Делаем простой усилитель звука своими руками. Нам понадобится следующее:
1) Катушка: L1 5 мкГн
2) Резисторы: R1,R3 2,2 кОм; R2,R5 22кОм; R4 680 Ом; R6 2,2 Ом; R7 10 Ом.
3)Конденсаторы: С1,C4- 4,7 мкФ-25В; С3-22 мкФ-25В; С3-22 мкФ-25В; С5-0,47 мкФ-25В; С6,C7-1000 мкФ-35В.
4)Микросхема: DA1 TDA2050
Также для пайки необходимо приобрести: керамический паяльник, припой, стеклотекстолит, хлорное железо, флюс (канифоль), динамик (для проверки работоспособности усилителя), питание 10 В («крона»), провода, разъем, радиатор (первое время микросхема будет греться не сильно, но все же рекомендуется поставить охлаждение), глянцевая фотобумага.
Теперь самое интересное, подготовка к работе. Вот схема нашего устройства:
Теперь нам необходимо сделать разводку, которую проще всего сделать в программе sprint layout. После того, как разводка готова печатаем на фотобумаге нашу разводку (принтер обязательно должен быть лазерным!). После чего накладываем напечатанный фрагмент на нашу плату и в течение 5-10 мин гладим утюгом. Затем опускаем под воду и легкими движениями счищаем бумагу. Теперь нам необходимо протравить плату. Для этого берем хлорное железо и добавляем его в слегка подогретую воду и окунаем туда плату (ни в кое случае не используйте посуду, предназначенную для приёма пищи!) Процесс травления занимает от 10 мин до 5-8 часов, все зависит от количества раствора и температуры воды. После того, как плата протравилась счищаем слой краски, в результате чего наши дорожки станут медными. Теперь нам осталось припаять элементы. Для начала просверлим отверстия под наши элементы, после чего дорожки рекомендуется смазать флюсом. После это по схеме вставляем все элементы и припаиваем их. На этом наша работа переходит в завершающую стадию, проверка на работоспособность.
Подключив питание, динамик и подсоединив джек к устройству с разъемом 3,5 мм, вы услышите свою любимую музыку. Для удобства можно придумать корпус к вашему устройству, пример корпуса вы можете увидеть ниже.
В один прекрасный миг мне потребовался оконечный усилитель для дома, который входил бы в состав комплекса: ПРИБОЙ Э104С -> Radiotehnika УП-001 -> Оконечный усилитель -> ВЕГА 50АС-106. Требования были такие: приличное качество звучания, использование существующего конструктива. При этом я не стал ограничиваться готовыми схемотехническими изысканиями в сети или в радиолюбительской литературе, а попытался создать свой усилитель, на основе имеющегося опыта и материала. Данному усилителю и посвящена эта статья.
Поскольку электрическая начинка еще полбеды, а для радиолюбителя поиск корпуса является головной болью, подрывающей национальное здоровье нашей страны, проблему корпуса следует затронуть в первую очередь. Есть множество вариантов для решения проблемы, решил взять за основу корпус советского усилителя «Электрон 104-стерео» выпуска 1977 г. и всем настоятельно рекомендую искать этот неисправный усилитель для будущего корпуса и для выгодного заимствования понижающего трансформатора (который также будет являться главным элементом питания усилителя). Данные усилители почти повсеместно эксплуатировались в театральных кружках, школах, детских садах в актовых залах. Веду речь к тому, что пора бы начинать заводить «друзей» в школах. Корпус данного усилителя представляет собой яркий пример неэкономного расходования алюминия, что позволяет использовать возможности конструктива корпуса для мощных усилителей. Вместе с тем недостатком данного корпуса является близость одного из каналов к трансформатору питания (синяя стрелка), что может породить такое явление как присутствие в одном из каналов усилителя фона, частотой, кратной частоте сети. Поэтому, было решено перенести месторасположение диодного моста (зеленая стрелка).
Схема питания особенностей не имеет и представляет собой фактически схему питания изначального усилителя, но с измененным конструктивом. Окончательный этап размещения всей электрической составляющей проиллюстрирован ниже.
Теперь можно перейти к электрической части. Усилитель представляет собой классическую топологию Лина, с изменениями и дополнениями. Параметры усилителя:
Характеристика - Величина :
- Диапазон питающих напряжений: ±24...35В
- Полоса воспроизводимых частот, не уже: 20-20000Гц
- Эффективная выходная мощность, при нагрузке 4 Ом и питании ±35В: 80Вт
- Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 1кГц: 0,004%
- Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 20кГц: 0,02%
- Отношение сигнал/шум, на частоте 1кГц, не менее - 95дБ
Схема усилителя звука
Входной каскад усилителя мощности собран по дифференциальной схеме на транзисторах Т3 и Т4, нагруженный на генератор стабильного тока, выполненный по традиционной классической схеме на транзисторе Т5. В эмиттеры транзисторов дифференциального каскада включены резисторы R3, R4, R6, R7 играющие роль местной ООС, таким образом было достигнуто снижение нелинейности внутреннего сопротивления эмиттерного перехода. В коллекторную же область входного каскада включено токовое зеркало на элементах T1 и T2, с дополнительными резисторами в эмиттерах для снижения влияния эффекта Эрли, для достижения более точной балансировки входного каскада.
Далее, второй каскад усилителя выполнен на транзисторе T6 по схеме усилителя напряжения и имеющий в своем составе двухполюсную коррекцию. Цепь смещения выполнена по схеме «транзисторного стабилитрона» с использованием элемента T8. Установленный на радиатор вместе с выходным каскадом, он выполняет еще и функцию термостабилизатора. Включение резистора подстройки тока покоя R22 выполнено таким образом, чтобы обеспечить безопасность схемы от случайного обрыва движка съемного контакта, и в связи с этим, предотвратить резкое повышение тока покоя выходного каскада. Ток на цепь смещения подается также с генератора стабильного тока на транзисторе T7, имеющего общий источник опорного напряжения с генератором для дифференциального каскада (диоды D1,D2). Выходной каскад выполнен по симметричной схеме включения эмиттерных повторителей. Выходной сигнал проходит через выходной фильтр R37L2 и цепь Зобеля (R36C8), предотвращающий самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
Немного осциллограмм
1) Синус 1кГц, 80Вт
2) Синус 20кГц, 80Вт
3) Меандр 1кГц
4) Меандр 1кГц
Конструкция и детали домашнего аудиоусилителя
Катушка L2 наматывается на любом карандаше (карандаш вытащить из катушки), проводом сечением 1 мм и содержит в себе 10-12 витков. Транзистор Т8 устанавливается на радиатор, вместе с выходными транзисторами. Все транзисторы должны быть изолированы друг от друга через слюдяные прокладки. Для снижения влияния изменения температуры на значение постоянного напряжения на выходе усилителя, рекомендуется прижать попарно друг с другом транзисторы Т1, Т2 и Т3, Т4 ПВХ-стяжками или термоусадкой. Элементы Т9-Т10 располагаются на отдельных алюминиевых пластинах (радиаторах), площадью рассеивания 30-40см2. Рисунок печатной платы делается под существующий конструктив, в моем случае чертеж рисовался на бумаге карандашом. Универсальная печатная плата, вид сверху, выглядит следующим образом (не тестировалась и не проверялась, возможны ошибки). её файл можно тут.
Настройка УНЧ
Первое включение необходимо производить через токоограничивающие резисторы в питании, а также с эквивалентом нагрузки, после прогрева и убежденности в том, что все узлы схемы работают нормально, т.е. не вызывают стрессовых ситуаций у вас и окружающих людей. После этого, к усилителю подводят полноценное питание, не снимая эквивалентное сопротивление. Подстроечным резистором R15 добиваются нуля на выходе усилителя, а подстроечным резистором R22 устанавливают ток покоя, в пределах 40-50 миллиампер. Результат: по-настоящему живое и хорошее звучание, отличный низ (и это на 50АС-106!), было собрано 4 экземпляра, все запустились с первого раза.
Уходят в прошлое, и теперь, чтобы собрать какой-либо простой усилитель, уже не надо мучаться с расчетами и клепать печатную плату больших размеров.
Сейчас почти вся дешевая усилительная техника делается на микросхемах. Самое большое распространение получили микросхемы TDA для усиления аудиосигнала. В настоящее время они используются в автомагнитолах, в активных сабвуферах, в домашней акустике и во многих других аудиоусилителях и выглядят примерно вот так:
Плюсы микросхем TDA
- Для того, чтобы собрать на них усилитель, достаточно подвести питание, подключить динамики и несколько радиоэлементов.
- Габариты этих микросхем совсем небольшие, но надо будет их ставить на радиатор, иначе будут сильно греться.
- Они продаются в любом радиомагазине. На Али что-то дороговатые, если брать в розницу.
- В них встроены различные защиты и другие опции, типа отключения звука и тд. Но по моим наблюдениям, защиты срабатывают не очень хорошо, поэтому микросхемы часто дохнут или от перегрева, либо от . Так что желательно не замыкать выводы микросхемы между собой и не перегревать микросхему, выжимая из нее все соки.
- Цена. Я бы не сказал, что они очень дорогие. По цене и выполняемым функциям им нет равных.
Одноканальный усилитель на TDA7396
Давайте соберем простой одноканальный усилитель на микросхеме TDA7396. На момент написания статьи я ее взял по цене в 240 рублей. В даташите на микросхему говорилось, что эта микросхема может выдать до 45 Ватт в нагрузку 2 Ома. То есть если замерить сопротивление катушки динамика и оно будет равняться около 2 Ом, то на динамике вполне можно получить пиковую мощность в 45 Ватт. Этой мощности вполне хватит, чтобы устроить дискотеку в комнате не только для себя, но и для соседей и при этом получить посредственное звучание, что, конечно же, не сравнить с hi-fi усилителями.
Вот распиновка микросхемы:
Собирать наш усилитель будем по типичной схеме, которая была приложена в самом даташите:
На ножку 8 подаем +Vs, а на 4 ножку ничего не подаем. Следовательно, схема примет вот такой вид:
Vs — это напряжение питания. Оно может быть от 8 и до 18 Вольт. «IN+» и «IN-» — сюда подаем слабый звуковой сигнал. К 5 и 7 ноге цепляем динамик. Шестую ногу садим на минус.
Вот моя сборка навесным монтажом
Конденсаторы на входе питания 100нФ и 1000мкФ я не использовал, так как у меня с блока питания итак идет чистое напряжение.
Раскачивал динамик с такими параметрами:
Как видите, сопротивление катушки 4 Ома. Полоса частот говорит о том, что он сабвуферного типа.
А вот так у меня выглядит саб в самопальном корпусе:
Пробовал снять видео, но звук на видео у меня снимает очень плохо. Но все-таки могу сказать, что с телефона на средней мощности уже долбило так, что уши заворачивались, хотя потребление всей схемы в рабочем виде составило всего около 10 Ватт (умножаем 14,3 на 0,73). В этом примере я взял напряжение, как в автомобиле, то есть 14,4 Вольта, что вполне укладывается в наш рабочий диапазон от 8 и до 18 Вольт.
Если у вас нет мощного источника питания, то его можно собрать вот по этой схеме.
Не зацикливайтесь именно на этой микросхеме. Этих микросхем TDA, как я уже говорил, существует множество видов. Некоторые из них усиливают стереосигнал и могут выдавать звук сразу на 4 динамика, как это сделано в автомагнитолах. Так что не поленитесь порыться в интернете и найти подходящую ТДАшку. После окончания сборки дайте заценить соседям ваш усилитель, выкрутив ручку громкости на всю балалайку и прислонив мощный динамик к стене).
А вот в статье я собирал усилитель на микросхеме TDA2030A
Получилось очень даже неплохо, так как TDA2030A обладает лучшими характеристиками, чем TDA7396
Также приложу для разнообразия еще схему от подписчика, у которого усилитель на TDA 1557Q работает исправно уже более 10 лет подряд:
Усилители на Алиэкспресс
На Али я также находил кит наборы на TDA. Например, вот этот стерео усилитель по 15 Ватт на канал по цене 1$. Этой мощности вполне хватит, чтобы потусить под любимые треки в комнатушке
Купить можно .
А вот он уже сразу готовый
Да и вообще, этих модулей усилителей на Алиэкпресс ну очень много. Нажимаете на эту ссылку и выбираете любой понравившийся усилитель.
— это аппарат на полевых транзисторах в выходном тракте реализованный по схеме с «плавающей землей». То есть, «плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод какой то части системы электрически не связан с шиной заземления. За время существования данной схемы усилителя в нее были внесены существенные изменения, которые в большей степени повысили технические характеристики УМЗЧ.
Схема усилителя мощности образца 2016 года.
Создание аппарата с «виртуальным нулем» или как говорят «средней точкой» имеет свои особенности: усилитель звука для колонок своими руками не требует установки напряжение в «ноль», не требуется защита акустической системы от постоянки на выходе; существенно облегчается изготовление силового трансформатора. Для схемы оконечника с постоянной средней точкой необходимо две пары отдельных обмоток на одном сердечнике или же нужно два транса с двумя обмотками.
Немного о тестировании и замере характеристик ранней версии данного аппарата, которая также была собрана с использованием MOSFET-транзисторов в выходном каскаде. Измерение параметров показало явное присутствие помех от сети во входной цепи УМЗЧ. И если сравнивать его с усилителем со средней постоянной точкой, то здесь присутствует огромное количество помех кратных частоте 50 Гц в диапазоне до 1 кГц.
Снижение количества помех
Для кардинального снижения количества радиопомех появляющихся во входной цепи усилителя через постоянный резистор R3, было решено: цепочку смещения напряжения на управляющий электрод (затвор) полевого транзистора Q2 реализовать с полной симметрией по переменному напряжению. Исходя из того, что резисторы R4 и R11 идентичны и еще добавлена емкостная цепочка С4-С6 то подбором номинала резисторов R5-R12 можно установить приемлемое напряжение смещения для входного ключа. Помимо этого включенные в цепь емкости С4-С6, отфильтровывают переменное напряжение, появляющуюся на выводах источников тока.
На этапе конструирования модели усилитель звука для колонок своими руками потребовал тщательно проработать задачу генерации аппарата на сверхнизких частотах в диапазоне ниже 20 Гц. А именно при слишком малой суммарной емкости конденсаторов в цепи питания и значительной емкости по входу С1. Так, расположенность усилителя к самовозбуждению обусловливается R-C цепью по питающему напряжению R16-C5 (R17-C3), и естественно конденсаторами в источнике питания. Чтобы обеспечить усилителю условия для устойчивой и стабильной работы, суммарную емкость электролитических конденсаторов в каждом из плеч источника питания необходимо устанавливать 10000мкФ при C1 до 0.15 мкФ, 15000 мкФ при C1= 0.22 мкФ и 20000мкФ при C1= 0.33мкФ.
Для качественного воспроизведения звука на низких частотах было увеличено сопротивление УМЗЧ по входу. С этой целью вместо биполярного транзистора по входу был установлен MOSFET-транзистор Q2, а взамен отражателя тока в первичном каскаде был реализован источник тока. Второй каскад усилителя собран по схемотехники с общим эмиттером.
Надежность усилителя
Чтобы обеспечить работу аппарата надежностью в каждое плечо схемы были включены пара биполярных транзистора Q11-Q15, выполняющие функцию ограничения пикового тока проходящего в цепи выходных транзисторов 7А-8А. Помимо этого, для ограничения прямого и обратного напряжения относительно выводов транзистора Q14 в схему был добавлен выпрямительный диод 1N4148 (D7).
Важные технические характеристики усилителя мощности:
Ток покоя в схеме устанавливается переменным резистором R23а (100 Ом). Оптимальный ток покоя для нормальной работы устройства нужен в пределах 80 мА. Даже при таком значении тока покоя искажения сигнала на выходе данного концевого усилителя находятся в пределах 0.09% с коротким мгновенно снижающий диапазон гармоник.
Модернизированный блок питания.
Силовой трансформатор
Силовой трансформатор мощностью 140 Вт собран на тороидальном сердечнике с двумя вторичными обмотками имеющими напряжение по ~36v в каждой. Блок выпрямителя состоит из двух диодных мостом рассчитанных на номинальное напряжение 100v и ток 10А. Фильтры выпрямителя по схеме реализованы на четырех емкостях по 10000 F на напряжение 63v со средней точкой. Причем раздельные для каждого канала, а также без гальванической завязки с общей шиной. Именно на эти средние точки подаются акустические провода со знаком «-» от левого и правого каналов. В зависимости от конструкции вашего корпуса трансформаторов можно установить два, мощностью по 70-80 Вт каждый. На электролитические емкости С3-С4 нужно параллельно поставить шунты в виде бумажных конденсаторов C1-C2.
Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.
Частотные характеристики
Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах - музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.
Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин - практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.
Классы работы звуковых усилителей
Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:
- Класс «А» - ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
- В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
- Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
- В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
- Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно - чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД - свыше 90 %.
Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей
Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.
При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД - менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.
Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток - полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.
Работа в промежуточных классах
У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений - не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.
Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше - до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется - характерный металлический звук.
«Альтернативные» конструкции
Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:
- Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
- Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.
Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, - обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление - несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков - 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.
Конечно, это не очень большой недостаток - существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная - в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.
Причем КПД у таких устройств достаточно высокий - порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности - они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.
Схема однотактного УНЧ на транзисторе
Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная - с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.
С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм - наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h21 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.
При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h21 - 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.
На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения - это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле - сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.
Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h21. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.
Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.
Усилители на МДП-транзисторах
Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».
Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое - обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.
Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.
УНЧ с трансформатором на выходе
Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, - с общим эмиттером. Одна особенность - необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.
Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.
Двухтактный усилитель звука
Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.
В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина - повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.
Бестрансформаторные УНЧ
Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».
Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.
Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.
Схема УНЧ на одном транзисторе
Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог - например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.
Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора - он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку - наушники.
Коснитесь входа усилителя пальцем - должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука - выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.
