Jednoduchý tranzistorový zesilovač může být dobrým nástrojem pro studium vlastností zařízení. Obvody a konstrukce jsou poměrně jednoduché; můžete si zařízení vyrobit sami a zkontrolovat jeho provoz, provést měření všech parametrů. Díky moderním tranzistorům s efektem pole je možné vyrobit miniaturní mikrofonní zesilovač doslova ze tří prvků. A připojte jej k osobnímu počítači, abyste zlepšili parametry záznamu zvuku. A účastníci rozhovoru během rozhovorů uslyší vaši řeč mnohem lépe a jasněji.
Kmitočtové charakteristiky
Nízkofrekvenční zesilovače (audio) najdeme téměř ve všech domácích spotřebičích - stereo systémech, televizorech, rádiích, magnetofonech a dokonce i osobních počítačích. Existují ale také RF zesilovače založené na tranzistorech, lampách a mikroobvodech. Rozdíl mezi nimi je v tom, že ULF umožňuje zesílit signál pouze na audio frekvenci, kterou vnímá lidské ucho. Zesilovače zvuku na bázi tranzistorů umožňují reprodukovat signály s frekvencemi v rozsahu od 20 Hz do 20 000 Hz.
V důsledku toho může i to nejjednodušší zařízení zesílit signál v tomto rozsahu. A dělá to co nejrovnoměrněji. Zisk závisí přímo na frekvenci vstupního signálu. Graf těchto veličin je téměř přímka. Pokud je na vstup zesilovače přiveden signál s frekvencí mimo rozsah, kvalita provozu a účinnost zařízení se rychle sníží. Kaskády ULF jsou sestaveny zpravidla pomocí tranzistorů pracujících v rozsahu nízkých a středních frekvencí.
Provozní třídy audio zesilovačů
Všechna zesilovací zařízení jsou rozdělena do několika tříd v závislosti na stupni průtoku proudu kaskádou během doby provozu:
- Třída „A“ - proud teče nepřetržitě po celou dobu provozu zesilovacího stupně.
- V pracovní třídě „B“ proud teče půl periody.
- Třída "AB" znamená, že proud protéká stupněm zesilovače po dobu rovnající se 50-100 % periody.
- V režimu „C“ protéká elektrický proud méně než polovinu provozní doby.
- Režim ULF „D“ se v radioamatérské praxi používá poměrně nedávno - něco málo přes 50 let. Ve většině případů jsou tato zařízení realizována na bázi digitálních prvků a mají velmi vysokou účinnost – přes 90 %.
Přítomnost zkreslení v různých třídách nízkofrekvenčních zesilovačů
Pracovní oblast tranzistorového zesilovače třídy „A“ se vyznačuje poměrně malým nelineárním zkreslením. Pokud příchozí signál chrlí impulsy vyššího napětí, způsobí to nasycení tranzistorů. Ve výstupním signálu se v blízkosti každé harmonické začnou objevovat vyšší (až 10 nebo 11). Z tohoto důvodu se objevuje kovový zvuk, charakteristický pouze pro tranzistorové zesilovače.
Pokud je napájení nestabilní, výstupní signál bude modelován v amplitudě blízko síťové frekvence. Zvuk bude tvrdší na levé straně frekvenční odezvy. Čím lepší je ale stabilizace napájení zesilovače, tím složitější je konstrukce celého zařízení. ULF pracující ve třídě „A“ mají relativně nízkou účinnost – méně než 20 %. Důvodem je, že tranzistor je neustále otevřený a neustále jím protéká proud.
Pro zvýšení (i když nepatrně) účinnosti můžete použít push-pull obvody. Jednou nevýhodou je, že půlvlny výstupního signálu se stávají asymetrickými. Pokud přejdete z třídy „A“ do „AB“, nelineární zkreslení se zvýší 3-4krát. Ale účinnost celého obvodu zařízení se bude stále zvyšovat. Třídy ULF „AB“ a „B“ charakterizují nárůst zkreslení při poklesu úrovně signálu na vstupu. Ale i když zvýšíte hlasitost, nepomůže to úplně se zbavit nedostatků.
Práce ve středních třídách
Každá třída má několik odrůd. Například existuje třída zesilovačů „A+“. V něm pracují vstupní tranzistory (nízké napětí) v režimu „A“. Ale vysokonapěťové instalované v koncových stupních pracují buď v „B“ nebo „AB“. Takové zesilovače jsou mnohem ekonomičtější než zesilovače pracující ve třídě „A“. Je zde znatelně nižší počet nelineárních zkreslení – ne vyšší než 0,003 %. Lepších výsledků lze dosáhnout použitím bipolárních tranzistorů. Princip činnosti zesilovačů založených na těchto prvcích bude diskutován níže.
Ve výstupním signálu je však stále velký počet vyšších harmonických, což způsobuje, že se zvuk stává charakteristicky kovovým. Existují také zesilovací obvody pracující ve třídě „AA“. V nich jsou nelineární zkreslení ještě menší – až 0,0005 %. Ale hlavní nevýhoda tranzistorových zesilovačů stále existuje - charakteristický kovový zvuk.
"Alternativní" designy
Neznamená to, že jsou alternativní, ale někteří specialisté zabývající se návrhem a montáží zesilovačů pro kvalitní reprodukci zvuku stále častěji dávají přednost elektronkovým konstrukcím. Elektronkové zesilovače mají následující výhody:
- Velmi nízká úroveň nelineárního zkreslení ve výstupním signálu.
- Existuje méně vyšších harmonických než u tranzistorových konstrukcí.
Je tu ale jedna obrovská nevýhoda, která převyšuje všechny výhody – rozhodně je potřeba nainstalovat zařízení pro koordinaci. Faktem je, že elektronkový stupeň má velmi vysoký odpor - několik tisíc ohmů. Ale odpor vinutí reproduktoru je 8 nebo 4 Ohmy. Chcete-li je koordinovat, musíte nainstalovat transformátor.
To samozřejmě není příliš velký nedostatek - existují i tranzistorová zařízení, která používají transformátory pro přizpůsobení koncového stupně a reproduktorové soustavy. Někteří odborníci tvrdí, že nejúčinnějším obvodem je hybridní - který používá jednopólové zesilovače, které nejsou ovlivněny negativní zpětnou vazbou. Navíc všechny tyto kaskády pracují v režimu ULF třídy „A“. Jinými slovy, výkonový zesilovač na tranzistoru se používá jako opakovač.
Kromě toho je účinnost takových zařízení poměrně vysoká - asi 50%. Neměli byste se však zaměřovat pouze na ukazatele účinnosti a výkonu - nevypovídají o vysoké kvalitě reprodukce zvuku zesilovačem. Mnohem důležitější je linearita charakteristik a jejich kvalita. Proto je třeba věnovat pozornost především jim, a ne moci.
Jednopólový ULF obvod na tranzistoru
Nejjednodušší zesilovač, postavený podle obvodu se společným emitorem, pracuje ve třídě „A“. Obvod využívá polovodičový prvek se strukturou n-p-n. V okruhu kolektoru je instalován odpor R3 omezující tok proudu. Kolektorový obvod je připojen ke kladnému napájecímu vodiči a obvod emitoru je připojen k zápornému vodiči. Pokud použijete polovodičové tranzistory s p-n-p strukturou, obvod bude úplně stejný, jen je potřeba změnit polaritu.
Pomocí oddělovacího kondenzátoru C1 je možné oddělit střídavý vstupní signál od zdroje stejnosměrného proudu. V tomto případě kondenzátor není překážkou toku střídavého proudu po dráze báze-emitor. Vnitřní odpor přechodu emitor-báze spolu s odpory R1 a R2 představují nejjednodušší dělič napájecího napětí. Rezistor R2 má obvykle odpor 1-1,5 kOhm - nejtypičtější hodnoty pro takové obvody. V tomto případě je napájecí napětí rozděleno přesně na polovinu. A pokud obvod napájíte napětím 20 voltů, můžete vidět, že hodnota proudového zesílení h21 bude 150. Je třeba poznamenat, že VF zesilovače na tranzistorech jsou vyrobeny podle podobných obvodů, pouze fungují trochu jinak.
V tomto případě je napětí emitoru 9 V a úbytek v části „E-B“ obvodu je 0,7 V (což je typické pro tranzistory na křemíkových krystalech). Uvažujeme-li zesilovač na bázi germaniových tranzistorů, pak v tomto případě bude úbytek napětí v sekci „E-B“ roven 0,3 V. Proud v kolektorovém obvodu bude roven tomu, který teče v emitoru. Vypočítáte jej vydělením napětí emitoru odporem R2 - 9V/1 kOhm = 9 mA. Pro výpočet hodnoty proudu báze je potřeba vydělit 9 mA zesílením h21 - 9 mA/150 = 60 μA. Konstrukce ULF obvykle používají bipolární tranzistory. Jeho princip fungování je odlišný od polních.
Na rezistoru R1 nyní můžete vypočítat hodnotu poklesu - to je rozdíl mezi základním a napájecím napětím. V tomto případě lze základní napětí najít pomocí vzorce - součet charakteristik emitoru a přechodu „E-B“. Při napájení ze zdroje 20 V: 20 - 9,7 = 10,3. Odtud můžete vypočítat hodnotu odporu R1 = 10,3 V/60 μA = 172 kOhm. Obvod obsahuje kapacitu C2, která je nezbytná pro realizaci obvodu, kterým může procházet střídavá složka proudu emitoru.
Pokud nenainstalujete kondenzátor C2, bude variabilní složka velmi omezená. Z tohoto důvodu bude mít takový tranzistorový audio zesilovač velmi nízký proudový zisk h21. Je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že ve výše uvedených výpočtech se předpokládalo, že základní a kolektorové proudy jsou stejné. Navíc byl za základní proud považován ten, který proudí do obvodu z emitoru. Vyskytuje se pouze tehdy, je-li na výstup báze tranzistoru přivedeno předpětí.
Je však třeba vzít v úvahu, že kolektorový svodový proud absolutně vždy protéká základním obvodem, bez ohledu na přítomnost předpětí. V obvodech se společným emitorem je svodový proud zesílen nejméně 150krát. Ale obvykle se tato hodnota bere v úvahu pouze při výpočtu zesilovačů založených na germaniových tranzistorech. V případě použití křemíku, kde je proud obvodu „K-B“ velmi malý, je tato hodnota jednoduše zanedbaná.
Zesilovače na bázi tranzistorů MOS
Tranzistorový zesilovač s efektem pole znázorněný na obrázku má mnoho analogů. Včetně použití bipolárních tranzistorů. Proto můžeme za podobný příklad považovat návrh audio zesilovače sestaveného podle obvodu se společným emitorem. Na fotografii je obvod vyrobený podle běžného zdrojového obvodu. R-C připojení jsou sestavena na vstupních a výstupních obvodech tak, aby zařízení pracovalo v režimu zesilovače třídy „A“.
Střídavý proud ze zdroje signálu je oddělen od stejnosměrného napájecího napětí kondenzátorem C1. Je nezbytně nutné, aby tranzistorový zesilovač s efektem pole měl hradlový potenciál, který bude nižší než stejná charakteristika zdroje. V zobrazeném schématu je brána připojena ke společnému vodiči přes rezistor R1. Jeho odpor je velmi vysoký - v konstrukcích se obvykle používají odpory 100-1000 kOhm. Tak velký odpor je volen proto, aby nedocházelo ke zkratování vstupního signálu.
Tento odpor téměř neumožňuje průchod elektrického proudu, v důsledku čehož je potenciál brány (při absenci signálu na vstupu) stejný jako potenciál země. U zdroje se ukazuje, že potenciál je vyšší než potenciál země, pouze kvůli poklesu napětí na odporu R2. Z toho je zřejmé, že brána má nižší potenciál než zdroj. A to je přesně to, co je vyžadováno pro normální fungování tranzistoru. Je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že C2 a R3 v tomto obvodu zesilovače mají stejný účel jako ve výše uvedeném návrhu. A vstupní signál je posunut vzhledem k výstupnímu signálu o 180 stupňů.
ULF s transformátorem na výstupu
Takový zesilovač si můžete vyrobit vlastníma rukama pro domácí použití. Provádí se podle schématu, které funguje ve třídě „A“. Konstrukce je stejná jako u výše uvedených - se společným emitorem. Jednou z funkcí je, že pro přizpůsobení musíte použít transformátor. To je nevýhoda takového zesilovače zvuku na bázi tranzistoru.
Kolektorový obvod tranzistoru je zatížen primárním vinutím, které vyvíjí výstupní signál přenášený přes sekundár do reproduktorů. Na rezistorech R1 a R3 je namontován dělič napětí, který umožňuje zvolit pracovní bod tranzistoru. Tento obvod dodává předpětí do základny. Všechny ostatní komponenty mají stejný účel jako výše uvedené obvody.
Push-pull audio zesilovač
Nelze říci, že se jedná o jednoduchý tranzistorový zesilovač, protože jeho provoz je trochu komplikovanější než ty, které byly diskutovány dříve. U push-pull ULF je vstupní signál rozdělen do dvou půlvln, které se liší fází. A každá z těchto půlvln je zesílena vlastní kaskádou, vyrobenou na tranzistoru. Po zesílení každé půlvlny jsou oba signály spojeny a odeslány do reproduktorů. Takové složité transformace mohou způsobit zkreslení signálu, protože dynamické a frekvenční vlastnosti dvou tranzistorů, dokonce i stejného typu, se budou lišit.
V důsledku toho je kvalita zvuku na výstupu zesilovače výrazně snížena. Když push-pull zesilovač pracuje ve třídě „A“, není možné reprodukovat komplexní signál ve vysoké kvalitě. Důvodem je, že zvýšený proud neustále protéká rameny zesilovače, půlvlny jsou asymetrické a dochází k fázovým zkreslením. Zvuk se stává méně srozumitelným a při zahřátí se zkreslení signálu ještě zvyšuje, zejména na nízkých a ultranízkých frekvencích.
ULF bez transformátoru
Tranzistorový basový zesilovač vyrobený pomocí transformátoru, navzdory skutečnosti, že konstrukce může mít malé rozměry, je stále nedokonalý. Transformátory jsou stále těžké a objemné, takže je lepší se jich zbavit. Mnohem efektivnější se ukazuje obvod vyrobený na komplementárních polovodičových prvcích s různými typy vodivosti. Většina moderních ULF se vyrábí přesně podle těchto schémat a pracuje ve třídě „B“.
Dva výkonné tranzistory použité v návrhu pracují podle emitorového sledovacího obvodu (společný kolektor). V tomto případě je vstupní napětí přenášeno na výstup bez ztráty nebo zisku. Pokud na vstupu není žádný signál, pak jsou tranzistory na pokraji zapnutí, ale stále jsou vypnuté. Když je na vstup přiveden harmonický signál, první tranzistor se otevře kladnou půlvlnou a druhý je v tuto chvíli v režimu cutoff.
Následkem toho mohou zátěží procházet pouze kladné půlvlny. Ale záporné otevírají druhý tranzistor a úplně vypnou první. V tomto případě se v zátěži objevují pouze záporné půlvlny. V důsledku toho se na výstupu zařízení objeví výkonově zesílený signál. Takový obvod zesilovače využívající tranzistory je poměrně účinný a může poskytnout stabilní provoz a vysoce kvalitní reprodukci zvuku.
ULF obvod na jednom tranzistoru
Po prostudování všech výše popsaných funkcí můžete zesilovač sestavit vlastníma rukama pomocí jednoduché základny prvků. Tranzistor lze použít domácí KT315 nebo jakýkoli z jeho zahraničních analogů - například BC107. Jako zátěž je třeba použít sluchátka s odporem 2000-3000 Ohmů. Na bázi tranzistoru musí být přivedeno předpětí přes odpor 1 MΩ a oddělovací kondenzátor 10 μF. Obvod lze napájet ze zdroje s napětím 4,5-9V, proudem 0,3-0,5A.
Pokud není připojen odpor R1, pak v základně a kolektoru nebude proud. Ale při zapojení se napětí dostane na úroveň 0,7 V a nechá protékat proud asi 4 μA. V tomto případě bude proudový zisk asi 250. Odtud můžete provést jednoduchý výpočet zesilovače pomocí tranzistorů a zjistit kolektorový proud - ukáže se, že se rovná 1 mA. Po sestavení tohoto obvodu tranzistorového zesilovače jej můžete vyzkoušet. K výstupu připojte zátěž - sluchátka.
Dotkněte se prstem vstupu zesilovače - měl by se objevit charakteristický šum. Pokud tam není, pak byla struktura s největší pravděpodobností sestavena nesprávně. Znovu zkontrolujte všechna připojení a hodnocení prvků. Pro zpřehlednění ukázky připojte ke vstupu ULF zdroj zvuku – výstup z přehrávače nebo telefonu. Poslouchejte hudbu a vyhodnocujte kvalitu zvuku.
Zesilovač je schopen dodávat špičkový výkon 2 kW a 1,5 kW nepřetržitě, což znamená, že tento zesilovač je schopen spálit většinu reproduktorů, které znáte. Chcete-li si představit takový výkon v akci, můžete připojit (což důrazně nedoporučuji) dva 8ohmové reproduktory zapojené sériově do sítě 220V AC. V tomto případě bude mít jeden reproduktor 110V efektivní napětí při zátěži 8 ohmů - 1 500W. Jak dlouho myslíte, že bude v tomto režimu fungovat akustika? Pokud stále máte chuť na tomto zesilovači pracovat, pokračujte...
Popis zesilovače
Nejprve se podívejme na požadavky na dosažení 1,5 kW do 4 ohmů. Potřebujeme 77,5V rms napětí, ale musíme mít určitou rezervu, protože napájecí napětí klesne pod zatížením a vždy bude nějaký pokles napětí na přechodech kolektor-emitor a emitorových rezistorech.
Takže napájecí napětí by mělo být...
VDC = VRMS * 1,414
VDC = 77,5 * 1,414 = ±109,6V DC napětí
Protože jsme nepočítali se ztrátami, musíme přidat cca 3-5V pro hrot zesilovače a dalších 10V pro pokles napájecího napětí při plné zátěži.
Transformátor 2 x 90 V bude produkovat napětí naprázdno ±130 V (260 V mezi konci usměrňovače), takže s napájecím zdrojem je třeba zacházet s extrémní opatrností.
Jako nejvhodnější pro koncový stupeň zesilovače byly vybrány bipolární tranzistory. To je primárně dáno napájecím napětím, které u většiny tranzistorů MOSFET překračuje mezní napětí. To je u bipolárních tranzistorů také hodně, ale MJ15004/5 nebo MJ21193/4 splňují požadavek na maximální napětí, takže se na ně zaměříme.
P=V? / R = 65? / 4 = 1056W
To znamená, že se rovná průměrnému elektrickému ohřívači...
Pamatujte, že při buzení odporové zátěže s fázovým posunem 45° se ztrátový výkon téměř zdvojnásobí. Z toho vyplývá, že dobré chlazení je pro tento zesilovač životně důležité. Pro nucené chlazení budete potřebovat dobré chladiče a ventilátory (přirozená konvekce nepomůže).
Tranzistory MJ15024/5 (nebo MJ21193/4) v pouzdře K-3 (žehlička se dvěma vývody jako KT825/827) a jsou navrženy pro rozptyl 250W při teplotě 25°C. Pouzdro tranzistoru K-3 bylo vybráno, protože má nejvyšší ztrátový výkon, protože tepelný odpor je nižší než u jakéhokoli jiného tranzistoru v plastovém obalu.
MJE340/350 ve stupni napěťového zesilovače zaručuje dobrou linearitu. Ale i při proudu stupněm 12mA je výkon 0,72W, takže Q4, Q6, Q9 a Q10 musí mít chladiče. Tranzistor (Q5), který určuje předpětí koncového stupně, musí být instalován na společném radiátoru se svorkou a musí mít spolehlivý tepelný kontakt.
Ochranný obvod proti zkratu (Q7, Q8) omezuje proud na 12A a výkon uvolňovaný jedním tranzistorem na cca 175W, přičemž dlouhodobý provoz zesilovače v tomto režimu není přípustný.
1500W profesionální obvod zesilovače.
Další prvky zpětné vazby (R6a a C3a, znázorněné tečkovaně) jsou volitelné. Mohou být nezbytné, pokud dojde k samobuzení zesilovače. Reverzní diody (D9 a D10) chrání tranzistory zesilovače před zpětným EMF při provozu aktivní zátěže. Diody řady 1N5404 vydrží špičkový proud až 200A. Jmenovité napětí musí být minimálně 400V.
Rezistor VR1 100 ohmů slouží k vyvážení zesilovače pro stejnosměrný proud. Při jmenovitých hodnotách komponentů uvedených v diagramu by měl být počáteční offset před laděním v rozmezí ±25 mV. Rezistor VR2 slouží k nastavení klidového proudu koncového stupně. Klidový proud se upravuje měřením napětí na rezistoru R19 nebo R20, které by mělo být v rozmezí 150 mV.
Citlivost vstupního stupně je 1,77 V pro 900 W při 8 ohmech nebo 1800 W při 4 ohmech.
Zdroj napájení:
Napájecí zdroj potřebný pro zesilovač vyžaduje seriózní konstrukční přístup. Nejprve potřebujete snižovací transformátor s výkonem alespoň 2 kW. Kondenzátory výkonového filtru musí být dimenzovány na 150 V a mohou odolat zvlnění proudu až 10 A. Kondenzátory, které nesplňují tyto požadavky, mohou jednoduše explodovat, když zesilovač pracuje na plný výkon.
Důležitým detailem je můstkový usměrňovač. Ačkoli se zdá, že 35A můstky jsou schopny se s tímto úkolem vyrovnat, špičkový opakovací proud překračuje hodnocení můstků. Doporučuji použít dva můstky zapojené paralelně, jak je znázorněno na schématu. Jmenovité napětí můstkového usměrňovače musí být minimálně 400V a musí být namontovány na dostatečném chladiči pro chlazení.
Napájecí obvod pro zesilovač 1500W.
Schéma ukazuje kondenzátory složené ze čtyř nízkonapěťových kondenzátorů, protože je snazší najít, a usměrňovač se také skládá ze dvou paralelně zapojených můstků.
Dodatečné zdroje napětí 5V lze eliminovat, přičemž špičkový výkon klesne z 2048W na 1920W, což je nevýznamné.
Modul P39 je systémem soft start a skládá se z relé, paralelně k jehož kontaktům jsou připojeny odpory o celkovém výkonu 150W a výsledném odporu 33 Ohmů.
Schéma č. 1
Výběr třídy zesilovače . Okamžitě upozorněme radioamatéra - nebudeme dělat zesilovač třídy A pomocí tranzistorů. Důvod je prostý – jak bylo řečeno v úvodu, tranzistor zesiluje nejen užitečný signál, ale i na něj aplikované předpětí. Jednoduše řečeno, zesiluje stejnosměrný proud. Tento proud spolu s užitečným signálem poteče akustickým systémem (AS) a reproduktory jsou bohužel schopny tento stejnosměrný proud reprodukovat. Dělají to tím nejviditelnějším způsobem – zatlačením nebo vytažením difuzoru z jeho normální polohy do nepřirozené polohy.
Zkuste prstem stisknout kužel reproduktoru – a uvidíte, v jakou noční můru se produkovaný zvuk promění. Stejnosměrný proud ve své činnosti úspěšně nahrazuje vaše prsty, takže je absolutně kontraindikován pro dynamickou hlavu. Stejnosměrný proud od střídavého signálu můžete oddělit pouze dvěma prostředky - transformátorem nebo kondenzátorem - a obě možnosti, jak se říká, jsou horší než druhé.
Schematický diagram
Obvod prvního zesilovače, který budeme sestavovat, je na Obr. 11.18.
Jedná se o zpětnovazební zesilovač, jehož koncový stupeň pracuje v režimu B. Jedinou výhodou tohoto zapojení je jeho jednoduchost a také rovnoměrnost výstupních tranzistorů (není potřeba žádných speciálních komplementárních párů). Je však poměrně široce používán v zesilovačích s nízkým výkonem. Další výhodou schématu je, že nevyžaduje žádnou konfiguraci, a pokud jsou díly v dobrém provozním stavu, bude fungovat okamžitě, a to je pro nás nyní velmi důležité.
Podívejme se na fungování tohoto obvodu. Zesílený signál je přiváděn na bázi tranzistoru VT1. Signál zesílený tímto tranzistorem z rezistoru R4 je přiváděn do báze kompozitního tranzistoru VT2, VT4 a z ní do rezistoru R5.
Tranzistor VT3 je zapnutý v režimu emitorového sledovače. Zesiluje kladné půlvlny signálu na rezistoru R5 a dodává je přes kondenzátor C4 do reproduktoru.
Záporné půlvlny jsou zesíleny kompozitním tranzistorem VT2, VT4. V tomto případě pokles napětí na diodě VD1 uzavře tranzistor VT3. Signál z výstupu zesilovače je přiveden do zpětnovazebního obvodového děliče R3, R6 a z něj do emitoru vstupního tranzistoru VT1. Tranzistor VT1 tedy hraje roli srovnávacího zařízení v obvodu zpětné vazby.
Zesiluje stejnosměrný proud se ziskem rovným jednotce (protože odpor kondenzátoru C proti stejnosměrnému proudu je teoreticky nekonečný) a užitečný signál se zesílením rovným poměru R6/R3.
Jak vidíte, hodnota kapacity kondenzátoru není v tomto vzorci zohledněna. Frekvence, od které lze kondenzátor ve výpočtech zanedbat, se nazývá mezní frekvence RC obvodu. Tuto frekvenci lze vypočítat pomocí vzorce
F = 1 / (R × C).
Pro náš příklad to bude asi 18 Hz, tedy zesilovač zesílí nižší frekvence hůř, než by mohl.
Platit . Zesilovač je osazen na desce z jednostranného sklolaminátu tloušťky 1,5 mm o rozměrech 45×32,5 mm. Rozvržení DPS v zrcadlovém obraze a rozvržení dílů lze stáhnout. Video o provozu zesilovače ve formátu MOV si můžete stáhnout ke shlédnutí. Okamžitě chci upozornit radioamatéra - zvuk reprodukovaný zesilovačem byl na videu nahrán pomocí mikrofonu zabudovaného v kameře, takže o kvalitě zvuku bohužel nebude úplně na místě! Vzhled zesilovače je na Obr. 11.19.
Základna prvku . Při výrobě zesilovače lze tranzistory VT3, VT4 nahradit libovolnými tranzistory navrženými pro napětí ne menší než napájecí napětí zesilovače a přípustný proud alespoň 2 A. Na stejný proud musí být navržena i dioda VD1 .
Zbývající tranzistory jsou libovolné s přípustným napětím alespoň napájecího napětí a přípustným proudem alespoň 100 mA. Rezistory - jakékoli s přípustným ztrátovým výkonem alespoň 0,125 W, kondenzátory - elektrolytické, s kapacitou ne menší, než je uvedeno v diagramu, a provozním napětím menším, než je napájecí napětí zesilovače.
Radiátory pro zesilovač . Než se pokusíme udělat náš druhý návrh, zaměřme se, milý radioamatér, na zářiče pro zesilovač a uveďme zde velmi zjednodušenou metodu jejich výpočtu.
Nejprve vypočítáme maximální výkon zesilovače pomocí vzorce:
P = (U × U) / (8 × R), W,
Kde U- napájecí napětí zesilovače, V; R- odpor reproduktoru (obvykle je to 4 nebo 8 ohmů, i když existují výjimky).
Za druhé, vypočítáme výkon rozptýlený na kolektorech tranzistorů pomocí vzorce:
P závod = 0,25 × P, W.
Za třetí, vypočítáme plochu radiátoru potřebnou k odstranění odpovídajícího množství tepla:
S = 20 × P závod, cm 2
Za čtvrté vybíráme nebo vyrábíme radiátor, jehož povrch nebude menší než vypočítaný.
Tento výpočet je velmi přibližný, ale pro radioamatérskou praxi je většinou dostačující. Pro náš zesilovač s napájecím napětím 12 V a střídavým odporem 8 Ohmů by „správným“ zářičem byla hliníková deska o rozměrech 2x3 cm a tloušťce alespoň 5 mm pro každý tranzistor. Mějte na paměti, že tenčí deska nepřenáší teplo z tranzistoru na okraje desky. Rád bych vás hned varoval - radiátory ve všech ostatních zesilovačích musí mít také „normální“ velikosti. Které přesně – spočítejte si sami!
Kvalita zvuku . Po sestavení obvodu zjistíte, že zvuk zesilovače není zcela čistý.
Důvodem je „čistý“ režim třídy B v koncovém stupni, jehož charakteristická zkreslení není schopna zcela kompenzovat ani zpětná vazba. Z důvodu experimentu zkuste vyměnit tranzistor VT1 v obvodu za KT3102EM a tranzistor VT2 za KT3107L. Tyto tranzistory mají výrazně vyšší zisk než KT315B a KT361B. A zjistíte, že zvuk zesilovače se výrazně zlepšil, i když určité zkreslení bude stále patrné.
Důvod je také zřejmý - vyšší zesílení zesilovače jako celku zajišťuje větší přesnost zpětné vazby a větší kompenzační účinek.
pokračovat ve čtení
Tento projekt je domácí stereo zesilovač s přídavným sluchátkovým výstupem. Zesilovač je postaven na jediném integrovaném obvodu TDA2050, který je určen pro použití jako hi-fi audio zesilovač. Bude pracovat v rozsahu napájecího napětí od +/-4,5 do +/-25 V. Výstupní výkon asi 30 W, účinnost je asi 65 %. Je však třeba poznamenat, že pro udržení stability musí být zisk obvodu alespoň 24 dB. Zesilovač byl postaven pro regálové reproduktory Klipsch RB-51. Reproduktory 8 ohm, citlivost 92 dB. Zesilovač může pracovat s většinou linkových zdrojů, jako je mp3 přehrávač, cd přehrávač, tuner atd. Malý čip TDA2050 dokáže produkovat velmi dobrý zvuk. Než začneme, doporučuji vám podívat se na datový list, zvláště pokud chcete provést nějaké změny, aby vyhovovaly vašemu stereo nastavení.
Schematický diagram
Nechybí ani plošný spoj. Udělal jsem obvod zesilovače, jak je znázorněno níže. Zobrazí se pouze jeden kanál. Dvoupólový přepínač je společný pro oba kanály, což umožňuje přepnout výstup z reproduktorů na sluchátka. Pokud nepotřebujete výstup na sluchátka, můžete odstranit přepínač a odpor.
Obvod byl vyroben na desce plošných spojů. K blokování vstupního proudu jsem použil kondenzátor 1 µF (pokovená polypropylenová fólie). Většina kondenzátorů by měla být polypropylenová, polyesterová, mylarová, nedoporučoval bych elektrolytické kondenzátory.
pohonná jednotka
Správné schéma uzemnění pomůže dosáhnout nízké hladiny hluku. Pokud chcete, udělejte ze dvou hvězd zemní body - pro signál a pro napájení. Pokuste se udělat signální vodiče co nejkratší. Kromě toho musí být signální vodiče pevně stočeny dohromady. Snažte se je také držet mimo zdroje střídavého proudu, jak napájecí kabely, tak transformátor. Drátky veďte co nejblíže k tělu, pomáhá to. Pro každý kanál použijte samostatný napájecí zdroj.
Než popíšu výživu, chci říci pár slov o bezpečnosti. Tento projekt vyžaduje připojení k síti 220 V Nesprávně zvolený průřez vodičů pro elektrickou síť může vést k vážnému zranění! Je také nutné použít pouze vhodné pojistky a šasi spojit se zemí.
Toroidní transformátor se dvěma sekundárními vinutími 18 voltů. Pro usměrňovače jsem použil diodové můstky 35 A. Původní obvod používá samostatné diody. Každý výstup má kondenzátor 10 000 µF.
Pro korbu jsem použil podvozek vhodné velikosti. Transformátor a desky jsou připevněny ke spodní části horní části skříně. Vypínač, ovládání hlasitosti a konektor pro sluchátka jsou pro snadný přístup umístěny na přední straně pouzdra.
Pro audio vstup používáme standardní pozlacené RCA konektory. Výstup reproduktoru přes 4mm banánkový jack. Vezměte prosím na vědomí, že vstupní konektory, reproduktor a připojovací svorky jsou izolovány od šasi pomocí dodaných nylonových rozpěrek. Radiátory jsou umístěny na zadním panelu skříně. Každý radiátor má rozměr 50 x 90 mm. Do pouzdra jsem vyřízl otvor, aby bylo možné TDA2050 instalovat přímo na radiátor. Vezměte prosím na vědomí, že čip TDA2050 musí být izolován od země (pouzdro) a záporný potenciál je umístěn na kovovém jazýčku TO-220. Pokud tak neučiníte, mikrokontrolér po připojení napájení vyhoří. Pro izolaci můžete použít silikonové nebo slídové podložky a nezapomeňte na distanční podložky pro montážní šroub, které připevňují mikrokontrolér k radiátoru. Po instalaci zkontrolujte, zda není žádný kontakt mezi mikrokontrolérem, chladičem a šasi (zem). Chcete-li zajistit dobrý tepelný kontakt, musíte také použít teplovodivou pastu.
Kvalitu zvuku hodnotit nebudu, protože konečný názor závisí na konkrétním posluchači. Podle mých uší produkuje TDA2050 velmi dobrý zvuk, který konkuruje různým špičkovým zesilovačům. Zesilovač má schopnost produkovat hluboké basy, čisté středy s širokou amplitudou zvuku a čisté výšky, které nejsou příliš ostré. Oproti tomu 20W je tento znatelně výkonnější.
Nízkofrekvenční zesilovač (LFA) je zařízení pro zesilování elektrických oscilací odpovídajících frekvenčnímu rozsahu slyšitelnému lidským uchem, tj. LFA by měl zesilovat ve frekvenčním rozsahu od 20 Hz do 20 kHz, ale některé VLF mohou mít rozsah až na 200 kHz. ULF lze sestavit jako samostatné zařízení, nebo použít ve složitějších zařízeních - televizory, rádia, rádia atd.
Zvláštností tohoto obvodu je, že pin 11 mikroobvodu TDA1552 ovládá provozní režimy - Normální nebo MUTE.
C1, C2 - průchozí blokovací kondenzátory, sloužící k odříznutí konstantní složky sinusového signálu. Je lepší nepoužívat elektrolytické kondenzátory. Čip TDA1552 je vhodné umístit na radiátor pomocí teplovodivé pasty.
V zásadě jsou prezentované obvody můstkové, protože v jednom pouzdře mikrosestavy TDA1558Q jsou 4 zesilovací kanály, takže piny 1 - 2 a 16 - 17 jsou zapojeny do párů a přijímají vstupní signály z obou kanálů přes kondenzátory C1 a C2. Pokud však potřebujete zesilovač pro čtyři reproduktory, můžete použít níže uvedenou možnost obvodu, ačkoli výkon bude 2krát nižší na kanál.
Základem konstrukce je mikrosestava TDA1560Q třídy H Maximální výkon tohoto ULF dosahuje 40 W, při zátěži 8 ohmů. Tento výkon zajišťuje přibližně dvojnásobek zvýšeného napětí v důsledku provozu kondenzátorů.
Výstupní výkon zesilovače v prvním obvodu sestaveném na TDA2030 je 60W při zátěži 4 Ohmy a 80W při zátěži 2 Ohmy; TDA2030A 80W při zátěži 4 ohmy a 120W při zátěži 2 ohmy. Druhý obvod uvažovaného ULF je již s výstupním výkonem 14 Wattů.
Toto je typický dvoukanálový ULF. S trochou zapojení pasivních rádiových komponent lze tento čip použít k vytvoření vynikajícího stereo zesilovače s výstupním výkonem 1 W na kanál.
Mikrosestava TDA7265 je poměrně výkonný dvoukanálový zesilovač Hi-Fi třídy AB ve standardním multiwattovém balení, mikroobvod si našel své místo ve vysoce kvalitní stereo technologii, třídy Hi-Fi. Jednoduchý spínací obvod a vynikající parametry udělaly z TDA7265 dokonale vyvážené a vynikající řešení pro stavbu vysoce kvalitního radioamatérského zařízení.
Nejprve byla sestavena testovací verze na prkénku přesně tak, jak je uvedeno v datovém listu ve výše uvedeném odkazu, a úspěšně testována na reproduktorech S90. Zvuk není špatný, ale něco tomu chybělo. Po nějaké době jsem se rozhodl zesilovač předělat pomocí upraveného obvodu.
Mikrosestava je čtyřnásobný zesilovač třídy AB navržený speciálně pro použití v automobilových audio zařízeních. Na základě tohoto mikroobvodu můžete vytvořit několik vysoce kvalitních možností ULF s použitím minima rádiových komponent. Mikroobvod lze doporučit začínajícím radioamatérům pro domácí montáž různých reproduktorových soustav.
Hlavní výhodou zesilovacího obvodu na této mikrosestavě je přítomnost čtyř na sobě nezávislých kanálů. Tento výkonový zesilovač pracuje v režimu AB. Lze jej použít k zesílení různých stereo signálů. V případě potřeby jej můžete připojit k reproduktorovému systému automobilu nebo osobního počítače.
TDA8560Q je jen výkonnější obdobou čipu TDA1557Q, který je radioamatérům široce známý. Vývojáři pouze posílili koncový stupeň, díky čemuž se ULF dokonale hodí pro dvouohmovou zátěž.
Mikrosestava LM386 je hotový výkonový zesilovač, který lze použít v konstrukcích s nízkým napájecím napětím. Například při napájení obvodu z baterie. LM386 má napěťové zesílení asi 20. Ale připojením vnějších odporů a kapacit lze zesílení upravit až na 200 a výstupní napětí se automaticky rovná polovině napájecího napětí.
Mikrosestava LM3886 je vysoce kvalitní zesilovač s výstupním výkonem 68 wattů do zátěže 4 ohmy nebo 50 wattů do 8 ohmů. Ve špičce může výstupní výkon dosáhnout 135 W. Pro mikroobvod je použitelný široký rozsah napětí od 20 do 94 voltů. Navíc můžete použít bipolární i unipolární zdroje napájení. Harmonický koeficient ULF je 0,03 %. Navíc je to v celém frekvenčním rozsahu od 20 do 20 000 Hz.
Obvod využívá dva integrované obvody v typickém zapojení - KR548UH1 jako mikrofonní zesilovač (instalovaný ve spínači PTT) a (TDA2005) v můstkovém zapojení jako koncový zesilovač (instalovaný v pouzdře sirény místo původní desky). Jako akustický zářič je použita upravená poplachová siréna s magnetickou hlavicí (nevhodné piezozářiče). Úprava spočívá v rozebrání sirény a vyhození původního výškového reproduktoru se zesilovačem. Mikrofon je elektrodynamický. Při použití elektretového mikrofonu (např. z čínských sluchátek) musí být spojovací bod mezi mikrofonem a kondenzátorem připojen přes odpor ~4,7K na +12V (za tlačítkem!). Rezistor 100K v obvodu zpětné vazby K548UH1 je lépe nastaven na odpor ~30-47K. Tento rezistor se používá k nastavení hlasitosti. Čip TDA2004 je lepší nainstalovat na malý radiátor.
Testujte a provozujte - s vysílačem pod kapotou a PTT v kabině. Jinak je kvičení kvůli samobuzení nevyhnutelné. Trimrový rezistor nastavuje úroveň hlasitosti tak, aby nedocházelo k silnému zkreslení zvuku a samobuzení. Pokud je hlasitost nedostatečná (například špatný mikrofon) a existuje jasná rezerva výkonu emitoru, můžete zvýšit zesílení mikrofonního zesilovače několikanásobným zvýšením hodnoty trimru ve zpětnovazebním obvodu (ten podle obvod 100K). V dobrém slova smyslu bychom potřebovali i primabas, který by zamezil samobuzení obvodu - nějaký fázový posuvný řetězec nebo filtr na frekvenci buzení. I když schéma funguje dobře bez komplikací