Un simplu amplificator cu tranzistor poate fi un instrument bun pentru studierea proprietăților dispozitivelor. Circuitele și designul sunt destul de simple, puteți face singur dispozitivul și verifica funcționarea acestuia, luați măsurători ale tuturor parametrilor. Datorită tranzistoarelor moderne cu efect de câmp, este posibil să se realizeze un amplificator de microfon în miniatură din literalmente trei elemente. Și conectați-l la un computer personal pentru a îmbunătăți parametrii de înregistrare a sunetului. Iar interlocutorii din timpul conversațiilor îți vor auzi discursul mult mai bine și mai clar.
Caracteristicile frecvenței
Amplificatoarele de joasă frecvență (audio) se găsesc în aproape toate aparatele de uz casnic - sisteme stereo, televizoare, radiouri, casetofone și chiar computere personale. Există însă și amplificatoare RF bazate pe tranzistori, lămpi și microcircuite. Diferența dintre ele este că ULF vă permite să amplificați semnalul doar la frecvența audio care este percepută de urechea umană. Amplificatoarele audio cu tranzistori vă permit să reproduceți semnale cu frecvențe în intervalul de la 20 Hz la 20.000 Hz.
În consecință, chiar și cel mai simplu dispozitiv poate amplifica semnalul în acest interval. Și face acest lucru cât mai uniform posibil. Câștigul depinde direct de frecvența semnalului de intrare. Graficul acestor mărimi este aproape o linie dreaptă. Dacă la intrarea amplificatorului este aplicat un semnal cu o frecvență în afara intervalului, calitatea funcționării și eficiența dispozitivului vor scădea rapid. Cascadele ULF sunt asamblate, de regulă, folosind tranzistori care funcționează în intervalele de frecvență joasă și medie.
Clasele de funcționare ale amplificatoarelor audio
Toate dispozitivele de amplificare sunt împărțite în mai multe clase, în funcție de gradul de curgere a curentului prin cascadă în timpul perioadei de funcționare:
- Clasa „A” - curentul circulă non-stop pe toată perioada de funcționare a etapei amplificatorului.
- În clasa de muncă „B” curge curent pentru o jumătate de perioadă.
- Clasa „AB” indică faptul că curentul trece prin treapta amplificatorului pentru un timp egal cu 50-100% din perioadă.
- În modul „C”, curentul electric circulă mai puțin de jumătate din timpul de funcționare.
- Modul ULF „D” a fost folosit în practica radioamatorilor destul de recent - puțin peste 50 de ani. În cele mai multe cazuri, aceste dispozitive sunt implementate pe baza de elemente digitale și au o eficiență foarte mare - peste 90%.
Prezența distorsiunii în diferite clase de amplificatoare de joasă frecvență
Zona de lucru a unui amplificator cu tranzistor de clasă „A” este caracterizată de distorsiuni neliniare destul de mici. Dacă semnalul de intrare scuipă impulsuri de tensiune mai mare, acest lucru face ca tranzistoarele să devină saturate. În semnalul de ieșire, în apropierea fiecărei armonice încep să apară cele mai mari (până la 10 sau 11). Din aceasta cauza apare un sunet metalic, caracteristic doar amplificatoarelor cu tranzistori.
Dacă sursa de alimentare este instabilă, semnalul de ieșire va fi modelat în amplitudine în apropierea frecvenței rețelei. Sunetul va deveni mai aspru în partea stângă a răspunsului în frecvență. Dar cu cât stabilizarea sursei de alimentare a amplificatorului este mai bună, cu atât designul întregului dispozitiv devine mai complex. ULF-urile care funcționează în clasa „A” au o eficiență relativ scăzută - mai puțin de 20%. Motivul este că tranzistorul este deschis în mod constant și curentul circulă constant prin el.
Pentru a crește (deși ușor) eficiența, puteți utiliza circuite push-pull. Un dezavantaj este că semi-undele semnalului de ieșire devin asimetrice. Dacă treceți de la clasa „A” la „AB”, distorsiunile neliniare vor crește de 3-4 ori. Dar eficiența întregului circuit al dispozitivului va crește în continuare. Clasele ULF „AB” și „B” caracterizează creșterea distorsiunii pe măsură ce nivelul semnalului la intrare scade. Dar chiar dacă măriți volumul, acest lucru nu vă va ajuta să scăpați complet de deficiențe.
Lucrați în clasele intermediare
Fiecare clasă are mai multe soiuri. De exemplu, există o clasă de amplificatoare „A+”. În ea, tranzistoarele de intrare (de joasă tensiune) funcționează în modul „A”. Dar cele de înaltă tensiune instalate în treptele de ieșire funcționează fie în „B” fie în „AB”. Astfel de amplificatoare sunt mult mai economice decât cele care funcționează în clasa „A”. Există un număr semnificativ mai mic de distorsiuni neliniare - nu mai mare de 0,003%. Rezultate mai bune pot fi obținute folosind tranzistoare bipolare. Principiul de funcționare al amplificatoarelor bazate pe aceste elemente va fi discutat mai jos.
Dar există încă un număr mare de armonici mai mari în semnalul de ieșire, ceea ce face ca sunetul să devină caracteristic metalic. Există, de asemenea, circuite de amplificare care funcționează în clasa „AA”. În ele, distorsiunile neliniare sunt chiar mai mici - până la 0,0005%. Dar principalul dezavantaj al amplificatoarelor cu tranzistori încă există - sunetul metalic caracteristic.
Modele „alternative”.
Asta nu înseamnă că sunt alternative, dar unii specialiști implicați în proiectarea și asamblarea amplificatoarelor pentru reproducerea sunetului de înaltă calitate acordă din ce în ce mai mult preferință design-urilor cu tuburi. Amplificatoarele cu tuburi au următoarele avantaje:
- Nivel foarte scăzut de distorsiune neliniară a semnalului de ieșire.
- Există mai puține armonice superioare decât în modelele de tranzistori.
Dar există un dezavantaj uriaș care depășește toate avantajele - cu siguranță trebuie să instalați un dispozitiv pentru coordonare. Faptul este că treapta tubului are o rezistență foarte mare - câteva mii de ohmi. Dar rezistența înfășurării difuzorului este de 8 sau 4 ohmi. Pentru a le coordona, trebuie să instalați un transformator.
Desigur, acesta nu este un dezavantaj foarte mare - există și dispozitive cu tranzistori care folosesc transformatoare pentru a se potrivi cu treapta de ieșire și sistemul de difuzoare. Unii experți susțin că cel mai eficient circuit este unul hibrid - care utilizează amplificatoare cu un singur capăt care nu sunt afectate de feedback negativ. Mai mult, toate aceste cascade funcționează în modul ULF clasa „A”. Cu alte cuvinte, un amplificator de putere pe un tranzistor este folosit ca repetitor.
Mai mult, eficiența unor astfel de dispozitive este destul de mare - aproximativ 50%. Dar nu ar trebui să vă concentrați doar pe indicatorii de eficiență și putere - aceștia nu indică calitatea înaltă a reproducerii sunetului de către amplificator. Linearitatea caracteristicilor și calitatea acestora sunt mult mai importante. Prin urmare, trebuie să le acordați atenție în primul rând, și nu puterii.
Circuit ULF cu un singur capăt pe un tranzistor
Cel mai simplu amplificator, construit conform unui circuit emițător comun, funcționează în clasa „A”. Circuitul folosește un element semiconductor cu o structură n-p-n. În circuitul colectorului este instalată o rezistență R3, limitând fluxul de curent. Circuitul colector este conectat la firul de alimentare pozitiv, iar circuitul emițător este conectat la firul negativ. Dacă utilizați tranzistoare semiconductoare cu o structură p-n-p, circuitul va fi exact același, trebuie doar să schimbați polaritatea.
Folosind un condensator de decuplare C1, este posibil să se separe semnalul de intrare alternativ de sursa de curent continuu. În acest caz, condensatorul nu este un obstacol în calea fluxului de curent alternativ de-a lungul căii bază-emițător. Rezistența internă a joncțiunii emițător-bază împreună cu rezistențele R1 și R2 reprezintă cel mai simplu divizor de tensiune de alimentare. De obicei, rezistența R2 are o rezistență de 1-1,5 kOhm - cele mai tipice valori pentru astfel de circuite. În acest caz, tensiunea de alimentare este împărțită exact la jumătate. Și dacă alimentați circuitul cu o tensiune de 20 de volți, puteți vedea că valoarea câștigului de curent h21 va fi de 150. Trebuie remarcat faptul că amplificatoarele HF pe tranzistoare sunt realizate conform circuitelor similare, doar că funcționează un putin diferit.
În acest caz, tensiunea emițătorului este de 9 V și scăderea în secțiunea „E-B” a circuitului este de 0,7 V (ceea ce este tipic pentru tranzistoarele pe cristale de siliciu). Dacă luăm în considerare un amplificator bazat pe tranzistoare cu germaniu, atunci în acest caz căderea de tensiune în secțiunea „E-B” va fi egală cu 0,3 V. Curentul din circuitul colector va fi egal cu cel care curge în emițător. O puteți calcula împărțind tensiunea emițătorului la rezistența R2 - 9V/1 kOhm = 9 mA. Pentru a calcula valoarea curentului de bază, trebuie să împărțiți 9 mA la câștigul h21 - 9 mA/150 = 60 μA. Modelele ULF folosesc de obicei tranzistori bipolari. Principiul său de funcționare este diferit de cel de câmp.
Pe rezistorul R1, acum puteți calcula valoarea căderii - aceasta este diferența dintre tensiunile de bază și de alimentare. În acest caz, tensiunea de bază poate fi găsită folosind formula - suma caracteristicilor emițătorului și tranziția „E-B”. Când este alimentat de la o sursă de 20 volți: 20 - 9,7 = 10,3. De aici se poate calcula valoarea rezistenței R1 = 10,3 V/60 μA = 172 kOhm. Circuitul conține capacitatea C2, care este necesară pentru implementarea unui circuit prin care poate trece componenta alternativă a curentului emițătorului.
Dacă nu instalați condensatorul C2, componenta variabilă va fi foarte limitată. Din această cauză, un astfel de amplificator audio pe bază de tranzistori va avea un câștig de curent foarte scăzut h21. Este necesar să se acorde atenție faptului că în calculele de mai sus s-au presupus că curenții de bază și de colector sunt egali. Mai mult, curentul de bază a fost considerat a fi cel care curge în circuit de la emițător. Apare numai dacă la ieșirea de bază a tranzistorului este aplicată o tensiune de polarizare.
Dar trebuie luat în considerare faptul că curentul de scurgere a colectorului curge întotdeauna prin circuitul de bază, indiferent de prezența polarizării. În circuitele emițătoare comune, curentul de scurgere este amplificat de cel puțin 150 de ori. Dar, de obicei, această valoare este luată în considerare numai la calcularea amplificatoarelor bazate pe tranzistoare cu germaniu. În cazul utilizării siliciului, în care curentul circuitului „K-B” este foarte mic, această valoare este pur și simplu neglijată.
Amplificatoare bazate pe tranzistoare MOS
Amplificatorul tranzistorului cu efect de câmp prezentat în diagramă are mulți analogi. Inclusiv utilizarea tranzistoarelor bipolare. Prin urmare, putem lua în considerare, ca exemplu similar, proiectarea unui amplificator audio asamblat conform unui circuit cu un emițător comun. Fotografia prezintă un circuit realizat conform unui circuit sursă comun. Conexiunile R-C sunt asamblate pe circuitele de intrare și de ieșire, astfel încât dispozitivul să funcționeze în modul amplificator clasa „A”.
Curentul alternativ de la sursa de semnal este separat de tensiunea de alimentare directă prin condensatorul C1. Amplificatorul cu tranzistor cu efect de câmp trebuie să aibă în mod necesar un potențial de poartă care va fi mai mic decât caracteristica aceleiași surse. În diagrama prezentată, poarta este conectată la firul comun prin rezistența R1. Rezistența sa este foarte mare - rezistențele de 100-1000 kOhm sunt de obicei folosite în proiecte. O rezistență atât de mare este aleasă astfel încât semnalul de intrare să nu fie șuntat.
Această rezistență aproape că nu permite trecerea curentului electric, drept urmare potențialul de poartă (în absența unui semnal la intrare) este același cu cel al pământului. La sursă, potențialul se dovedește a fi mai mare decât cel al pământului, doar din cauza căderii de tensiune pe rezistența R2. Din aceasta rezultă clar că poarta are un potențial mai mic decât sursa. Și asta este exact ceea ce este necesar pentru funcționarea normală a tranzistorului. Este necesar să se acorde atenție faptului că C2 și R3 din acest circuit amplificator au același scop ca și în designul discutat mai sus. Și semnalul de intrare este deplasat față de semnalul de ieșire cu 180 de grade.
ULF cu transformator la iesire
Puteți face un astfel de amplificator cu propriile mâini pentru uz casnic. Se realizează conform schemei care funcționează în clasa „A”. Designul este același cu cel discutat mai sus - cu un emițător comun. O caracteristică este că trebuie să utilizați un transformator pentru potrivire. Acesta este un dezavantaj al unui astfel de amplificator audio pe bază de tranzistori.
Circuitul colector al tranzistorului este încărcat de înfășurarea primară, care dezvoltă un semnal de ieșire transmis prin secundar către difuzoare. Un divizor de tensiune este asamblat pe rezistențele R1 și R3, ceea ce vă permite să selectați punctul de funcționare al tranzistorului. Acest circuit furnizează tensiune de polarizare la bază. Toate celelalte componente au același scop ca și circuitele discutate mai sus.
Amplificator audio push-pull
Nu se poate spune că acesta este un simplu amplificator cu tranzistor, deoarece funcționarea lui este puțin mai complicată decât cele discutate mai devreme. În ULF-urile push-pull, semnalul de intrare este împărțit în două semi-unde, diferite ca fază. Și fiecare dintre aceste semi-unde este amplificată de propria sa cascadă, realizată pe un tranzistor. După ce fiecare jumătate de undă a fost amplificată, ambele semnale sunt combinate și trimise către difuzoare. Astfel de transformări complexe pot provoca distorsiuni ale semnalului, deoarece proprietățile dinamice și de frecvență ale două tranzistoare, chiar și de același tip, vor fi diferite.
Ca urmare, calitatea sunetului la ieșirea amplificatorului este redusă semnificativ. Atunci când un amplificator push-pull funcționează în clasa „A”, nu este posibil să se reproducă un semnal complex de înaltă calitate. Motivul este că curentul crescut trece constant prin umerii amplificatorului, semi-undele sunt asimetrice și apar distorsiuni de fază. Sunetul devine mai puțin inteligibil, iar atunci când este încălzit, distorsiunea semnalului crește și mai mult, mai ales la frecvențe joase și ultra-joase.
ULF fără transformator
Un amplificator de bas pe baza de tranzistori realizat folosind un transformator, în ciuda faptului că designul poate avea dimensiuni mici, este încă imperfect. Transformatoarele sunt încă grele și voluminoase, așa că este mai bine să scapi de ele. Un circuit realizat pe elemente semiconductoare complementare cu diferite tipuri de conductivitate se dovedește a fi mult mai eficient. Majoritatea ULF-urilor moderne sunt realizate exact conform unor astfel de scheme și funcționează în clasa „B”.
Cele două tranzistoare puternice utilizate în proiectare funcționează conform unui circuit de urmărire emițător (colector comun). În acest caz, tensiunea de intrare este transmisă la ieșire fără pierderi sau câștig. Dacă nu există semnal la intrare, atunci tranzistoarele sunt pe punctul de a se porni, dar sunt încă oprite. Când un semnal armonic este aplicat la intrare, primul tranzistor se deschide cu o semiundă pozitivă, iar al doilea este în modul de tăiere în acest moment.
În consecință, numai semi-undele pozitive pot trece prin sarcină. Dar cei negativi deschid al doilea tranzistor și îl opresc complet pe primul. În acest caz, în sarcină apar doar semi-unde negative. Ca urmare, semnalul amplificat în putere apare la ieșirea dispozitivului. Un astfel de circuit amplificator care utilizează tranzistori este destul de eficient și poate oferi o funcționare stabilă și o reproducere a sunetului de înaltă calitate.
Circuit ULF pe un tranzistor
După ce ați studiat toate caracteristicile descrise mai sus, puteți asambla amplificatorul cu propriile mâini folosind o bază de element simplu. Tranzistorul poate fi folosit intern KT315 sau oricare dintre analogii săi străini - de exemplu BC107. Ca sarcină, trebuie să utilizați căști cu o rezistență de 2000-3000 ohmi. La baza tranzistorului trebuie aplicată o tensiune de polarizare printr-un rezistor de 1 MΩ și un condensator de decuplare de 10 μF. Circuitul poate fi alimentat de la o sursă cu o tensiune de 4,5-9 Volți, un curent de 0,3-0,5 A.
Dacă rezistența R1 nu este conectată, atunci nu va exista curent în bază și colector. Dar atunci când este conectat, tensiunea atinge un nivel de 0,7 V și permite să curgă un curent de aproximativ 4 μA. În acest caz, câștigul de curent va fi de aproximativ 250. De aici puteți face un calcul simplu al amplificatorului folosind tranzistori și puteți afla curentul colectorului - se dovedește a fi egal cu 1 mA. După ce ați asamblat acest circuit amplificator tranzistor, îl puteți testa. Conectați o sarcină la ieșire - căști.
Atingeți intrarea amplificatorului cu degetul - ar trebui să apară un zgomot caracteristic. Dacă nu este acolo, atunci cel mai probabil structura a fost asamblată incorect. Verificați de două ori toate conexiunile și evaluările elementelor. Pentru a face demonstrația mai clară, conectați o sursă de sunet la intrarea ULF - ieșirea de la player sau telefon. Ascultați muzică și evaluați calitatea sunetului.
Amplificatorul este capabil să furnizeze o putere de vârf de 2 kW și 1,5 kW continuu, ceea ce înseamnă că acest amplificator este capabil să ardă majoritatea difuzoarelor pe care le cunoașteți. Pentru a vă imagina o astfel de putere în acțiune, puteți conecta (ceea ce vă sfătuiesc cu tărie să nu faceți) două difuzoare de 8 ohmi conectate în serie la o rețea de 220V AC. În acest caz, un difuzor va avea o tensiune efectivă de 110 V la o sarcină de 8 ohmi - 1.500 W. Cât timp crezi că va funcționa acustica în acest mod? Dacă încă mai ai dorința de a lucra la acest amplificator, mergi mai departe...
Descrierea amplificatorului
Mai întâi, să ne uităm la cerințele pentru a obține 1,5 kW în 4 ohmi. Avem nevoie de o tensiune de 77,5 V rms, dar trebuie să avem o anumită marjă, deoarece tensiunea de alimentare va scădea sub sarcină și va exista întotdeauna o scădere de tensiune la joncțiunile colector-emițător și la rezistențele emițătorului.
Deci tensiunea de alimentare ar trebui să fie...
VDC = VRMS * 1.414
VDC = 77,5 * 1,414 = ±109,6V DC tensiune
Deoarece nu am luat în considerare pierderile, trebuie să adăugăm aproximativ 3-5V pentru vârful amplificatorului și încă 10V pentru căderea tensiunii de alimentare la sarcină maximă.
Un transformator de 2 x 90V va produce o tensiune fără sarcină de ±130V (260V între capetele redresorului), astfel încât sursa de alimentare trebuie manipulată cu grijă extremă
Tranzistoarele bipolare au fost selectate ca fiind cele mai potrivite pentru etapa finală a amplificatorului. Acest lucru este dictat în primul rând de tensiunea de alimentare, care depășește tensiunea limită pentru majoritatea tranzistoarelor MOSFET. Acest lucru este mult și pentru tranzistoarele bipolare, dar MJ15004/5 sau MJ21193/4 îndeplinesc cerințele de tensiune maximă, ceea ce înseamnă că ne vom concentra asupra lor.
P=V? / R = 65 ? / 4 = 1056 W
Adică, egal cu încălzitorul electric mediu...
Amintiți-vă că atunci când conduceți o sarcină rezistivă cu schimbări de fază de 45°, puterea disipată aproape se dublează. Pe baza acestui lucru, rezultă că o bună răcire este vitală pentru acest amplificator. Veți avea nevoie de radiatoare și ventilatoare bune pentru răcirea forțată (convecția naturală nu va ajuta).
Tranzistoarele MJ15024/5 (sau MJ21193/4) într-un pachet K-3 (fier de călcat cu două terminale precum KT825/827) și sunt proiectate să disipeze 250W la o temperatură de 25°C. Pachetul de tranzistori K-3 a fost ales deoarece are cea mai mare putere de disipare, deoarece rezistența termică este mai mică decât orice alt tranzistor ambalat din plastic.
MJE340/350 în treapta amplificatorului de tensiune garantează o bună liniaritate. Dar chiar și cu un curent prin treapta de 12mA, puterea este de 0,72W, așa că Q4, Q6, Q9 și Q10 trebuie să aibă radiatoare. Tranzistorul (Q5), care determină polarizarea etapei finale, trebuie să fie instalat pe un radiator comun cu terminalul și să aibă un contact termic sigur.
Circuitul de protecție la scurtcircuit (Q7, Q8) limitează curentul la 12A și puterea eliberată de un tranzistor la aproximativ 175W, în timp ce funcționarea pe termen lung a amplificatorului în acest mod nu este permisă.
Circuit amplificator profesional de 1500 W.
Elementele de feedback suplimentare (R6a și C3a, prezentate punctat) sunt opționale. Ele pot fi necesare dacă are loc autoexcitarea amplificatorului. Diodele inverse (D9 și D10) protejează tranzistoarele amplificatorului de EMF din spate atunci când operează o sarcină activă. Diodele din seria 1N5404 pot rezista la curent de vârf de până la 200A. Tensiunea nominală trebuie să fie de cel puțin 400V.
Rezistorul VR1 100 ohmi este folosit pentru a echilibra amplificatorul pentru curent continuu. Cu valorile nominale ale componentelor prezentate în diagramă, offset-ul inițial ar trebui să fie în intervalul de ±25mV înainte de reglare. Rezistorul VR2 este folosit pentru a seta curentul de repaus al etapei finale. Curentul de repaus este ajustat prin măsurarea tensiunii la rezistorul R19 sau R20, care ar trebui să fie în intervalul 150mV.
Sensibilitatea treptei de intrare este de 1,77 V pentru 900 W la 8 ohmi sau 1800 W la 4 ohmi.
Alimentare electrică:
Sursa de alimentare necesară pentru amplificator necesită o abordare serioasă de proiectare. În primul rând, aveți nevoie de un transformator coborâtor cu o capacitate de cel puțin 2 kW. Condensatorii de filtru de putere trebuie să fie evaluați la 150 V și pot rezista la un curent de ondulare de până la 10 A. Condensatorii care nu îndeplinesc aceste cerințe pot exploda pur și simplu atunci când amplificatorul funcționează la putere maximă.
Un detaliu important este puntea de redresare. Deși podurile de 35A par să poată face față sarcinii, curentul de vârf care se repetă depășește ratingurile punților. Recomand să folosiți două punți conectate în paralel, așa cum se arată în diagramă. Tensiunea nominală a redresorului în punte trebuie să fie de minim 400V și trebuie să fie montate pe un radiator suficient pentru răcire.
Circuit de alimentare pentru un amplificator de 1500 W.
Diagrama prezintă condensatoare formate din patru condensatoare de joasă tensiune, deoarece sunt mai ușor de găsit, iar redresorul constă și din două punți conectate în paralel.
Sursele suplimentare de tensiune de 5V pot fi eliminate, în timp ce puterea de vârf va scădea de la 2048W la 1920W, ceea ce este nesemnificativ.
Modulul P39 este un sistem soft start și constă dintr-un releu, paralel cu contactele căruia sunt conectate rezistențe cu o putere totală de 150W și o rezistență rezultată de 33 Ohmi.
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.
Diagrama 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.
Plată . Amplificatorul este asamblat pe o placă din fibră de sticlă unilaterală de 1,5 mm grosime cu dimensiunile 45x32,5 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 precizie a feedback-ului și un efect de compensare mai mare.
Continuă să citești
Acest proiect este un amplificator stereo de casă cu o ieșire suplimentară pentru căști. Amplificatorul este construit pe un singur circuit integrat TDA2050, care este destinat utilizării ca amplificator audio hi-fi. Acesta va funcționa într-un interval de tensiune de alimentare de la +/-4,5 la +/-25 V. Putere de ieșire de aproximativ 30 W, eficiența este de aproximativ 65%. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că pentru a menține stabilitatea, câștigul circuitului trebuie să fie de cel puțin 24 dB. Amplificatorul a fost construit pentru difuzoarele de bibliotecă Klipsch RB-51. Difuzoare 8 ohmi, sensibilitate 92 dB. Amplificatorul poate funcționa cu majoritatea surselor de linie, cum ar fi mp3 player, cd player, tuner etc. Cipul mic TDA2050 poate produce un sunet foarte bun. Înainte de a începe, vă sugerez să aruncați o privire la fișa de date, mai ales dacă doriți să faceți unele modificări pentru a se potrivi configurației dvs. stereo.
Diagrama schematică
Există și o placă de circuit imprimat. Am realizat circuitul amplificatorului așa cum se arată mai jos. Este afișat un singur canal. Un comutator bipolar este comun ambelor canale, iar acest lucru vă permite să comutați ieșirea de la difuzoare la căști. Dacă nu aveți nevoie de o ieșire pentru căști, puteți scoate comutatorul și rezistența.
Circuitul a fost realizat pe o placă de circuit imprimat. Pentru a bloca curentul de intrare, am folosit un condensator de 1 µF (film de polipropilenă metalizat). Majoritatea condensatoarelor ar trebui să fie din polipropilenă, poliester, mylar, nu aș recomanda condensatoare electrolitice.
unitate de putere
O schemă de împământare adecvată va ajuta la atingerea nivelurilor scăzute de zgomot. Dacă doriți, faceți cele două stele puncte de masă - pentru semnal și pentru putere. Încercați să faceți firele de semnal cât mai scurte posibil. În plus, firele de semnal trebuie să fie strâns răsucite împreună. De asemenea, încercați să le țineți departe de sursele de curent alternativ, atât cablurile de alimentare, cât și transformatorul. Conduce firele cât mai aproape de corp, ajută. Utilizați o sursă de alimentare separată pentru fiecare canal.
Înainte de a descrie nutriția, vreau să spun câteva cuvinte despre siguranță. Acest proiect necesită o conexiune la rețea de 220 V. Secțiunea transversală a cablului selectată incorect pentru rețeaua electrică poate duce la vătămări grave! De asemenea, este necesar să utilizați numai siguranțe adecvate și să conectați șasiul la masă.
Transformator toroidal cu două înfășurări secundare de 18 volți. Pentru redresoare am folosit punți de diode de 35 A. Circuitul original folosește diode separate. Fiecare ieșire are un condensator de 10.000 µF.
Pentru caroserie am folosit un sasiu de dimensiuni potrivite. Transformatorul și plăcile sunt atașate la partea inferioară a părții superioare a carcasei. Comutatorul de alimentare, controlul volumului și mufa pentru căști sunt situate în partea din față a carcasei pentru un acces ușor.
Pentru intrarea audio folosim conectori RCA standard placati cu aur. Ieșire difuzor prin mufă banană de 4 mm. Vă rugăm să rețineți că mufele de intrare, difuzorul și bornele de conectare sunt izolate de șasiu folosind distanțierele din nailon furnizate. Radiatoarele sunt amplasate pe panoul din spate al carcasei. Fiecare radiator masoara 50 x 90 mm. Am tăiat o gaură în carcasă pentru ca TDA2050 să poată fi instalat direct pe calorifer. Vă rugăm să rețineți că cipul TDA2050 trebuie să fie izolat de masă (carcasă), iar potențialul negativ este situat pe clapeta metalică a TO-220. Dacă acest lucru nu se face, microcontrolerul se va arde după ce este aplicată alimentarea. Pentru izolare, puteți folosi tampoane de silicon sau mica și nu uitați de garniturile pentru șurubul de montare, care fixează microcontrolerul de radiator. După instalare, verificați pentru a vă asigura că nu există niciun contact între microcontroler, radiator și șasiu (împământare). De asemenea, pentru a asigura un contact termic bun, trebuie să folosiți pastă termică.
Nu voi evalua calitatea sunetului, deoarece opinia finală depinde de ascultătorul individual. Pentru urechile mele, TDA2050 produce un sunet foarte bun care rivalizează cu cel al diferitelor amplificatoare high-end. Amplificatorul are capacitatea de a produce bas profund, medii clare cu o amplitudine mare a sunetului și înalte clare care nu sunt prea ascuțite. În comparație cu cel de 20 W, acesta este vizibil mai puternic.
Un amplificator de joasă frecvență (LFA) este un dispozitiv pentru amplificarea oscilațiilor electrice corespunzătoare intervalului de frecvență audibil de urechea umană, adică LFA ar trebui să se amplifice în intervalul de frecvență de la 20 Hz la 20 kHz, dar unele VLF-uri pot avea o gamă de până la la 200 kHz. ULF poate fi asamblat ca dispozitiv independent sau utilizat în dispozitive mai complexe - televizoare, radiouri, radiouri etc.
Particularitatea acestui circuit este că pinul 11 al microcircuitului TDA1552 controlează modurile de operare - Normal sau MUTE.
C1, C2 - condensatoare de blocare de trecere, utilizate pentru a întrerupe componenta constantă a semnalului sinusoidal. Este mai bine să nu folosiți condensatori electrolitici. Este recomandabil să plasați cipul TDA1552 pe un calorifer folosind pastă termoconductoare.
În principiu, circuitele prezentate sunt în punte, deoarece într-o carcasă a microansamblului TDA1558Q există 4 canale de amplificare, astfel încât pinii 1 - 2 și 16 - 17 sunt conectați în perechi și primesc semnale de intrare de la ambele canale prin condensatoarele C1 și C2. Dar dacă aveți nevoie de un amplificator pentru patru difuzoare, atunci puteți utiliza opțiunea de circuit de mai jos, deși puterea va fi de 2 ori mai mică pe canal.
Baza designului este microansamblul TDA1560Q clasa H Puterea maximă a unui astfel de ULF ajunge la 40 W, cu o sarcină de 8 ohmi. Această putere este furnizată de aproximativ de două ori tensiunea crescută datorită funcționării condensatoarelor.
Puterea de ieșire a amplificatorului din primul circuit asamblat pe TDA2030 este de 60W la o sarcină de 4 Ohmi și 80W la o sarcină de 2 Ohmi; TDA2030A 80W la sarcină de 4 ohmi și 120W la sarcină de 2 ohmi. Al doilea circuit al ULF considerat este deja cu o putere de ieșire de 14 wați.
Acesta este un ULF tipic cu două canale. Cu puțină cablare de componente radio pasive, acest cip poate fi folosit pentru a construi un amplificator stereo excelent cu o putere de ieșire de 1 W pe canal.
Microansamblul TDA7265 este un amplificator Hi-Fi clasa AB cu două canale destul de puternic într-un pachet standard Multiwatt, microcircuitul și-a găsit nișa în tehnologia stereo de înaltă calitate, clasa Hi-Fi. Circuitul de comutare simplu și parametrii excelenți au făcut din TDA7265 o soluție perfect echilibrată și excelentă pentru construirea de echipamente radio amatori de înaltă calitate.
Mai întâi, o versiune de test a fost asamblată pe o placă exact așa cum se arată în fișa de date din linkul de mai sus și a fost testată cu succes pe difuzoarele S90. Sunetul nu este rău, dar lipsea ceva. După ceva timp, am decis să refac amplificatorul folosind un circuit modificat.
Microansamblul este un amplificator quad clasa AB conceput special pentru utilizarea în dispozitivele audio auto. Pe baza acestui microcircuit, puteți construi mai multe opțiuni ULF de înaltă calitate folosind un minim de componente radio. Microcircuitul poate fi recomandat radioamatorilor începători pentru asamblarea acasă a diferitelor sisteme de difuzoare.
Principalul avantaj al circuitului amplificator pe acest microansamblu este prezența a patru canale independente unul de celălalt. Acest amplificator de putere funcționează în modul AB. Poate fi folosit pentru a amplifica diverse semnale stereo. Dacă doriți, îl puteți conecta la sistemul de difuzoare al unei mașini sau al computerului personal.
TDA8560Q este doar un analog mai puternic al chipului TDA1557Q, cunoscut pe scară largă radioamatorilor. Dezvoltatorii au întărit doar treapta de ieșire, făcând ULF-ul perfect potrivit pentru o sarcină de doi ohmi.
Microansamblul LM386 este un amplificator de putere gata făcut, care poate fi utilizat în proiecte cu tensiune de alimentare scăzută. De exemplu, atunci când alimentați circuitul de la o baterie. LM386 are un câștig de tensiune de aproximativ 20. Dar prin conectarea rezistențelor și capacităților externe, câștigul poate fi ajustat până la 200, iar tensiunea de ieșire devine automat egală cu jumătate din tensiunea de alimentare.
Microansamblul LM3886 este un amplificator de înaltă calitate, cu o putere de ieșire de 68 wați într-o sarcină de 4 ohmi sau 50 wați în 8 ohmi. În momentul de vârf, puterea de ieșire poate ajunge la 135 W. Microcircuitului este aplicabil un interval larg de tensiune de la 20 la 94 de volți. În plus, puteți utiliza atât surse de alimentare bipolare, cât și unipolare. Coeficientul armonic ULF este de 0,03%. Mai mult, aceasta este pe întregul interval de frecvență de la 20 la 20.000 Hz.
Circuitul folosește două circuite integrate într-o conexiune tipică - KR548UH1 ca amplificator de microfon (instalat în comutatorul PTT) și (TDA2005) într-o conexiune în punte ca amplificator final (instalat în carcasa sirenei în loc de placa originală). O sirenă de alarmă modificată cu cap magnetic este folosită ca emițător acustic (emițătoarele piezo nu sunt potrivite). Modificarea constă în dezasamblarea sirenei și aruncarea tweeter-ului original cu un amplificator. Microfonul este electrodinamic. Când utilizați un microfon electret (de exemplu, de la telefoane chinezești), punctul de conectare dintre microfon și condensator trebuie conectat printr-un rezistor de ~4,7K la +12V (după buton!). Rezistorul de 100K din circuitul de feedback K548UH1 este mai bine setat cu o rezistență de ~30-47K. Acest rezistor este folosit pentru a regla volumul. Este mai bine să instalați cipul TDA2004 pe un radiator mic.
Testați și operați - cu emițătorul sub capotă și PTT-ul în cabină. În caz contrar, scârțâitul din cauza autoexcitației este inevitabil. Un rezistor trimmer setează nivelul volumului astfel încât să nu existe o distorsiune puternică a sunetului și autoexcitare. Dacă volumul este insuficient (de exemplu, un microfon prost) și există o rezervă clară de putere a emițătorului, puteți crește câștigul amplificatorului microfonului prin creșterea de câteva ori a valorii trimmer-ului în circuitul de feedback (cel conform circuitul de 100K). Într-un sens bun, am avea nevoie și de un primabass care să împiedice circuitul să se autoexcite - un fel de lanț de defazare sau un filtru pentru frecvența de excitare. Deși schema funcționează bine, fără complicații