Pojačavanje niske frekvencije. Maksimalna kratkoročna snaga

NISKOFREKVENCIJSKI TRAZISTORSKI POJAČALA. POJAČALA

Na zahtjev posjetitelja stranice, predstavljam vam članak u potpunosti posvećen tranzistorskim pojačalima. U 8. lekciji smo se malo dotakli teme pojačala - pojačivača na tranzistorima, pa ću uz pomoć ovog članka pokušati otkloniti sve praznine u odnosu na tranzistorska pojačala. Neke od teorijskih osnova koje su ovdje predstavljene vrijede i za tranzistorska pojačala i za cijevna pojačala. Na početku članka će se razmotriti glavne vrste i metode uključivanja stepena pojačala, na kraju članka razmotrit ćemo glavne prednosti i nedostatke jednostrukih transformatorskih i beztransformatorskih pojačala, a mi ćemo uzeti posebno osvrnuti se na push-pull transformatore i pojačala bez transformatora, jer se često koriste i predstavljaju veliki interes. Na kraju članka, kao iu prethodnim lekcijama, bit će praktičan rad. Zapravo, ovaj članak se ne razlikuje od lekcija, s jedinom razlikom što će ovaj i svi naredni članci imati specifične naslove, što vam omogućava da odaberete temu za učenje po želji. U svakom slučaju, da biste sigurno odabrali neku od sljedećih tema, svakako morate završiti cijeli kurs koji se sastoji od 10 lekcija.

Pojačavajući tranzistorski stepen uobičajeno je zvati tranzistor sa otpornicima, kondenzatorima i drugim dijelovima koji mu obezbjeđuju uslove rada kao pojačalo. Za glasnu reprodukciju oscilacija audio frekvencije, tranzistorsko pojačalo mora biti najmanje dvo-trostepeni ... U pojačalima koji sadrže nekoliko stupnjeva razlikuju se stupnjevi pred pojačanje i izlazni ili terminalni stupnjevi ... Poslednji stepen pojačala, koji radi na telefonima ili dinamičkoj glavi zvučnika, naziva se izlazni stepen, a svi stepeni ispred njega nazivaju se preliminarni stepeni. Zadatak jednog ili više stepeni za pretpojačavanje je da poveća napon audio frekvencije do vrijednosti potrebne za rad tranzistora izlaznog stupnja. Od tranzistora izlaznog stupnja potrebno je povećanje snage oscilacija audio frekvencije do nivoa potrebnog za rad dinamičke glave. Za izlazne stupnjeve najjednostavnijih tranzistorskih pojačala, radio-amateri često koriste tranzistore male snage, isto kao i u stepenovima za pretpojačavanje. To se objašnjava željom da se pojačala učine ekonomičnijim, što je posebno važno za prijenosne dizajne na baterije. Izlazna snaga takvih pojačala je mala - od nekoliko desetina do 100 - 150 mW, ali je dovoljna i za rad telefona ili dinamičkih glava male snage. Ako pitanje uštede energije izvora napajanja nije toliko značajno, na primjer, kada se napajaju pojačala iz električne rasvjetne mreže, u izlaznim stupnjevima koriste se snažni tranzistori. Kako radi višestepeno pojačalo? Dijagram jednostavnog tranzistorskog dvostepenog LF pojačivača možete vidjeti na (sl. 1). Razmotrite to pažljivo. U prvom stupnju pojačala radi tranzistor V1, u drugom tranzistor V2. Ovdje je prva faza pretpojačala, druga je izlazna faza. Između njih - kondenzator za razdvajanje C2. Princip rada bilo kog stepena ovog pojačala je isti i sličan principu rada jednostepenog pojačala koji vam je poznat. Jedina razlika je u detaljima: opterećenje tranzistora V1 prvog stepena je otpornik R2, a opterećenje tranzistora V2 izlaznog stepena su telefoni B1 (ili, ako je izlazni signal dovoljno jak, glava zvučnika). Bias na bazu tranzistora prvog stepena se dovodi preko otpornika R1, a na bazu tranzistora drugog stepena kroz otpornik R3. Oba stepena se napajaju iz zajedničkog Ui.p. izvora, koji može biti baterija galvanskih ćelija ili ispravljač. Načini rada tranzistora se postavljaju odabirom otpornika R1 i R3, što je na dijagramu označeno zvjezdicama.

Rice. 1 Dvostepeno tranzistorsko pojačalo.

Ukupni efekat pojačala je sljedeći. Električni signal koji se preko kondenzatora C1 dovodi na ulaz prvog stepena i pojačava tranzistorom V1, sa otpornika opterećenja R2 preko kondenzatora za blokiranje C2 dovodi se na ulaz drugog stepena. Ovdje se pojačava tranzistorom V2 i telefoni B1, spojeni na kolektorsko kolo tranzistora, pretvaraju se u zvuk. Koja je uloga kondenzatora C1 na ulazu pojačala? Obavlja dva zadatka: slobodno propušta naizmjenični signalni napon do tranzistora i sprječava kratki spoj baze na emiter kroz izvor signala. Zamislite da u ulaznom kolu nema takvog kondenzatora, a izvor pojačanog signala je elektrodinamički mikrofon s malim unutarnjim otporom. Šta se dešava? Kroz mali otpor mikrofona, baza tranzistora će biti povezana sa emiterom. Tranzistor će se zatvoriti jer će raditi bez početnog prednapona. Otvara se samo na negativnim poluperiodima napona signala. A pozitivne poluperiode, koje još više pokrivaju tranzistor, bit će njime "odsječene". Kao rezultat toga, tranzistor će izobličiti pojačani signal. Kondenzator C2 povezuje stupnjeve pojačala u naizmjeničnu struju. Trebalo bi dobro proći AC komponentu pojačanog signala i odgoditi DC komponentu kolektorskog kola tranzistora prvog stupnja. Ako, zajedno s promjenjivom komponentom, kondenzator provodi i jednosmjernu struju, način rada tranzistora izlaznog stupnja će biti poremećen i zvuk će se izobličiti ili potpuno nestati. Kondenzatori koji obavljaju takve funkcije nazivaju se spojni kondenzatori, prolazni ili odvajajući ... Ulazni i prijelazni kondenzatori moraju dobro proći cijeli frekvencijski opseg signala koji se pojačava - od najnižeg do najvišeg. Ovaj zahtjev ispunjavaju kondenzatori kapaciteta najmanje 5 μF. Upotreba spojnih kondenzatora velikog kapaciteta u tranzistorskim pojačavačima objašnjava se relativno niskim ulaznim impedancijama tranzistora. Kondenzator za spajanje osigurava izmjeničnu struju s kapacitivnim otporom, koji će biti manji, što je veći njegov kapacitet. A ako se pokaže da je veći od ulaznog otpora tranzistora, dio AC napona će pasti na njemu, koji je veći od ulaznog otpora tranzistora, što će rezultirati gubitkom u pojačanju. Kapacitet spojnog kondenzatora mora biti najmanje 3 do 5 puta manji od ulaznog otpora tranzistora. Zbog toga se na ulaz postavljaju kondenzatori velikih kapaciteta, kao i za komunikaciju između tranzistorskih stupnjeva. Ovdje se obično koriste mali elektrolitski kondenzatori, uz obavezno poštivanje polariteta njihovog uključivanja. Ovo su najkarakterističnije karakteristike elemenata dvostepenog tranzistorskog LF pojačala. Da bih popravio princip rada tranzistorskog dvostepenog LF pojačala u memoriji, predlažem sastavljanje, postavljanje i testiranje u akciji najjednostavnijih opcija za krugove pojačala u nastavku. (Na kraju članka će biti predložene opcije za praktični rad, sada morate sastaviti model najjednostavnijeg dvostepenog pojačala kako biste brzo pratili teorijske izjave u praksi).

Jednostavna, dvostepena pojačala

Šematski dijagrami dvije varijante takvog pojačala prikazani su na (sl. 2). Oni su, u suštini, ponavljanje kola sada rastavljenog tranzistorskog pojačala. Samo na njima su naznačeni detalji delova i uvedena su tri dodatna elementa: R1, SZ i S1. Otpornik R1 - opterećenje izvora oscilovanja audio frekvencije (prijamnik ili prijemnik detektora); SZ - kondenzator koji blokira glavu B1 zvučnika na najvišim zvučnim frekvencijama; S1 - prekidač za napajanje. U pojačalu na (slika 2, a) rade tranzistori p - n - p strukture, u pojačalu na (slika 2, b) - strukture n - p - n. U tom smislu, polaritet uključivanja baterija koje ih napajaju je drugačiji: negativni napon se primjenjuje na kolektore tranzistora prve verzije pojačala, a pozitivni napon na kolektore tranzistora druge verzije. Polaritet uključivanja elektrolitskih kondenzatora je također različit. Ostala pojačala su potpuno ista.

Rice. 2 Dvostepeni LF pojačivači na tranzistorima p - n - p strukture (a) i na tranzistorima n - p - n strukture (b).

U bilo kojoj od ovih varijanti pojačala mogu raditi tranzistori sa statičkim koeficijentom prijenosa struje h21e 20 - 30 i više. Tranzistor sa velikim koeficijentom h21e mora se staviti u preliminarni stepen pojačanja (prvi) - Ulogu opterećenja B1 izlaznog stepena mogu obavljati slušalice, telefonska kapsula DEM-4m. Za napajanje pojačala koristite bateriju 3336L (popularno nazvanu kvadratna baterija) ili jedinica za napajanje(koji je predložen da se uradi u 9. lekciji). Prethodno sastavite pojačalo matična ploča , a zatim prenesite njegove detalje na štampanu ploču, ako se takva želja pojavi. Prvo, montirajte samo dijelove prve faze i kondenzator C2 na matičnu ploču. Spojite slušalice između desnog (prema dijagramu) terminala ovog kondenzatora i uzemljenog vodiča napajanja. Ako je sada ulaz pojačala spojen na izlazne utičnice, na primjer: detektorski prijemnik podešen na radio stanicu ili bilo koji drugi izvor slabog signala, telefoni će primati zvuk radio prijenosa ili signal spojenog izvora. Odabir otpora otpornika R2 (baš kao pri podešavanju načina rada jednotranzistorskog pojačala, o čemu sam pričao u 8. lekciji ), koristite najglasniju jačinu zvuka. U ovom slučaju, miliampermetar uključen u kolektorsko kolo tranzistora trebao bi pokazati struju jednaku 0,4 - 0,6 mA. Uz napon napajanja od 4,5 V, ovo je najpovoljniji način rada za ovaj tranzistor. Zatim montirajte detalje drugog (izlaznog) stepena pojačala, povežite telefone na kolektorsko kolo njegovog tranzistora. Telefoni bi sada trebali zvučati znatno glasnije. Još glasnije, možda će zvučati nakon što će odabir otpornika R4 postaviti kolektorsku struju tranzistora na 0,4 - 0,6 mA. Možete učiniti drugačije: montirajte sve dijelove pojačala, odaberite otpornike R2 i R4 kako biste podesili preporučene modove tranzistora (prema strujama kola kolektora ili naponima na kolektorima tranzistora) i tek nakon toga provjerite njegov rad radi reprodukcije zvuka. Ovaj način je više tehnički. A za složenije pojačalo, a morat ćete se baviti uglavnom takvim pojačalima, to je jedino ispravno. Nadam se da razumijete da se moj savjet za postavljanje dvostepenog pojačala podjednako odnosi na obje opcije. A ako su trenutni omjeri prijenosa njihovih tranzistora približno isti, onda bi jačina zvuka telefona - pojačala trebala biti ista. Sa kapsulom DEM-4m, čiji je otpor 60 Ohm, struja mirovanja kaskadnog tranzistora mora se povećati (smanjenjem otpora otpornika R4) na 4 - 6 mA. Šematski dijagram treće verzije dvostepenog pojačala prikazan je na (sl. 3). Karakteristika ovog pojačala je da u prvom stupnju radi tranzistor p - n - p strukture, au drugom - n - p - n strukture. Štoviše, baza drugog tranzistora povezana je s kolektorom prvog ne preko prijelaznog kondenzatora, kao u pojačalu prve dvije opcije, već direktno ili, kako kažu, galvanski. Takvom vezom širi se raspon frekvencija pojačanih oscilacija, a način rada drugog tranzistora određen je uglavnom načinom rada prvog, koji se postavlja odabirom otpornika R2. U takvom pojačalu opterećenje tranzistora prvog stupnja nije otpornik R3, već emiterski p - n spoj drugog tranzistora. Otpornik je potreban samo kao element prednapona: pad napona stvoren na njemu otvara drugi tranzistor. Ako je ovaj tranzistor germanijum (MP35 - MP38), otpor otpornika R3 može biti 680 - 750 Ohm, a ako je silicijum (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - oko 3 kOhm. Nažalost, stabilnost takvog pojačala pri promjenama napona napajanja ili temperature nije visoka. Inače, sve što je rečeno u vezi pojačivača prve dve opcije važi i za ovo pojačalo. Mogu li se pojačala napajati iz izvora od 9 V DC, na primjer, iz dvije baterije 3336L ili Krona, ili, obrnuto, iz izvora od 1,5 - 3 V - iz jednog ili dva elementa 332 ili 316? Naravno, možete: pri višem naponu napajanja, opterećenje pojačala - glava zvučnika - treba da zvuči glasnije, pri nižem naponu - tiše. Ali u isto vrijeme, načini rada tranzistora također bi trebali biti nešto drugačiji. Osim toga, s naponom napajanja od 9 V, nazivni naponi elektrolitskih kondenzatora C2 prve dvije opcije pojačala trebali bi biti najmanje 10 V. Dok su dijelovi pojačala montirani na matičnu ploču, sve je to lako empirijski provjeriti i izvući odgovarajuće zaključke.

Rice. 3 Pojačalo na tranzistorima različite strukture.

Nije teško montirati dijelove prilagođenog pojačala na trajnu ploču. Na primjer, (sl. 4) prikazuje ploču pojačala prve opcije (prema dijagramu na slici 2, a). Dasku izrežite od lima getinax ili fiberglasa debljine 1,5 - 2 mm. Njegove dimenzije prikazane na slici su okvirne i ovise o dimenzijama dijelova koje imate. Na primjer, na dijagramu je snaga otpornika naznačena kao 0,125 W, a kapacitet elektrolitskih kondenzatora je 10 μF svaki. Ali to ne znači da samo takve dijelove treba ugraditi u pojačalo. Snage disipacije otpornika mogu biti bilo koje. Umjesto elektrolitskih kondenzatora K5O - 3 ili K52 - 1 prikazanih na ploči, mogu postojati kondenzatori K50 - 6 ili uvozni analozi, osim toga, za visoke nazivne napone. PCB pojačala se može promijeniti ovisno o dijelovima koje imate. O metodama montaže radioelemenata, uključujući štampano ožičenje, možete pročitati u odjeljku "radio amaterska tehnologija" .

Rice. 4 Ploča za dvostepeno bas pojačalo.

Bilo koje od pojačala o kojima sam govorio u ovom članku bit će vam korisno u budućnosti, na primjer, za prijenosni tranzistorski prijemnik. Slična pojačala se mogu koristiti za žičanu telefonsku komunikaciju sa prijateljem koji živi u blizini.

Stabilizacija načina rada tranzistora

Pojačalo prve ili druge opcije (prema dijagramima na sl. 2), montirano i podešeno u zatvorenom prostoru, radit će bolje nego na otvorenom, gdje će biti pod vrelim zracima ljetnog sunca ili zimi na hladnoći. Zašto se to dešava? Jer, nažalost, s povećanjem temperature, način rada tranzistora je narušen. A primarni razlog za to je nekontrolirana reverzna struja kolektora Ikbo i promjena koeficijenta prijenosa statičke struje h21E pri promjeni temperature. U principu, trenutni Ikbo je mali. Za niskofrekventne germanijeve tranzistore male snage, na primjer, ova struja, mjerena pri obrnutom naponu na p - n spoju kolektora od 5 V i temperaturi od 20 ° C, ne prelazi 20 - 30 μA, a za silicijum tranzistori je manji od 1 μA. Ali značajno se mijenja kada je izložen temperaturi. Sa povećanjem temperature za 10 ° C, trenutni Ikbo germanijumskog tranzistora se približno udvostručuje, a silicijumskog tranzistora - 2,5 puta. Ako je, na primjer, na temperaturi od 20 ° C struja Ikbo germanijevog tranzistora 10 μA, onda kada temperatura poraste na 60 ° C, ona se povećava na oko 160 μA. Ali trenutni Ikbo karakterizira svojstva samo kolektorskog p - n spoja. U realnim uslovima rada, napon napajanja se primenjuje na dva p - n spoja - kolektor i emiter. U ovom slučaju, struja obrnutog kolektora također teče kroz emiterski spoj i, takoreći, pojačava se. Kao rezultat toga, vrijednost nekontrolirane struje, koja se mijenja pod utjecajem temperature, povećava se nekoliko puta. I što je veći njegov udio u struji kolektora, to je nestabilniji rad tranzistora u različitim temperaturnim uvjetima. Povećanje koeficijenta prenosa struje h21E sa temperaturom povećava nestabilnost. Što se u ovom slučaju događa u kaskadi, na primjer, na tranzistoru V1 pojačala prve ili druge opcije? Kako temperatura raste, ukupna struja kolektora raste, uzrokujući sve veći pad napona na otporniku opterećenja R3 (vidi sliku 3). Istovremeno se smanjuje napon između kolektora i emitera, što dovodi do pojave izobličenja signala. Kako temperatura dalje raste, napon kolektora može postati toliko nizak da tranzistor više uopće neće pojačavati ulazni signal. Smanjenje utjecaja temperature na struju kolektora moguće je bilo korištenjem tranzistora sa vrlo niskom strujom Ikbo u opremi dizajniranoj za rad sa značajnim temperaturnim fluktuacijama. na primjer, silicijum, ili korištenje posebnih mjera koje termički stabiliziraju način rada tranzistora. Jedna od metoda termička stabilizacija režima rada germanijumski tranzistor p - n - p strukture prikazan je na dijagramu na Sl. 5, a. Ovdje, kao što vidite, osnovni otpornik Rb nije spojen na negativni provodnik napajanja, već na kolektor tranzistora. šta to radi? Sa povećanjem temperature, povećanje struje kolektora povećava pad napona na opterećenju Rn i smanjuje napon na kolektoru. A budući da je baza spojena (preko otpornika Rb) na kolektor, na njemu se također smanjuje negativni prednapon, što zauzvrat smanjuje struju kolektora. Dobija se povratna sprega između izlaznog i ulaznog kola stepena - povećanje struje kolektora smanjuje napon na bazi, što automatski smanjuje struju kolektora. Unaprijed postavljeni način rada tranzistora je stabiliziran. Ali tokom rada tranzistora između njegovog kolektora i baze cheroza, isti otpornik Rb pojavljuje se negativna AC povratna sprega, što smanjuje ukupni dobitak kaskade. Dakle, stabilnost tranzistorskog moda se postiže po cijenu gubitka. Šteta, ali morate ići na ove gubitke kako biste održali normalan rad pojačala kada se temperatura tranzistora promijeni.

Rice. 5 stepena pojačala sa termičkom stabilizacijom tranzistorskog moda.

Postoji, međutim, način da se stabilizuje radni režim tranzistora sa nešto manjim gubicima pojačanja, ali to se postiže komplikovanjem faze. Dijagram takvog pojačala je prikazan na (sl. 5, b). Mirni način rada tranzistora za jednosmjernu struju i napon ostaje isti: struja kolektorskog kola je 0,8 - 1 mA, negativni prednapon na bazi u odnosu na emiter je 0,1 V (1,5 - 1,4 = 0,1 V). Ali način rada se postavlja pomoću dva dodatna otpornika: Rb2 i Re. Otpornici Rb1 i Rb2 čine razdjelnik uz pomoć kojeg se održava stabilan napon na bazi. Otpornik emitera Re je element termička stabilizacija ... Termička stabilizacija tranzistorskog moda je sljedeća. Kako se struja kolektora povećava pod utjecajem topline, raste i pad napona na otporniku Re. U tom slučaju se smanjuje razlika napona između baze i emitera, što automatski smanjuje struju kolektora. Ispada ista povratna informacija, samo sada između emitera i baze, zahvaljujući kojoj se stabilizira način rada tranzistora. Pokrijte kondenzator Ce spojen paralelno sa otpornikom Re i, stoga, zaobilazeći ga papirom ili prstom. Na šta vas ovaj dijagram sada podsjeća? Stepen sa OK tranzistorom (emiterski sljedbenik). To znači da u toku rada tranzistora, kada dođe do pada napona na otporniku Re, između emitera i baze postoji ne samo konstantna, već i promenljiva komponenta. 100% negativna povratna sprega izmjeničnog napona , pri čemu je dobitak etape manji od jedinice. Ali to se može dogoditi samo kada nema kondenzatora C3. Ovaj kondenzator stvara paralelnu putanju duž koje, zaobilazeći otpornik Re, postoji naizmjenična komponenta kolektorske struje koja pulsira frekvencijom pojačanog signala, a negativna povratna sprega ne nastaje (izmjenična komponenta kolektorske struje ide u zajednička žica). Kapacitet ovog kondenzatora treba da bude takav da ne pruža nikakav značajan otpor najnižim frekvencijama pojačanog signala. U fazi pojačanja audio frekvencije, ovaj zahtjev može ispuniti elektrolitički kondenzator kapaciteta 10 - 20 μF ili više. Pojačalo s takvim sistemom za stabilizaciju tranzistorskog moda je praktički neosjetljivo na temperaturne fluktuacije i, osim toga, što nije manje važno, na promjenu tranzistora. Da li na ovaj način treba stabilizirati tranzistor u svim slučajevima? Naravno da ne. Uostalom, sve ovisi o svrsi za koju je pojačalo namijenjeno. Ako će pojačalo raditi samo kod kuće, gdje je temperaturna razlika neznatna, kruta termička stabilizacija nije potrebna. A ako ćete napraviti pojačalo ili prijemnik koji će stabilno raditi i kod kuće i na ulici, onda, naravno, morate stabilizirati način rada tranzistora, čak i ako uređaj mora biti kompliciran s dodatnim detaljima.

Push-pull pojačalo snage

Govoreći na početku ovog članka o svrsi pojačala, ja sam, kao da trčim naprijed, rekao da u izlaznim stupnjevima, koji su pojačala snage, radio-amateri koriste iste tranzistore male snage kao u stepenovima za pojačanje napona. U to vrijeme se, naravno, moglo postaviti pitanje u vama, ili se moglo postaviti: kako se to postiže? Sada odgovaram. Ovi stupnjevi se nazivaju push-pull pojačala snage. Štaviše, mogu biti transformatorski, tj. koristeći transformatore u njima ili bez transformatora. Vaši dizajni će koristiti oba tipa push-pull audio frekvencijskog pojačala. Hajde da shvatimo princip njihovog rada. Pojednostavljeni dijagram stupnja pojačanja snage push-pull transformatora i grafikoni koji ilustruju njegov rad prikazani su na (sl. 6). Kao što vidite, sadrži dva transformatora i dva tranzistora. Transformator T1 je međustepeni, povezuje pred-završni stepen sa ulazom pojačivača snage, a transformator T2 je izlaz. Tranzistori V1 i V2 su povezani prema OE kolu. Njihovi emiteri, poput srednjeg terminala sekundarnog namota međustepenog transformatora, su "uzemljeni" - spojeni na zajednički provodnik napajanja Ui.p. - negativni napon napajanja na kolektore tranzistora se dovodi preko primarnog namotaja izlaznog transformatora T2: do kolektora tranzistora V1 - kroz dionicu Ia, do kolektora tranzistora V2 - kroz dionicu Ib. Svaki tranzistor i pripadajuće sekcije sekundarnog namota međustepenog transformatora i primarnog namotaja izlaznog transformatora predstavljaju uobičajeno jednostruko pojačalo koje vam je već poznato. To je lako vidjeti ako jedan od ovih kaskadnih krakova pokrijete komadom papira. Zajedno čine push-pull pojačalo snage.

Rice. 6 Push-pull transformatorsko pojačalo i grafikoni koji ilustruju njegov rad.

Suština push-pull pojačala je sljedeća. Oscilacije audio frekvencije (grafikon na sl. 6) iz predfinalne faze dovode se do baza oba tranzistora tako da se naponi na njima u svakom trenutku mijenjaju u suprotnim smjerovima, tj. u antifazi. U ovom slučaju tranzistori rade naizmjenično, po dva ciklusa za svaki period napona koji im se dovodi. Kada, na primjer, na bazi tranzistora V1 postoji negativan poluval, on se otvara i samo ta struja tranzistora teče kroz dio Ia primarnog namotaja izlaznog transformatora (grafikon b). U ovom trenutku, tranzistor V2 je zatvoren, jer na njegovoj bazi postoji pozitivan poluval napona. U sljedećem poluperiodu, naprotiv, pozitivni poluval će biti na bazi tranzistora V1, a negativni poluval će biti na bazi tranzistora V2. Sada se tranzistor V2 otvara i njegova kolektorska struja teče kroz dio Ib primarnog namotaja izlaznog transformatora (grafikon c), a tranzistor V1, zatvarajući se, "miruje". I tako za svaki period zvučnih vibracija dostavljenih u pojačalo. U namotaju transformatora, kolektorske struje oba tranzistora se zbrajaju (grafikon d), što rezultira snažnijim električnim oscilacijama audio frekvencije na izlazu pojačala nego u konvencionalnom jednostrukom pojačalu. Zvučnik B, spojen na sekundarni namotaj transformatora, pretvara ih u zvuk. Sada ćemo, koristeći dijagram na (slika 7), razumjeti princip rada push-pull pojačalo bez transformatora moć. Postoje i dva tranzistora, ali su različite strukture: tranzistor Vl - p - n - p, tranzistor V2 - n - p - n. Za jednosmjernu struju, tranzistori su povezani serijski, tvoreći, takoreći, djelitelj napona izvora istosmjerne struje koji ih napaja. U ovom slučaju, na kolektoru tranzistora V1 u odnosu na srednju tačku između njih, zvanu tačka simetrije, stvara se negativan napon jednak polovini napona napajanja, a na kolektoru tranzistora V2 - pozitivan, i takođe jednak polovini napona napajanja Un.p. Dinamička glava B uključena je u emiterske krugove tranzistora: za tranzistor V1 - kroz kondenzator C2, za tranzistor V2 - kroz kondenzator C1. Dakle, AC tranzistori su povezani prema OK krugu (sljedbenici emitera) i rad za jedno zajedničko opterećenje - glava B.

Rice. 7 Push-pull pojačalo snage bez transformatora.

Na bazama oba tranzistora pojačala djeluje naizmjenični napon iste vrijednosti i frekvencije iz pred-završnog stupnja. A budući da su tranzistori različite strukture, rade naizmjenično, u dva ciklusa: sa negativnim poluvalom napona, otvara se samo tranzistor V1 i u glavi kola B - kondenzatoru C2 pojavljuje se strujni impuls kolektora (na slici 6 - graf b), a kod pozitivnog polutalasa otvara se samo tranzistor V2 i u glavi kola - kondenzatoru C1 pojavljuje se impuls kolektorske struje ovog tranzistora (na slici 6 - grafikon c). Dakle, ukupna struja tranzistora teče kroz glavu (grafikon d na slici 6), koja se pojačava u vibracijama snage audio frekvencije, koje pretvara u zvučne vibracije. U praksi se postiže isti efekat kao kod pojačala sa transformatorima, ali zbog upotrebe tranzistora različite strukture nema potrebe za uređajem za dovod signala na bazu tranzistora. antifaza ... Možda ste primijetili jednu kontradikciju u mom objašnjenju push-pull pojačivača snage: na baze tranzistora nisu bili primijenjeni prednaponi. U pravu ste, ali tu nema neke posebne greške. Poenta je da push-pull tranzistori mogu raditi bez početnog prednapona. Ali tada se u pojačanom signalu pojavljuju izobličenja tog tipa "korak" posebno snažno kada je ulazni signal slab. Nazivaju se „korak” jer na oscilogramu sinusoidnog signala imaju stepenasti oblik (slika 8). Najjednostavniji način da se eliminišu takva izobličenja je da se na baze tranzistora primeni prednapon, što oni i rade u praksi.

Rice. 8 Distorzija tipa "Step".

Sada, prije nego počnemo govoriti o pojačalima koja pružaju glasnu reprodukciju zvuka, želim vas upoznati s nekim parametrima i klasama pojačanja koje karakteriziraju bas pojačalo. Sve prednosti push-pull pojačala će biti detaljno razmotrene u nastavku.

OSNOVNI PARAMETRI NF POJAČALA

Kvalitet i prikladnost pojačala za određene namjene ocjenjuje se po nekoliko parametara od kojih su tri najvažnija: izlazna snaga Pout, osjetljivost i frekvencijski odziv. Ovo su osnovni parametri koje trebate znati i razumjeti. Izlazna snaga je snaga električnih vibracija audio frekvencije, izražena u vatima ili milivatima, koju pojačalo isporučuje opterećenju - obično drajveru sa direktnim zračenjem. U skladu sa utvrđenim standardima, pravi se razlika između nazivne Pnom i maksimalne snage Pmax. Nazivna snaga je takva da takozvana nelinearna distorzija izlaznog signala koju unosi pojačalo ne prelazi 3 - 5% u odnosu na neiskrivljeni signal. Kako se snaga dalje povećava, harmonijsko izobličenje izlaznog signala se povećava. Snaga pri kojoj izobličenje dostiže 10% naziva se maksimum. Maksimalna izlazna snaga može biti 5 do 10 puta veća od nominalne, ali izobličenje je uočljivo čak i na uho. Kada govorim o pojačalima u ovom članku, obično ću navesti njihove prosječne izlazne snage i jednostavno ih nazivati ​​izlaznim snagama. Osjetljivost pojačala je napon audio frekvencijskog signala, izražen u voltima ili milivoltima, koji se mora primijeniti na njegov ulaz tako da snaga na opterećenju dostigne svoju nominalnu vrijednost. Što je ovaj napon niži, to je prirodno bolja osjetljivost pojačala. Na primjer, reći ću: osjetljivost velike većine amaterskih i industrijskih pojačala namijenjenih za reprodukciju signala sa linijskog izlaza kasetofona, DVD playera i drugih izvora može biti 100 - 500 mV i do 1V, osjetljivost mikrofonskih pojačala je 1 - 2 mV. Frekvencijski odziv - AFC (ili radni frekvencijski pojas pojačala) grafički se izražava horizontalnom, pomalo zakrivljenom linijom koja pokazuje ovisnost napona izlaznog signala Uout o njegovoj frekvenciji pri konstantnom ulaznom naponu Uin. Činjenica je da svako pojačalo, iz više razloga, nejednako pojačava signale različitih frekvencija. U pravilu se najgore od svega pojačavaju vibracije najniže i najviše frekvencije audio opsega. Stoga su linije - frekvencijske karakteristike pojačala - neravne i nužno imaju padove (blokiranja) na rubovima. Oscilacije ekstremno niskih i visokih frekvencija, čije pojačanje u poređenju sa oscilacijama srednjih frekvencija (800 - 1000 Hz) pada na 30%, smatraju se granicama frekvencijskog pojasa pojačala. Frekvencijski opseg pojačala namenjenih za reprodukciju muzičkih dela treba da bude najmanje od 20 Hz do 20-30 kHz, pojačala prijemnika za mrežno emitovanje - od 60 Hz do 10 kHz, a pojačala malih tranzistorskih prijemnika - od oko 200 Hz do 3-4 kHz. Za mjerenje glavnih parametara pojačala potreban vam je oscilator audio frekvencije, voltmetar naizmjeničnog napona, osciloskop i neki drugi mjerni instrumenti. Ima ih u industrijskim radio laboratorijama, krugovima radio elektronike, a za produktivniju radio elektroniku morate ih pokušati nabaviti za sebe, tako da vam uvijek budu pri ruci.

Klase pojačanja NF pojačivača. Uloga klase pojačanja u postizanju parametara snage i visoke efikasnosti

Do sada nismo govorili o tome koliko se energije troši na stvaranje pojačanog signala, na stvaranje "snažne kopije" ulaznog signala. Mi, zapravo, nismo imali takvo pitanje. Mora se reći da dobavljač energije za stvaranje pojačanog signala može biti baterija ili napajanje. U ovom slučaju, smatra se očiglednim da baterija ima velike rezerve energije i nema je čega štedjeti samo za stvaranje pojačanog signala. Sada kada je cilj postignut, kada smo naučili da pojačamo slab signal uz pomoć tranzistora, pokušaćemo da shvatimo koju energiju treba dati od njegovog dobavljača - kolektorske baterije. Pokušajmo saznati koliko košta vat pojačanog signala, koliko vati istosmjerne struje baterija mora platiti za to. Napravivši niz pretpostavki, uz pretpostavku da pravolinijski odsjek ulazne karakteristike počinje direktno od "nule", da nema savijanja ni na izlaznoj karakteristici, da je element (na primjer, transformator) uključen kao opterećenje kolektora, na kojem se ne gubi jednosmjerni napon, dolazimo do zaključka, da u najboljem slučaju samo polovina potrošene snage iz baterije ide u pojačani signal. Ovo se može reći drugačije: efikasnost (efikasnost) tranzistorsko pojačalo ne prelazi 50%. Za svaki vat izlazne snage morate platiti dvostruku cijenu, dva vata snage kolektorske baterije (slika 9).

Rice. 9 Što je veća efikasnost pojačala, to manje energije troši za stvaranje date izlazne snage.

Prilično je lako dokazati valjanost ovog zaključka. Da biste izračunali snagu koja se troši iz baterije, morate pomnožiti njen konstantni napon Ek na utrošenu struju, odnosno na struju mirovanja kolektora Ic.p. ... tranzistor (Ppot. = Ek * Ic.p.) ... S druge strane, amplituda varijabilne komponente kolektorske struje ni na koji način ne može biti veća od struje mirovanja, inače će tranzistor raditi s prekidom. U najboljem slučaju, amplituda varijabilne komponente jednaka je struji mirovanja Ic.p. a u ovom slučaju efektivna vrijednost naizmjenične komponente kolektorske struje je In.éf. = 07 * Ic.p .. Na isti način, amplituda naizmjeničnog napona na opterećenju ne može biti veća od napona baterije, inače će se u nekim trenucima na kolektoru pojaviti ne "minus", već "plus". A to će, u najboljem slučaju, dovesti do ozbiljnih izobličenja. Dakle, efektivna vrijednost izlaznog napona Un.eff. ne može premašiti Un.eff. = 07 * Ek ... Sada ostaje samo da se množi 07 * Ic.p .. u 07 * EC. i shvatite da maksimalna efektivna snaga koju pojačalo može isporučiti ne prelazi Ref. = 0,5 * Ic.p. * Ek = W.eff. , odnosno ne prelazi polovinu potrošnje energije. Odluka je konačna, ali je podložna žalbi. Moguće je po cenu određenih žrtava povećati efikasnost pojačala, preći granicu od pedeset posto efikasnosti.Za povećanje efikasnosti potrebno je da pojačalo stvori jači signal sa istom potrošnjom energije. . A za to vam je potrebno, bez povećanja struje mirovanja Ic.p. i konstantnog napona Ek , povećati naizmjenične komponente struje kolektora In i napon opterećenja Un. Šta nas sprečava da podignemo ove dvije komponente? Distorzija ... Možemo povećati struju In (za to je dovoljno, na primjer, povećati nivo ulaznog signala) i napon Un (za to je dovoljno, opet, povećati ulazni signal ili povećati otpor opterećenja za (naizmjeničnu struju). Ali u oba slučaja, oblik signala će biti izobličen, njegovi negativni poluvalovi će biti odsječeni. I iako takva žrtva se čini neprihvatljivom (kome treba ekonomično pojačalo, ako daje neispravne proizvode?), ipak ćemo ići na to. Prvo, zato što ćemo dopuštanjem izobličenja (a zatim ih se riješiti) moći prenijeti pojačalo na ekonomičniji način rada i podići njegovu efikasnost. Pojačanje bez izobličenja, kada amplituda varijabilne komponente kolektorske struje ne prelazi struju mirovanja Ic.p., naziva se klasa pojačanja (A). Jedno pojačalo koje radi u klasi A naziva se jednostruko pojačalo. Ako se prilikom pojačanja dio signala "odsječe", ako je amplituda promjenjive komponente kolektorske struje veća od Ic.p, a struja se prekine u kolektorskom kolu, tada dobijamo jedno od pojačanja klase (AB), (B) ili (C). Kada se pojača u klasi B, granica je jednaka poluperiodu, tj. u polovini perioda postoji struja u kolektorskom kolu, au drugoj polovini perioda nema struje. Ako postoji struja u više od polovine perioda, onda imamo klasu pojačanja AB, ako je manja od klase C. (Češće se klase pojačanja označavaju latiničnim slovima A, AB, B, C). Zamislite da imamo ne jedno, već dva identična pojačala koja rade u klasi B: jedno reprodukuje pozitivne poluperiode signala, drugo negativno. Sada zamislite da oboje rade za zajedničko opterećenje. U ovom slučaju, u opterećenju ćemo dobiti normalnu neiskrivljenu naizmjeničnu struju - signal, takoreći spojen iz dvije polovice (slika 10).

Rice. 10 Push-pull stepen i klase pojačanja.

Istina, da bismo dobili neiskrivljeni signal od dva izobličena, morali smo stvoriti relativno složenu shemu za spajanje polovica (takva shema o kojoj se govori gore u ovom članku naziva se push-pull), u stvari, koja se sastoji od dva nezavisna stupnja za pojačavanje . Ali, kao što je već gore objašnjeno, naš gubitak (u ovom slučaju, komplikacija kruga pojačala) donosi mnogo veći dobitak. Ukupna snaga koju push-pull pojačalo razvija veća je od snage koju bi dale odvojeno obje njegove polovice. A "trošak" jednog vata izlaznog signala ispada mnogo manji nego u jednostrukom pojačalu. U idealnom slučaju (ključni način rada) može se dobiti jedan vat izlaznog signala za isti vat potrošnje energije, odnosno u idealnom slučaju efikasnost push-pull pojačala može doseći 100 posto. Realna efikasnost je, naravno, manja: u praksi je 67%. Ali na kraju krajeva, u jednostrukom pojačalu koje radi u učionici A, dobili smo efikasnost jednaku 50%, takođe samo u idealnom slučaju. Zaista jednostruko pojačalo vam omogućava da postignete efikasnost ne veću od 30 - 40%. I zbog toga u push-pull pojačalu, svaki vat izlazne snage nas košta dva do tri puta "jeftinije" nego u single-ended. Za prijenosnu tranzistorsku opremu, povećanje efikasnosti je od posebne važnosti. Što je veća efikasnost, to je manja potrošnja energije kolektorske baterije pri istoj izlaznoj snazi. A to zauzvrat znači da što je veća efikasnost, to će se ova baterija rjeđe morati mijenjati ili baterija može biti manja s istim vijekom trajanja. Zato se push-pull pojačala koriste u minijaturnoj tranzistorskoj opremi, posebno u minijaturnim prijemnicima, gdje bi se činilo potrebnim uštedjeti težinu i prostor, uključujući niz nepotrebnih dijelova u krugu za to. U praktičnom radu dat će se sklopovi push-pull pojačala za ponavljanje. Praktično u svim krugovima push-pull koristi se tranzistorski pojačivač snage klase AB ili B. Međutim, kada se radi u klasi B javljaju se neka teško otkloniva izobličenja (zbog savijanja ulazne karakteristike), a ova klasa se rjeđe koristi u niskofrekventnim pojačivačima. Klasa C se uopšte ne koristi u ovim pojačivačima zbog pojave fatalnog izobličenja. Upravljački napon na izlazne tranzistori se napaja iz tzv fazno obrnuti stepen , napravljen na tranzistoru prema transformatorskom kolu. Postoje i druge šeme fazni pretvarači , ali svi obavljaju isti zadatak, stvaraju dva antifazna napona koji se moraju primijeniti na baze push-pull tranzistora. Ako se na ove tranzistore primijeni isti napon, onda oni neće raditi kroz ciklus, već sinhrono, pa će oba pojačati samo pozitivne ili, obrnuto, samo negativne poluperiode signala. Da bi tranzistori push-pull faze radili naizmjenično, morate ih napajati na njihove baze, kao što je gore spomenuto antifazni naponi ... U faznom pretvaraču sa transformatorom dva upravljačka napona se dobijaju podjelom sekundarnog namotaja na dva jednaka dijela. I ovi naponi postaju antifazni jer je srednja tačka sekundarnog namotaja uzemljena. Kada se "plus" pojavi na njegovom gornjem (prema dijagramu) kraju u odnosu na sredinu, "minus" se pojavi na donjem kraju u odnosu na ovu tačku. A pošto je napon promenljiv, "plus" i "minus" stalno menjaju mesta (slika 11).

Rice. 11 Fazni pretvarač proizvodi dva naizmjenična napona za 180 stupnjeva van faze.

Transformatorski bas refleks jednostavan i pouzdan, praktično ga nije potrebno prilagođavati. Push-pull pojačalo za tranzistorski prijemnik ili mali radio može se sastaviti prema bilo kojem od LF pojačavača koji će se dati u praktičnom radu ili industrijskim krugovima prijemnika. Na primjer, prema shemi prijemnika "Alpinist", "Neva-2", "Spidola" itd.

Malo više detalja o negativnim povratnim informacijama koje su spomenute na početku ovog članka prilikom opisivanja jednostrukih pojačala. Kako negativna povratna sprega smanjuje izobličenje, ispravlja valni oblik? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate zapamtiti da izobličenje valnog oblika, u stvari, znači pojavu u signalu novi harmonici , nove sinusne komponente. Kroz negativnu povratnu spregu, nove koje su se pojavile kao rezultat harmonijsko izobličenje se napajaju na ulaz pojačala u takvoj fazi (antifazi) da sami slabe. Ispostavilo se da je snaga ovih harmonika na izlazu pojačala manja nego što bi bila bez povratne sprege. Istovremeno su, naravno, oslabljene i korisne komponente, od kojih bi se trebao formirati neiskrivljeni signal, ali to je stvar koja se može popraviti. Da bi se kompenzirala ova štetna aktivnost negativne povratne sprege, moguće je povećati nivo signala koji ulazi u ulaz pojačala, možda čak i dodati još jedan stepen za to. Negativne povratne informacije u bas pojačalima, posebno u push-pull pojačalima koja rade u učionicama AB i B, nalazi vrlo široku primenu: negativna povratna informacija vam omogućava da uradite nešto što se ne može postići ni na koji drugi način, ona dozvoljava smanjiti izobličenje valnog oblika, smanjiti takozvano harmonijsko izobličenje ... Negativna povratna informacija vam omogućava da izvršite još jednu važnu operaciju za podešavanje tona, odnosno u željenom smjeru promijeniti frekvencijski odziv pojačala Sl. 12 .

Rice. 12. Približan grafikon amplitudno-frekventnog odziva (AFC), pojačala. Sličan grafikon se može koristiti za karakterizaciju frekvencijskog odziva bilo kojeg pojačala.

Ova karakteristika pokazuje kako se pojačanje mijenja sa frekvencijom signala. Za idealno pojačalo, frekvencijski odziv je samo ravna linija: pojačanje na svim frekvencijama je isto za takvo pojačalo. Ali u stvarnom pojačalu, frekvencijski odziv je savijen, preopterećen u području najniže i najviše frekvencije. To znači da su niske i visoke frekvencije audio opsega pojačane gore od srednjih frekvencija. Razlozi za pojavu takvih blokada u frekvencijskom odzivu mogu biti različiti, ali imaju zajednički korijen. Nejednako pojačanje na različitim frekvencijama se postiže jer kolo sadrži reaktivne elemente, kondenzatore i zavojnice, čiji se otpor mijenja sa frekvencijom. Postoji mnogo načina da se ispravi frekventni odziv, uključujući uvođenje frekvencijsko zavisnih elemenata u povratnu petlju. Primjer takvih elemenata je lanac R13, C9 u pojačalu prikazanom na (Sl. 13).

Rice. 13 Praktičan dizajn push-pull pojačala bez transformatora.

Otpor ovog lanca raste sa smanjenjem frekvencije, povratna sprega se smanjuje i zbog toga se stvara određeni porast frekvencijskog odziva u području nižih frekvencija. Postoji još nekoliko krugova negativne povratne sprege u pojačalu. Ovo je kondenzator C6, koji povezuje kolektor tranzistora T2 sa njegovom bazom; otpornik R12, koji ne samo da daje konstantnu pristranost bazama izlaznih tranzistora, već i neki dio izlaznog signala. Krug koji stvara povratnu vezu trećeg stupnja s drugom, ali ne u naizmjeničnom strujom, već u istosmjernoj (takva povratna sprega povećava toplinsku stabilnost pojačala). Dinamička glava je povezana sa kolektorskim krugovima izlaznih tranzistora preko kondenzatora za blokiranje C4. Otpor zvučne zavojnice u ovom krugu može biti 6 - 10 oma. Pojačalo razvija snagu do 100 mW. pri naponu ulaznog signala od oko 30 - 50 mV. Postoji prilično veliki broj pojačala bez transformatora zasnovanih na tranzistorima različite provodljivosti. U većini njih se u izlaznom stupnju koriste kompozitni tranzistori, odnosno dva tranzistora su uključena u svaki krak. Odsustvo transformatora i smanjenje broja kondenzatora za blokiranje omogućavaju takvim pojačalima da dobiju vrlo dobar frekvencijski odziv. Međutim, za početnike radio-amatera ovaj dobitak dolazi po prilično visokoj cijeni. Pojačala bez transformatora, pa čak i sa kompozitnim tranzistorima, nije uvijek lako uspostaviti. I stoga, ako još uvijek nemate puno iskustva u postavljanju tranzistorske opreme, bolje je sastaviti pojačalo prema klasičnom push-pull krugu s transformatorima (slika 14).

Rice. 14 Push-pull ULF sa izlaznim stepenom transformatora.

Glavna karakteristika ovog pojačala je pomak od odvojene B2 baterije do baze prvog stepena T1. Zbog toga kolektorska struja tranzistora T1 ostaje praktički nepromijenjena kada se napon kolektorske baterije smanji na 3,5 V. Sa dna razdjelnika R4, R5, uključenog u emiterski krug T1, na baze tranzistora izlaznog stupnja se primjenjuje prednapon. I stoga, sa smanjenjem napona kolektora, pristranost tranzistora T2, T3 se ne mijenja. Kao rezultat toga, pojačalo radi na smanjenom naponu, iako sa manjom izlaznom snagom (na 3,5V, 20 mW), ali bez izobličenja. Struja koja se troši iz B2 baterije ne prelazi 500 μA. Pojačalo ima jednostavnu kontrolu tona R6 i povratno kolo R8, C8 koji smanjuje izobličenje. Otpornik R9 je neophodan tako da kada se B2 isključi (može se desiti da Bk2 otvori strujni krug koji delić sekunde ranije od Bk1, tranzistor T1 ne bude sa "visinom bazom". Kondenzatori C7, C6 elementi negativne povratne sprege,sprečavaju samopobuđenje na nadzvučnim frekvencijama.Isti zadatak obavlja i kondenzator C3.Transformatori Tr1 i Tr2 su preuzeti sa prijemnika Alpinist Dinamička glava sa otporom glasovne zavojnice oko 4 - 6 oma. kolektorski napon od 9 V. Pojačalo razvija snagu od 180 mW. i troši iz baterije B2, struja nije veća od 20 - 25 mA. Ako trebate povećati izlaznu snagu, možete uključiti moćne tranzistore kao T2 i T3, na primjer P201. U ovom slučaju trebate prepoloviti R7 i odabrati R5 tako da ukupna struja mirovanja kolektora T2 i T3 bude 15 - 25 mA. Za moćne tranzistore potreban je još jedan izlazni transformator, na primjer, sa sljedećim podaci: jezgro poprečnog presjeka oko 3,5 cm2 (Š17 x 17); primarni namotaj 3 30 + 330 zavoja PEV 0,31, sekundarni namotaj od 46 zavoja PEV 0,51. Sa P201 tranzistorima, pojačalo razvija izlaznu snagu od 1,52 - 2 W. Podešavanje svih niskofrekventnih pojačala svodi se na odabir načina rada tranzistora. Za push-pull kola preporučljivo je unaprijed odabrati tranzistore za oba kraka sa sličnim parametrima: strujni dobitak i obrnutu struju kolektora. Ako su svi dijelovi u dobrom radnom stanju i sklop je ispravno sastavljen, tada pojačalo, u pravilu, , počinje sa radom odmah. A jedina ozbiljna nevolja koja se može pojaviti kada uključite pojačalo je samouzbuđenje. Jedan od načina za borbu protiv ovoga je uvođenje filtera za razdvajanje koji sprečavaju komunikaciju između stepenica putem izvora napajanja.

Praktičan rad

U praktičnom radu želim predstaviti još nekoliko jednostavnih pojačala za ponavljanje i konsolidaciju teorijskog dijela ovog članka. Primjeri push-pull pojačala dati na kraju članka su također prilično prikladni za ponavljanje. Ove sheme, kao i mnogi drugi crteži, preuzete su iz književnih izvora 60-ih - 70-ih godina, ali nisu izgubile na važnosti. Zašto se pitate da li ja koristim tako zastarjele crteže? Reći ću da postoje najmanje 2 razloga: 1). Katastrofalno nema dovoljno vremena da ih sam nacrtam, iako još uvijek pokušavam neke od njih nacrtati. 2). Začudo, upravo crteži iz književnosti prošlih, davno zaboravljenih godina, u potpunosti odražavaju suštinu procesa koji se proučavaju. Vjerovatno nije težnja za autorskim honorarima, kako je to sada uobičajeno, ono što utječe na važnost kvalitetne prezentacije materijala. Da, i cenzurni radnici tih godina, ne uzalud. jeli svoj hleb.

Dakle, umjesto tranzistora P13 - P16 naznačenih na dijagramima, možete koristiti MP39 - 42, MP37, MP38 od silikonskih tranzistora, možete koristiti KT315, KT361, odnosno, obratite pažnju na vrstu vodljivosti i snagu korištenih tranzistora . Ako pojačalo ima snažne izlazne tranzistori tipa P213 - 215 u krugu, oni se obično mogu zamijeniti silikonskim tranzistorima snage kao što su KT814 - 817 ili KT805, KT837, promatrajući vrstu vodljivosti, respektivno. U svakom slučaju, prilikom zamjene germanijevih tranzistora silikonskim, potrebno je podesiti vrijednosti otpornika u krugovima tranzistora koji se zamjenjuju.

Jednostavno push-pull pojačalo bez transformatora snage 1,5 vati. Visokofrekventni tranzistor P416 se ovdje koristi iz razloga što je moguće više smanjenja buke ulaznog stupnja, jer osim što je visokofrekventan, on je i niskošuman. U praksi se može zamijeniti sa MP39 - 42, sa pogoršanjem karakteristika buke, odnosno sa silicijumskim tranzistorima KT361 ili KT3107 sa bilo kojim slovom .. koji se koristi u detektorski prijemnik, zbog čega se formira prednapon na bazama tranzistora. Napon na srednjoj tački (negativni terminal kondenzatora C2) bit će jednak 4,5v. Postavlja se odabirom otpornika R2, R4. Maksimalni dozvoljeni radni napon kondenzatora C2 može biti 6V.

Više opcija za pojačala, 1., 2., dostupno za ponavljanje od strane radio-amatera početnika, uključujući silicijumske tranzistore. Prikazane su i varijante predpojačala i jednostavnog pasivnog tonskog bloka. (otvara se u posebnom prozoru).

|

Cilj: Proučavanje rada elektronskih pojačala i njihovih kola. Eksperimentalno i kompjutersko proučavanje uticaja OOS na glavne karakteristike niskofrekventnog pojačala.

1. Uvod. Osnovni koncepti

Za povećanje amplitude napona ili struje, kao i snage električnih signala, koriste se posebni uređaji tzv. elektronskih pojačivača.

Sva pojačala se mogu podijeliti u dvije klase - linearne i nelinearne.

Za pojačala s linearnim načinom rada, postavljaju se zahtjevi za dobivanje izlaznog signala po obliku bliskog ulaznom signalu. Izobličenje talasnog oblika koje unosi pojačalo treba svesti na minimum. To se postiže proporcionalnim prijenosom trenutnih vrijednosti napona i struje od strane pojačala, koji čine ulazni signal u vremenu.

Najvažniji pokazatelj pojačala, kao linearnih četveroportnih mreža s linearnim načinom rada, je složeni omjer prijenosa napona ili struje:

.

Veličina
je složena, tj. karakterizira promjenu i amplitude i faze signala na izlazu pojačala u odnosu na njihove vrijednosti na ulazu. Pojačački modul pojačala
su pozvani dobitak... Modul kompleksnog pojačanja u odnosu na frekvenciju utvrđenu za harmonijski ulazni signal je frekvencijski odziv(Frekventni odziv) pojačalo. Zavisnost argumenta kompleksnog koeficijenta prijenosa o frekvenciji
nosi ime fazno-frekventne karakteristike pojačala.

Ovisno o vrsti frekvencijskog odziva, pojačala s linearnim načinom rada dijele se na:

pojačala signala koji se sporo mijenja (DC pojačala - DCA),

niskofrekventna pojačala (ULF),

visokofrekventna pojačala (UHF),

širokopojasni, impulsni pojačivači (silosi),

selektivna, uskopojasna pojačala (UPA).

Karakteristična karakteristika UPT-a je sposobnost pojačavanja signala sa nižom frekvencijom koja se približava (f n  0). Gornja granica frekvencije f u DCA može biti, ovisno o namjeni, 10 3  10 8 Hz. ULF-ove karakterizira raspon frekvencija od desetina herca do desetina kiloherca. UHF ima propusni opseg od desetina kiloherca do desetina i stotina megaherca. Silosi - imaju donju granicu frekvencije otprilike istu kao i ULF, a gornju - kao UHF. Linearni impulsni pojačivači izrađuju se na bazi silosa. UPU - karakterizira prijenos uskog frekvencijskog pojasa.

f in f f n f in f f n f in f f n f in f f f

U pojačalima s nelinearnim načinom rada nema proporcionalnosti u prijenosu trenutnih vrijednosti ulaznog signala. U zavisnosti od zakona varijacije izlaznog signala sa ulaznog
, pojačala sa nelinearnim načinom rada uključuju: pojačivače, limitere, logaritamske pojačivače itd. snage.

Razmotrimo glavne parametre i karakteristike pojačala.

Dobitak . Pojačanje napona
raznih pojačivača dostiže desetine hiljada. Često u cilju postizanja potrebnog
koristiti višestepena pojačala u kojima
prethodna faza je
za sljedeće, a ukupni dobitak je:

Pojačanje je bezdimenzionalna vrijednost i u nekim slučajevima je uobičajeno izraziti svojstva pojačanja u logaritamskim jedinicama - decibelima:

.

Za višestepeno pojačalo:

Oni također koriste struju i pojačanje snage, koji se također mogu izraziti u decibelima.

.

Ulazna i izlazna impedansa ... Pojačalo se može smatrati aktivnim četveropolnim sistemom na čije je ulazne terminale priključen izvor pojačanog signala sa EMF E in i unutrašnjim otporom. R W, a prema izlazu - otpor opterećenja R N. Za izlazno kolo, pojačalo je izvor EMF E out sa unutrašnjim otporom R out.

Za pojačani signal, pojačalo karakterizira ulazna impedancija
... Otpor R out se određuje između izlaznih terminala pojačala kada je opterećenje isključeno.

R w R out I out = I n

E ulaz U ulaz R ulaz E izlaz U izlaz R n

Pojačalo

Struja koja teče od izvora signala do pojačala i ulazni napon određuju se formulama:

.

Ovisno o odnosu između R W i R in izvor signala može raditi u sljedećim režimima: a) u mirovanju, ako je R in> R w , kada
; b) kratki spoj ako R in< R вт и значит I вх  E вх / R вт ; v) usklađivanje, kada je R u  R W i maksimalna snaga se prenosi na pojačalo.

Snaga pojačala:

Izjednačavanje derivacije sa nulom
, dobijamo
... U ovom slučaju, pojačalo prima
, tj. četvrtinu potencijalne snage izvora signala. Slični načini rada mogući su za izlazno kolo.

Kada su opterećenje i izlazna impedancija pojačala usklađene, najveća snaga se oslobađa u opterećenju.

izlazna snaga . Sa isključivo otpornim opterećenjem i sinusoidnim naponom

gdje
- efektivna i vršna vrijednost izlaznog napona;
- amplituda struje u opterećenju.

Efikasnost . Efikasnost
, gdje je R  snaga koju pojačalo troši iz izvora napajanja.

Treba napomenuti da je svako pojačalo, bez obzira na koju vrstu energije radi, u suštini samo regulator snage P izlaza. , prenosi se od izvora napajanja do opterećenja, a ulazni signal samo reguliše vrijednost ove prenesene snage, trošeći na ovu snagu P u .

Amplitudna karakteristika pojačala. Amplitudna karakteristika odražava ovisnost amplitude izlaznog napona o promjeni amplitude ulaznog napona. Ova karakteristika se koristi za procjenu mogućeg raspona promjena u ulaznim i izlaznim signalima pojačala. Snimljen je sa harmonijskim ulaznim signalom za srednji opseg.

Tipičan oblik amplitudske karakteristike prikazan je na slici. Region 1-3 odgovara proporcionalnom dobitku. Odjeljak ispod tačke 1 amplitudske karakteristike se ne koristi, jer je korisni signal teško razlikovati od unutrašnjeg šuma pojačala.

U van. m .

U max 3 U izlaz 3

U min . 1 U izlaz 1

Odjeljak 3 - 4 odgovara kršenju proporcionalne zavisnosti izlaznog napona na ulazu. Područje iza tačke 4 odgovara stanju ograničenja izlaznog signala. Odnos amplitude maksimalnog dozvoljenog izlaznog napona prema minimalno dozvoljenom
se zove dinamički opseg pojačala.

Frekvencijski odziv ... (Frekvencijski odziv) Ovo je ovisnost pojačanja (napona) o frekvenciji pojačanog signala:

.

Približan prikaz frekvencijskog odziva za različite tipove pojačala prikazan je na slici za klasifikaciju pojačala prema opsegu frekvencija pojačanih signala. Veličina
označava širinu pojasa pojačala u frekvencijskom opsegu.

Fazni odgovor ... (FCH) Predstavlja zavisnost faznog ugla "" između ulaznog i izlaznog napona pojačala od frekvencije signala.

Nelinearna distorzija . Oni predstavljaju stepen promene talasnog oblika pojačanog signala. Glavni razlog za njihovu pojavu je nelinearnost karakteristika elemenata za pojačavanje. Slika prikazuje, kao primjer, ulaznu karakteristiku tranzistora spojenog u kolo s OE, i pokazuje kako je trenutni oblik izobličen
, tj. ulazna struja pojačala, u odnosu na sinusoidalni talasni oblik ulaznog napona
... Kao rezultat nelinearnih izobličenja, izlazni napon pojačala sadrži, pored konstantne komponente i osnovne (prve), komponente višeg harmonika.

I b I b + I m

Procjenjuje se stepen izobličenja signala od strane pojačala koeficijent nelinearne distorzije, predstavlja kvadratni korijen omjera snaga svih viši harmonici izlaznog signala na ukupnu izlaznu snagu:

,

ili blizu njega koeficijent harmonika:

,

gdje
- efektivne (ili amplitudne) vrijednosti prve, druge itd. harmonike izlaznog napona sa sinusoidnim signalom na ulazu. Ovi omjeri se često izražavaju u%.

Pojačala niske frekvencije

Pojačala niske frekvencije (VLF) su relativno jednostavni uređaji u strukturi i, u isto vrijeme, vrlo teški za procjenu. Do sada ne postoje objektivni parametri za njihovo poređenje i još nije jasno da li je to u principu moguće. Dakle, sporovi između pristalica i protivnika cijevnih pojačala još uvijek ne jenjavaju. Ali, budući da pojačala još uvijek treba nekako procijeniti, pogledajmo pobliže njihovu klasifikaciju i općeprihvaćene parametre koji se koriste za njihovu evaluaciju. Ostale tipove pojačala, osim niskofrekventnih pojačivača naizmjenične struje, nećemo se doticati, i na njih ćemo podrazumijevati pod skraćenicom ULF, iako su mnogi parametri isti za sve tipove pojačala.

Apsolutno je potrebno napomenuti da ćemo razmatrati pojačala dizajnirana za kvalitetnu reprodukciju zvuka, stoga će sve procjene pojačala i njihovih parametara, bolji ili lošiji, polaziti od ovog kriterija. Idealan je Hi-End, klasični Hi-End u inženjeringu, a ne audiofilski smisao te riječi, razvoj starog dobrog Hi-Fija - visoka vjernost u pogledu tehničkih parametara i naučnih termina, mjerljiva i reproducibilna.

Ova predavanja su u potpunosti posvećena integrisanim niskofrekventnim pojačivačima. Niko ne zna šta će se desiti sutra, ali danas ne postoje integrisani ULF-ovi koji se po kvalitetu mogu porediti sa diskretnim pojačalima. Njihove prednosti su niska cijena (hiljade i desetine hiljada puta), male dimenzije i jednostavnost korištenja. Postoji i niz prednosti koje proizlaze iz tehnologije proizvodnje. Nemoguće je postići takav identitet parametara tranzistora diferencijalnih parova kao što su oni uzgojeni na jednom kristalu korištenjem diskretnih elemenata. Automatsko upravljanje termičkim i električnim režimima najvažnijih energetskih struktura koje se nalaze na istom čipu sa ostatkom kola je lako i jednostavno. Sve prednosti i svo iskustvo stečeno tokom proizvodnje operacionih pojačala su Vam na raspolaganju. Nedostatak integriranih ULF-a je, prije svega, teško odvođenje topline i teškoća istovremenog rada sa velikim i niskim strujama na istoj podlozi. Osim toga, prilikom njihovog razvoja nije postavljen zadatak postići nešto ekskluzivno. Ovo je, prije svega, jeftin masovni proizvod koji vam omogućava da lako, jeftino i povoljno dobijete odlične rezultate.

Da bismo lakše razumjeli o čemu se radi, potrebno je podsjetiti se na niz općih pitanja. Stručnjaci, naravno, ovo možda neće pročitati, ali većina čitatelja bi željela osvježiti pamćenje na brojna pitanja, pogotovo jer nema puno moderne literature o ovom pitanju na ruskom. Za početnike ova pitanja vjerovatno neće izgledati potpuno obrađena, ali ovo nije udžbenik.

Osnovni parametri pojačala

Pojačalo električnih signala je uređaj koji, zahvaljujući energiji izvora napajanja, osigurava povećanje amplitude struje i/ili napona na izlazu, u odnosu na ulazni signal, bez promjene oblika. Vjerovatno ovo nije najbolja definicija, ali je sasvim prikladna za naše potrebe (usput, nisam naišao na apsolutno ispravne definicije). Iz definicije se može izvesti niz zaključaka. Često govore o naponskim pojačivačima, strujnim pojačivačima i pojačivačima snage. U principu, ovo nisu sasvim tačni izrazi. Mogu se koristiti kada se govori o glavnom zadatku datog pojačala ili o specifičnom opterećenju. Kada govorimo o ULF, uvijek mislimo na pojačanje snage.U kojim jedinicama se mjeri pojačanje? Decibeli (dB) su sada općenito prihvaćeni širom svijeta. Po prvi put su decibeli uvedeni u praksu za označavanje omjera snaga.

To je zbog činjenice da se glasnoća za ljudsko uho percipira kao direktno povećanje intenziteta akustične ekspozicije (tj. izlazne snage pojačala), ali kao njegov logaritam. Vjerovalo se da je decibel minimalna vrijednost koju osoba može uočiti. Danas je opšteprihvaćena norma da se za minimalnu osetljivost uha uzima vrednost od 0,5 dB. Ovo bi trebalo da bude početna tačka prilikom procene različitih karakteristika pojačala. Nešto kasnije decibel se počeo koristiti za jednostavno označavanje omjera napona, iako to nije sasvim točno, i zbog drugih veličina. Iz rečenog sledi zaključak: pojačalo, čija je snaga 10 puta veća, zvuči duplo jače nego samo. Ovo se mora imati na umu pri odabiru izlazne snage pojačala.

Pojačanje napona za pojačala je definirano sinusoidnim ulaznim signalom kao odnosom izlaznog napona prema ulaznom naponu i, općenito govoreći, kompleksna je veličina ovisno o frekvenciji.

U tehnologiji, dobit se shvata kao njen modul.

gdje je Uo izlazni napon, aUiN ulazni napon.

Mjerenja pojačanja, kao i svi ostali parametri pojačala ili bilo kojeg drugog uređaja, vrše se pod uvjetima koje je prethodno dogovorio proizvođač, a ti uvjeti nisu uvijek isti za različite proizvođače.

Strujni dobitak se određuje na isti način kao i napon, ali se ova karakteristika ULF-a rijetko koristi, kao i pojačanje snage, stoga ćemo u budućnosti pojačanje napona shvatiti kao pojačanje.

Dobitak (bilo koji) nije konstantna vrijednost, već ovisi o mnogim faktorima. Posebno zavisi od frekvencije ulaznog signala. Ovisnost pojačanja od frekvencije je jedna od najvažnijih karakteristika pojačala i naziva se amplitudno-frekvencijska karakteristika (AFC) ili širina pojasa (frekventni odziv).

Idealno pojačalo ima apsolutno ravan frekvencijski odziv, ali prava pojačala su daleko od toga. Sva pojačala imaju pad frekvencijskog odziva u visokofrekventnom području iz više razloga, od kojih je glavni ograničena frekvencijska svojstva aktivnih elemenata: tranzistora, lampi itd. Mnoga pojačala imaju niske frekvencije zbog utjecaja spojnih kondenzatora. Treba napomenuti da za ULF idealna karakteristika uopće nije ravna linija. Za njih je interesantan samo opseg od 16 Hz do 20 kHz, tj. opseg zvučnih vibracija koje ljudsko uho čuje. Ekstrafrekventni regioni, u kojima nema korisnog signala, već samo šum, kako iz unutrašnjih tako i eksternih izvora, samo pogoršavaju rad pojačala, smanjujući njegovu efikasnost, a visokofrekventno područje, u slučaju ne previše uspešnog kola rješenja, čak predstavlja određenu opasnost za izlazne stupnjeve i akustiku kada dođe do autogeneracije. Međutim, u vrhunskim pojačalima, određena margina frekvencije je neophodna iz više razloga, kako psihoakustičkih tako i tehničkih. Stoga je gornja granica idealne karakteristike postavljena u području od 25 ... 50 kHz. Ovdje nema apsolutnog standarda. Možemo samo reći da ako karakteristika određenog uređaja prelazi ove granice, onda je ona umjetno ograničena. U nekim slučajevima, ovo područje je mnogo više suženo ako izlazni uređaj u osnovi ne može reproducirati cijeli frekventni spektar, kao što je megafon ili telefon, ili ovo područje sadrži veliku količinu smetnji od vanjskih izvora, kao u automobilskoj tehnologiji.

Frekvencijski odziv izgleda drugačije čak i unutar informacija koje daje jedan programer. Ponekad je ovo grafik zavisnosti pojačanja od frekvencije, ponekad je to slabljenje izlaznog signala. Postoje i normalizovane karakteristike kada se omjer izlaznog napona ili pojačanja prema istoj vrijednosti mjerenoj na središnjoj frekvenciji iscrtava duž Y-ose. Nedavno je izraz POWERBANDWIDTH (BW) postao široko rasprostranjen, koji označava širinu opsega snage. Najvažnija stvar pri procjeni ovih karakteristika je zapamtiti da se granica frekvencijskog odziva određuje na nivou od 0,5 nivoa na srednjim frekvencijama, ako je riječ o karakteristici snage (tj. na nivou od -3 dB) i na nivo od 0,707 (ili -6 dB), ako je napetost. S obzirom da su ove karakteristike vrlo ujednačene za moderna pojačala, najčešće se njihovi grafikoni i ne prikazuju, već se jednostavno daju tabelarni podaci o propusnom opsegu ili graničnim frekvencijama, tj. o onim frekvencijama na kojima pad frekvencijskog odziva dostiže gore navedene vrijednosti. Dakle, gornja i donja granična frekvencija (fn, fL) se razlikuju.

Druga karakteristika kompleksnog pojačanja je fazni pomak koji uvodi pojačalo. Ovisnost pomaka faze o frekvenciji signala naziva se fazni odziv pojačala ili jednostavno fazni odziv. Budući da se ovaj odnos uvijek javlja, to znači da različite spektralne komponente prolaze kroz pojačalo u različito vrijeme, što dovodi do izobličenja izlaznog valnog oblika. Fazne karakteristike se nikada ne daju ni za integrisana pojačala ni za gotove proizvode, jer njihovo mjerenje je izuzetno teško i ne postoje zajednički standardi za takva mjerenja. Osim toga, ne postoji konsenzus o tome kako fazna distorzija utječe na percepciju akustičnih signala, pa stoga ne postoje ni jednoobrazni zahtjevi. Sva izobličenja talasnog oblika opisana frekvencijskim i faznim karakteristikama su linearna, tj. može se opisati funkcijama forme

gdje su A i B konstantne vrijednosti. To je zbog činjenice da su uzrokovani linearnim reaktivnim elementima i, shodno tome, ne dovode do pojave novih komponenti u spektru signala, već samo mijenjaju omjer faza i amplituda postojećih.

Najjednostavniji tranzistorski pojačavač može biti dobar vodič za proučavanje svojstava uređaja. Šeme i dizajni su prilično jednostavni, možete samostalno napraviti uređaj i provjeriti njegov rad, izmjeriti sve parametre. Zahvaljujući modernim tranzistorima sa efektom polja, bukvalno možete napraviti minijaturno mikrofonsko pojačalo od samo tri elementa. I povežite ga sa personalnim računarom da poboljšate parametre snimanja zvuka. A sagovornici će tokom razgovora mnogo bolje i jasnije čuti vaš govor.

Frekventne karakteristike

Pojačala niske (zvučne) frekvencije nalaze se u gotovo svim kućanskim aparatima - muzičkim centrima, televizorima, radijima, magnetofonima, pa čak i personalnim računarima. Ali postoje i RF pojačala na tranzistorima, lampama i mikro krugovima. Njihova razlika je u tome što ULF omogućava pojačavanje signala samo audio frekvencije, koju percipira ljudsko uho. Tranzistorska audio pojačala mogu reproducirati signale sa frekvencijama u rasponu od 20 Hz do 20.000 Hz.

Stoga je čak i najjednostavniji uređaj sposoban pojačati signal u ovom rasponu. I to čini što je moguće ravnomjernije. Pojačanje direktno zavisi od frekvencije ulaznog signala. Grafikon zavisnosti ovih vrijednosti je praktički prava linija. Ako se na ulaz pojačala primijeni signal s frekvencijom izvan opsega, kvaliteta rada i efikasnost uređaja brzo će se smanjiti. ULF kaskade se u pravilu sklapaju na tranzistorima koji rade u niskim i srednjim frekvencijskim rasponima.

Klase rada audio pojačala

Svi uređaji za pojačavanje su podijeljeni u nekoliko klasa, ovisno o tome koji stupanj struje teče kroz kaskadu tokom perioda rada:

1. Klasa "A" - struja teče bez prekida tokom čitavog perioda rada stepena pojačala.
2. U radnoj klasi "B" struja teče upola kraćeg perioda.
3. Klasa "AB" označava da struja teče kroz stepen pojačala za vrijeme jednako 50-100% perioda.
4. U "C" modu, električna struja teče manje od polovine radnog vremena.
5. Mod "D" ULF se u radioamaterskoj praksi koristi nedavno - nešto više od 50 godina. U većini slučajeva ovi uređaji su realizovani na bazi digitalnih elemenata i imaju veoma visoku efikasnost - preko 90%.

Distorzija u različitim klasama niskofrekventnih pojačala

Radno područje tranzistorskog pojačala klase "A" karakteriziraju prilično niska nelinearna izobličenja. Ako ulazni signal izbacuje impulse većeg napona, to uzrokuje zasićenje tranzistora. U izlaznom signalu, u blizini svakog harmonika, počinju se pojavljivati ​​viši (do 10 ili 11). Ovo proizvodi metalni zvuk koji je jedinstven za tranzistorska pojačala.

Uz nestabilno napajanje, izlazni signal će biti simuliran u amplitudi blizu mrežne frekvencije. Zvuk će postati tvrđi na lijevoj strani frekvencijskog odziva. Ali što je bolja stabilizacija napajanja pojačala, dizajn cijelog uređaja postaje složeniji. ULF koji rade u klasi "A" imaju relativno nisku efikasnost - manje od 20%. Razlog je taj što je tranzistor stalno uključen i kroz njega stalno teče struja.

Da biste povećali (iako beznačajno) efikasnost, možete koristiti push-pull sklopove. Jedan nedostatak je što polutalasi na izlaznom signalu postaju neuravnoteženi. Ako pređemo iz klase "A" u "AB", nelinearna izobličenja će se povećati za 3-4 puta. Ali efikasnost cijelog kruga uređaja će se i dalje povećati. ULF klase "AB" i "B" karakterizira povećanje izobličenja sa smanjenjem nivoa signala na ulazu. Ali čak i ako pojačate glasnoću, neće se u potpunosti riješiti nedostataka.

Rad u srednjim razredima

Svaka klasa ima nekoliko varijanti. Na primjer, postoji klasa pojačala "A +". U njemu ulazni tranzistori (niski napon) rade u "A" modu. Ali oni visokog napona ugrađeni u izlazne faze rade ili u "B" ili "AB". Takva pojačala su mnogo ekonomičnija od onih koji rade u klasi "A". Primjetno manji broj nelinearnih izobličenja - ne više od 0,003%. Bolji rezultati se mogu postići korištenjem bipolarnih tranzistora. Princip rada pojačala zasnovanih na ovim elementima bit će razmotren u nastavku.

Ali još uvijek postoji veliki broj viših harmonika u izlaznom signalu, što zvuk čini metalnim. Postoje i pojačala koja rade u klasi "AA". Imaju još manje harmonijske distorzije - do 0,0005%. Ali glavni nedostatak tranzistorskih pojačala je još uvijek tu - karakterističan metalni zvuk.

"Alternativni" dizajni

To ne znači da su oni alternativni, samo neki stručnjaci koji se bave dizajnom i montažom pojačala za kvalitetnu reprodukciju zvuka sve više preferiraju dizajn cijevi. Prednosti cijevnih pojačala su:

1. Vrlo niska vrijednost nivoa nelinearne distorzije u izlaznom signalu.
2. Ima manje viših harmonika nego u dizajnu tranzistora.

Ali postoji jedan veliki nedostatak koji nadmašuje sve prednosti - neophodno je instalirati uređaj za usklađivanje. Činjenica je da cijevni stepen ima vrlo visok otpor - nekoliko hiljada oma. Ali otpor namotaja zvučnika je 8 ili 4 oma. Da biste ih uskladili, morate instalirati transformator.

Naravno, to nije veliki nedostatak - postoje i tranzistorski uređaji koji koriste transformatore kako bi uskladili izlazni stepen i sistem zvučnika. Neki stručnjaci tvrde da je najefikasnija shema hibridna - u kojoj se koriste jednostruka pojačala, koja nisu pokrivena negativnom povratnom spregom. Štaviše, sve ove kaskade rade u ULF modu "A" klase. Drugim riječima, tranzistorsko pojačalo snage se koristi kao sljedbenik.

Štaviše, efikasnost takvih uređaja je prilično visoka - oko 50%. Ali ne biste se trebali fokusirati samo na indikatore efikasnosti i snage - oni ne znače visokokvalitetnu reprodukciju zvuka od strane pojačala. Linearnost i kvalitet su mnogo važniji. Stoga morate obratiti pažnju prije svega na njih, a ne na snagu.

Jednostruko ULF kolo na tranzistoru

Najjednostavnije pojačalo sa zajedničkim emiterom radi u klasi "A". Kolo koristi poluvodički element sa n-p-n strukturom. Otpor R3 je ugrađen u kolektorsko kolo, što ograničava struju koja teče. Kolektorsko kolo je spojeno na pozitivnu strujnu žicu, a emitersko kolo je povezano na negativnu. U slučaju korištenja poluvodičkih tranzistora s p-n-p strukturom, krug će biti potpuno isti, samo trebate promijeniti polaritet.

Pomoću kondenzatora za blokiranje C1 moguće je odvojiti ulazni AC signal od istosmjernog izvora. U ovom slučaju, kondenzator nije prepreka protoku naizmjenične struje duž staze baza-emiter. Unutrašnji otpor spoja emiter-baza, zajedno sa otpornicima R1 i R2, je najjednostavniji djelitelj napona napajanja. Obično otpornik R2 ima otpor od 1-1,5 kOhm - najtipičnije vrijednosti za takve krugove. U ovom slučaju, napon napajanja je podijeljen tačno na pola. A ako napajate krug naponom od 20 Volti, možete vidjeti da će vrijednost strujnog dobitka h21 biti 150. Treba napomenuti da se KV pojačala na tranzistorima izvode prema sličnim krugovima, samo što malo rade drugačije.

U ovom slučaju, napon emitera je 9 V, a pad u dijelu E-B kola je 0,7 V (što je tipično za tranzistore na bazi silicijumskih kristala). Ako uzmemo u obzir pojačalo bazirano na germanijumskim tranzistorima, tada će u ovom slučaju pad napona na "E-B" sekciji biti jednak 0,3 V. Struja u kolu kolektora će biti jednaka onoj koja teče u emiteru. Može se izračunati dijeljenjem napona emitera sa otporom R2 - 9V / 1 kΩ = 9 mA. Da biste izračunali osnovnu struju, morate podijeliti 9 mA sa pojačanjem h21 - 9 mA / 150 = 60 μA. U ULF dizajnu obično se koriste bipolarni tranzistori. Princip njegovog rada se razlikuje od terenskih.

Na otporniku R1 sada možete izračunati vrijednost pada - ovo je razlika između napona baze i napajanja. U ovom slučaju, osnovni napon se može naći po formuli - zbroj karakteristika emitera i prijelaza "E-B". Kada se napaja iz izvora od 20 V: 20 - 9,7 = 10,3. Odavde možete izračunati vrijednost otpora R1 = 10,3V / 60 μA = 172 kΩ. Kolo sadrži kapacitivnost C2, koja je neophodna za realizaciju kola kroz koje može proći naizmjenična komponenta emiterske struje.

Ako ne instalirate kondenzator C2, varijabilna komponenta će biti vrlo ograničena. Zbog toga će takvo tranzistorizirano pojačalo zvuka imati vrlo nisko strujno pojačanje h21. Potrebno je obratiti pažnju na činjenicu da su u gornjim proračunima pretpostavljene jednake struje baze i kolektora. Štaviše, bazna struja je uzeta kao ona koja teče u krug iz emitera. Događa se samo ako se na bazni terminal tranzistora primjenjuje prednapon.

Ali treba imati na umu da struja curenja kolektora apsolutno uvijek teče kroz osnovni krug, bez obzira na prisutnost pomaka. U krugovima sa zajedničkim emiterom, struja curenja se pojačava najmanje 150 puta. Ali obično se ova vrijednost uzima u obzir samo pri izračunavanju pojačala na germanijevim tranzistorima. U slučaju korištenja silicija, u kojem je struja kruga "K-B" vrlo mala, ova vrijednost se jednostavno zanemaruje.

MIS tranzistorska pojačala

Tranzistorsko pojačalo s efektom polja prikazano na dijagramu ima mnogo analoga. Uključujući korištenje bipolarnih tranzistora. Stoga, kao sličan primjer možemo uzeti u obzir dizajn pojačala zvuka, sastavljenog prema shemi sa zajedničkim emiterom. Na fotografiji je prikazano kolo napravljeno prema kolu sa zajedničkim izvorom. Na ulaznim i izlaznim krugovima skupljaju se RC veze tako da uređaj radi u režimu pojačala klase "A".

Naizmjenična struja iz izvora signala odvojena je od izvora jednosmjernog napona kondenzatorom C1. Imperativ je da pojačalo tranzistora s efektom polja ima potencijal gejta koji će biti manji od potencijala izvora. Na prikazanom dijagramu kapija je povezana sa zajedničkom žicom preko otpornika R1. Njegov otpor je vrlo velik - obično se u dizajnu koriste otpornici od 100-1000 kOhm. Tako veliki otpor se bira tako da se signal na ulazu ne šantira.

Ovaj otpor gotovo ne dopušta električnoj struji da prođe, zbog čega je potencijal kapije (u nedostatku signala na ulazu) isti kao i zemlje. Na izvoru se ispostavlja da je potencijal veći nego na zemlji, samo zbog pada napona na otporu R2. Stoga je jasno da je potencijal kapije manji od potencijala izvora. Naime, to je ono što je potrebno za normalno funkcionisanje tranzistora. Treba napomenuti da C2 i R3 u ovom krugu pojačala imaju istu svrhu kao u gore diskutovanom dizajnu. A ulazni signal se pomera u odnosu na izlazni za 180 stepeni.

ULF sa transformatorom na izlazu

Takvo pojačalo možete napraviti vlastitim rukama za kućnu upotrebu. Izvodi se prema shemi koja djeluje u klasi "A". Dizajn je isti kao i gore opisani - sa zajedničkim emiterom. Jedna karakteristika je da je za usklađivanje potrebno koristiti transformator. Ovo je nedostatak takvog tranzistorskog pojačala zvuka.

Kolektorsko kolo tranzistora je opterećeno primarnim namotom, koji razvija izlazni signal koji se prenosi kroz sekundar na zvučnike. Razdjelnik napona montiran je na otpornicima R1 i R3, što vam omogućava da odaberete radnu točku tranzistora. Ovaj lanac opskrbljuje baznim naponom. Sve ostale komponente imaju istu namjenu kao u krugovima o kojima smo gore govorili.

Push-pull audio pojačalo

To ne znači da je ovo jednostavno tranzistorsko pojačalo, jer je njegov rad malo kompliciraniji od onih o kojima smo ranije raspravljali. U push-pull ULF-ovima, ulazni signal se dijeli na dva poluvala, različita u fazi. I svaki od ovih polutalasa je pojačan sopstvenim stepenom, napravljenim na tranzistoru. Nakon pojačanja svakog polutalasa, oba signala se povezuju i šalju na zvučnike. Takve složene transformacije mogu uzrokovati izobličenje signala, jer će dinamička i frekvencijska svojstva dva, čak i istog tipa, tranzistora biti različita.

Kao rezultat toga, kvaliteta zvuka na izlazu pojačala je značajno smanjena. Prilikom rada push-pull pojačala u klasi "A", nemoguće je kvalitetno reproducirati složeni signal. Razlog je taj što povećana struja stalno teče duž krakova pojačala, polutalasi su asimetrični i dolazi do faznih izobličenja. Zvuk postaje manje razumljiv, a kada se zagrije, izobličenja signala se još više povećavaju, posebno na niskim i ultra-niskim frekvencijama.

ULF bez transformatora

LF pojačalo na tranzistoru, napravljeno pomoću transformatora, unatoč činjenici da dizajn može imati male dimenzije, još uvijek je nesavršen. Transformatori su i dalje teški i glomazni, pa je najbolje da ih se riješite. Mnogo efikasnije je kolo zasnovano na komplementarnim poluvodičkim elementima sa različitim tipovima provodljivosti. Većina modernog ULF-a provodi se prema takvim shemama i radi u klasi "B".

Dva snažna tranzistora korištena u dizajnu rade u emiterskom sljedbenom kolu (zajednički kolektor). U ovom slučaju, ulazni napon se prenosi na izlazni bez gubitka i pojačanja. Ako nema signala na ulazu, tada su tranzistori na ivici uključivanja, ali su i dalje isključeni. Kada se harmonički signal primijeni na ulaz, pozitivni poluval prvog tranzistora se otvara, a drugi je u ovom trenutku u režimu prekida.

Shodno tome, samo pozitivni polutalasi mogu proći kroz opterećenje. Ali negativni otvaraju drugi tranzistor i potpuno isključuju prvi. U ovom slučaju u opterećenju su samo negativni poluvalovi. Kao rezultat toga, signal pojačane snage je na izlazu uređaja. Takav krug tranzistorskog pojačala je prilično efikasan i sposoban je osigurati stabilan rad, kvalitetnu reprodukciju zvuka.

ULF kolo na jednom tranzistoru

Proučivši sve gore navedene karakteristike, možete sastaviti pojačalo vlastitim rukama na jednostavnoj bazi elemenata. Tranzistor može koristiti domaći KT315 ili bilo koji od njegovih stranih kolega - na primjer, VS107. Kao opterećenje, trebate koristiti slušalice s impedancijom od 2000-3000 oma. Prednapon se mora primijeniti na bazu tranzistora kroz otpornik od 1 MΩ i kondenzator za razdvajanje od 10 μF. Krug se može napajati iz izvora napona od 4,5-9 volti, struje - 0,3-0,5 A.

Ako otpor R1 nije spojen, tada neće biti struje u bazi i kolektoru. Ali kada se poveže, napon dostiže nivo od 0,7 V i dozvoljava struji od oko 4 μA da teče. U ovom slučaju, strujni dobitak će biti oko 250. Odavde možete napraviti jednostavan proračun pojačala na tranzistorima i saznati struju kolektora - ispada da je jednaka 1 mA. Nakon što ste sastavili ovaj krug tranzistorskog pojačala, možete ga provjeriti. Povežite opterećenje na izlaz - slušalice.

Dodirnite prstom ulaz za pojačalo - trebao bi se pojaviti karakterističan šum. Ako ga nema, onda je najvjerovatnije konstrukcija pogrešno sastavljena. Ponovno provjerite sve veze i ocjene elemenata. Da bi demonstracija bila jasnija, povežite izvor zvuka na ULF ulaz - izlaz iz plejera ili telefona. Slušajte muziku i uživajte u kvalitetu zvuka.

Pojačala niske frekvencije (ULF) se koriste za pretvaranje slabih signala, uglavnom u audio opsegu, u moćnije signale koji su prihvatljivi za direktnu percepciju putem elektrodinamičkih ili drugih emitera zvuka.

Imajte na umu da su visokofrekventna pojačala do frekvencija od 10 ... 100 MHz izgrađena prema sličnim shemama, a sva razlika se najčešće svodi na činjenicu da se vrijednosti kapacitivnosti kondenzatora takvih pojačala smanjuju onoliko puta koliko se frekvencija visokofrekventnog signala prelazi frekvenciju niskofrekventnog.

Jednostavno jednotranzistorsko pojačalo

Najjednostavniji ULF, napravljen prema shemi sa zajedničkim emiterom, prikazan je na Sl. 1. Kao teret se koristi telefonska kapsula. Dozvoljeni napon napajanja za ovo pojačalo je 3 ... 12 V.

Vrijednost bias otpornika R1 (desetine kOhm) poželjno je odrediti eksperimentalno, jer njegova optimalna vrijednost ovisi o naponu napajanja pojačala, otporu telefonske kapsule i koeficijentu prijenosa određenog tranzistora.

Rice. 1. Shema jednostavnog ULF-a na jednom tranzistoru + kondenzator i otpornik.

Da biste odabrali početnu vrijednost otpornika R1, treba imati na umu da bi njegova vrijednost trebala biti oko stotinu ili više puta veća od otpora uključenog u krug opterećenja. Za odabir prednaponskog otpornika preporučuje se uzastopno uključiti konstantni otpornik otpora od 20 ... 30 kOhm i varijabilni otpornik otpora od 100 ... 1000 kOhm, nakon čega se primjenom audio signala male amplitude na ulaz pojačala, na primjer, sa kasetofona ili plejera, rotirajte dugme varijabilnog otpornika da biste postigli najbolji kvalitet signala pri najvećoj jačini zvuka.

Vrijednost kapacitivnosti prijelaznog kondenzatora C1 (slika 1) može biti u rasponu od 1 do 100 μF: što je veća vrijednost ovog kapaciteta, niže frekvencije ULF može pojačati. Da biste savladali tehniku ​​pojačanja niskih frekvencija, preporučuje se eksperimentiranje s odabirom nazivnih vrijednosti elemenata i načina rada pojačala (sl. 1 - 4).

Poboljšane opcije pojačala sa jednim tranzistorom

Komplikovano i poboljšano u poređenju sa krugom na sl. 1 kola pojačala prikazana su na sl. 2 i 3. Na dijagramu na sl. 2, stepen pojačanja dodatno sadrži lanac frekventno zavisne negativne povratne sprege (otpornik R2 i kondenzator C2), što poboljšava kvalitet signala.

Rice. 2. Shema jednotranzistorskog ULF-a sa frekvencijsko-ovisnim krugom negativne povratne sprege.

Rice. 3. Jednotranzistorsko pojačalo sa razdjelnikom za dovod prednapona na bazu tranzistora.

Rice. 4. Pojačalo sa jednim tranzistorom sa automatskim podešavanjem prednapona za bazu tranzistora.

Na dijagramu na sl. 3, pristrasnost baze tranzistora je postavljena "čvrsto" uz pomoć razdjelnika, što poboljšava kvalitetu pojačala kada se njegovi radni uvjeti promijene. "Automatsko" podešavanje prednapona zasnovano na pojačavajućem tranzistoru koristi se u kolu na sl. 4.

Dvostepeno tranzistorsko pojačalo

Serijskim povezivanjem dva najjednostavnija stepena pojačanja (slika 1), možete dobiti dvostepeni ULF (slika 5). Pojačanje takvog pojačala je jednako proizvodu pojačanja pojedinih stupnjeva. Međutim, nije lako postići veliki kontinuirani dobitak naknadnim povećanjem broja stupnjeva: pojačalo će se vjerovatno samopobuditi.

Rice. 5. Šema jednostavnog dvostepenog bas pojačala.

Novi razvoj niskofrekventnih pojačala, čija se kola posljednjih godina često citiraju na stranicama časopisa, imaju za cilj postizanje minimalne ukupne harmonijske distorzije, povećanje izlazne snage, proširenje frekvencijskog pojasa koji treba pojačati, itd.

Istovremeno, prilikom postavljanja raznih uređaja i provođenja eksperimenata često je potreban jednostavan ULF koji se može sastaviti za nekoliko minuta. Takvo pojačalo treba da sadrži minimalan broj manjkavih elemenata i da radi u širokom rasponu varijacija napona napajanja i otpora opterećenja.

ULF kolo na tranzistorima s efektom polja i silicijumskim tranzistorima

Dijagram jednostavnog NF pojačala snage s direktnom vezom između stupnjeva prikazan je na Sl. 6 [Rl 3 / 00-14]. Ulazna impedansa pojačala određena je vrijednošću potenciometra R1 i može varirati od stotina oma do desetina megooma. Izlaz pojačala može se spojiti na opterećenje s otporom od 2 ... 4 do 64 Ohma i više.

Uz opterećenje visokog otpora, KT315 tranzistor se može koristiti kao VT2. Pojačalo radi u opsegu napona napajanja od 3 do 15 V, iako njegove prihvatljive performanse ostaju čak i kada se napon napajanja smanji na 0,6 V.

Kapacitet kondenzatora C1 može se odabrati u rasponu od 1 do 100 μF. U drugom slučaju (C1 = 100 μF), ULF može raditi u frekvencijskom opsegu od 50 Hz do 200 kHz i više.

Rice. 6. Šema jednostavnog pojačivača niske frekvencije na dva tranzistora.

Amplituda ULF ulaznog signala ne bi trebala prelaziti 0,5 ... 0,7 V. Izlazna snaga pojačala može varirati od desetina mW do jedinica W, ovisno o otporu opterećenja i veličini napona napajanja.

Podešavanje pojačala se sastoji u odabiru otpornika R2 i R3. Uz njihovu pomoć postavlja se napon na odvodu tranzistora VT1, jednak 50 ... 60% napona izvora napajanja. Tranzistor VT2 mora biti instaliran na ploču hladnjaka (rashladni element).

Direktno spojeni gusjenični ULF

Na sl. 7 prikazuje dijagram još jednog naizgled jednostavnog ULF-a s direktnim vezama između stupnjeva. Ova vrsta spajanja poboljšava frekvencijski odziv pojačala u niskofrekventnom opsegu, a cjelokupno kolo je pojednostavljeno.

Rice. 7. Šematski dijagram trostepenog ULF-a s direktnom vezom između stupnjeva.

U isto vrijeme, podešavanje pojačala je komplicirano činjenicom da se svaka impedanca pojačala mora odabrati pojedinačno. Otprilike omjer otpornika R2 i R3, R3 i R4, R4 i R BF bi trebao biti unutar (30 ... 50) do 1. Otpornik R1 bi trebao biti 0,1 ... 2 kOhm. Proračun pojačala prikazanog na sl. 7 se može naći u literaturi, na primjer [P 9 / 70-60].

Kaskadna ULF kola na bipolarnim tranzistorima

Na sl. Na slikama 8 i 9 prikazani su dijagrami kaskodnih ULF bipolarnih tranzistora. Takva pojačala imaju prilično visoko pojačanje Ku. Pojačalo na sl. 8 ima Ku = 5 u opsegu frekvencija od 30 Hz do 120 kHz [MK 2 / 86-15]. ULF prema šemi na sl. 9 sa koeficijentom harmonika manjim od 1% ima pojačanje od 100 [RL 3 / 99-10].

Rice. 8. Kaskadno ULF na dva tranzistora sa pojačanjem = 5.

Rice. 9. Kaskadno ULF na dva tranzistora sa pojačanjem = 100.

Ekonomičan ULF na tri tranzistora

Za prenosivu elektronsku opremu važan parametar je efikasnost ULF-a. Dijagram takvog ULF-a prikazan je na Sl. 10 [RL 3 / 00-14]. Ovdje se koristi kaskadna veza tranzistora s efektom polja VT1 i bipolarnog tranzistora VT3, a tranzistor VT2 je uključen na način da stabilizira radnu tačku VT1 i VT3.

Sa povećanjem ulaznog napona, ovaj tranzistor shuntuje prijelaz emiter-baza VT3 i smanjuje vrijednost struje koja teče kroz tranzistore VT1 i VT3.

Rice. 10. Šema jednostavnog ekonomičnog bas pojačala na tri tranzistora.

Kao iu gornjem krugu (vidi sliku 6), ulazna impedansa ovog ULF-a može se postaviti u rasponu od desetina oma do desetina megoma. Kao opterećenje korištena je telefonska kapsula, na primjer, TK-67 ili TM-2V. Telefonska kapsula, koja je povezana pomoću utikača, može istovremeno služiti i kao prekidač za napajanje strujnog kola.

Napon napajanja ULF-a je od 1,5 do 15 V, iako uređaj ostaje u funkciji čak i kada napon napajanja padne na 0,6 V. U opsegu napona napajanja od 2 ... 15 V, struja koju troši pojačalo opisuje se kao izraz:

1 (μA) = 52 + 13 * (Upit) * (Upit),

gdje je Usup napon napajanja u voltima (V).

Ako isključite tranzistor VT2, struja koju troši uređaj povećava se za red veličine.

Dvostepeni ULF sa direktnom vezom između stepenica

Primjeri ULF-a sa direktnim priključcima i minimalnim odabirom načina rada su kola prikazana na sl. 11 - 14. Imaju veliki dobitak i dobru stabilnost.

Rice. 11. Jednostavan dvostepeni ULF za mikrofon (niski šum, visoki KU).

Rice. 12. Dvostepeni pojačivač niske frekvencije na tranzistorima KT315.

Rice. 13. Dvostepeni niskofrekventni pojačivač na tranzistorima KT315 - opcija 2.

Mikrofonsko pojačalo (slika 11) karakteriše nizak nivo unutrašnjeg šuma i veliko pojačanje [MK 5/83-XIV]. Kao mikrofon VM1 koristi se mikrofon elektrodinamičkog tipa.

Telefonska kapsula može služiti i kao mikrofon. Stabilizacija radne tačke (početno odstupanje zasnovano na ulaznom tranzistoru) pojačavača na Sl. 11 - 13 se izvodi zbog pada napona na otporu emitera drugog stupnja pojačanja.

Rice. 14. Dvostepeni ULF sa tranzistorom sa efektom polja.

Pojačalo (slika 14), koje ima visoku ulaznu impedanciju (oko 1 MΩ), izrađeno je na tranzistoru sa efektom polja VT1 (izvorni sljedbenik) i bipolarnom - VT2 (sa zajedničkim).

Kaskadno niskofrekventno tranzistorsko pojačalo sa efektom polja, koje takođe ima visoku ulaznu impedanciju, prikazano je na Sl. 15.

Rice. 15. kolo jednostavnog dvostepenog ULF-a na dva tranzistora sa efektom polja.

ULF kola za rad sa niskim opterećenjem

Na sl. 16, 17.

Rice. 16. Jednostavan ULF za rad sa uključivanjem opterećenja sa malim otporom.

Elektrodinamička glava VA1 može se spojiti na izlaz pojačala, kao što je prikazano na sl. 16, odnosno u dijagonali mosta (sl. 17). Ako je izvor napajanja napravljen od dvije serijski spojene baterije (akumulatora), desni izlaz BA1 glave prema šemi može se spojiti direktno na njihovu središnju tačku, bez kondenzatora SZ, S4.

Rice. 17. Kolo niskofrekventnog pojačala sa uključenjem niskoimpedansnog opterećenja u dijagonali mosta.

Ako vam je potreban krug jednostavne cijevi ULF, onda se takvo pojačalo može sastaviti čak i na jednoj lampi, pogledajte našu web stranicu elektronike u odgovarajućem odjeljku.

Literatura: Shustov M.A. Praktična struja (knjiga 1), 2003.

Ispravke u publikaciji: na sl. 16 i 17, umjesto diode D9, ugrađen je lanac dioda.