singur capăt, neacoperite și funcționând în clasa „A”. Adică, un astfel de repetor de putere este un amplificator cu un singur tranzistor. Circuitul său poate avea o eficiență maximă realizabilă (în clasa „A”) de cel mult 50%. Dar nici puterea, nici eficiența amplificatorului nu sunt indicatori ai calității reproducerii sunetului. În acest caz, calitatea și liniaritatea caracteristicilor tuturor ERE din circuit capătă o importanță deosebită.
Deoarece circuitele cu un singur capăt capătă această perspectivă, vom analiza posibilele lor variații mai jos.
Amplificator single-ended cu un tranzistor
Circuitul său, realizat cu un emițător comun și conexiuni R-C pentru semnalele de intrare și ieșire pentru funcționarea în clasa „A”, este prezentat în figura de mai jos.
Acesta arată tranzistorul Q1 al structurii n-p-n. Colectorul său este conectat la borna pozitivă +Vcc prin rezistența de limitare a curentului R3, iar emițătorul este conectat la -Vcc. Un amplificator bazat pe un tranzistor cu structură pnp va avea același circuit, dar bornele de alimentare se vor schimba locurile.
C1 este un condensator de decuplare prin care sursa semnalului de intrare AC este separată de sursa de tensiune DC Vcc. În acest caz, C1 nu împiedică trecerea curentului de intrare alternativ prin joncțiunea bază-emițător a tranzistorului Q1. Rezistoarele R1 și R2, împreună cu rezistența joncțiunii E - B, formează Vcc pentru a selecta punctul de funcționare al tranzistorului Q1 în modul static. O valoare tipică pentru acest circuit este R2 = 1 kOhm, iar poziția punctului de operare este Vcc/2. R3 este un rezistor de sarcină al circuitului colector și servește la crearea unui semnal de ieșire de tensiune alternativă pe colector.
Să presupunem că Vcc = 20 V, R2 = 1 kOhm și câștigul de curent h = 150. Selectăm tensiunea la emițător Ve = 9 V, iar căderea de tensiune pe joncțiunea „E - B” este considerată egală cu Vbe = 0,7 V. Această valoare corespunde așa-numitului tranzistor de siliciu. Dacă am lua în considerare un amplificator bazat pe tranzistoare cu germaniu, atunci căderea de tensiune pe joncțiunea deschisă „E - B” ar fi egală cu Vbe = 0,3 V.
Curentul emițătorului aproximativ egal cu curentul colectorului
Ie = 9 V/1 kOhm = 9 mA ≈ Ic.
Curentul de bază Ib = Ic/h = 9 mA/150 = 60 µA.
Căderea de tensiune la rezistorul 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 este necesar pentru a crea un circuit pentru trecerea componentei alternative a curentului emițătorului (de fapt curentul colectorului). Dacă nu ar fi acolo, atunci rezistența R2 ar limita foarte mult componenta variabilă, astfel încât amplificatorul cu tranzistor bipolar în cauză ar avea un câștig de curent scăzut.
În calculele noastre, am presupus că Ic = Ib h, unde Ib este curentul de bază care curge în el de la emițător și care apare atunci când o tensiune de polarizare este aplicată la bază. Cu toate acestea, un curent de scurgere de la colectorul Icb0 curge întotdeauna prin bază (atât cu și fără polarizare). Prin urmare, curentul real al colectorului este egal cu Ic = Ib h + Icb0 h, i.e. Curentul de scurgere într-un circuit cu OE este amplificat de 150 de ori. Dacă am avea în vedere un amplificator bazat pe tranzistoare cu germaniu, atunci această circumstanță ar trebui să fie luată în considerare în calcule. Cert este că au un Icb0 semnificativ de ordinul mai multor μA. Pentru siliciu, acesta este cu trei ordine de mărime mai mic (aproximativ câțiva nA), așa că este de obicei neglijat în calcule.
Amplificator single-ended cu tranzistor MOS
Ca orice amplificator cu tranzistor cu efect de câmp, circuitul luat în considerare are analogul său între amplificatoare. Prin urmare, să considerăm un analog al circuitului anterior cu un emițător comun. Este realizat cu o sursă comună și conexiuni R-C pentru semnalele de intrare și ieșire pentru funcționare în clasa „A” și este prezentat în figura de mai jos.
Aici C1 este același condensator de decuplare, prin care sursa semnalului de intrare AC este separată de sursa de tensiune DC Vdd. După cum știți, orice amplificator bazat pe tranzistori cu efect de câmp trebuie să aibă potențialul de poartă al tranzistorilor săi MOS mai mic decât potențialul surselor lor. În acest circuit, poarta este împământată de rezistența R1, care are de obicei o rezistență ridicată (de la 100 kOhm la 1 Mohm), astfel încât să nu devieze semnalul de intrare. Practic nu trece curent prin R1, astfel încât potențialul de poartă în absența unui semnal de intrare este egal cu potențialul de masă. Potențialul sursei este mai mare decât potențialul de masă din cauza căderii de tensiune pe rezistorul R2. Astfel, potențialul de poartă este mai mic decât potențialul sursei, care este necesar pentru funcționarea normală a Q1. Condensatorul C2 și rezistența R3 au același scop ca în circuitul anterior. Deoarece acesta este un circuit sursă comun, semnalele de intrare și de ieșire sunt defazate la 180°.
Amplificator cu iesire transformator
Al treilea amplificator cu tranzistor simplu cu o singură treaptă, prezentat în figura de mai jos, este, de asemenea, realizat conform unui circuit cu emițător comun pentru funcționare în clasa „A”, dar este conectat la un difuzor cu impedanță scăzută printr-un transformator de potrivire.
Înfășurarea primară a transformatorului T1 încarcă circuitul colector al tranzistorului Q1 și dezvoltă semnalul de ieșire. T1 transmite semnalul de ieșire către difuzor și potrivește impedanța de ieșire a tranzistorului cu impedanța scăzută (de ordinul a câțiva ohmi) a difuzorului.
Divizorul de tensiune al sursei de alimentare a colectorului Vcc, asamblat pe rezistențele R1 și R3, asigură selectarea punctului de funcționare al tranzistorului Q1 (furnizează o tensiune de polarizare la baza acestuia). Scopul elementelor rămase ale amplificatorului este același ca și în circuitele anterioare.
Amplificator audio push-pull
Un amplificator LF push-pull cu doi tranzistori împarte frecvența de intrare în două semi-unde antifază, fiecare dintre ele amplificată de propria treaptă a tranzistorului. După efectuarea unei astfel de amplificari, semi-undele sunt combinate într-un semnal armonic complet, care este transmis sistemului de difuzoare. O astfel de transformare a semnalului de joasă frecvență (divizare și re-fuziune), în mod natural, provoacă o distorsiune ireversibilă în acesta, datorită diferenței de frecvență și proprietăți dinamice ale celor două tranzistoare ale circuitului. Aceste distorsiuni reduc calitatea sunetului la ieșirea amplificatorului.
Amplificatoarele push-pull care funcționează în clasa „A” nu reproduc suficient de bine semnale audio complexe, deoarece un curent continuu de magnitudine crescută curge continuu în brațele lor. Acest lucru duce la asimetria semi-undelor de semnal, la distorsiunea de fază și, în cele din urmă, la pierderea inteligibilității sunetului. Când sunt încălzite, doi tranzistori puternici dublează distorsiunea semnalului în frecvențele joase și infra-joase. Dar totuși, principalul avantaj al circuitului push-pull este eficiența acceptabilă și puterea de ieșire crescută.
În figură este prezentat un circuit push-pull al unui amplificator de putere care utilizează tranzistori.
Acesta este un amplificator pentru funcționare în clasa „A”, dar poate fi utilizată clasa „AB” și chiar „B”.
Amplificator de putere cu tranzistor fără transformator
Transformatoarele, în ciuda succeselor în miniaturizare, rămân încă cele mai voluminoase, mai grele și mai scumpe dispozitive electronice. Prin urmare, a fost găsită o modalitate de a elimina transformatorul din circuitul push-pull prin efectuarea acestuia pe două tranzistoare complementare puternice de diferite tipuri (n-p-n și p-n-p). Majoritatea amplificatoarelor de putere moderne folosesc tocmai acest principiu și sunt proiectate să funcționeze în clasa „B”. Circuitul unui astfel de amplificator de putere este prezentat în figura de mai jos.
Ambele tranzistoare sunt conectate conform unui circuit cu un colector comun (follower emitter). Prin urmare, circuitul transferă tensiunea de intrare la ieșire fără amplificare. Dacă nu există semnal de intrare, atunci ambii tranzistori sunt la limita stării de pornire, dar sunt opriți.
Când un semnal armonic este aplicat la intrare, semi-undă pozitivă deschide TR1, dar pune tranzistorul pnp TR2 complet în modul de tăiere. Astfel, numai semiunda pozitivă a curentului amplificat curge prin sarcină. Semiunda negativă a semnalului de intrare deschide doar TR2 și închide TR1, astfel încât semiunda negativă a curentului amplificat este furnizată sarcinii. Ca rezultat, un semnal sinusoidal amplificat de putere completă (datorită amplificării curentului) este eliberat la sarcină.
Amplificator cu un singur tranzistor
Pentru a înțelege cele de mai sus, să asamblam un amplificator simplu folosind tranzistori cu propriile noastre mâini și să ne dăm seama cum funcționează.
Ca sarcină pentru un tranzistor de putere redusă T de tip BC107, vom porni căștile cu o rezistență de 2-3 kOhm, vom aplica o tensiune de polarizare la bază de la un rezistor de înaltă rezistență R* de 1 MOhm și vom conecta un decuplarea condensatorului electrolitic C cu o capacitate de 10 μF până la 100 μF în circuitul de bază T. Alimentarea circuitului Vom folosi 4,5 V/0,3 A din baterie.
Dacă rezistența R* nu este conectată, atunci nu există nici curent de bază Ib, nici curent de colector Ic. Dacă este conectat un rezistor, tensiunea de la bază crește la 0,7 V și un curent Ib = 4 μA trece prin el. Câștigul de curent al tranzistorului este de 250, ceea ce dă Ic = 250Ib = 1 mA.
După ce am asamblat un amplificator cu tranzistor simplu cu propriile noastre mâini, acum îl putem testa. Conectați căștile și plasați degetul pe punctul 1 al diagramei. Vei auzi un zgomot. Corpul tău percepe radiația de alimentare la o frecvență de 50 Hz. Zgomotul pe care îl auzi de la căști este această radiație, amplificată doar de un tranzistor. Să explicăm acest proces mai detaliat. O tensiune AC de 50 Hz este conectată la baza tranzistorului prin condensatorul C. Tensiunea de bază este acum egală cu suma tensiunii DC offset (aproximativ 0,7 V) provenind de la rezistorul R* și tensiunea AC degete. Ca urmare, curentul colectorului primește o componentă alternativă cu o frecvență de 50 Hz. Acest curent alternativ este folosit pentru a deplasa membrana difuzorului înainte și înapoi la aceeași frecvență, ceea ce înseamnă că vom putea auzi un ton de 50 Hz la ieșire.
Ascultarea unui nivel de zgomot de 50 Hz nu este foarte interesantă, așa că puteți conecta surse de semnal de joasă frecvență (CD player sau microfon) la punctele 1 și 2 și puteți auzi vorbire sau muzică amplificată.
După ce a stăpânit elementele de bază ale electronicii, radioamatorul începător este gata să-și lideze primele modele electronice. Amplificatoarele de putere audio sunt de obicei cele mai repetabile modele. Există destul de multe scheme, fiecare cu propriii parametri și design. Acest articol va discuta mai multe circuite amplificatoare simple și complet funcționale care pot fi repetate cu succes de orice radioamator. Articolul nu folosește termeni și calcule complexe; totul este simplificat pe cât posibil, astfel încât să nu apară întrebări suplimentare.
Să începem cu un circuit mai puternic.
Deci, primul circuit este realizat pe binecunoscutul microcircuit TDA2003. Acesta este un amplificator mono cu o putere de ieșire de până la 7 wați într-o sarcină de 4 ohmi. Vreau să spun că circuitul standard pentru conectarea acestui microcircuit conține un număr mic de componente, dar acum câțiva ani am venit cu un alt circuit pe acest microcircuit. În acest circuit, numărul de componente este redus la minimum, dar amplificatorul nu și-a pierdut parametrii de sunet. După ce am dezvoltat acest circuit, am început să-mi fac toate amplificatoarele pentru difuzoare de putere redusă folosind acest circuit.
Circuitul amplificatorului prezentat are o gamă largă de frecvențe reproductibile, un interval de tensiune de alimentare de la 4,5 la 18 volți (tipic 12-14 volți). Microcircuitul este instalat pe un mic radiator, deoarece puterea maximă ajunge până la 10 wați.
Microcircuitul este capabil să funcționeze la o sarcină de 2 ohmi, ceea ce înseamnă că la ieșirea amplificatorului pot fi conectate 2 capete cu o rezistență de 4 ohmi.
Condensatorul de intrare poate fi înlocuit cu oricare altul, cu o capacitate de la 0,01 la 4,7 μF (de preferință de la 0,1 la 0,47 μF), puteți folosi atât condensatoare cu film, cât și condensatoare ceramice. Este recomandabil să nu înlocuiți toate celelalte componente.
Controlul volumului de la 10 la 47 kOhm.
Puterea de ieșire a microcircuitului îi permite să fie utilizat în difuzoare de putere redusă pentru computere. Este foarte convenabil să folosiți cipul pentru difuzoare independente pentru un telefon mobil etc.
Amplificatorul funcționează imediat după pornire și nu necesită reglaje suplimentare. Se recomandă conectarea suplimentară a sursei de alimentare minus la radiatorul. Este recomandabil să folosiți toți condensatorii electrolitici la 25 Volți.
Al doilea circuit este asamblat folosind tranzistori de putere redusă și este mai potrivit ca amplificator pentru căști.
Acesta este probabil circuitul de cea mai înaltă calitate de acest gen, sunetul este clar, puteți simți întregul spectru de frecvență. Cu căști bune, se simte ca și cum ai avea un subwoofer cu drepturi depline.
Amplificatorul este asamblat cu doar 3 tranzistoare de conducție inversă; ca opțiune cea mai ieftină, au fost utilizate tranzistoare din seria KT315, dar alegerea lor este destul de largă.
Amplificatorul poate funcționa la o sarcină de impedanță scăzută, de până la 4 ohmi, ceea ce face posibilă utilizarea circuitului pentru a amplifica semnalul unui player, radio etc. O baterie Krona de 9 volți este folosită ca sursă de alimentare.
Etapa finală folosește și tranzistori KT315. Pentru a crește puterea de ieșire, puteți utiliza tranzistoare KT815, dar apoi va trebui să creșteți tensiunea de alimentare la 12 volți. În acest caz, puterea amplificatorului va ajunge până la 1 Watt. Condensatorul de ieșire poate avea o capacitate de la 220 la 2200 µF.
Tranzistoarele din acest circuit nu se încălzesc, prin urmare, nu este necesară răcirea. Dacă utilizați tranzistori de ieșire mai mari, este posibil să aveți nevoie de radiatoare mici pentru fiecare tranzistor.
Și în sfârșit - a treia schemă. Este prezentată o versiune la fel de simplă, dar dovedită a structurii amplificatorului. Amplificatorul este capabil să funcționeze de la o tensiune redusă la 5 volți, caz în care puterea de ieșire a PA nu va fi mai mare de 0,5 W, iar puterea maximă cu o sursă de 12 volți ajunge până la 2 wați.
Etapa de ieșire a amplificatorului este construită pe o pereche complementară domestică. Amplificatorul este reglat prin selectarea rezistenței R2. Pentru a face acest lucru, este recomandabil să utilizați un trimmer de 1 kOhm. Rotiți încet regulatorul până când curentul de repaus al treptei de ieșire este de 2-5 mA.
Amplificatorul nu are o sensibilitate mare de intrare, așa că este indicat să folosiți un preamplificator înainte de intrare.
Dioda joacă un rol semnificativ în circuit; este aici pentru a stabiliza modul etajului de ieșire.
Tranzistoarele etajului de ieșire pot fi înlocuite cu orice pereche complementară de parametri corespunzători, de exemplu KT816/817. Amplificatorul poate alimenta difuzoare independente de putere redusă, cu o rezistență la sarcină de 6-8 ohmi.
Lista radioelementelor
| Desemnare | Tip | Denumire | Cantitate | Notă | Magazin | Blocnotesul meu | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Amplificator pe cip TDA2003 | |||||||
| Amplificator audio | TDA2003 | 1 | La blocnotes | ||||
| C1 | 47 uF x 25V | 1 | La blocnotes | ||||
| C2 | Condensator | 100 nF | 1 | Film | La blocnotes | ||
| C3 | Condensator electrolitic | 1 uF x 25V | 1 | La blocnotes | |||
| C5 | Condensator electrolitic | 470 uF x 16V | 1 | La blocnotes | |||
| R1 | Rezistor | 100 ohmi | 1 | La blocnotes | |||
| R2 | Rezistor variabil | 50 kOhm | 1 | De la 10 kOhm la 50 kOhm | La blocnotes | ||
| Ls1 | Cap dinamic | 2-4 ohmi | 1 | La blocnotes | |||
| Circuitul amplificator tranzistor nr. 2 | |||||||
| VT1-VT3 | Tranzistor bipolar | KT315A | 3 | La blocnotes | |||
| C1 | Condensator electrolitic | 1 uF x 16V | 1 | La blocnotes | |||
| C2, C3 | Condensator electrolitic | 1000 uF x 16V | 2 | La blocnotes | |||
| R1, R2 | Rezistor | 100 kOhm | 2 | La blocnotes | |||
| R3 | Rezistor | 47 kOhm | 1 | La blocnotes | |||
| R4 | Rezistor | 1 kOhm | 1 | La blocnotes | |||
| R5 | Rezistor variabil | 50 kOhm | 1 | La blocnotes | |||
| R6 | Rezistor | 3 kOhm | 1 | La blocnotes | |||
| Cap dinamic | 2-4 ohmi | 1 | La blocnotes | ||||
| Circuitul amplificator tranzistor nr. 3 | |||||||
| VT2 | Tranzistor bipolar | KT315A | 1 | La blocnotes | |||
| VT3 | Tranzistor bipolar | KT361A | 1 | La blocnotes | |||
| VT4 | Tranzistor bipolar | KT815A | 1 | La blocnotes | |||
| VT5 | Tranzistor bipolar | KT816A | 1 | La blocnotes | |||
| VD1 | Dioda | D18 | 1 | Sau orice putere scăzută | La blocnotes | ||
| C1, C2, C5 | Condensator electrolitic | 10 uF x 16V | 3 | ||||
Impedanța mare de intrare și feedback-ul superficial sunt secretul principal al sunetului tub cald. Nu este un secret pentru nimeni că amplificatoarele de cea mai înaltă calitate și cele mai scumpe, care aparțin categoriei HI-End, sunt fabricate folosind tuburi. Să înțelegem ce este un amplificator de calitate? Un amplificator de putere cu frecvență joasă are dreptul să fie numit de înaltă calitate dacă repetă complet forma semnalului de intrare la ieșire fără a-l distorsiona; desigur, semnalul de ieșire este deja amplificat. Pe Internet puteți găsi mai multe circuite de amplificatoare cu adevărat de înaltă calitate, care pot fi clasificate ca HI-End și nu necesită neapărat circuite cu tuburi. Pentru a obține o calitate maximă, aveți nevoie de un amplificator a cărui etapă de ieșire funcționează în clasa pură A. Liniaritatea maximă a circuitului oferă o cantitate minimă de distorsiune la ieșire, prin urmare, în proiectarea amplificatoarelor de înaltă calitate, se acordă o atenție specială acestui lucru. factor. Circuitele cu tuburi sunt bune, dar nu întotdeauna disponibile chiar și pentru auto-asamblare, iar tuburile industriale UMZCH de la producători de marcă costă de la câteva mii la câteva zeci de mii de dolari SUA - acest preț nu este cu siguranță accesibil pentru mulți.
Apare întrebarea: pot fi obținute rezultate similare din circuitele tranzistoare? răspunsul va fi la sfârșitul articolului.
Există destul de multe circuite liniare și ultra-liniare ale amplificatoarelor de putere de joasă frecvență, dar circuitul care va fi luat în considerare astăzi este un circuit ultra-liniar de înaltă calitate, care este implementat cu doar 4 tranzistoare. Circuitul a fost creat în 1969 de către inginerul audio britanic John Linsley-Hood. Autorul este creatorul mai multor alte circuite de înaltă calitate, în special clasa A. Unii experți numesc acest amplificator cea mai înaltă calitate dintre ULF-urile cu tranzistori și m-am convins de acest lucru în urmă cu un an.
Prima versiune a unui astfel de amplificator a fost prezentată la. O încercare reușită de implementare a circuitului m-a forțat să creez un ULF cu două canale folosind același circuit, să asamblam totul într-o carcasă și să-l folosesc pentru nevoi personale.
Caracteristicile schemei
În ciuda simplității sale, schema are mai multe caracteristici. Funcționarea corectă poate fi întreruptă din cauza dispoziției incorecte a plăcii, a plasării proaste a componentelor, a sursei de alimentare incorecte etc.
Sursa de alimentare este un factor deosebit de important - sfătuiesc insistent să nu alimentați acest amplificator de la toate tipurile de surse de alimentare; cea mai bună opțiune este o baterie sau o sursă de alimentare cu o baterie conectată în paralel.
Puterea amplificatorului este de 10 wați cu o sursă de alimentare de 16 volți într-o sarcină de 4 ohmi. Circuitul în sine poate fi adaptat pentru capete de 4, 8 și 16 ohmi.
Am creat o versiune stereo a amplificatorului, ambele canale sunt situate pe aceeași placă.
Deoarece tranzistoarele originale ale circuitului nu au putut fi găsite, a trebuit să fie utilizați analogi. Întreaga bază este domestică. Primul tranzistor (unde se formează de fapt sunetul) a fost făcut din germaniu; sună mai bine după ureche. Puteți folosi orice tranzistoare de germaniu de putere mică P-N-P MP25 și altele asemenea. Dacă se dorește, tranzistorul poate fi înlocuit cu KT361 sau altele nu mai puțin zgomotoase.
Cel de-al doilea este destinat conducerii etajului de ieșire, am instalat KT801 (a fost destul de greu să-l pun mâna pe el.
În etapa de ieșire în sine, am instalat comutatoare bipolare puternice de conducție inversă - KT803 a primit, fără îndoială, sunet de înaltă calitate cu ele, deși am experimentat cu mulți tranzistori - KT805, 819, 808 și chiar am instalat întrerupătoare compozite puternice - KT827, cu el. puterea este mult mai mare, dar sunetul nu este comparat cu KT803, deși aceasta este doar părerea mea subiectivă.
Un condensator de intrare cu o capacitate de 0,1-0,33 μF, trebuie să utilizați condensatori de film cu scurgeri minime, de preferință de la producători cunoscuți, la fel și cu condensatorul electrolitic de ieșire.
Dacă circuitul este proiectat pentru o sarcină de 4 ohmi, atunci nu ar trebui să creșteți tensiunea de alimentare peste 16-18 volți.
Am decis să nu instalez un regulator de sunet; acesta, la rândul său, afectează și sunetul, dar este recomandabil să instalați un rezistor de 47k paralel cu intrarea și minus.
Placa în sine este o placă prototip. A trebuit să mă chinuiesc mult timp cu placa, deoarece liniile pieselor au avut și o anumită influență asupra calității sunetului în ansamblu. Acest amplificator are o gama de frecvente foarte larga, de la 30 Hz la 1 MHz.
Configurarea nu ar putea fi mai ușoară. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați un rezistor variabil pentru a obține jumătate din tensiunea de alimentare la ieșire. Pentru setări mai precise, merită să utilizați un rezistor variabil cu mai multe ture. Conectam un cablu de multimetru la sursa de alimentare minus, îl punem pe celălalt la linia de ieșire, adică la plusul electrolitului la ieșire, astfel, rotind încet variabila, obținem jumătate din sursa de alimentare la ieșire.
Curentul de repaus al amplificatorului este de 0,5-0,7A și acest lucru este destul de normal pentru clasa A. Eficiența circuitului nu este mai mare de 25%, toată puterea principală a sursei de alimentare se transformă în căldură inutilă, care este eliberată de către tranzistori ai etajului de ieșire, deci au nevoie de răcire intensivă, eventual Veți avea nevoie și de un răcitor.
Schema nr. 1
Selectarea unei clase de amplificator . Să avertizăm imediat radioamatorul - nu vom face un amplificator de clasa A folosind tranzistori. Motivul este simplu - așa cum sa menționat în introducere, tranzistorul amplifică nu numai semnalul util, ci și polarizarea aplicată acestuia. Mai simplu spus, amplifică curentul continuu. Acest curent, împreună cu semnalul util, va curge prin sistemul acustic (AS), iar difuzoarele, din păcate, sunt capabile să reproducă acest curent continuu. Ei fac acest lucru în cel mai evident mod - împingând sau trăgând difuzorul din poziția sa normală într-una nenaturală.
Încercați să apăsați conul difuzorului cu degetul - și veți vedea în ce coșmar se va transforma sunetul produs. Curentul continuu in actiunea sa iti inlocuieste cu succes degetele, deci este absolut contraindicat pentru un cap dinamic. Puteți separa curentul continuu de un semnal alternativ prin doar două mijloace - un transformator sau un condensator - și ambele opțiuni, după cum se spune, sunt mai proaste decât cealaltă.
Diagramă schematică
Circuitul primului amplificator pe care îl vom asambla este prezentat în Fig. 11.18.
Acesta este un amplificator de feedback, a cărui etapă de ieșire funcționează în modul B. Singurul avantaj al acestui circuit este simplitatea sa, precum și uniformitatea tranzistoarelor de ieșire (nu sunt necesare perechi complementare speciale). Cu toate acestea, este folosit pe scară largă în amplificatoarele de putere redusă. Un alt avantaj al schemei este că nu necesită nicio configurație, iar dacă piesele sunt în stare bună de funcționare, va funcționa imediat, iar acest lucru este foarte important pentru noi acum.
Să luăm în considerare funcționarea acestui circuit. Semnalul amplificat este furnizat la baza tranzistorului VT1. Semnalul amplificat de acest tranzistor de la rezistorul R4 este furnizat la baza tranzistorului compozit VT2, VT4, iar de la acesta la rezistorul R5.
Tranzistorul VT3 este pornit în modul urmăritor emițător. Amplifică semi-undele pozitive ale semnalului pe rezistorul R5 și le furnizează difuzorului prin condensatorul C4.
Semiundele negative sunt îmbunătățite de tranzistorul compozit VT2, VT4. În acest caz, căderea de tensiune pe dioda VD1 închide tranzistorul VT3. Semnalul de la ieșirea amplificatorului este transmis la divizorul circuitului de feedback R3, R6 și de la acesta la emițătorul tranzistorului de intrare VT1. Astfel, tranzistorul VT1 joacă rolul unui dispozitiv de comparație în circuitul de feedback.
Amplifică curentul continuu cu un câștig egal cu unitatea (deoarece rezistența condensatorului C la curentul continuu este teoretic infinită), iar semnalul util cu un câștig egal cu raportul R6/R3.
După cum puteți vedea, valoarea capacității condensatorului nu este luată în considerare în această formulă. Frecvența de la care condensatorul poate fi neglijat în calcule se numește frecvența de tăiere a circuitului RC. Această frecvență poate fi calculată folosind formula
F = 1 / (R×C).
Pentru exemplul nostru, va fi de aproximativ 18 Hz, adică amplificatorul va amplifica frecvențele inferioare mai rău decât ar putea.
A plati . Amplificatorul este asamblat pe o placă din fibră de sticlă unilaterală de 1,5 mm grosime cu dimensiunile 45×32,5 mm. Aspectul PCB într-o imagine în oglindă și aspectul pieselor pot fi descărcate. Puteți descărca un videoclip despre funcționarea amplificatorului în format MOV pentru vizionare. Vreau să avertizez imediat radioamatorul - sunetul reprodus de amplificator a fost înregistrat în video folosind microfonul încorporat în cameră, așa că, din păcate, nu va fi pe deplin potrivit să vorbim despre calitatea sunetului! Aspectul amplificatorului este prezentat în Fig. 11.19.
Element de bază . La fabricarea unui amplificator, tranzistoarele VT3, VT4 pot fi înlocuite cu orice tranzistoare proiectate pentru o tensiune nu mai mică decât tensiunea de alimentare a amplificatorului și un curent admisibil de cel puțin 2 A. Dioda VD1 trebuie, de asemenea, să fie proiectată pentru același curent. .
Tranzistoarele rămase sunt oricare cu o tensiune admisibilă de cel puțin tensiunea de alimentare și un curent admisibil de cel puțin 100 mA. Rezistoare - oricare cu o putere de disipare admisă de cel puțin 0,125 W, condensatoare - electrolitice, cu o capacitate nu mai mică decât cea indicată în diagramă și o tensiune de funcționare mai mică decât tensiunea de alimentare a amplificatorului.
Radiatoare pentru amplificator . Înainte de a încerca să realizăm al doilea design, să ne concentrăm, dragă radioamator, pe radiatoarele pentru amplificator și să prezentăm aici o metodă foarte simplificată de calcul a acestora.
Mai întâi, calculăm puterea maximă a amplificatorului folosind formula:
P = (U × U) / (8 × R), W,
Unde U- tensiunea de alimentare a amplificatorului, V; R- rezistenta difuzorului (de obicei este de 4 sau 8 ohmi, desi sunt si exceptii).
În al doilea rând, calculăm puterea disipată pe colectorii tranzistorilor folosind formula:
Rasa P = 0,25 × P, W.
În al treilea rând, calculăm suprafața radiatorului necesară pentru a elimina cantitatea corespunzătoare de căldură:
S = 20 × P cursă, cm 2
În al patrulea rând, selectăm sau fabricăm un radiator a cărui suprafață nu va fi mai mică decât cea calculată.
Acest calcul este foarte aproximativ, dar pentru practica radioamatorilor este de obicei suficient. Pentru amplificatorul nostru, cu o tensiune de alimentare de 12 V și o rezistență AC de 8 Ohmi, radiatorul „corect” ar fi o placă de aluminiu de 2x3 cm și grosime de minim 5 mm pentru fiecare tranzistor. Rețineți că o placă mai subțire nu transferă bine căldura de la tranzistor la marginile plăcii. Aș dori să vă avertizez imediat - radiatoarele din toate celelalte amplificatoare trebuie să fie și ele de dimensiuni „normale”. Care anume - contați pentru dvs.!
Calitatea sunetului . După asamblarea circuitului, veți constata că sunetul amplificatorului nu este complet clar.
Motivul pentru aceasta este modul „pur” de clasă B în stadiul de ieșire, ale căror distorsiuni caracteristice nici măcar feedback-ul nu este capabil să le compenseze complet. De dragul experimentului, încercați să înlocuiți tranzistorul VT1 din circuit cu KT3102EM și tranzistorul VT2 cu KT3107L. Aceste tranzistoare au un câștig semnificativ mai mare decât KT315B și KT361B. Și veți descoperi că sunetul amplificatorului s-a îmbunătățit semnificativ, deși unele distorsiuni vor fi totuși vizibile.
Motivul pentru aceasta este, de asemenea, evident - un câștig mai mare al amplificatorului în ansamblu asigură o mai mare acuratețe a feedback-ului și un efect de compensare mai mare.
Continuați lectură
A existat dorința de a asambla un amplificator de clasă A mai puternic. După ce am citit o cantitate suficientă de literatură relevantă, am ales cea mai recentă versiune dintre cele oferite. Era un amplificator de 30 W corespunzând în parametrii săi amplificatoarelor de înaltă clasă.
Nu am intenționat să fac nicio modificare la rutarea existentă a plăcilor cu circuite imprimate originale, cu toate acestea, din cauza lipsei tranzistoarelor de putere originale, a fost aleasă o etapă de ieșire mai fiabilă folosind tranzistoarele 2SA1943 și 2SC5200. Utilizarea acestor tranzistoare a făcut în cele din urmă posibilă furnizarea unei puteri de ieșire mai mare amplificatorului. Diagrama schematică a versiunii mele a amplificatorului este mai jos.
Aceasta este o imagine a plăcilor asamblate conform acestui circuit cu tranzistoare Toshiba 2SA1943 și 2SC5200.
Dacă te uiți cu atenție, poți vedea pe placa de circuit imprimat împreună cu toate componentele există rezistențe de polarizare, acestea sunt de tip carbon de 1 W. S-a dovedit că sunt mai termostabile. Când funcționează orice amplificator de mare putere, se generează o cantitate uriașă de căldură, astfel încât menținerea unui rating constant al componentei electronice la încălzire este o condiție importantă pentru funcționarea de înaltă calitate a dispozitivului.
Versiunea asamblată a amplificatorului funcționează la un curent de aproximativ 1,6 A și o tensiune de 35 V. Ca urmare, 60 W de putere continuă sunt disipate pe tranzistoarele din treapta de ieșire. Ar trebui să remarc că aceasta este doar o treime din puterea pe care o pot gestiona. Încercați să vă imaginați câtă căldură se generează pe calorifere atunci când acestea sunt încălzite la 40 de grade.
Carcasa amplificatorului este realizata manual din aluminiu. Placa superioara si placa de montare cu grosimea de 3 mm. Radiatorul este format din două părți, dimensiunile sale totale sunt 420 x 180 x 35 mm. Elemente de fixare - șuruburi, majoritatea cu cap înecat din oțel inoxidabil și filet M5 sau M3. Numărul de condensatori a fost crescut la șase, capacitatea lor totală este de 220.000 µF. Pentru alimentarea cu energie a fost folosit un transformator toroidal de 500 W.
Sursa de alimentare a amplificatorului
Dispozitivul amplificator, care are bare colectoare de cupru de design adecvat, este clar vizibil. Se adaugă un mic toroid pentru flux controlat sub controlul unui circuit de protecție DC. Există, de asemenea, un filtru trece-înalt în circuitul de alimentare. Cu toată simplitatea sa, trebuie spus simplitate înșelătoare, topologia plăcii acestui amplificator produce sunet parcă fără niciun efort, implicând la rândul său posibilitatea amplificării sale infinite.
Oscilograme de funcționare a amplificatorului
Roll-off de 3 dB la 208 kHz
Undă sinusoidală 10 Hz și 100 Hz
Undă sinusoidală 1 kHz și 10 kHz
Semnale de 100 kHz și 1 MHz
Undă pătrată 10 Hz și 100 Hz
Undă pătrată de 1 kHz și 10 kHz
Putere totală de 60 W, întrerupere de simetrie de 1 kHz
Astfel, devine clar că un design simplu și de înaltă calitate al unui UMZCH nu este realizat neapărat folosind circuite integrate - doar 8 tranzistoare vă permit să obțineți un sunet decent cu un circuit care poate fi asamblat într-o jumătate de zi.