Pojačavanje niske frekvencije. Maksimalna kratkoročna snaga

NISKOFREKVENCIJSKI TRAZISTORSKI POJAČALA. POJAČALA SNAGE

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

Stupanj pojačanja tranzistora uobičajeno je zvati tranzistor s otpornicima, kondenzatorima i ostalim dijelovima koji mu osiguravaju uvjete rada kao pojačalo. Za glasnu reprodukciju oscilacija audio frekvencije, tranzistorsko pojačalo mora biti najmanje dvo - trostupanjski ... U pojačalima koja sadrže nekoliko stupnjeva razlikuju se stupnjevi pred pojačanje i izlazni ili terminalni stupnjevi ... Posljednji stupanj pojačala, koji radi na telefonima ili dinamičkoj glavi zvučnika, naziva se izlazni stupanj, a svi stupnjevi ispred njega nazivaju se preliminarni stupnjevi. Zadatak jednog ili više stupnjeva pretpojačanja je povećati napon audio frekvencije na vrijednost potrebnu za rad tranzistora izlaznog stupnja. Od tranzistora izlaznog stupnja potrebno je povećanje snage oscilacija audio frekvencije do razine potrebne za rad dinamičke glave. Za izlazne stupnjeve najjednostavnijih tranzistorskih pojačala radioamateri često koriste tranzistore male snage, isto kao i u stupnjevima predpojačavanja. To se objašnjava željom da pojačala budu ekonomičnija, što je posebno važno za prijenosne dizajne na baterije. Izlazna snaga takvih pojačala je mala - od nekoliko desetaka do 100 - 150 mW, ali je također dovoljna 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 višestupanjsko pojačalo? Dijagram jednostavnog tranzistorskog dvostupanjskog NF pojačala 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 kojeg stupnja ovog pojačala je isti i sličan principu rada jednostupanjskog pojačala koji vam je poznat. Jedina razlika je u detaljima: opterećenje tranzistora V1 prvog stupnja je otpornik R2, a opterećenje tranzistora V2 izlaznog stupnja su telefoni B1 (ili, ako je izlazni signal dovoljno jak, glava zvučnika). Prednapon na bazu tranzistora prvog stupnja dovodi se kroz otpornik R1, a na bazu tranzistora drugog stupnja kroz otpornik R3. Oba stupnja 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.

Riža. 1 Dvostupanjsko tranzistorsko pojačalo.

Ukupni učinak pojačala je sljedeći. Električni signal koji se preko kondenzatora C1 dovodi na ulaz prvog stupnja i pojačava tranzistorom V1, iz otpornika opterećenja R2 preko kondenzatora za blokiranje C2 dovodi se na ulaz drugog stupnja. Ovdje se pojačava tranzistorom V2 i telefoni B1, spojeni na kolektorski krug tranzistora, pretvaraju se u zvuk. Koja je uloga kondenzatora C1 na ulazu pojačala? Obavlja dva zadatka: slobodno propušta izmjenični signalni napon do tranzistora i sprječava kratki spoj baze na emiter kroz izvor signala. Zamislite da u ulaznom krugu nema takvog kondenzatora, a izvor pojačanog signala je elektrodinamički mikrofon s malim unutarnjim otporom. Što se događa? Kroz niski otpor mikrofona, baza tranzistora će biti spojena na emiter. Tranzistor će se zatvoriti jer će raditi bez početnog prednapona. Otvara se samo na negativnim poluperiodima napona signala. A pozitivna poluperioda, koja još više pokrivaju tranzistor, bit će njime "odsječena". Kao rezultat toga, tranzistor će izobličiti pojačani signal. Kondenzator C2 povezuje stupnjeve pojačala u izmjeničnu struju. Trebao bi dobro proći AC komponentu pojačanog signala i odgoditi istosmjernu komponentu kolektorskog kruga tranzistora prvog stupnja. Ako, zajedno s promjenjivom komponentom, kondenzator također provodi istosmjernu struju, način rada tranzistora izlaznog stupnja bit će poremećen i zvuk će se izobličiti ili potpuno nestati. Kondenzatori koji obavljaju takve funkcije nazivaju se spojni kondenzatori, prolazni ili razdjelni ... Ulazni i prijelazni kondenzatori moraju dobro proći cijeli frekvencijski pojas signala koji se pojačava - od najnižeg do najvišeg. Ovaj zahtjev ispunjavaju kondenzatori kapaciteta najmanje 5 μF. Upotreba spojnih kondenzatora velikog kapaciteta u tranzistorskim pojačalima objašnjava se relativno niskim ulaznim impedancijama tranzistora. Spojni kondenzator 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, na njemu će pasti dio izmjeničnog napona, 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. Stoga se na ulaz postavljaju kondenzatori velikih kapaciteta, kao i za komunikaciju između tranzistorskih stupnjeva. Ovdje se obično koriste mali elektrolitički kondenzatori, uz obvezno poštivanje polariteta njihovog uključivanja. Ovo su najkarakterističnije značajke elemenata dvostupanjskih tranzistorskih LF pojačala. Kako bih popravio princip rada tranzistorskog dvostupanjskog LF pojačala u memoriji, predlažem sastavljanje, postavljanje i testiranje na djelu najjednostavnijih opcija za sklopove pojačala u nastavku. (Na kraju članka bit će predložene opcije za praktičan rad, sada morate sastaviti model najjednostavnijeg dvostupanjskog pojačala kako biste brzo pratili teorijske izjave u praksi).

Jednostavna, dvostupanjska pojačala

Shematski dijagrami dviju varijanti takvog pojačala prikazani su na (sl. 2). Oni su, u biti, ponavljanje sklopa sada rastavljenog tranzistorskog pojačala. Samo na njima su naznačeni detalji dijelova i uvedena su tri dodatna elementa: R1, SZ i S1. Otpornik R1 - opterećenje izvora osciliranja 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 opskrbljuju je različit: negativni napon se primjenjuje na kolektore tranzistora prve verzije pojačala, a pozitivni napon na kolektore tranzistora druge verzije. Polaritet uključivanja elektrolitskih kondenzatora također je različit. Ostala pojačala su potpuno ista.

Riža. 2 Dvostupanjska NF pojačala 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 s velikim koeficijentom h21e mora se staviti u preliminarni stupanj pojačanja (prvi) - Ulogu opterećenja B1 izlaznog stupnja mogu obavljati slušalice, telefonska kapsula DEM-4m. Za napajanje pojačala koristite bateriju 3336L (popularno nazvanu četvrtasta baterija) ili jedinica za napajanje(koju je predloženo izraditi u 9. satu). Prethodno sastavite pojačalo matična ploča , a zatim prenijeti njegove detalje na tiskanu 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 imati zvuk radioprijenosa ili signal spojenog izvora. Odabir otpora otpornika R2 (baš kao kod podešavanja načina rada jednotranzistorskog pojačala, o čemu sam govorio u 8. lekciji ), koristite najglasniju glasnoću. U ovom slučaju, miliampermetar uključen u kolektorski krug 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) stupnja pojačala, spojite telefone na kolektorski krug 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 za postavljanje preporučenih načina rada tranzistora (prema strujama kolektorskog kruga 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 dvostupanjskog pojačala jednako odnosi na obje opcije. A ako su trenutni omjeri prijenosa njihovih tranzistora približno isti, onda bi glasnoća zvuka telefona - pojačala trebala biti ista. S kapsulom DEM-4m, čiji je otpor 60 Ohm, struja mirovanja kaskadnog tranzistora mora se povećati (smanjenjem otpora otpornika R4) na 4 - 6 mA. Shematski dijagram treće inačice dvostupanjskog pojačala prikazan je na (sl. 3). Značajka ovog pojačala je da u prvom stupnju radi tranzistor p - n - p strukture, au drugom - n - p - n strukture. Štoviše, baza drugog tranzistora spojena je na kolektor prvog ne preko prijelaznog kondenzatora, kao u pojačalu prve dvije opcije, već izravno ili, kako kažu, galvanski. Takvim spojem 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 pristranosti: pad napona stvoren na njemu otvara drugi tranzistor. Ako je ovaj tranzistor germanij (MP35 - MP38), otpor otpornika R3 može biti 680 - 750 Ohm, a ako je silicij (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 pojačala prve dvije opcije vrijedi 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 zvučati 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.

Riža. 3 Pojačalo na tranzistorima različite strukture.

Dijelove prilagođenog pojačala nije teško montirati na trajnu ploču. Na primjer, (Sl. 4) prikazuje sklopnu ploču pojačala prve opcije (prema dijagramu na Sl. 2, a). Izrežite ploču od lima getinaxa ili stakloplastike 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, 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 uvezeni analozi, štoviše, za visoke nazivne napone. PCB pojačala može se mijenjati ovisno o dijelovima koje imate. O metodama montaže radioelemenata, uključujući tiskano ožičenje, možete pročitati u odjeljku "radioamaterska tehnologija" .

Riža. 4 Ploča za dvostupanjsko 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 mogu se koristiti za žičanu telefonsku komunikaciju s prijateljem koji živi u blizini.

Stabilizacija načina rada tranzistora

Pojačalo prve ili druge opcije (prema dijagramima na slici 2), montirano i podešeno u zatvorenom prostoru, radit će bolje nego na otvorenom, gdje će biti pod vrućim zrakama ljetnog sunca ili zimi na hladnoći. Zašto se to događa? Budući da se, nažalost, s povećanjem temperature krši način rada tranzistora. 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. U niskofrekventnim germanijevim tranzistorima 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 silicij tranzistori je manji od 1 μA. Ali značajno se mijenja kada je izložen temperaturi. S povećanjem temperature za 10 ° C, trenutni Ikbo germanijevog tranzistora se približno udvostručuje, a silicijskog tranzistora - 2,5 puta. Ako je, na primjer, pri temperaturi od 20 ° C struja Ikbo germanijevog tranzistora 10 μA, onda kada temperatura poraste na 60 ° C, povećava se na oko 160 μA. Ali trenutni Ikbo karakterizira svojstva samo kolektorskog p - n spoja. U realnim radnim uvjetima napon napajanja se primjenjuje 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 način rada tranzistora u različitim temperaturnim uvjetima. Povećanje koeficijenta prijenosa struje h21E s 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). Istodobno 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 ili korištenjem tranzistora s vrlo niskom strujom Ikbo u opremi dizajniranoj za rad sa značajnim temperaturnim fluktuacijama. na primjer silicij, ili korištenje posebnih mjera koje termički stabiliziraju način rada tranzistora. Jedna od metoda toplinska stabilizacija načina rada germanijev tranzistor p - n - p strukture prikazan je na dijagramu na Sl. 5, a. Ovdje, kao što vidite, osnovni otpornik Rb nije spojen na negativni vodič napajanja, već na kolektor tranzistora. Što to radi? S 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. Dobiva se povratna informacija između izlaznog i ulaznog kruga stupnja - povećanje struje kolektora smanjuje napon na bazi, što automatski smanjuje struju kolektora. Unaprijed postavljeni način rada tranzistora je stabiliziran. Ali tijekom rada tranzistora između njegovog kolektora i baze cheroza, isti otpornik Rb pojavljuje se negativna AC povratna sprega, što smanjuje ukupni dobitak kaskade. Dakle, stabilnost načina rada tranzistora postiže se po cijenu gubitka. Šteta, ali morate ići na te gubitke kako biste održali normalan rad pojačala kada se temperatura tranzistora promijeni.

Riža. 5 stupnjeva pojačala s termičkom stabilizacijom tranzistorskog načina rada.

Postoji, međutim, način da se stabilizira način rada tranzistora s nešto manjim gubicima pojačanja, ali to se postiže kompliciranjem stupnja. Dijagram takvog pojačala prikazan je na (slika 5, b). Mirni način rada tranzistora za istosmjernu struju i napon ostaje isti: struja kolektorskog kruga 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 tvore razdjelnik uz pomoć kojeg se na bazi održava stabilan napon. Otpornik emitera Re je element toplinska stabilizacija ... Toplinska stabilizacija načina rada tranzistora je sljedeća. Kako struja kolektora raste 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 s otpornikom Re i, stoga, zaobilazeći ga papirom ili prstom. Na što vas ovaj dijagram sada podsjeća? Stupanj s OK tranzistorom (emiterski sljedbenik). To znači da tijekom rada tranzistora, kada dođe do pada napona na otporniku Re, između emitera i baze postoji ne samo konstantne, već i promjenjive komponente. 100% negativna povratna sprega izmjeničnog napona , pri čemu je dobitak pozornice manji od jedinice. Ali to se može dogoditi samo kada nema kondenzatora C3. Ovaj kondenzator stvara paralelni put duž kojeg, zaobilazeći otpornik Re, postoji izmjenična 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 trebao bi biti takav da ne pruža nikakav značajan otpor najnižim frekvencijama pojačanog signala. U stupnju pojačanja audio frekvencije, ovaj zahtjev može ispuniti elektrolitički kondenzator kapaciteta 10 - 20 μF ili više. Pojačalo s takvim sustavom za stabilizaciju načina rada tranzistora praktički je neosjetljivo na temperaturne fluktuacije i, osim toga, što nije manje važno, na promjenu tranzistora. Treba li tako tranzistor stabilizirati 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 toplinska stabilizacija nije potrebna. A ako namjeravate napraviti pojačalo ili prijemnik koji će stabilno raditi i kod kuće i na ulici, onda, naravno, trebate stabilizirati način rada tranzistora, čak i ako uređaj mora biti kompliciran s dodatnim detaljima.

Push-pull pojačalo snage

Govoreći na početku ovog članka o namjeni pojačalnih stupnjeva, ja sam, kao da trčim naprijed, rekao da u izlaznim stupnjevima, koji su pojačala snage, radio-amateri koriste iste tranzistore male snage kao u stupnjevima za pojačanje napona. U to se vrijeme u vama, naravno, moglo postaviti pitanje, ili se moglo postaviti: kako se to postiže? Sada odgovaram. Ovi stupnjevi se nazivaju push-pull pojačala snage. Štoviše, mogu biti transformatorski, t.j. koristeći transformatore u njima, ili bez transformatora. Vaši dizajni će koristiti obje vrste push-pull audio frekvencijskog pojačala. Hajde da shvatimo princip njihovog rada. Pojednostavljeni dijagram stupnja pojačanja snage push-pull transformatora i grafikoni koji ilustriraju njegov rad prikazani su na (sl. 6). Kao što vidite, sadrži dva transformatora i dva tranzistora. Transformator T1 je međustepeni, spaja predzavršni stupanj s ulazom pojačala snage, a transformator T2 je izlaz. Tranzistori V1 i V2 spojeni su prema OE krugu. Njihovi emiteri, poput srednjeg terminala sekundarnog namota međustupanjskog transformatora, su "uzemljeni" - spojeni na zajednički vodič napajanja Ui.p. - negativni napon napajanja na kolektore tranzistora dovodi se preko primarnog namota izlaznog transformatora T2: na kolektor tranzistora V1 - kroz dionicu Ia, na kolektor tranzistora V2 - kroz dionicu Ib. Svaki tranzistor i povezani dijelovi sekundarnog namota međustupanjskog transformatora i primarnog namota izlaznog transformatora predstavljaju uobičajeno, već poznato jednostruko pojačalo. To je lako vidjeti ako jedan od ovih kaskadnih krakova pokrijete komadom papira. Zajedno tvore push-pull pojačalo snage.

Riža. 6 Push-pull transformatorsko pojačalo snage i grafikoni koji ilustriraju njegov rad.

Suština push-pull pojačala je sljedeća. Oscilacije audio frekvencije (graf 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, dva ciklusa za svako razdoblje 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 namota izlaznog transformatora (graf b). U ovom trenutku, tranzistor V2 je zatvoren, jer na njegovoj bazi postoji pozitivan poluval napona. U sljedećem poluperiodu, naprotiv, pozitivni poluval bit će na bazi tranzistora V1, a negativni poluval na bazi tranzistora V2. Sada se tranzistor V2 otvara i njegova kolektorska struja teče kroz dio Ib primarnog namota izlaznog transformatora (grafikon c), a tranzistor V1, zatvarajući se, "odmara". I tako za svako razdoblje zvučnih vibracija koje se isporučuju u pojačalo. U namotu transformatora se zbrajaju kolektorske struje oba tranzistora (graf d), što rezultira snažnijim električnim oscilacijama audio frekvencije na izlazu pojačala nego u konvencionalnom jednostrukom pojačalu. Zvučnik B, spojen na sekundarni namot transformatora, pretvara ih u zvuk. Sada ćemo, koristeći dijagram na (sl. 7), razumjeti princip rada push-pull pojačalo bez transformatora vlast. Postoje i dva tranzistora, ali su različite strukture: tranzistor Vl - p - n - p, tranzistor V2 - n - p - n. Za istosmjernu struju, tranzistori su spojeni u seriju, tvoreći, takoreći, djelitelj napona izvora istosmjerne struje koji ih napaja. U tom slučaju stvara se negativan napon na kolektoru tranzistora V1 u odnosu na središnju točku između njih, nazvanu točka simetrije, jednaka polovini napona napajanja, a na kolektoru tranzistora V2 - pozitivno, a također jednak polovici 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 spojeni prema OK krugu (sljedbenici emitera) i rad za jedno zajedničko opterećenje - glava B.

Riža. 7 Push-pull pojačalo snage bez transformatora.

Na bazama oba tranzistora pojačala iz predzavršnog stupnja djeluje izmjenični napon iste vrijednosti i frekvencije. A budući da su tranzistori različite strukture, rade naizmjenično, tijekom dva ciklusa: s negativnim poluvalom napona, otvara se samo tranzistor V1 i u glavi kruga B - kondenzatoru C2 pojavljuje se strujni impuls kolektora (na slici 6 - graf b), a s pozitivnim poluvalom otvara samo tranzistor V2 i u glavi strujnog kruga - kondenzatoru C1 pojavljuje se impuls kolektorske struje ovog tranzistora (na slici 6 - grafikon c). Dakle, kroz glavu teče ukupna struja tranzistora (graf d na sl. 6), koja se pojačava u vibracijama snage audio frekvencije, koju pretvara u zvučne vibracije. U praksi se postiže isti učinak kao kod pojačala s transformatorima, ali zbog korištenja tranzistora različite strukture nema potrebe za uređajem za dovod signala na bazu tranzistora. antifaza ... Možda ste primijetili jednu kontradikciju u mom objašnjenju push-pull pojačala snage: na baze tranzistora nisu primijenjeni prednaponi. U pravu ste, ali tu nema posebne greške. Poanta je da push-pull tranzistori mogu raditi bez početnog prednapona. Ali tada se u pojačanom signalu pojavljuju izobličenja tipa "korak" posebno se snažno osjeća kada je ulazni signal slab. Nazivaju se “korak” jer na oscilogramu sinusoidnog signala imaju stepenasti oblik (slika 8). Najjednostavniji način za uklanjanje takvih izobličenja je primjena prednapona na baze tranzistora, što oni rade u praksi.

Riža. 8 Distorzija tipa "Korak".

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

OSNOVNI PARAMETRI NF POJAČALA

Kvalitetu i prikladnost pojačala za određene namjene ocjenjuje nekoliko parametara od kojih su tri najvažnija: izlazna snaga Pout, osjetljivost i frekvencijski odziv. Ovo su osnovni parametri koje biste trebali znati i razumjeti. Izlazna snaga je snaga električnih vibracija audio frekvencije, izražena u vatima ili milivatima, koju pojačalo isporučuje opterećenju - obično pokretaču izravnog zračenja. U skladu s utvrđenim standardima, razlikuje se nazivna Pnom i maksimalna snaga Pmax. Nazivna snaga je takva da tzv. nelinearna distorzija izlaznog signala koju unosi pojačalo ne prelazi 3 - 5% u odnosu na neiskrivljeni signal. Kako se snaga dalje povećava, povećava se harmonijsko izobličenje izlaznog signala. Snaga pri kojoj izobličenje dosegne 10% naziva se maksimum. Maksimalna izlazna snaga može biti 5 do 10 puta veća od nominalne, ali izobličenje je vidljivo čak i na uhu. 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 kako bi snaga na opterećenju dosegla 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 s linijskog izlaza magnetofona, 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 je izražen vodoravnom, 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 raspona. Stoga su linije - frekvencijske karakteristike pojačala - neravne i nužno imaju padove (začepljenja) na rubovima. Oscilacije ekstremno niskih i visokih frekvencija, čije pojačanje u usporedbi s oscilacijama srednjih frekvencija (800 - 1000 Hz) pada na 30%, smatraju se granicama frekvencijskog pojasa pojačala. Frekvencijski pojas pojačala namijenjenih za reprodukciju glazbenih djela trebao bi biti najmanje od 20 Hz do 20-30 kHz, pojačala mrežnih radiodifuznih prijemnika - 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 izmjeničnog napona, osciloskop i neki drugi mjerni instrumenti. Nalaze se u proizvodnim radio-laboratorijima, krugovima radioelektronike, a za produktivniju radioelektroniku morate ih pokušati nabaviti sami, kako bi vam uvijek bili pri ruci.

Klase pojačanja NF pojačala. Uloga klase pojačanja u postizanju parametara snage i visoke učinkovitosti

Do sada nismo govorili o tome koliko se energije troši za stvaranje pojačanog signala, za stvaranje "snažne kopije" ulaznog signala. Mi, naime, nismo imali takvo pitanje. Mora se reći da dobavljač energije za stvaranje pojačanog signala može biti baterija ili napajanje. U ovom slučaju, smatra se očitim da baterija ima velike rezerve energije i nema je na čemu štedjeti samo za stvaranje pojačanog signala. Sada kada je cilj postignut, kada smo naučili pojačati slab signal uz pomoć tranzistora, pokušat ćemo saznati koju energiju treba dati njegov dobavljač – kolektorska baterija. Pokušajmo saznati koliko košta watt pojačanog signala, koliko vata istosmjerne struje baterija mora platiti za to. Nakon što smo napravili niz pretpostavki, uz pretpostavku da pravocrtni dio ulazne karakteristike počinje izravno od "nule", da nema ni zavoja na izlaznoj karakteristici, da je element (na primjer transformator) uključen kao opterećenje kolektora, na kojem se istosmjerni napon ne gubi, dolazimo do zaključka, da u najboljem slučaju samo polovica potrošene snage iz baterije ide u pojačani signal. Ovo se može reći drugačije: učinkovitost (učinkovitost) tranzistorsko pojačalo ne prelazi 50%. Za svaki vat izlazne snage morate platiti dvostruku cijenu, dva vata snage kolektorske baterije (slika 9).

Riža. 9 Što je veća učinkovitost pojačala, to manje energije troši za stvaranje zadane 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 promjenjive 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 efektivna vrijednost varijabilne komponente kolektorske struje je In.éf. = 07 * Ic.p .. Na isti način, amplituda izmjeničnog 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 množiti se 07 * Ic.p .. u 07 * EC. i postići da maksimalna efektivna snaga koju pojačalo može isporučiti ne prelazi Ref. = 0,5 * Ic.p. * Ek = W.eff. , odnosno ne prelazi polovicu potrošnje energije. Odluka je konačna, ali je podložna žalbi. Moguće je po cijenu određenih žrtava povećati učinkovitost pojačala, prijeći granicu učinkovitosti od pedeset posto.Za povećanje učinkovitosti potrebno je da pojačalo stvori jači signal s istom potrošnjom energije. . A za to vam je potrebno, bez povećanja struje mirovanja Ic.p. i konstantan napon Ek , povećati izmjenične komponente kolektorske struje In i napon opterećenja Un. Što nas sprječava da podignemo ove dvije komponente? Iskrivljenje ... Možemo povećati struju In (za to je dovoljno, na primjer, povećati razinu ulaznog signala) i napon Un (za to je, opet, dovoljno povećati ulazni signal ili povećati otpor opterećenja za (izmjeničnu struju). Ali u svakom slučaju, oblik signala će biti izobličen, njegovi negativni poluvalovi će biti odsječeni. I premda takva se žrtva čini neprihvatljivom (kome treba ekonomično pojačalo, ako daje neispravne proizvode?), ipak ćemo ići na to. Prvo, jer ćemo dopuštanjem izobličenja (a zatim ih se riješiti) moći prenijeti pojačalo na ekonomičniji način rada i podići njegovu učinkovitost. 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 tijekom pojačanja dio signala "odsječe", ako je amplituda varijabilne komponente kolektorske struje veća od Ic.p, a struja se prekine u kolektorskom krugu, tada dobivamo jedno od pojačanja klase (AB), (B) ili (C). Kada se pojača u klasi B, granična vrijednost je jednaka poluperiodu, t.j. u polovici perioda postoji struja u kolektorskom krugu, a u drugoj polovici perioda nema struje. Ako postoji struja u više od polovice razdoblja, 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 reproducira pozitivne poluperiode signala, drugo negativno. Sada zamislite da oboje rade za zajedničko opterećenje. U ovom slučaju, u opterećenju ćemo primiti normalnu neiskrivljenu izmjeničnu struju - signal, kao da je spojen iz dvije polovice (slika 10).

Riža. 10 Push-pull stupanj i razredi pojačanja.

Istina, da bismo dobili neiskrivljeni signal od dva izobličena signala, morali smo stvoriti relativno složenu shemu za spajanje polovica (takva shema o kojoj je gore raspravljano u ovom članku naziva se push-pull), koja se zapravo sastoji od dva neovisna stupnja pojačanja . No, kao što je već gore objašnjeno, naš gubitak (u ovom slučaju, komplikacija sklopa 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 jednostranom pojačalu. U idealnom slučaju (ključni način rada) za isti vat potrošnje energije može se dobiti jedan vat izlaznog signala, odnosno u idealnom slučaju učinkovitost push-pull pojačala može doseći 100 posto. Stvarna učinkovitost je, naravno, manja: u praksi je 67%. No, nakon svega, u jednostrukom pojačalu koje radi u učionici A, dobili smo učinkovitost jednaku 50%, također samo u idealnom slučaju. Stvarno jednostruko pojačalo omogućuje vam da postignete učinkovitost ne veću od 30 - 40%. I stoga u push-pull pojačalu svaki vat izlazne snage košta nas dva do tri puta "jeftinije" nego u single-ended. Za prijenosnu tranzistorsku opremu, povećanje učinkovitosti je od posebne važnosti. Što je veća učinkovitost, to je manja potrošnja energije kolektorske baterije pri istoj izlaznoj snazi. A to zauzvrat znači da što je veća učinkovitost, to će ovu bateriju rjeđe trebati 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. Praktički u svim sklopovima push-pull, tranzistorska pojačala snage koriste se klase AB ili B. Međutim, kada se radi u klasi B javljaju se neka teško otkloniva izobličenja (zbog savijanja ulazne karakteristike), a ova se klasa rjeđe koristi u niskofrekventnim pojačalima. Klasa C se uopće ne koristi u ovim pojačalima zbog pojave fatalnog izobličenja. Upravljački napon izlaznim tranzistorima napaja se iz tzv fazno obrnuti stupanj , izrađen na tranzistoru prema krugu transformatora. Postoje i druge sheme fazni pretvarači , ali svi obavljaju isti zadatak, stvaraju dva antifazna napona koja se moraju primijeniti na baze push-pull tranzistora. Ako se na ove tranzistore primijeni isti napon, oni neće raditi kroz ciklus, već sinkrono, te će stoga oba pojačati samo pozitivne ili, obrnuto, samo negativne poluperiode signala. Da bi tranzistori push-pull stupnja radili naizmjenično, morate ih hraniti na njihove baze, kao što je gore spomenuto antifazni naponi ... U faznom pretvaraču s transformatorom dva se upravljačka napona dobivaju dijeljenjem sekundarnog namota na dva jednaka dijela. I ti naponi postaju antifazni jer je srednja točka sekundarnog namota uzemljena. Kada se "plus" pojavi na njegovom gornjem (prema dijagramu) kraju u odnosu na središnju točku, "minus" se pojavi na donjem kraju u odnosu na ovu točku. A budući da je napon promjenjiv, "plus" i "minus" cijelo vrijeme mijenjaju mjesta (slika 11).

Riža. 11 Fazni pretvarač proizvodi dva izmjenična napona za 180 stupnjeva van faze.

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

Malo više detalja o negativnoj povratnoj informaciji koja je spomenuta na početku ovog članka kada se opisuje jednostruka pojačala. Kako negativna povratna sprega smanjuje izobličenje, ispravlja valni oblik? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate zapamtiti da izobličenje valnog oblika, zapravo, znači pojavu u signalu novi harmonici , nove sinusne komponente. Kroz negativnu povratnu spregu, nove koje su se pojavile kao rezultat harmonijsko izobličenje napajaju se na ulaz pojačala u takvoj fazi (antifazi) da sami slabe. Ispada da je snaga tih harmonika na izlazu pojačala manja nego što bi bila bez povratne sprege. Istodobno su, naravno, također oslabljene korisne komponente iz kojih bi se trebao formirati neiskrivljeni signal, ali to je stvar koja se može popraviti. Kako bi se kompenzirala ova štetna aktivnost negativne povratne sprege, moguće je povećati razinu signala koji ulazi u ulaz pojačala, možda čak i dodati još jedan stupanj za to. Negativne povratne informacije u bas pojačalima, posebno u push-pull pojačalima koja rade u učionicama AB i B, nalazi vrlo široku primjenu: negativna povratna informacija vam omogućuje da učinite nešto što se ne može postići nikakvim drugim sredstvima, ona dopušta smanjiti izobličenje valnog oblika, smanjiti takozvano harmonijsko izobličenje ... Negativna povratna informacija omogućuje vam da izvršite još jednu važnu operaciju za podešavanje tona, odnosno u željenom smjeru promijeniti frekvencijski odziv pojačala Sl. 12 .

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

Ova karakteristika pokazuje kako se pojačanje mijenja s 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 raspona pojačane lošije od srednjih frekvencija. Razlozi za pojavu takvih blokada u frekvencijskom odzivu mogu biti različiti, ali imaju zajednički korijen. Nejednako pojačanje na različitim frekvencijama postiže se jer krug sadrži reaktivne elemente, kondenzatore i zavojnice, čiji se otpor mijenja s frekvencijom. Postoji mnogo načina za ispravljanje frekvencijskog odziva, uključujući uvođenje frekvencijsko ovisnih elemenata u povratnu petlju. Primjer takvih elemenata je lanac R13, C9 u pojačalu prikazanom na (sl. 13).

Riža. 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. U pojačalu postoji još nekoliko krugova negativne povratne sprege. Ovo je kondenzator C6, koji povezuje kolektor tranzistora T2 s njegovom bazom; otpornik R12, koji opskrbljuje ne samo konstantnu pristranost bazama izlaznih tranzistora, već i neki dio izlaznog signala. Krug koji stvara povratnu vezu trećeg stupnja s drugom, ali ne u izmjeničnoj, već u istosmjernoj (takva povratna sprega povećava toplinsku stabilnost pojačala). Dinamička glava je spojena na kolektorske krugove izlaznih tranzistora preko kondenzatora za blokiranje C4. Otpor zvučne zavojnice u ovom krugu može biti 6 - 10 ohma. Pojačalo razvija snagu do 100 mW. pri naponu ulaznog signala od oko 30 - 50 mV. Postoji prilično velik broj krugova pojačala bez transformatora koji se temelje na tranzistorima različite vodljivosti. U većini njih se u izlaznom stupnju koriste kompozitni tranzistori, odnosno dva tranzistora su uključena u svaki krak. Odsutnost transformatora i smanjenje broja kondenzatora za blokiranje omogućuje 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 s 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).

Riža. 14 Push-pull ULF s izlaznim stupnjem transformatora.

Glavna značajka ovog pojačala je pomak od zasebne B2 baterije do baze prvog stupnja T1. Zbog toga kolektorska struja tranzistora T1 ostaje praktički nepromijenjena kada se napon kolektorske baterije smanji na 3,5 V. Od dna djelitelja R4, R5, uključenog u emiterski krug T1, pristranost se primjenjuje na baze tranzistora izlaznog stupnja. I stoga, sa smanjenjem napona kolektora, pristranost tranzistora T2, T3 se ne mijenja. Kao rezultat toga, pojačalo radi na smanjenom naponu, iako s manjom izlaznom snagom (na 3,5V, 20 mW), ali bez izobličenja. Struja koja se troši iz baterije B2 ne prelazi 500 μA. Pojačalo ima jednostavnu kontrolu tona R6 i povratni krug R8, C8 koji smanjuje izobličenje. Otpornik R9 je neophodan tako da kada se B2 isključi (može se dogoditi da Bk2 otvori krug nekoliko djelića sekunde ranije od Bk1, tranzistor T1 ne bude s "visinom bazom". Kondenzatori C7, C6 elementi negativne povratne sprege, spriječavajući samopobudu na nadzvučnim frekvencijama. Isti zadatak obavlja kondenzator C3 Transformatori Tr1 i Tr2 se preuzimaju iz prijamnika Alpinist Dinamička glava s otporom glasovne zavojnice oko 4 - 6 oma. napon kolektora 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 snažne 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 snažne tranzistore potreban je još jedan izlazni transformator, na primjer, sa sljedećim podaci: jezgra presjeka oko 3,5 cm2 (Š17 x 17); primarni namot 3 30 + 330 zavoja PEV 0,31, sekundarni namot od 46 zavoja PEV 0,51. S P201 tranzistorima, pojačalo razvija izlaznu snagu od 1,52 - 2 W. Prilagodba svih niskofrekventnih pojačala svodi se na odabir načina rada tranzistora. Za push-pull krugove 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, , odmah počinje s radom. A jedina ozbiljna nevolja koja se može pojaviti kada uključite pojačalo je samouzbuđenje. Jedan od načina za borbu protiv toga je uvođenje filtara za razdvajanje koji sprječavaju komunikaciju između stupnjeva putem izvora napajanja.

Praktični rad

U praktičnom radu želim predstaviti još nekoliko jednostavnih pojačala za ponavljanje i konsolidaciju teorijskog dijela ovog članka. Primjeri push-pull pojačala dani na kraju članka također su sasvim prikladni za ponavljanje. Ove sheme, kao i mnogi drugi crteži, preuzete su iz literarnih izvora 60-ih - 70-ih godina, ali nisu izgubile svoju važnost. Zašto pitate, koristim li tako zastarjele crteže? Reći ću da postoje barem 2 razloga: 1). Katastrofalno nema dovoljno vremena da ih sam nacrtam, iako neke od njih još uvijek pokušavam nacrtati. 2). Začudo, upravo crteži iz književnosti prošlih, davno zaboravljenih godina, u potpunosti odražavaju bit procesa koji se proučavaju. Vjerojatno 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 kruh.

Dakle, umjesto tranzistora P13 - P16 naznačenih na dijagramima, možete koristiti MP39 - 42, MP37, MP38 od silikonskih tranzistora, možete koristiti KT315, KT361, odnosno obratite pozornost 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. U svakom slučaju, prilikom zamjene germanijevih tranzistora silikonskim, potrebno je prilagoditi vrijednosti otpornika u krugovima tranzistora koji se zamjenjuju.

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

Više opcija za pojačala, 1., 2., dostupno za ponavljanje od strane radioamatera početnika, uključujući silicijeve tranzistore. Prikazane su i varijante predpojačala i jednostavnog pasivnog tonskog bloka. (otvara se u zasebnom prozoru).

|

Cilj: Proučavanje rada elektroničkih pojačala i njihovih sklopova. Eksperimentalno i računalno istraživanje učinka OOS-a 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. elektronička pojačala.

Sva pojačala se mogu podijeliti u dvije klase - linearna i nelinearna.

Za pojačala s linearnim načinom rada postavljaju se zahtjevi za dobivanjem izlaznog signala po obliku bliskog ulaznom signalu. Izobličenje valnog 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 linearne mreže s četiri priključka 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 usporedbi s njihovim vrijednostima na ulazu. Pojačani modul pojačala
se zovu dobiti... Modul kompleksnog pojačanja u odnosu na frekvenciju utvrđenu za harmonijski ulazni signal je frekvencijski odziv(Frekvencijski odziv) pojačalo. Ovisnost 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, impulsna pojačala (silosi),

selektivna, uskopojasna pojačala (UPA).

Karakteristična značajka UPT-a je sposobnost pojačavanja signala s približavanjem niže frekvencije (f n  0). Gornja granica frekvencije f u DCA može biti, ovisno o namjeni, 10 3  10 8 Hz. ULF-ove karakterizira frekvencijski raspon od desetaka herca do desetaka kiloherca. UHF ima propusni opseg od desetaka kiloherca do desetaka 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 o f

U pojačalima s nelinearnim načinom rada nema proporcionalnosti u prijenosu trenutnih vrijednosti ulaznog signala. Ovisno o zakonu varijacije izlaznog signala od ulaznog
, pojačala s nelinearnim načinom rada uključuju: pojačala, limitere, logaritamska pojačala itd. snage.

Razmotrimo glavne parametre i karakteristike pojačala.

Dobitak . Pojačanje napona
razna pojačala dosežu desetke tisuća. Često kako bi se postiglo potrebno
koristiti višestupanjska pojačala u kojima
prethodna faza je
za sljedeće, a ukupni dobitak je:

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

.

Za višestupanjsko pojačalo:

Također koriste struju i pojačanje snage, koje se također mogu izraziti u decibelima.

.

Ulazna i izlazna impedancija ... Pojačalo se može smatrati aktivnim četveropolnim sustavom na čije je ulazne terminale spojen izvor pojačanog signala s EMF E in i unutarnjim otporom. R W, a na izlaz - otpor opterećenja R N. Za izlazni krug, pojačalo je izvor EMF E out s unutarnjim otporom R out.

Za pojačani signal, pojačalo je karakterizirano ulaznom impedancijom
... Otpor R out određuje se između izlaznih stezaljki pojačala kada je opterećenje isključeno.

R w R out I out = I n

E u U u R u E van U van R n

Pojačalo

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

.

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

Snaga pojačala:

Izjednačavanje derivacije na nulu
, dobivamo
... U ovom slučaju, pojačalo prima
, tj. četvrtina potencijalne snage izvora signala. Slični načini rada mogući su za izlazni krug.

Kada se uskladi opterećenje i izlazna impedancija pojačala, 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.

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

Treba napomenuti da je svako pojačalo, bez obzira na koju vrstu energije radi, u biti samo regulator snage P izlaza. , prenosi se od izvora napajanja do opterećenja, a ulazni signal samo regulira vrijednost te odaslane snage, trošeći na tu snagu P u .

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

Tipičan oblik amplitudske karakteristike prikazan je na slici. Područje 1-3 odgovara proporcionalnom dobitku. Dio ispod točke 1 amplitudske karakteristike se ne koristi, budući da je korisni signal teško razlikovati od intrinzične buke pojačala.

U van. m .

U max 3 U izlaz 3

U min . 1 U izlaz 1

Odjeljak 3 - 4 odgovara kršenju proporcionalne ovisnosti izlaznog napona na ulazu. Područje iza točke 4 odgovara stanju ograničenja izlaznog signala. Omjer amplitude maksimalnog dopuštenog izlaznog napona prema minimalno dopuštenom
Zove se dinamički raspon 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 razvrstavanje pojačala prema frekvencijskom rasponu pojačanih signala. Veličina
označava širinu pojasa pojačala u frekvencijskom području.

Fazni odgovor ... (FCH) Predstavlja ovisnost faznog kuta "" između ulaznog i izlaznog napona pojačala o frekvenciji signala.

Nelinearno izobličenje . Oni predstavljaju stupanj promjene valnog oblika pojačanog signala. Glavni razlog njihove pojave je nelinearnost karakteristika elemenata za pojačanje. Slika prikazuje, kao primjer, ulaznu karakteristiku tranzistora spojenog u krug s OE-om i pokazuje kako je oblik struje izobličen
, tj. ulazna struja pojačala u odnosu na sinusni valni oblik ulaznog napona
... Kao rezultat nelinearnih izobličenja, izlazni napon pojačala sadrži, osim konstantne komponente i temeljne (prve), komponente višeg harmonika.

I b I b + I m

Procjenjuje se stupanj izobličenja signala od strane pojačala koeficijent nelinearnog izobličenja, koji predstavlja kvadratni korijen omjera snaga svih viši harmonici izlaznog signala prema ukupnoj izlaznoj snazi:

,

ili blizu njega harmonijski koeficijent:

,

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

Pojačala niske frekvencije

Niskofrekventna pojačala (VLF) su relativno jednostavni uređaji u strukturi i, u isto vrijeme, vrlo teški za procjenu. Za sada nema objektivnih parametara za njihovu usporedbu i još nije jasno je li to u načelu moguće. Dakle, sporovi između pristaša i protivnika cijevnih pojačala još uvijek ne jenjavaju. No, budući da pojačala još treba nekako procijeniti, pogledajmo pobliže njihovu klasifikaciju i općeprihvaćene parametre koji se koriste za njihovu evaluaciju. Ostale vrste pojačala, osim niskofrekventnih izmjeničnih pojačala, nećemo se doticati i na njih ćemo podrazumijevati pod kraticom ULF, iako su mnogi parametri isti za sve vrste pojačala.

Apsolutno je potrebno napomenuti da ćemo razmatrati pojačala dizajnirana za kvalitetnu reprodukciju zvuka, stoga će sve ocjene pojačala i njihovih parametara, bolje ili lošije, polaziti od ovog kriterija. Idealan je Hi-End, klasični Hi-End u inženjerstvu, a ne audiofilskom smislu riječi, razvoj starog dobrog Hi-Fija - visoka vjernost u smislu tehničkih parametara i znanstvenih pojmova, mjerljiva i reproducibilna.

Ova predavanja su u potpunosti posvećena integriranim niskofrekventnim pojačalima. Nitko ne zna što će se dogoditi sutra, ali danas ne postoje integrirani ULF-i koji se po kvaliteti mogu usporediti s diskretnim pojačalima. Njihove prednosti su niska cijena (tisuće i desetke tisuća puta), male dimenzije i jednostavnost korištenja. Također postoji niz prednosti koje proizlaze iz tehnologije proizvodnje. Nemoguće je postići takvu istovjetnost parametara tranzistora diferencijalnih parova kao što su oni uzgojeni na jednom kristalu korištenjem diskretnih elemenata. Automatsko upravljanje toplinskim i električnim načinom rada najvažnijih energetskih struktura smještenih na istom čipu s ostatkom strujnog kruga je jednostavno i jednostavno. Sve prednosti i svo iskustvo stečeno tijekom proizvodnje operacijskih pojačala stoje Vam na usluzi. Nedostatak integriranih ULF-a je prije svega otežano odvođenje topline i poteškoća istovremenog rada s velikim i niskim strujama na istoj podlozi. Osim toga, pri njihovom razvoju nije postavljen zadatak postići nešto ekskluzivno. Ovo je, prije svega, jeftin masovni proizvod koji vam omogućuje postizanje izvrsnih rezultata jednostavno, jeftino i povoljno.

Kako bismo lakše razumjeli o čemu se radi, potrebno je podsjetiti se na niz općih pitanja. Stručnjaci to, naravno, možda neće pročitati, ali većina čitatelja želi osvježiti pamćenje na brojna pitanja, pogotovo jer nema puno moderne literature o ovom pitanju na ruskom. Za početnike se ova pitanja vjerojatno neće činiti potpuno obrađenima, 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 usporedbi s ulaznim signalom, bez promjene oblika. Vjerojatno ovo nije najbolja definicija, ali je sasvim prikladna za naše potrebe (usput, nisam naišao na apsolutno točne definicije). Iz definicije se može izvesti niz zaključaka. Često govore o naponskim pojačalima, strujnim pojačalima i pojačalima snage. U principu, to nisu sasvim ispravni izrazi. Mogu se koristiti kada se govori o glavnom zadatku danog pojačala ili o određenom opterećenju. Kad govorimo o ULF, uvijek mislimo na pojačanje snage.U kojim jedinicama se mjeri pojačanje? Decibeli (dB) su danas općeprihvaćeni u cijelom svijetu. Po prvi put su decibeli uvedeni u praksu za označavanje omjera snaga.

To je zbog činjenice da se glasnoća za ljudsko uho percipira kao izravno 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 postala općeprihvaćena norma da se za minimalnu osjetljivost uha uzima vrijednost od 0,5 dB. To bi trebala biti početna točka pri ocjenjivanju 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 proizlazi sljedeći zaključak: pojačalo, čija je snaga 10 puta veća, zvuči duplo glasnije nego samo. To se mora imati na umu pri odabiru izlazne snage pojačala.

Pojačanje napona za pojačala definirano je sinusoidnim ulaznim signalom kao omjerom izlaznog i ulaznog napona i, općenito govoreći, složena je veličina ovisno o frekvenciji.

U tehnologiji se dobitak shvaća kao njegov 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 čimbenicima. Osobito ovisi o frekvenciji ulaznog signala. Ovisnost pojačanja o frekvenciji jedna je od najvažnijih karakteristika pojačala i naziva se amplitudno-frekvencijska karakteristika (AFC) ili širina pojasa (frekvencijski odziv).

Idealno pojačalo ima apsolutno ravan frekvencijski odziv, ali prava pojačala su daleko od toga. Sva pojačala imaju pad frekvencijskog odziva u području visokih frekvencija iz više razloga, od kojih je glavni ograničena frekvencijska svojstva aktivnih elemenata: tranzistora, svjetiljki itd. Mnoga pojačala imaju niske frekvencije zbog utjecaja spojnih kondenzatora. Treba napomenuti da za ULF idealna karakteristika uopće nije ravna crta. Za njih je zanimljiv samo raspon od 16 Hz do 20 kHz, t.j. raspon zvučnih vibracija koje ljudsko uho čuje. Ekstrafrekventna područja, u kojima nema korisnog signala, već samo šum, kako iz unutarnjih tako i vanjskih izvora, samo pogoršavaju rad pojačala, smanjujući njegovu učinkovitost, a visokofrekventno područje, u slučaju ne previše uspješnog sklopa rješenja, čak predstavlja i određenu opasnost za izlazne stupnjeve i akustiku kada dođe do autogeneracije. Međutim, u high-end pojačalima, određena frekvencijska margina je neophodna iz brojnih 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 te granice, onda je ona umjetno ograničena. U nekim je slučajevima ovo područje suženo mnogo više ako izlazni uređaj u osnovi ne može reproducirati cijeli frekvencijski 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 je dao jedan programer. Ponekad je ovo graf ovisnosti pojačanja o frekvenciji, ponekad je to slabljenje izlaznog signala. Postoje i normalizirane karakteristike kada se omjer izlaznog napona ili pojačanja prema istoj vrijednosti mjerenoj na središnjoj frekvenciji nacrta duž Y-osi. Nedavno je pojam POWERBANDWIDTH (BW) postao široko rasprostranjen, koji označava širinu pojasa snage. Najvažnija stvar pri procjeni ovih karakteristika je zapamtiti da se granica frekvencijskog odziva određuje na razini od 0,5 razine na srednjim frekvencijama, ako je riječ o karakteristici snage (tj. na razini od -3 dB) i na razina od 0,707 (ili -6 dB), ako je napetost. Budući da su ove karakteristike vrlo ujednačene za moderna pojačala, najčešće se njihovi grafikoni niti ne prikazuju, već se jednostavno daju tablični podaci o širini pojasa ili graničnim frekvencijama, t.j. o onim frekvencijama na kojima pad frekvencijskog odziva doseže gore navedene vrijednosti. Dakle, gornja i donja granična frekvencija (fn, fL) se razlikuju.

Druga karakteristika kompleksnog pojačanja je fazni pomak koji uvodi pojačalo. Ovisnost faznog pomaka 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 integrirana pojačala ni za gotove proizvode, budući da njihovo je mjerenje iznimno teško i ne postoje zajednički standardi za izradu takvih mjerenja. Osim toga, ne postoji konsenzus o tome kako fazno izobličenje utječe na percepciju akustičnih signala, pa stoga ne postoje ujednačeni zahtjevi. Sva izobličenja valnog oblika opisana frekvencijskim i faznim karakteristikama su linearna, t.j. može se opisati funkcijama oblika

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

Najjednostavnije tranzistorsko pojačalo može biti dobar vodič za proučavanje svojstava uređaja. Sheme i dizajn su prilično jednostavni, možete samostalno izraditi uređaj i provjeriti njegov rad, izmjeriti sve parametre. Zahvaljujući modernim tranzistorima s efektom polja, doslovno možete napraviti minijaturno mikrofonsko pojačalo od samo tri elementa. I spojite ga na osobno računalo kako biste poboljšali parametre snimanja zvuka. A sugovornici će tijekom razgovora puno bolje i jasnije čuti vaš govor.

Frekventne karakteristike

Pojačala niske (zvučne) frekvencije nalaze se u gotovo svim kućanskim aparatima - glazbenim centrima, televizorima, radijima, magnetofonima, pa čak i osobnim računalima. Ali postoje i RF pojačala na tranzistorima, lampama i mikro krugovima. Njihova razlika je u tome što ULF omogućuje pojačavanje signala samo audio frekvencije, koju percipira ljudsko uho. Tranzistorska audio pojačala mogu reproducirati signale s 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 izravno ovisi o frekvenciji ulaznog signala. Graf ovisnosti ovih vrijednosti je praktički ravna linija. Ako se na ulaz pojačala primijeni signal s frekvencijom izvan raspona, kvaliteta rada i učinkovitost uređaja brzo će se smanjiti. ULF kaskade se u pravilu sastavljaju na tranzistorima koji rade u niskim i srednjim frekvencijskim rasponima.

Klase rada audio pojačala

Svi uređaji za pojačanje podijeljeni su u nekoliko klasa, ovisno o tome koji stupanj struje teče kroz kaskadu tijekom razdoblja rada:

1. Klasa "A" - struja teče bez prekida tijekom cijelog razdoblja rada stupnja pojačala.
2. U radnoj klasi "B" struja teče pola razdoblja.
3. Klasa "AB" označava da struja teče kroz stupanj pojačala tijekom vremena jednakog 50-100% perioda.
4. U "C" načinu rada električna struja teče manje od polovice radnog vremena.
5. Mode "D" ULF koristi se u radioamaterskoj praksi sasvim nedavno - nešto više od 50 godina. U većini slučajeva ovi su uređaji implementirani na bazi digitalnih elemenata i imaju vrlo visoku učinkovitost - preko 90%.

Distorzija u raznim klasama niskofrekventnih pojačala

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

Uz nestabilno napajanje, izlazni signal će se simulirati 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 učinkovitost - manje od 20%. Razlog je taj što je tranzistor stalno uključen i kroz njega stalno teče struja.

Da biste povećali (iako beznačajno) učinkovitost, možete koristiti push-pull sklopove. Jedan nedostatak je što poluvalovi na izlaznom signalu postaju neuravnoteženi. Ako pređemo iz klase "A" u "AB", nelinearna izobličenja će se povećati za 3-4 puta. Ali učinkovitost cijelog kruga uređaja i dalje će se povećati. ULF klase "AB" i "B" karakterizira povećanje izobličenja sa smanjenjem razine 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 načinu "A". Ali oni visokonaponski instalirani u izlaznim stupnjevima rade ili u "B" ili "AB". Takva su pojačala mnogo ekonomičnija od onih koji rade u klasi "A". Osjetno manji broj nelinearnih izobličenja - ne više od 0,003%. Bolji rezultati mogu se postići korištenjem bipolarnih tranzistora. U nastavku će biti riječi o principu rada pojačala na temelju ovih elemenata.

Ali još uvijek postoji veliki broj viših harmonika u izlaznom signalu, što zvuk čini karakterističnim metalnim. Postoje i sklopovi pojačala koji rade u klasi "AA". Imaju još manje harmonijskog izobličenja - 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 projektiranjem i montažom pojačala za kvalitetnu reprodukciju zvuka sve više preferiraju dizajn cijevi. Prednosti cijevnih pojačala su:

1. Vrlo niska vrijednost razine nelinearnog izobličenja u izlaznom signalu.
2. Viši harmonici su manji nego u dizajnu tranzistora.

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

Naravno, to nije baš veliki nedostatak – postoje i tranzistorski uređaji koji koriste transformatore kako bi uskladili izlazni stupanj i sustav zvučnika. Neki stručnjaci tvrde da je najučinkovitija shema hibridna - u kojoj se koriste jednostruka pojačala, koja nisu pokrivena negativnim povratnim informacijama. Štoviše, sve ove kaskade rade u ULF modu "A" klase. Drugim riječima, tranzistorsko pojačalo snage se koristi kao sljedbenik.

Štoviše, učinkovitost takvih uređaja je prilično visoka - oko 50%. Ali ne biste se trebali voditi samo pokazateljima učinkovitosti i snage - oni ne govore o visokoj kvaliteti reprodukcije zvuka od strane pojačala. Linearnost i kvaliteta su puno važniji. Stoga morate obratiti pažnju prije svega na njih, a ne na snagu.

Jednostruki ULF krug na tranzistoru

Najjednostavnije pojačalo sa zajedničkim emiterom radi u klasi "A". Krug koristi poluvodički element s n-p-n strukturom. Otpor R3 je ugrađen u kolektorski krug, koji ograničava struju koja teče. Kolektorski krug spojen je na pozitivnu strujnu žicu, a emiterski krug je spojen 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 tom slučaju kondenzator nije prepreka protoku izmjenične struje duž staze baza-emiter. Unutarnji otpor spoja emiter-baza, zajedno s otpornicima R1 i R2, najjednostavniji je 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 točno na pola. A ako napajate krug naponom od 20 Volti, možete vidjeti da će vrijednost strujnog dobitka h21 biti 150. Valja napomenuti da se KV pojačala na tranzistorima izvode prema sličnim krugovima, samo što malo rade različito.

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

Na otporniku R1 sada možete izračunati vrijednost pada - to je razlika između napona baze i napajanja. U ovom slučaju, osnovni napon može se pronaći 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. Krug sadrži kapacitet C2, koji je neophodan za provedbu kruga kroz koji može proći izmjenična 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 pozornost na činjenicu da su u gornjim proračunima pretpostavljene jednake struje baze i kolektora. Štoviše, bazna je struja 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 izračunu 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 možemo uzeti u obzir sličan primjer dizajn pojačala zvuka, sastavljenog prema shemi sa zajedničkim odašiljačem. Na fotografiji je prikazan sklop napravljen prema krugu sa zajedničkim izvorom. Na ulaznim i izlaznim krugovima skupljaju se RC veze tako da uređaj radi u načinu rada pojačala klase "A".

Izmjenična struja iz izvora signala odvojena je od izvora istosmjernog napona kondenzatorom C1. Imperativ je da tranzistorsko pojačalo s efektom polja ima potencijal vrata koji će biti manji od potencijala izvora. Na prikazanom dijagramu vrata su spojena na zajedničku žicu preko otpornika R1. Njegov otpor je vrlo velik - obično se u dizajnu koriste otpornici od 100-1000 kOhm. Tako veliki otpor bira se tako da se signal na ulazu ne šantira.

Ovaj otpor gotovo ne dopušta prolazak električne struje, zbog čega je potencijal vrata (u nedostatku signala na ulazu) jednak potencijalu 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 vrata manji od potencijala izvora. Naime, to je ono što je potrebno za normalno funkcioniranje tranzistora. Treba napomenuti da C2 i R3 u ovom krugu pojačala imaju istu namjenu kao u gore raspravljenom dizajnu. A ulazni signal je pomaknut u odnosu na izlazni za 180 stupnjeva.

ULF s transformatorom na izlazu

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

Kolektorski krug tranzistora opterećen je primarnim namotom, koji razvija izlazni signal koji se prenosi kroz sekundar na zvučnike. Razdjelnik napona sastavljen je na otpornicima R1 i R3, što vam omogućuje odabir radne točke tranzistora. Ovaj lanac opskrbljuje baznim naponom prednapon. Sve ostale komponente imaju istu svrhu kao iu krugovima o kojima smo gore govorili.

Push-pull audio pojačalo

To ne znači da se radi o jednostavnom tranzistorskom pojačalu, budući da 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 tih poluvalova pojačan je vlastitim stupnjem, napravljenim na tranzistoru. Nakon pojačanja svakog poluvala oba signala se spajaju i šalju na zvučnike. Takve složene transformacije mogu uzrokovati izobličenje signala, budući da 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, poluvalovi su asimetrični i dolazi do faznih izobličenja. Zvuk postaje manje razumljiv, a kada se zagrije, izobličenja signala se još više povećavaju, osobito na niskim i ultra-niskim frekvencijama.

ULF bez transformatora

LF pojačalo na tranzistoru, izrađeno pomoću transformatora, unatoč činjenici da dizajn može imati male dimenzije, još uvijek je nesavršen. Transformatori su još uvijek teški i glomazni pa ih se najbolje riješiti. Mnogo je učinkovitiji sklop koji se temelji na komplementarnim poluvodičkim elementima s različitim vrstama vodljivosti. Većina modernog ULF-a provodi se prema takvim shemama i radi u klasi "B".

Dva snažna tranzistora korištena u dizajnu rade u krugu sljedbenika emitera (zajednički kolektor). U tom slučaju ulazni napon se prenosi na izlazni bez gubitka i pojačanja. Ako na ulazu nema signala, tada su tranzistori na rubu uključivanja, ali su još uvijek isključeni. Kada se na ulaz primijeni harmonijski signal, otvara se pozitivni poluval prvog tranzistora, a drugi je u ovom trenutku u režimu prekida.

Posljedično, samo pozitivni poluvalovi 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 sklop tranzistorskog pojačala prilično je učinkovit i sposoban osigurati stabilan rad, kvalitetnu reprodukciju zvuka.

ULF krug na jednom tranzistoru

Proučivši sve gore navedene značajke, 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 ohma. 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 s naponom od 4,5-9 volti, struja - 0,3-0,5 A.

Ako otpor R1 nije spojen, tada u bazi i kolektoru neće biti struje. Ali kada je spojen, napon doseže razinu od 0,7 V i omogućuje protok struje od oko 4 μA. U ovom slučaju, trenutni dobitak će biti oko 250. Odavde možete napraviti jednostavan izračun pojačala na tranzistorima i saznati struju kolektora - ispada da je jednaka 1 mA. Nakon što ste sastavili ovaj krug tranzistorskog pojačala, možete ga provjeriti. Spojite opterećenje na izlaz - slušalice.

Dodirnite prstom ulaz pojačala - trebao bi se pojaviti karakterističan šum. Ako ga nema, onda je, najvjerojatnije, struktura pogrešno sastavljena. Ponovno provjerite sve spojeve i ocjene elemenata. Kako bi demonstracija bila jasnija, spojite izvor zvuka na ULF ulaz - izlaz iz playera ili telefona. Slušajte glazbu i uživajte u kvaliteti zvuka.

Pojačala niske frekvencije (ULF) koriste se za pretvaranje slabih signala, uglavnom u audio rasponu, u snažnije signale koji su prihvatljivi za izravnu percepciju putem elektrodinamičkih ili drugih odašiljača zvuka.

Imajte na umu da su visokofrekventna pojačala do frekvencija od 10 ... 100 MHz izgrađena prema sličnim shemama, a sva se razlika 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, izrađen prema shemi sa zajedničkim emiterom, prikazan je na Sl. 1. Kao teret se koristi telefonska kapsula. Dopušteni napon napajanja za ovo pojačalo je 3 ... 12 V.

Poželjno je eksperimentalno odrediti vrijednost prednaponskog otpornika R1 (desetke kΩ), budući da njegova optimalna vrijednost ovisi o naponu napajanja pojačala, otporu telefonske kapsule i koeficijentu prijenosa pojedinog tranzistora.

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

Za odabir početne vrijednosti 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 pristranog otpornika preporuča se uzastopno uključiti konstantni otpornik otpora od 20 ... 30 kOhm i varijabilni otpornik otpora od 100 ... 1000 kOhm, nakon čega primjenom audio signala male amplitude na ulaz pojačala, na primjer, iz kasetofona ili playera, zakrenite gumb varijabilnog otpornika kako biste postigli najbolju kvalitetu signala pri najvećoj glasnoći.

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

Poboljšane opcije pojačala s jednim tranzistorom

Kompliciran i poboljšan u usporedbi sa krugom na sl. 1 krugovi pojačala prikazani su na sl. 2 i 3. Na dijagramu na sl. 2, stupanj pojačanja dodatno sadrži lanac negativnih povratnih informacija ovisnih o frekvenciji (otpornik R2 i kondenzator C2), što poboljšava kvalitetu signala.

Riža. 2. Shema jednotranzistorskog ULF-a s frekvencijsko-ovisnim krugom negativne povratne sprege.

Riža. 3. Jednotranzistorsko pojačalo s razdjelnikom za dovod prednapona na bazu tranzistora.

Riža. 4. Jednotranzistorsko pojačalo s automatskim podešavanjem prednapona za bazu tranzistora.

U dijagramu na sl. 3, pristranost baze tranzistora je postavljena "kruto" uz pomoć razdjelnika, što poboljšava kvalitetu pojačala kada se promijene njegovi radni uvjeti. "Automatsko" podešavanje prednapona bazirano na tranzistoru za pojačanje koristi se u krugu na sl. 4.

Dvostupanjsko tranzistorsko pojačalo

Serijskim spajanjem dva najjednostavnija stupnja pojačanja (slika 1), možete dobiti dvostupanjski ULF (slika 5). Pojačanje takvog pojačala jednako je umnošku pojačanja pojedinih stupnjeva. Međutim, nije lako postići veliki trajni dobitak naknadnim povećanjem broja stupnjeva: pojačalo će se vjerojatno samopobuditi.

Riža. 5. Shema jednostavnog dvostupanjskog bas pojačala.

Novi razvoj niskofrekventnih pojačala, čiji se sklopovi posljednjih godina često citiraju na stranicama časopisa, usmjereni su na postizanje minimalnog ukupnog harmonijskog izobličenja, povećanje izlazne snage, proširenje frekvencijskog pojasa koji treba pojačati itd.

Istodobno, pri postavljanju raznih uređaja i provođenju eksperimenata često je potreban jednostavan ULF koji se može sastaviti za nekoliko minuta. Takvo pojačalo treba sadržavati minimalan broj manjkavih elemenata i raditi u širokom rasponu varijacija napona napajanja i otpora opterećenja.

ULF krug na tranzistorima s efektom polja i silicij

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

Uz opterećenje visokog otpora, tranzistor KT315 se može koristiti kao VT2. Pojačalo radi u rasponu 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 potonjem slučaju (C1 = 100 μF), ULF može raditi u frekvencijskom području od 50 Hz do 200 kHz i više.

Riža. 6. Shema jednostavnog pojačala niske frekvencije na dva tranzistora.

Amplituda ULF ulaznog signala ne smije biti veća od 0,5 ... 0,7 V. Izlazna snaga pojačala može varirati od desetaka mW do jedinica W, ovisno o otporu opterećenja i veličini napona napajanja.

Ugađanje pojačala sastoji se 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 (hladnjak).

Izravno spojeni gusjenični ULF

Na sl. Slika 7 prikazuje dijagram drugog naizgled jednostavnog ULF-a s izravnim vezama između stupnjeva. Ova vrsta spajanja poboljšava frekvencijski odziv pojačala u niskofrekventnom području, a cjelokupni sklop je pojednostavljen.

Riža. 7. Shematski dijagram trostupanjskog ULF-a s izravnom vezom između stupnjeva.

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

Kaskadni ULF sklopovi 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 frekvencijskom području od 30 Hz do 120 kHz [MK 2 / 86-15]. ULF prema shemi na Sl. 9 s koeficijentom harmonika manjim od 1% ima pojačanje od 100 [RL 3 / 99-10].

Riža. 8. Kaskadno ULF na dva tranzistora s pojačanjem = 5.

Riža. 9. Kaskadno ULF na dva tranzistora s pojačanjem = 100.

Ekonomičan ULF na tri tranzistora

Za prijenosnu elektroničku opremu važan parametar je učinkovitost 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 točku VT1 i VT3.

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

Riža. 10. Shema jednostavnog ekonomičnog bas pojačala na tri tranzistora.

Kao iu gornjem krugu (vidi sliku 6), ulazna impedancija ovog ULF-a može se postaviti u rasponu od desetaka ohma do desetaka megooma. Kao opterećenje korištena je telefonska kapsula, na primjer, TK-67 ili TM-2V. Telefonska kapsula, koja je spojena pomoću utikača, može istovremeno služiti kao prekidač za napajanje strujnog kruga.

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 rasponu 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.

Dvostupanjski ULF s izravnom vezom između stupnjeva

Primjeri ULF-a s izravnim priključcima i minimalnim odabirom načina rada su krugovi prikazani na sl. 11 - 14. Imaju veliki dobitak i dobru stabilnost.

Riža. 11. Jednostavan dvostupanjski ULF za mikrofon (niski šum, visoki KU).

Riža. 12. Dvostupanjsko pojačalo niske frekvencije na tranzistorima KT315.

Riža. 13. Dvostupanjsko niskofrekventno pojačalo na tranzistorima KT315 - opcija 2.

Mikrofonsko pojačalo (slika 11) karakterizira niska razina intrinzičnog 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 točke (početna pristranost na temelju ulaznog tranzistora) pojačala na sl. 11 - 13 izvodi se zbog pada napona na otporu emitera drugog stupnja pojačanja.

Riža. 14. Dvostupanjski ULF s tranzistorom na polju.

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

Kaskadno niskofrekventno tranzistorsko pojačalo s efektom polja, također ima visoku ulaznu impedanciju, prikazano je na Sl. 15.

Riža. 15. sklop jednostavnog dvostupanjskog ULF-a na dva tranzistora s efektom polja.

ULF krugovi za rad s niskim opterećenjem

Tipični ULF-ovi dizajnirani za rad na opterećenju niske impedancije i koji imaju izlaznu snagu od nekoliko desetaka mW i više prikazani su na Sl. 16, 17.

Riža. 16. Jednostavan ULF za rad s uključivanjem opterećenja s 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 izrađen od dvije serijski spojene baterije (akumulatora), desni izlaz glave BA1 prema shemi može se spojiti izravno na njihovu središnju točku, bez kondenzatora SZ, S4.

Riža. 17. Sklop niskofrekventnog pojačala s uključivanjem opterećenja niske impedancije u dijagonali mosta.

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

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

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