ТэхналогііЭлектроніка

Просты ўзмацняльнік на транзістарах сваімі рукамі. Ўзмацняльнік на адным транзістары: схема

Ўзмацняльнік на транзістарах, нягледзячы на сваю ўжо доўгую гісторыю, застаецца ўлюбёным прадметам даследаванні як пачаткоўцаў, так і масцітых радыёаматараў. І гэта зразумела. Ён з'яўляецца абавязковай складовай часткай самых масавых радиолюбительских прылад: радыёпрымачоў і узмацняльнікаў нізкай (гукавы) частоты. Мы разгледзім, як будуюцца найпростыя ўзмацняльнікі нізкай частоты на транзістарах.

Частотная характарыстыка ўзмацняльніка

У любым тэле- або радыёпрымачы, у кожным музычным цэнтры ці узмацняльніку гуку можна знайсці транзістарны ўзмацняльнікі гуку (нізкай частоты - НЧ). Розніца паміж гукавымі транзістарны ўзмацняльнікамі і іншымі відамі заключаецца ў іх частотных характарыстыках.

Гукавы ўзмацняльнік на транзістарах мае раўнамерную частотную характарыстыку ў паласе частот ад 15 Гц да 20 кгц. Гэта азначае, што ўсе ўваходныя сігналы з частатой ўнутры гэтага дыяпазону ўзмацняльнік пераўтворыць (ўзмацняе) прыкладна аднолькава. На малюнку ніжэй у каардынатах «каэфіцыент узмацнення ўзмацняльніка Ку - частата ўваходнага сігналу» паказаная ідэальная крывая частотнай характарыстыкі для гукавога ўзмацняльніка.

Гэтая крывая практычна плоская з 15 Гц па 20 кГц. Гэта азначае, ўжываць такі ўзмацняльнік варта менавіта для ўваходных сігналаў з частотамі паміж 15 Гц і 20 кГц. Для ўваходных сігналаў з частотамі вышэй за 20 кГц або ніжэй 15 Гц эфектыўнасць і якасць яго працы хутка памяншаюцца.

Выгляд частотнай характарыстыкі ўзмацняльніка вызначаецца электрорадиоэлементами (ЭРЭ) яго схемы, і перш за ўсё самімі транзістарамі. Гукавы ўзмацняльнік на транзістарах звычайна сабраны на так званых нізка-і сярэднечашчынныя транзістарах з сумарнай паласой прапускання ўваходных сігналаў ад дзясяткаў і сотняў Гц да 30 кгц.

Клас працы ўзмацняльніка

Як вядома, у залежнасці ад ступені бесперапыннасці праходжання току на працягу яго перыяду праз транзістарны ўзмацняльны каскад (узмацняльнік) адрозніваюць наступныя класы яго працы: "А", "B", "AB", "C", "D".

У класе працы ток "А" праз каскад працякае на працягу 100% перыяду уваходнага сігналу. Працу каскаду ў гэтым класе ілюструе наступны малюнак.

У класе працы узмацняльнага каскаду "AB" ток праз яго працякае больш чым 50%, але менш чым 100% перыяду уваходнага сігналу (гл. Малюнак ніжэй).

У класе працы каскаду "В" ток праз яго працякае роўна 50% перыяду уваходнага сігналу, як гэта ілюструе малюнак.

І нарэшце ў класе працы каскаду "C" ток праз яго працякае менш чым 50% перыяду уваходнага сігналу.

НЧ-ўзмацняльнік на транзістарах: скажэнні ў асноўных класах працы

У працоўнай вобласці транзістарны ўзмацняльнік класа "А" валодае малым узроўнем нелінейных скажэнняў. Але калі сігнал мае імпульсныя выкіды па напрузе, якія прыводзяць да насычэння транзістараў, то вакол кожнай «штатнай» гармонікі выхаднога сігналу з'яўляюцца вышэйшыя гармонікі (аж да 11-й). Гэта выклікае феномен так званага транзістара, або металічнага, гуку.

Калі НЧ-ўзмацняльнікі магутнасці на транзістарах маюць нестабилизированное харчаванне, то іх выходныя сігналы мадулююцца па амплітудзе паблізу частоты сеткі. Гэта вядзе да калянасці гуку на левым краі частотнай характарыстыкі. Розныя ж спосабы стабілізацыі напружання робяць канструкцыю ўзмацняльніка больш складанай.

Тыпавой ККД однотактного ўзмацняльніка класа А не перавышае 20% з-за пастаянна адкрытага транзістара і бесперапыннага праходжання пастаяннай складнікам току. Можна выканаць ўзмацняльнік класа А двухтактным, ККД некалькі павысіцца, але паўхвалі сігналу стануць больш несіметрычнымі. Пераклад жа каскаду з класа працы "А" у клас працы "АВ" павышае чатыры разы нелінейныя скажэнні, хоць ККД яго схемы пры гэтым павышаецца.

У узмацняльніках жа класаў "АВ" і "В" скажэнні нарастаюць па меры зніжэння ўзроўню сігналу. Міжволі хочацца ўрубіць такі ўзмацняльнік погромче для паўнаты адчуванняў моцы і дынамікі музыкі, але часцяком гэта мала дапамагае.

Прамежкавыя класы працы

У класа працы "А" маецца разнавіднасць - клас "А +". Пры гэтым нізкавольтныя ўваходныя транзістары ўзмацняльніка гэтага класа працуюць у класе "А", а высакавольтныя выходныя транзістары ўзмацняльніка пры перавышэнні іх ўваходнымі сігналамі пэўнага ўзроўню пераходзяць у класы "В" або "АВ". Эканамічнасць такіх каскадаў лепш, чым у чыстым класе "А", а нелінейныя скажэнні менш (да 0,003%). Аднак гук у іх таксама "металічны" з-за наяўнасці вышэйшых гарамонік ў выходным сігнале.

У узмацняльнікаў яшчэ аднаго класа - "АА" ступень нелінейных скажэнняў яшчэ ніжэй - каля 0,0005%, але вышэйшыя гармонікі таксама прысутнічаюць.

Зварот да транзістарны ўзмацняльнікі класа "А"?

Сёння многія спецыялісты ў галіне якаснага гукаўзнаўлення выступаюць за вяртанне да лямпавых ўзмацняльнікаў, паколькі ўзровень нелінейных скажэнняў і вышэйшых гарамонік, якія ўносяцца імі ў выходны сігнал, загадзя ніжэй, чым у транзістараў. Аднак гэтыя вартасці ў немалой ступені нівеліруюцца неабходна згода трансфарматара паміж высокоомный лямпавых выхадных каскадам і низкоомными гукавымі калонкамі. Зрэшты, з трансфарматарнай выхадам можа быць зроблены і просты ўзмацняльнік на транзістарах, што будзе паказана ніжэй.

Існуе і пункт гледжання, што лімітавае якасць гучання можа забяспечыць толькі гібрыдны лямпавых-транзістарны ўзмацняльнік, усе каскады якога з'яўляюцца однотактными, не ахоплены адмоўнымі зваротнымі сувязямі і працуюць у класе "А". Гэта значыць такой паўторнік магутнасці ўяўляе сабой ўзмацняльнік на адным транзістары. Схема яго можа мець гранічна дасягальны ККД (у класе "А") не больш за 50%. Але ні магутнасць, ні ККД ўзмацняльніка не зьяўляюцца паказчыкамі якасці гукаўзнаўлення. Пры гэтым асаблівае значэнне набываюць якасць і лінейнасць характарыстык усіх ЭРЭ ў схеме.

Паколькі однотактные схемы атрымліваюць такую перспектыву, мы разгледзім ніжэй іх магчымыя варыянты.

Однотактный ўзмацняльнік на адным транзістары

Схема яго, выкананая з агульным эмітэрам і RC-сувязямі па ўваходнага і выходнага сігналах для работы ў класе "А", прыведзеная на малюнку ніжэй.

На ёй паказаны транзістар Q1 структуры npn. Яго калектар праз токоограничивающий рэзістар R3 далучаны да станоўчага высновы + Vcc, а эмітар - да -Vcc. Ўзмацняльнік на транзістары структуры pnp будзе мець такую ж схему, але высновы крыніцы харчавання памяняюцца месцамі.

C1 - падзяляльны кандэнсатар, з дапамогай якога крыніца пераменнага уваходнага сігналу аддзяляецца ад крыніцы пастаяннага напружання Vcc. Пры гэтым С1 не замінае праходжання пераменнага уваходнага току праз пераход "база - эмітар транзістара Q1". Рэзістары R1 і R2 сумесна з супрацівам пераходу «Э - Б» ўтвараюць дзельнік напругі Vcc для выбару працоўнай кропкі транзістара Q1 у статычным рэжыме. Тыповай для гэтай схемы з'яўляецца велічыня R2 = 1 кім, а становішча працоўнай кропкі - Vcc / 2. R3 з'яўляецца нагрузачным рэзістарам Калектарнай ланцуга і служыць для стварэння на калектары пераменнага напружання выхаднога сігналу.

Выкажам здагадку, што Vcc = 20 У, R2 = 1 кім, а каэфіцыент узмацнення па току h = 150. Напруга на эмітар выбіраем Ve = 9 У, а падзенне напружання на пераходзе «Э - Б» прымаем роўным Vbe = 0,7 В. гэтая велічыня адпавядае так званаму крамянёвых транзістарах. Калі б мы разглядалі ўзмацняльнік на германіевых транзістарах, то падзенне напружання на адкрытым пераходзе «Э - Б» было б роўна Vbe = 0,3 В.

Ток эмітара, прыкладна роўны току калектара

Ie = 9 B / 1 кім = 9 ма ≈ Ic.

Ток базы Ib = Ic / h = 9 ма / 150 = 60 мка.

Падзенне напружання на рэзістары R1

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

R1 = V (R1) / Ib = 10,3 У / 60 мка = 172 кім.

С2 патрэбен для стварэння ланцугу праходжання зменнай складніку току эмітара (фактычна току калектара). Калі б яго не было, то рэзістар R2 моцна абмяжоўваў бы зменную складнік, так што разгляданы ўзмацняльнік на біпалярным транзістары меў бы нізкі каэфіцыент узмацнення па току.

У нашых разліках мы прымалі, што Ic = Ib h, дзе Ib - ток базы, якая ўпадае ў яе з эмітара і які ўзнікае пры падачы на базу напружання зрушэння. Аднак праз базу заўсёды (як пры наяўнасці зрушэння, так і без яго) працякае яшчэ і ток уцечкі з калектара Icb0. Таму рэальны ток калектара роўны Ic = Ib h + Icb0 h, г.зн. ток уцечкі ў схеме з Оэ ўзмацняецца ў 150 разоў. Калі б мы разглядалі ўзмацняльнік на германіевых транзістарах, то гэтая акалічнасць трэба было б улічваць пры разліках. Справа ў тым, што германіевыя транзістары маюць істотны Icb0 парадку некалькіх мка. У крамянёвых ж ён на тры парадку менш (каля некалькіх на), так што ў разліках ім звычайна грэбуюць.

Однотактный ўзмацняльнік з МДП-транзістарам

Як і любы ўзмацняльнік на палявых транзістарах, разгляданая схема мае свой аналаг сярод узмацняльнікаў на біпалярных транзістарах. Таму разгледзім аналаг папярэдняй схемы з агульным эмітэрам. Яна выканана з агульным вытокам і RC-сувязямі па ўваходнага і выходнага сігналах для работы ў класе "А" і прыведзеная на малюнку ніжэй.

Тут C1 - такі ж падзяляльны кандэнсатар, з дапамогай якога крыніца пераменнага уваходнага сігналу аддзяляецца ад крыніцы пастаяннага напружання Vdd. Як вядома, любы ўзмацняльнік на палявых транзістарах павінен мець патэнцыял засаўкі сваіх МДП-транзістараў ніжэй патэнцыялаў іх вытокаў. У дадзенай схеме затвор заземлены рэзістарам R1, якія маюць, як правіла, вялікі супраціў (ад 100 кім да 1 Мом), каб ён не шунтировал ўваходны сігнал. Ток праз R1 практычна не праходзіць, таму патэнцыял засаўкі пры адсутнасці уваходнага сігналу роўны патэнцыялу зямлі. Патэнцыял жа вытока вышэй патэнцыялу зямлі за кошт падзення напружання на рэзістары R2. Такім чынам, патэнцыял засаўкі аказваецца ніжэй патэнцыялу вытока, што і трэба для нармальнай працы Q1. Кандэнсатар C2 і рэзістар R3 маюць такое ж прызначэнне, як і ў папярэдняй схеме. Паколькі гэтая схема з агульным вытокам, то ўваходны і выходны сігналы ссунутыя па фазе на 180 °.

Ўзмацняльнік з трансфарматарнай выхадам

Трэці аднаступенны просты ўзмацняльнік на транзістарах, паказаны на малюнку ніжэй, таксама выкананы па схеме з агульным эмітэрам для работы ў класе "А", але з низкоомным дынамікам ён звязаны праз які ўзгадняе трансфарматар.

Першасная абмотка трансфарматара T1 з'яўляецца нагрузкай Калектарнай ланцуга транзістара Q1 і развівае выхадны сігнал. T1 перадае выхадны сігнал на дынамік і забяспечвае ўзгадненне выхаднога поўнага супраціву транзістара з нізкім (парадку некалькіх Ом) супрацівам дынаміка.

Дзельнік напругі коллекторного крыніцы харчавання Vcc, сабраны на рэзістарах R1 і R3, забяспечвае выбар працоўнай кропкі транзістара Q1 (падачу напругі зрушэння на яго базу). Прызначэнне астатніх элементаў ўзмацняльніка такое ж, як і ў папярэдніх схемах.

Двухтактный гукавы ўзмацняльнік

Двухтактный НЧ-ўзмацняльнік на двух транзістарах расшчапляе ўваходных сігнал гукавой частаты на дзве противофазные паўхвалі, кожная з якіх ўзмацняецца сваім уласным транзістарны каскадам. Пасля выканання такога ўзмацнення паўхвалі аб'ядноўваюцца ў цэласны гарманічны сігнал, які і перадаецца на акустычную сістэму. Падобнае пераўтварэнне НЧ-сігналу (расшчапленне і паўторнае зліццё), натуральна, выклікае ў ім незваротныя скажэнні, абумоўленыя адрозненнем частотных і дынамічных уласцівасцяў двух транзістараў схемы. Гэтыя скажэнні зніжаюць якасць гуку на выхадзе ўзмацняльніка.

Двухтактныя ўзмацняльнікі, якія працуюць у класе "А", недастаткова добра прайграваюць складаныя гукавыя сігналы, так як у іх плячах бесперапынна працякае пастаянны ток падвышанай велічыні. Гэта прыводзіць да несимметрии паўхваляў сігналу, фазавых скажэнняў і ў канчатковым выніку да страты пераборлівасці гуку. Награваючыся, два магутных транзістара павялічваюць удвая скажэнні сігналу ў галіне нізкіх і инфранизких частот. Але ўсё ж асноўнай вартасцю двухтактнай схемы з'яўляецца яе прымальны ККД і падвышаная выходная магутнасць.

Двухтактный схема ўзмацняльніка магутнасці на транзістарах паказана на малюнку.

Гэта ўзмацняльнік для работы ў класе "А", але можа быць выкарыстаны і клас "АВ", і нават "В".

Бестрансформаторный транзістарны ўзмацняльнік магутнасці

Трансфарматары, нягледзячы на поспехі ў іх мініяцюрызацыі, застаюцца ўсё ж самымі грувасткімі, цяжкімі і дарагімі ЭРЭ. Таму быў знойдзены шлях ліквідацыі трансфарматара з двухтактнай схемы шляхам выканання яе на двух магутных камплементарных транзістарах розных тыпаў (npn і pnp). Большасць сучасных узмацняльнікаў магутнасці выкарыстоўваюць менавіта гэты прынцып і прызначаны для працы у класе "В". Схема такога ўзмацняльніка магутнасці паказаная на малюнку ніжэй.

Абодва яе транзістара ўключаны па схеме з агульным калектарам (эмиттерного паўторніка). Таму схема перадае уваходнае напружанне на выхад без узмацнення. Калі уваходнага сігналу няма, то абодва транзістара знаходзяцца на мяжы уключанага стану, але пры гэтым яны выключаны.

Калі гарманічны сігнал пададзены на ўваход, яго станоўчая паўхваляў адкрывае TR1, але перакладае pnp транзістар TR2 цалкам у рэжым адсечкі. Такім чынам, толькі станоўчая паўхваляў ўзмоцненага току працякае праз нагрузку. Адмоўная паўхваляў уваходнага сігналу адкрывае толькі TR2 і замыкае TR1, так што ў нагрузку падаецца адмоўная паўхваляў ўзмоцненага току. У выніку на нагрузцы выдзяляецца поўны ўзмоцнены па магутнасці (за кошт узмацнення па току) сінусоідны сігнал.

Ўзмацняльнік на адным транзістары

Для засваення вышэйпададзенага збярэм просты ўзмацняльнік на транзістарах сваімі рукамі і разбярэмся, як ён працуе.

У якасці нагрузкі маламагутнага транзістара Т тыпу BC107 ўключым навушнікі з супрацівам 2-3 кім, напружанне зрушэння на базу пададзім з высокоомного рэзістара R * велічынёй 1 Мом, які развязвае электралітычнай кандэнсатар C ёмістасцю ад 10 мкф да 100 мкф ўключым у базавы ланцуг Т. Сілкаваць схему будзем ад батарэі 4,5 У / 0,3 А.

Калі рэзістар R * не падлучаны, то няма ні тока базы Ib, ні тока калектара Ic. Калі рэзістар падлучаны, то напружанне на базе падымаецца да 0,7 У і праз яе працякае ток Ib = 4 мка. Каэфіцыент узмацнення транзістара па току роўны 250, што дае Ic = 250Ib = 1 ма.

Сабраўшы просты ўзмацняльнік на транзістарах сваімі рукамі, можам цяпер яго выпрабаваць. Падключыце навушнікі і пастаўце палец на кропку 1 схемы. Вы пачуеце шум. Ваша цела ўспрымае выпраменьванне сілкавальнай сеткі на частаце 50 Гц. Шум, пачуты вамі з навушнікаў, і з'яўляецца гэтым выпраменьваннем, толькі узмоцненым транзістарам. Растлумачым гэты працэс больш падрабязна. Напружанне пераменнага току з частатой 50 Гц падлучанае да базе транзістара праз кандэнсатар С. напружанне на базе цяпер роўна суме пастаяннага напружання зрушэння (прыблізна 0,7 У), таго, хто прыходзіць з рэзістара R *, і напружання пераменнага току "ад пальца". У выніку ток калектара атрымлівае зменную складнік з частатой 50 Гц. Гэты пераменны ток выкарыстоўваецца для зруху мембраны дынамікаў наперад-назад з той жа частатой, а гэта азначае, што мы зможам пачуць тон 50 Гц на выхадзе.

Слухаць ўзровень шуму 50 Гц не вельмі цікава, таму можна падключыць да кропак 1 і 2 нізкачашчынныя крыніцы сігналу (CD-плэер або мікрафон) і чуць узмоцненую гаворку ці музыку.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.unansea.com. Theme powered by WordPress.