Простые унч на транзисторах своими руками: Унч на транзисторах своими руками, схемы. Транзисторные усилители

Содержание

Схема усилителя звука на одном транзисторе


Усилители мощности

Этот раздел целиком посвящен Усилителям Мощности Низкой Частоты (УНЧ). Здесь вы найдете: схемы транзисторных УНЧ, ламповых УНЧ, усилителей мощности в автомобиль, теорию построения усилителей и др. Если у вас возникли какие-либо вопросы по данной теме, то заходите в форум по аудиотехнике, где вы сможете найти массу полезной информации, печатные платы для усилителей, описание настройки УНЧ и где на ваши вопросы постараются ответить грамотные специалисты и участники форума.

Схемы автомобильных усилителей мощности:
  • Упрощенный Zero D 50 Rev D4 для фронтальной акустики в авто
  • Высококачественный мощный усилитель моноблок
  • Проект Black Angel-2
  • Проект Black Angel-2 (вторая версия)
  • Автомобильный усилитель моноблок (TDA7294)
  • Lanzar Lite 2×50 Ватт
  • Авто 400(На STK4048XI)
  • Схема автомобильного УНЧ на TDA1562Q
  • Авто стереоусилитель на TDA1562Q
  • «Несжигаемый» УНЧ для автомагнитолы
  • Автомобильный усилитель 2×40 Вт
  • Усилитель на микросхеме TA8251AH (TA8255AH)
  • Усилитель на микросхеме TDA1557Q
  • Усилитель на микросхеме TDA1558Q
  • Усилитель на микросхеме TA8210AH (PDF)
  • Усилитель на микросхеме TA8221AH (PDF)
  • Усилитель на микросхеме TA8215H
  • Усилитель на TA8215
  • Стерео усилитель на TA2020-020
  • Усилитель на TDA2030
  • 2.1 канальный усилитель мощности
  • Усилитель на TDA2030A
  • Возможности УНЧ TDA2030
  • УНЧ 12 Ватт на TDA2006
  • Усилитель на TDA2025
  • Усилитель на микросхеме HA13150A (Жук)
  • Аудио усилитель на микросхеме HA13151
  • Трёхканальный УНЧ на TDA1518BQ
  • Усилитель на микросхеме TDA7250 (SMD)
  • Усилитель мощности с блоком питания на TDA7294
  • УМЗЧ для автомобиля на TDA7294
  • Возвращаясь к TDA7294
  • Усилитель мощности 4 х 30 Вт на TDA7386
  • УМЗЧ для автомобиля на TDA1560Q
  • УМЗЧ для автомобиля на TDA1554Q
Схемы стационарных усилителей мощности:
  • Усилитель мощности «Weltraum» [2020]
  • АМПовичок. Часть 1
  • АМПовичок. Часть 2
  • АМПовичок. Часть 3
  • УМЗЧ без общего провода
  • ПалНик — рекомендации по сборке
  • Усилитель JLH (John Linsley-Hood) Class-A
  • Усилитель мощности с раздельным питанием BlackBen [2017]
  • Симметричный УМЗЧ — 43 (350Вт 8Ом)
  • Дачно-гаражно-подвальный усилитель мощности Падик (50-90Вт)
  • Усилитель мощности С-001
  • Простой усилитель без лишних понтов [2014]
  • Усилитель мощности Only Music 3 (ex «оплеуха микрухам») [2017]
  • Оплеуха 2.5 [2013]
  • Усилитель мощности Only Music 2.7 (ex «оплеуха микрухам») [2018]
  • «Оплеуха Микрухам» или Mark 2 [2012]. FAQ по сборке
  • «Оплеуха Микрухам» или Mark 2 [2011] (версия устарела)
  • Усилитель класса ЭА (Варианты 5 и 6)
  • Усилитель класса ЭА (Super A, Non switching)
  • Студийный усилитель класса ЭА V1.2
  • GAINCLONE-2007 (УНЧ на м/с LME49810)
  • Kindtree-A140m (TDA7294)
  • Усилитель Маршала Лича 275 Ватт
  • PA100 2x100W усилитель своими руками (4хLM3886)
  • Усилитель мощности на 50Вт с использованием микросхемы LM3886
  • Высококачественный усилитель мощностью 50Вт на микросхеме TDA1514A
  • Высококачественный усилитель В класса 2х40 Вт
  • Высококачественный усилитель с 4-канальным микшером и цифровым управлением
  • Полная переделка усилителя Радиотехника У101
  • HI-FI по русски
  • 200 Ватт на TDA7293
  • FAQ по TDA7293/7294
  • Усилитель на TDA7294
  • Самодельный усилитель на TDA 7294 (часть 1)
  • Самодельный усилитель на TDA 7294 (часть 2)
  • Самодельный усилитель на TDA 7294 (часть 3)
  • Простой усилитель на TDA7294 с печатной платой и внешним видом
  • Усилитель 112 Вт для сабвуфера
  • Усилитель на STK40**
  • Усилитель мощности ЗЧ(80 Вт)
  • Маломощный гибридный усилитель для кухни
  • УМЗЧ на базе операционного усилителя КР544УД2
  • УЗЧ на базе А2030 (2×180 Вт)
  • Усилитель к компьютеру на LM1875
  • Монофонический усилитель мощности НЧ на LM1875
  • Мультимедийная акустика Dowell SP-700 (TDA2030A)
  • УНЧ на микросхеме TDA7560 для домашней акустики
  • Бобёр-1. Простой и хороший усилитель класса T
  • Простой высококачественный УМЗЧ
  • Усилитель Hi-Fi на комплементарных транзисторах
  • Мощный 2х50 Вт импульсный УНЧ класса D
  • Усилитель класса D 100 Вт
  • Звуковой усилитель для меломанов и аудиофилов от Ульянова
  • Усилитель мощности 30 Ватт на транзисторах
  • Усилитель мощности на 5-ти транзисторах
  • Усилитель мощности на 6-ти транзисторах
  • Схемотехника термостабильных УМЗЧ с «настоящим» суперА
  • Ультралинейный усилитель класса «А»
  • 24 Ватт усилитель класса А
  • Усилитель Pass Zen
  • Усилитель PowerAmper 250
  • Усилитель PPI 4240
  • БезОООСный УНЧ с TND каскадом
  • Простой УМЗЧ мощностью 0.5-1 Вт
  • Усилитель на 4-х транзисторах
  • Усилитель на 4-х транзисторах с плавающим питанием
  • Усилитель на полевых транзисторах (историческая схема)
  • Звуковой аудиокомплекс
  • Трехканальный мультимедийный УМЗЧ (есть печатная плата)
  • Высококачественный экономичный усилитель мощности (с печатной платой)
  • Простой, но полезный усилитель
  • Простой усилитель звуковой частоты на микросхеме К548УН1А
  • Усилитель в корпусе блока питания ПК
  • Простой усилитель звука на транзисторах
  • Двухканальный усилитель мощности на MAX9751
  • Усилитель мощности на TDA1562 (P=55 Ватт)
  • Простой усилитель низкой частоты на TDA7377 и NE5532
  • Усилитель мощности класса D (25/50 Вт)на MAX9709
  • Усилитель мощности 60/120 Ватт на LM4780
  • Мощный усилитель класса D
  • Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима
  • Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадом.
  • Усилитель мощности класса В с коррекцией искажений из-за использования прямой связи.
  • Выходной каскад УЗЧ
  • Усилитель мощности на комплементарных транзисторах
  • Усилитель мощности с полевым транзистором
  • Широкополосный УМЗЧ с малыми искажениями
  • УНЧ на на микросхеме C1316C
  • Три простые схемы УНЧ для новичков
  • Усилитель НЧ с малыми искажениями
  • Портативный усилитель 2×22Вт с кнопочным управлением
  • Маломощные усилители с электронным управлением
  • Простой усилитель мощности на КТ805 (20 Вт)
  • Усилитель класса В
  • Мостовые усилители мощности. Часть первая, одноканальная
  • Мостовые усилители мощности.Часть вторая, двухканальная
  • Мостовые усилители мощности. Часть третья, четырехканальная
  • УМЗЧ на базе STA515
  • УМЗЧ с выходным каскадом на полевых транзисторах
  • УМЗЧ повышенной мощности (для дискотеки) на STK4231
  • УМЗЧ мощностью 320 Вт на микросхеме STK4231
  • УМЗЧ без общей обратной связи
  • Модуль усилителя класса D для сабвуфера на микросхеме IR2111
  • Простой усилитель 0.7 — 1.5 Вт (два варианта)
  • Усилитель на MOSFET транзисторах с микроконтроллерным управлением
  • Простой 14-ваттный усилитель на LM4730
  • Простой усилитель низкой частоты 2.5 Ватт
  • Портативный усилитель на TBA820
  • Аудио-усилитель D-класса на микросхеме TPA3122
  • Миниатюрный усилитель на TDA2822L
Схемы ламповых усилителей мощности:
  • Двухтактный ультралинейный ламповый УНЧ на EL84 (6П14П). Современный подход к классической теме
  • Ламповый УМЗЧ начального уровня
  • Ламповый УМЗЧ начального уровня (работа над ошибками)
  • Улучшенный вариант лампового УНЧ начального уровня с параллельным включением ламп
  • Лампово-полупроводниковый УМЗЧ
  • Ламповый усилитель на EL-34
  • Мощный ламповый усилок с многопетлевой ООС
  • Ламповый гитарный усилитель
  • Ламповый гитарный усилитель на 6Ж8 и 6П6С
  • Стабилизация тока накала ламп УНЧ
  • Концепция конструирования современных ламповых УЗЧ
  • Конструктивные особенности и дизайн. Регулировка и измерения параметров
  • Технология изготовления самодельных намоточных узлов
  • Усилитель заработал, что дальше?
  • От «транзисторного» звучания усилителя «прибой» к «ламповому»
  • Акробатика ламповых каскадов
  • Настройка ламповых УМЗЧ
  • Два триода, рожки, да ножки. Для новичков без сложностей
  • Усилитель SINGLE END 6Э5П-6П45С
  • Мощный ламповый усилитель
  • Усилитель по схеме Лофтин-Уайт от Анатолия Манакова
  • SE усилитель на Г-807 от Манакова А.И.
  • Однотактный высококачественный ламповый усилитель мощности
  • Однотактный ламповый усилитель мощности 6Ж1П, 6П1П
  • Ультралинейный усилитель на 6Н2П, 6П14П
  • Усилитель на 6Ж1П, 6П14П
  • Стереофонический трёхламповый усилитель
  • Однотактный усилитель Рвых =15 Ватт
  • Усилитель с параллельным включением ламп в выходном каскаде
  • Простой двухтактный усилитель
  • Двухтактный усилитель класса А
  • Двухтактный усилитель на триод-пентодах
  • Двухтактный усилитель мощности на 6Н9С и 6П13С
  • Ультралинейный усилитель на 6Н2П, 6П14П Рвых=12 Ватт
  • Ультралинейный усилитель с микрофонным входом
  • Триодный усилитель
  • Триодный усилитель класса В
  • Мощный (80 Ватт) ламповый усилитель (4шт. 6Р3С на выходе)
  • Ответ Лофтин-Уайту от Комиссарова
  • SE на 6Н30П и 6Э5П
  • SE усилитель на 6П36С
  • SE усилитель на 6Ж52П и 6П43П
  • Гибридный УМЗЧ без ООС
  • Анодный таймер
  • Ламповый гитарный усилитель (distortion и clean)
  • Гибридный усилитель для бас-гитары
Усилители для наушников:
  • Ламповый УНЧ для наушников — новое решение
  • УНЧ для наушников. Качество в простоте, плюс бесшумность
  • Ламповый усилитель для наушников NP-100v12
  • Малошумящий усилитель для наушников на ОУ
  • Линейный транзисторный усилитель для наушников
  • Простейший ламповый усилитель для наушников с низковольтным питанием
  • Низковольтный лампово-транзисторный усилитель для компьютерных наушников
  • Усилитель без усиления для наушников
  • Усилитель для низкоомных наушников на ОУ с линейным выходным транзисторным буфером
  • Зачем наушникам усилитель?
  • Усилитель для наушников Uxi
  • Повторитель для наушников стационарный «SAQ-SHF»
  • Композитный усилитель для наушников на LMH6672
  • Качественный усилитель/драйвер для наушников, с электронным регулятором громкости и баланса
  • Маломощный усилитель для наушников на APA3541
  • Маломощный усилитель для наушников с регулятором тембра
  • Усилитель для наушников на TLC274 по мостовой схеме
Девайсы от Клаусмобиля:
  • Двухтактный усилитель на 6С4С
  • Дитя Верблюда-полный DHT…
  • Бестрансформаторный двухтактный усилитель Мамонт-1
  • Однотактный драйвер для бестрансформаторного усилителя (Circlotron)
  • Клаускорректор-1
  • Клаускорректор-2
  • Батарейный накал в ламповом усилителе. Коммутатор батарей с контролем разряда.
  • Контроль переменного тока накала в усилителе мощности
  • Правда о цирклотроне… вся правда, и ничего, кроме правды
  • Варианты фиксированного смещения 6Н13С
Разное:
  • Установка Bluetooth модуля в УНЧ времен СССР
  • Операционные усилители в звукотехнике
  • Руководство по проектированию усилителей мощности
  • Простейший усилитель на LM386 с возможностью регулировки усиления (до 74 дБ)
  • Высококачественный инвертор для усилителя класса Д
  • Модулятор Hi-END усилителя
  • Защита АС на микросхеме uPC1237 (СА1237HA)
  • Софт старт (плавный пуск) для УМЗЧ
  • Электронная защита для ремонта УМЗЧ
  • О компонентах используемых в УНЧ. Конденсаторы и резисторы
  • О компонентах используемых в УНЧ. Провода
  • О конденсаторах…
  • Диод VS Резистор?! Чем развязать усилитель напряжения и выходной каскад усилителя мощности
  • Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление
  • Транзисторный УМЗЧ на пути к совершенству
  • Демпинг-фактор, мифы и реальность
  • Схемотехника микрофонных усилителей
  • Что такое DDX?
  • Старое, но золотое
  • Помехи в усилителях
  • Усилители мощности на полевых транзисторах
  • Тайны лампового звука
  • Звук в вакууме
  • Формулы для определения максимальной (неискажённой) мощности от УНЧ
  • О мощности, ваттах, децибелах…
  • Устройство управления вентилятором охлаждения усилителя мощности
  • Эквивалент нагрузки для УМЗЧ
  • Цирклотрон на двух транзисторах
  • Токовый цирклотрон на двух транзисторах
  • Усилитель для домофона

Схема простого усилителя звука на одном транзисторе

Получить хорошие электрические характеристики в усилителе, собранном на одном полупроводнике практически невозможно, поэтому качественные устройства собираются на нескольких полупроводниковых приборах. Такие конструкции дают на низкоомной нагрузке десятки и сотни ватт и предназначены для работы в Hi-Fi комплексах. При выборе устройства может возникнуть вопрос, на каких транзисторах можно сделать усилитель звука. Это могут быть любые кремниевые или германиевые полупроводники. Широкое распространение получили УНЧ, собранные на полевых полупроводниках. Для устройств малой мощности с низковольтным питанием можно применить кремниевые изделия КТ 312, КТ 315, КТ 361, КТ 342 или германиевые старых серий МП 39-МП 42.

Усилитель мощности своими руками на транзисторах можно выполнить на комплементарной паре КТ 818Б-КТ 819Б. Для такой конструкции потребуется предварительный блок, входной каскад и предоконечный блок. Предварительный узел включает в себя регулировку уровня сигнала и регулировку тембра по высоким и низким частотам или многополосный эквалайзер. Напряжение на выходе предварительного блока должно быть не менее 0,5 вольта. Входной узел блока мощности можно собрать на быстродействующем операционном усилителе. Для того чтобы раскачать оконечную часть потребуется предоконечный каскад, который собирается на комплементарной паре приборов средней мощности КТ 816-КТ 817. Конструкции мощных усилителей низкой частоты отличаются сложной схемотехникой и большим количеством комплектующих элементов. Для правильной регулировки и настройки такого блока потребуется не только тестер, но осциллограф, и генератор звуковой частоты.

Современная элементная база включает в себя мощные MOSFET приборы, позволяющие конструировать УНЧ высокого класса. Они обеспечивают воспроизведение сигналов в полосе частот от 20 Гц до 40 кГц с высокой линейностью, коэффициент нелинейных искажений менее 0,1% и выходную мощность от 50 W и выше. Данная конструкция проста в повторении и регулировке, но требует использования высококачественного двухполярного источника питания.

Две схемы унч на транзисторах. Простой транзисторный усилитель класса «А Унч на 2 транзисторах разной проводимости схема

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками:

именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

  • Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
  • Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
  • Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
  • Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
  • В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
  • Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
  • Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри.

Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

  • Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
  • Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
  • Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

  1. Полосе воспроизводимых частот.
  2. Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
  3. Уровню собственных шумов в дБ.
  4. Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
  5. Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

  • До 8 кв. м – 15-20 Вт.
  • 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
  • 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
  • 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
  • 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
  • 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
  • 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
  • Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

  1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
  2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
  3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

  1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
  2. Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
  3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
  4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
  5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
  6. Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

Редакция сайта «Две Схемы» представляет простой, но качественный усилитель НЧ на транзисторах MOSFET. Его схема должна быть хорошо известна радиолюбителям аудиофилам, так как ей уже лет 20. Схема является разработкой знаменитого Энтони Холтона, поэтому её иногда так и называют — УНЧ Holton. Система усиления звука имеет низкие гармонические искажения, не превышающие 0,1%, при мощности на нагрузку порядка 100 Ватт.

Данный усилитель является альтернативой для популярных усилителей серии TDA и подобных попсовых, ведь при чуть большей стоимости можно получить усилитель с явно лучшими характеристиками.

Большим преимуществом системы является простая конструкция и выходной каскад, состоящий из 2-х недорогих МОП-транзисторов. Усилитель может работать с динамиками сопротивлением как 4, так и 8 Ом. Единственной настройкой, которую необходимо выполнить во время запуска — будет установка значения тока покоя выходных транзисторов.

Принципиальная схема УМЗЧ Holton


Усилитель Холтон на MOSFET — схема

Схема является классическим двухступенчатым усилителем, он состоит из дифференциального входного усилителя и симметричного усилителя мощности, в котором работает одна пара силовых транзисторов. Схема системы представлена выше.

Печатная плата


Печатная плата УНЧ — готовый вид

Вот архив с PDF файлами печатной платы — .

Принцип работы усилителя

Транзисторы Т4 (BC546) и T5 (BC546) работают в конфигурации дифференциального усилителя и рассчитаны на питание от источника тока, построенного на основе транзисторов T7 (BC546), T10 (BC546) и резисторах R18 (22 ком), R20 (680 Ом) и R12 (22 ком). Входной сигнал подается на два фильтра: нижних частот, построенный из элементов R6 (470 Ом) и C6 (1 нф) — он ограничивает ВЧ компоненты сигнала и полосовой фильтр, состоящий из C5 (1 мкф), R6 и R10 (47 ком), ограничивающий составляющие сигнала на инфранизких частотах.

Нагрузкой дифференциального усилителя являются резисторы R2 (4,7 ком) и R3 (4,7 ком). Транзисторы T1 (MJE350) и T2 (MJE350) представляют собой еще один каскад усиления, а его нагрузкой являются транзисторы Т8 (MJE340), T9 (MJE340) и T6 (BD139).

Конденсаторы C3 (33 пф) и C4 (33 пф) противодействуют возбуждению усилителя. Конденсатор C8 (10 нф) включенный параллельно R13 (10 ком/1 В), улучшает переходную характеристику УНЧ, что имеет значение для быстро нарастающих входных сигналов.

Транзистор T6 вместе с элементами R9 (4,7 ком), R15 (680 Ом), R16 (82 Ом) и PR1 (5 ком) позволяет установить правильную полярность выходных каскадов усилителя в состоянии покоя. С помощью потенциометра необходимо установить ток покоя выходных транзисторов в пределах 90-110 мА, что соответствует падению напряжения на R8 (0,22 Ом/5 Вт) и R17 (0,22 Ом/5 Вт) в пределах 20-25 мВ. Общее потребление тока в режиме покоя усилителя должен быть в районе 130 мА.

Выходными элементами усилителя являются МОП-транзисторы T3 (IRFP240) и T11 (IRFP9240). Транзисторы эти устанавливаются как повторитель напряжения с большим максимальным выходным током, таким образом, первые 2 каскада должны раскачать достаточно большую амплитуду для выходного сигнала.

Резисторы R8 и R17 были применены, в основном, для быстрого измерения тока покоя транзисторов усилителя мощности без вмешательства в схему. Могут они также пригодиться в случае расширения системы на еще одну пару силовых транзисторов, из-за различий в сопротивлении открытых каналов транзисторов.

Резисторы R5 (470 Ом) и R19 (470 Ом) ограничивают скорость зарядки емкости проходных транзисторов, а, следовательно, ограничивают частотный диапазон усилителя. Диоды D1-D2 (BZX85-C12V) защищают мощные транзисторы. С ними напряжение при запуске относительно источников питания у транзисторов не должно быть больше 12 В.

На плате усилителя предусмотрены места для конденсаторов фильтра питания С2 (4700 мкф/50 в) и C13 (4700 мкф/50 в).


Самодельный транзисторный УНЧ на МОСФЕТ

Управление питается через дополнительный RC фильтр, построенный на элементах R1 (100 Ом/1 В), С1 (220 мкф/50 в) и R23 (100 Ом/1 В) и C12 (220 мкф/50 в).

Источник питания для УМЗЧ

Схема усилителя обеспечивает мощность, которая достигает реальных 100 Вт (эффективное синусоидальная), при входном напряжении в районе 600 мВ и сопротивлением нагрузки 4 Ома.


Усилитель Холтон на плате с деталями

Рекомендуемый трансформатор — тороид 200 Вт с напряжением 2х24 В. После выпрямления и сглаживания должно получиться двух полярное питание усилители мощности в районе +/-33 Вольт. Представленная здесь конструкция является модулем монофонического усилителя с очень хорошими параметрами, построенного на транзисторах MOSFET, который можно использовать как отдельный блок или в составе .

После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.

Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.

Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.

Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.

Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.

Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.

Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.

Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.

Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.

И наконец — третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.

Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.

Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.

Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Усилитель на микросхеме TDA2003
Аудио усилитель

TDA2003

1 В блокнот
С1 47 мкФ х 25В 1 В блокнот
С2 Конденсатор 100 нФ 1 Пленочный В блокнот
С3 Электролитический конденсатор 1 мкФ х 25В 1 В блокнот
С5 Электролитический конденсатор 470 мкФ х 16В 1 В блокнот
R1 Резистор

100 Ом

1 В блокнот
R2 Переменный резистор 50 кОм 1 От 10 кОм до 50 кОм В блокнот
Ls1 Динамическая головка 2-4 Ом 1 В блокнот
Усилитель на транзисторах схема №2
VT1-VT3 Биполярный транзистор

КТ315А

3 В блокнот
С1 Электролитический конденсатор 1 мкФ х 16В 1 В блокнот
С2, С3 Электролитический конденсатор 1000 мкФ х 16В 2 В блокнот
R1, R2 Резистор

100 кОм

2 В блокнот
R3 Резистор

47 кОм

1 В блокнот
R4 Резистор

1 кОм

1 В блокнот
R5 Переменный резистор 50 кОм 1 В блокнот
R6 Резистор

3 кОм

1 В блокнот
Динамическая головка 2-4 Ом 1 В блокнот
Усилитель на транзисторах схема №3
VT2 Биполярный транзистор

КТ315А

1 В блокнот
VT3 Биполярный транзистор

КТ361А

1 В блокнот
VT4 Биполярный транзистор

КТ815А

1 В блокнот
VT5 Биполярный транзистор

КТ816А

1 В блокнот
VD1 Диод

Д18

1 Или любой маломощный В блокнот
С1, С2, С5 Электролитический конденсатор 10 мкФ х 16В 3

Усилитель на транзисторах, несмотря на свою уже долгую историю, остается излюбленным предметом исследования как начинающих, так и маститых радиолюбителей. И это понятно. Он является непременной составной частью самых массовых и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители на транзисторах.

Частотная характеристика усилителя

В любом теле- или радиоприемнике, в каждом музыкальном центре или усилителе звука можно найти транзисторные усилители звука (низкой частоты — НЧ). Разница между звуковыми транзисторными усилителями и другими видами заключается в их частотных характеристиках.

Звуковой усилитель на транзисторах имеет равномерную частотную характеристику в полосе частот от 15 Гц до 20 кГц. Это означает, что все входные сигналы с частотой внутри этого диапазона усилитель преобразует (усиливает) примерно одинаково. На рисунке ниже в координатах «коэффициент усиления усилителя Ку — частота входного сигнала» показана идеальная кривая частотной характеристики для звукового усилителя.

Эта кривая практически плоская с 15 Гц по 20 кГц. Это означает, применять такой усилитель следует именно для входных сигналов с частотами между 15 Гц и 20 кГц. Для входных сигналов с частотами выше 20 кГц или ниже 15 Гц эффективность и качество его работы быстро уменьшаются.

Вид частотной характеристики усилителя определяется электрорадиоэлементами (ЭРЭ) его схемы, и прежде всего самими транзисторами. Звуковой усилитель на транзисторах обычно собран на так называемых низко- и среднечастотных транзисторах с суммарной полосой пропускания входных сигналов от десятков и сотен Гц до 30 кГц.

Класс работы усилителя

Как известно, в зависимости от степени непрерывности протекания тока на протяжении его периода через транзисторный усилительный каскад (усилитель) различают следующие классы его работы: «А», «B», «AB», «C», «D».

В классе работы ток «А» через каскад протекает на протяжении 100 % периода входного сигнала. Работу каскада в этом классе иллюстрирует следующий рисунок.

В классе работы усилительного каскада «AB» ток через него протекает более чем 50 %, но менее чем 100 % периода входного сигнала (см. рисунок ниже).

В классе работы каскада «В» ток через него протекает ровно 50 % периода входного сигнала, как это иллюстрирует рисунок.

И наконец в классе работы каскада «C» ток через него протекает менее чем 50 % периода входного сигнала.

НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы

В рабочей области транзисторный усилитель класса «А» обладает малым уровнем нелинейных искажений. Но если сигнал имеет импульсные выбросы по напряжению, приводящие к насыщению транзисторов, то вокруг каждой «штатной» гармоники выходного сигнала появляются высшие гармоники (вплоть до 11-й). Это вызывает феномен так называемого транзисторного, или металлического, звука.

Если НЧ-усилители мощности на транзисторах имеют нестабилизированное питание, то их выходные сигналы модулируются по амплитуде вблизи частоты сети. Это ведет к жёсткости звука на левом краю частотной характеристики. Различные же способы стабилизации напряжения делают конструкцию усилителя более сложной.

Типовой КПД однотактного усилителя класса А не превышает 20 % из-за постоянно открытого транзистора и непрерывного протекания постоянной составляющей тока. Можно выполнить усилитель класса А двухтактным, КПД несколько повысится, но полуволны сигнала станут более несимметричными. Перевод же каскада из класса работы «А» в класс работы «АВ» повышает вчетверо нелинейные искажения, хотя КПД его схемы при этом повышается.

В усилителях же классов «АВ» и «В» искажения нарастают по мере снижения уровня сигнала. Невольно хочется врубить такой усилитель погромче для полноты ощущений мощи и динамики музыки, но зачастую это мало помогает.

Промежуточные классы работы

У класса работы «А» имеется разновидность — класс «А+». При этом низковольтные входные транзисторы усилителя этого класса работают в классе «А», а высоковольтные выходные транзисторы усилителя при превышении их входными сигналами определенного уровня переходят в классы «В» или «АВ». Экономичность таких каскадов лучше, чем в чистом классе «А», а нелинейные искажения меньше (до 0,003 %). Однако звук у них также «металлический» из-за наличия высших гармоник в выходном сигнале.

У усилителей еще одного класса — «АА» степень нелинейных искажений еще ниже — около 0,0005 %, но высшие гармоники также присутствуют.

Возврат к транзисторному усилителю класса «А»?

Сегодня многие специалисты в области качественного звуковоспроизведения ратуют за возврат к ламповым усилителям, поскольку уровень нелинейных искажений и высших гармоник, вносимых ими в выходной сигнал, заведомо ниже, чем у транзисторов. Однако эти достоинства в немалой степени нивелируются необходимостью согласующего трансформатора между высокоомным ламповым выходным каскадом и низкоомными звуковыми колонками. Впрочем, с трансформаторным выходом может быть сделан и простой усилитель на транзисторах, что будет показано ниже.

Существует и точка зрения, что предельное качество звучания может обеспечить только гибридный лампово-транзисторный усилитель, все каскады которого являются однотактными, не охвачены и работают в классе «А». То есть такой повторитель мощности представляет собой усилитель на одном транзисторе. Схема его может иметь предельно достижимый КПД (в классе «А») не более 50 %. Но ни мощность, ни КПД усилителя не являются показателями качества звуковоспроизведения. При этом особое значение приобретают качество и линейность характеристик всех ЭРЭ в схеме.

Поскольку однотактные схемы получают такую перспективу, мы рассмотрим ниже их возможные варианты.

Однотактный усилитель на одном транзисторе

Схема его, выполненная с общим эмиттером и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А», приведена на рисунке ниже.

На ней показан транзистор Q1 структуры n-p-n. Его коллектор через токоограничивающий резистор R3 присоединен к положительному выводу +Vcc, а эмиттер — к -Vcc. Усилитель на транзисторе структуры p-n-p будет иметь такую же схему, но выводы источника питания поменяются местами.

C1 — разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vcc. При этом С1 не препятствует прохождению переменного входного тока через переход «база — эмиттер транзистора Q1». Резисторы R1 и R2 совместно с сопротивлением перехода «Э — Б» образуют Vcc для выбора рабочей точки транзистора Q1 в статическом режиме. Типичной для этой схемы является величина R2 = 1 кОм, а положение рабочей точки — Vcc/2. R3 является нагрузочным резистором коллекторной цепи и служит для создания на коллекторе переменного напряжения выходного сигнала.

Предположим, что Vcc = 20 В, R2 = 1 кОм, а коэффициент усиления по току h = 150. Напряжение на эмиттере выбираем Ve = 9 В, а падение напряжения на переходе «Э — Б» принимаем равным Vbe = 0,7 В. Эта величина соответствует так называемому кремниевому транзистору. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то падение напряжения на открытом переходе «Э — Б» было бы равно Vbe = 0,3 В.

Ток эмиттера, примерно равный току коллектора

Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.

Ток базы Ib = Ic/h = 9 мА/150 = 60 мкА.

Падение напряжения на резисторе R1

V(R1) = Vcc — Vb = Vcc — (Vbe + Ve) = 20 В — 9,7 В = 10,3 В,

R1 = V(R1)/Ib = 10,3 В/60 мкА = 172 кОм.

С2 нужен для создания цепи прохождения переменной составляющей тока эмиттера (фактически тока коллектора). Если бы его не было, то резистор R2 сильно ограничивал бы переменную составляющую, так что рассматриваемый усилитель на биполярном транзисторе имел бы низкий коэффициент усиления по току.

В наших расчетах мы принимали, что Ic = Ib h, где Ib — ток базы, втекающий в нее из эмиттера и возникающий при подаче на базу напряжения смещения. Однако через базу всегда (как при наличии смещения, так и без него) протекает еще и ток утечки из коллектора Icb0. Поэтому реальный ток коллектора равен Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. ток утечки в схеме с ОЭ усиливается в 150 раз. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то это обстоятельство нужно было бы учитывать при расчетах. Дело в том, что имеют существенный Icb0 порядка нескольких мкА. У кремниевых же он на три порядка меньше (около нескольких нА), так что в расчетах им обычно пренебрегают.

Однотактный усилитель с МДП-транзистором

Как и любой усилитель на полевых транзисторах, рассматриваемая схема имеет свой аналог среди усилителей на Поэтому рассмотрим аналог предыдущей схемы с общим эмиттером. Она выполнена с общим истоком и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А» и приведена на рисунке ниже.

Здесь C1 — такой же разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vdd. Как известно, любой усилитель на полевых транзисторах должен иметь потенциал затвора своих МДП-транзисторов ниже потенциалов их истоков. В данной схеме затвор заземлен резистором R1, имеющим, как правило, большое сопротивление (от 100 кОм до 1 Мом), чтобы он не шунтировал входной сигнал. Ток через R1 практически не проходит, поэтому потенциал затвора при отсутствии входного сигнала равен потенциалу земли. Потенциал же истока выше потенциала земли за счет падения напряжения на резисторе R2. Таким образом, потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока, что и нужно для нормальной работы Q1. Конденсатор C2 и резистор R3 имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме. Поскольку эта схема с общим истоком, то входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°.

Усилитель с трансформаторным выходом

Третий одноступенчатый простой усилитель на транзисторах, показанный на рисунке ниже, также выполнен по схеме с общим эмиттером для работы в классе «А», но с низкоомным динамиком он связан через согласующий трансформатор.

Первичная обмотка трансформатора T1 является нагрузкой коллекторной цепи транзистора Q1 и развивает выходной сигнал. T1 передает выходной сигнал на динамик и обеспечивает согласование выходного полного сопротивления транзистора с низким (порядка нескольких Ом) сопротивлением динамика.

Делитель напряжения коллекторного источника питания Vcc, собранный на резисторах R1 и R3, обеспечивает выбор рабочей точки транзистора Q1 (подачу напряжения смещения на его базу). Назначение остальных элементов усилителя такое же, как и в предыдущих схемах.

Двухтактный звуковой усилитель

Двухтактный НЧ-усилитель на двух транзисторах расщепляет входной частоты на две противофазные полуволны, каждая из которых усиливается своим собственным транзисторным каскадом. После выполнения такого усиления полуволны объединяются в целостный гармонический сигнал, который и передается на акустическую систему. Подобное преобразование НЧ-сигнала (расщепление и повторное слияние), естественно, вызывает в нем необратимые искажения, обусловленные различием частотных и динамических свойств двух транзисторов схемы. Эти искажения снижают качество звука на выходе усилителя.

Двухтактные усилители, работающие в классе «А», недостаточно хорошо воспроизводят сложные звуковые сигналы, так как в их плечах непрерывно протекает постоянный ток повышенной величины. Это приводит к несимметрии полуволн сигнала, фазовым искажениям и в конечном итоге к потере разборчивости звука. Нагреваясь, два мощных транзистора увеличивают вдвое искажения сигнала в области низких и инфранизких частот. Но все же основным достоинством двухтактной схемы является ее приемлемый КПД и повышенная выходная мощность.

Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.

Это усилитель для работы в классе «А», но может быть использован и класс «АВ», и даже «В».

Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности

Трансформаторы, несмотря на успехи в их миниатюризации, остаются все же самыми громоздкими, тяжелыми и дорогими ЭРЭ. Поэтому был найден путь устранения трансформатора из двухтактной схемы путем выполнения ее на двух мощных комплементарных транзисторах разных типов (n-p-n и p-n-p). Большинство современных усилителей мощности используют именно этот принцип и предназначены для работы в классе «В». Схема такого усилителя мощности показана на рисунке ниже.

Оба ее транзистора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя). Поэтому схема передает входное напряжение на выход без усиления. Если входного сигнала нет, то оба транзистора находятся на границе включенного состояния, но при этом они выключены.

Когда гармонический сигнал подан на вход, его положительная полуволна открывает TR1, но переводит p-n-p транзистор TR2 полностью в режим отсечки. Таким образом, только положительная полуволна усиленного тока протекает через нагрузку. Отрицательная полуволна входного сигнала открывает только TR2 и запирает TR1, так что в нагрузку подается отрицательная полуволна усиленного тока. В результате на нагрузке выделяется полный усиленный по мощности (за счет усиления по току) синусоидальный сигнал.

Усилитель на одном транзисторе

Для усвоения вышеизложенного соберем простой усилитель на транзисторах своими руками и разберемся, как он работает.

В качестве нагрузки маломощного транзистора Т типа BC107 включим наушники с сопротивлением 2-3 кОм, напряжение смещения на базу подадим с высокоомного резистора R* величиной 1 МОм, развязывающий электролитический конденсатор C емкостью от 10 мкФ до 100 мкФ включим в базовую цепь Т. Питать схему будем от батареи 4,5 В/0,3 А.

Если резистор R* не подключен, то нет ни тока базы Ib, ни тока коллектора Ic. Если резистор подключен, то напряжение на базе поднимается до 0,7 В и через нее протекает ток Ib = 4 мкА. Коэффициент усиления транзистора по току равен 250, что дает Ic = 250Ib = 1 мА.

Собрав простой усилитель на транзисторах своими руками, можем теперь его испытать. Подключите наушники и поставьте палец на точку 1 схемы. Вы услышите шум. Ваше тело воспринимает излучение питающей сети на частоте 50 Гц. Шум, услышанный вами из наушников, и является этим излучением, только усиленным транзистором. Поясним этот процесс подробнее. Напряжение переменного тока с частотой 50 Гц подключено к базе транзистора через конденсатор С. Напряжение на базе теперь равно сумме постоянного напряжения смещения (приблизительно 0,7 В), приходящего с резистора R*, и напряжения переменного тока «от пальца». В результате ток коллектора получает переменную составляющую с частотой 50 Гц. Этот переменный ток используется для сдвига мембраны динамиков вперед-назад с той же частотой, а это означает, что мы сможем услышать тон 50 Гц на выходе.

Слушать уровень шума 50 Гц не очень интересно, поэтому можно подключить к точкам 1 и 2 низкочастотные источника сигнала (CD-плеер или микрофон) и слышать усиленную речь или музыку.

Схема № 2

Схема второго нашего усилителя значительно сложнее, но зато позволяет получить и более качественной звучание. Достигнуто это за счет более совершенной схемотехники, большего коэффициента усиления усилителя (и, следовательно, более глубокой обратной связи), а также возможностью регулировать начальное смещение транзисторов выходного каскада.

Схема нового варианта усилителя приведена на рис. 11.20. Этот усилитель, в отличие от своего предшественника, питается от двухполярного источника напряжения.

Входной каскад усилителя на транзисторах VT1-VT3 образует т. н. дифференциальный усилитель. Транзистор VT2 в дифференциальном усилителе является источником тока (довольно часто в дифференциальных усилителях в качестве источника тока ставят обычный резистор достаточно большого номинала). А транзисторы VT1 и VT3 образуют два пути, по которым ток из источника уходит в нагрузку.

Если ток в цепи одного транзистора увеличится, то ток в цепи другого транзистора уменьшится на точно такую же величину — источник тока поддерживает сумму токов обоих транзисторов постоянной.

В итоге транзисторы дифференциального усилителя образуют почти «идеальное» устройство сравнения, что важно для качественной работы обратной связи. На базу одного транзистора подается усиливаемый сигнал, на базу другого — сигнал обратной связи через делитель напряжения на резисторах R6, R8.

Противофазный сигнал «расхождения» выделяется на резисторах R4 и R5, и поступает на две цепочки усиления:

  • транзистор VT7;
  • транзисторы VT4-VT6.

Когда сигнал рассогласования отсутствует, токи обоих цепочек, т. е. транзисторов VT7 и VT6, равны, и напряжение в точке соединения их коллекторов (в нашей схеме такой точкой можно считать транзистор VT8) в точности равно нулю.

При появлении сигнала рассогласования токи транзисторов становятся разными, и напряжение в точке соединения становится больше или меньше нуля. Это напряжение усиливается составным эмиттерным повторителем, собранным на комплементарных парах VT9, VT10 и VT11, VT12, и поступает на АС — это выходной сигнал усилителя.

Транзистор VT8 используется для регулировки т. н. тока «покоя» выходного каскада. Когда движок подстроечного резистора R14 находится в верхнем по схеме положении, транзистор VT8 полностью открыт. При этом падение напряжение на нем близко к нулю. Если же перемещать движок резистора в нижнее положение, падение напряжения на транзисторе VT8 будет увеличиваться. А это равносильно внесению сигнала смещения в базы транзисторов выходного эмиттерного повторителя. Происходит смещение режима их работы от класса С до класса В, а в принципе — и до класса А. Это, как мы уже знаем, один из способов улучшения качества звука — не следует полагаться в этом только на действие обратной связи.

Плата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм размерами 50×47.5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном изображении и схему расположения деталей можно скачать . Работу усилителя смотрим на . Внешний вид усилителя приведен на рис. 11.21.

Аналоги и элементная база . При отсутствии необходимых деталей транзисторы VT1, VT3 можно заменить любыми малошумящими с допустимым током не менее 100 мА, допустимым напряжением не ниже напряжения питания усилителя и как можно большим коэффициентом усиления.

Специально для таких схем промышленностью выпускаются транзисторные сборки, представляющие собой пару транзисторов в одном корпусе с максимально подобными характеристиками — это был бы идеальный вариант.

Транзисторы VT9 и VT10 обязательно должны быть комплементарными, также как и VT11, и VT12. Они должны быть рассчитаны на напряжение не менее удвоенного напряжения питания усилителя. Не забыли, уважаемый радиолюбитель, что усилитель питается от двухполярного источника напряжения?

Для зарубежных аналогов комплементарые пары обычно указываются в документации на транзистор, для отечественных приборов — придется попотеть в Инете! Транзисторы выходного каскада VT11, VT12 дополнительно должны выдерживать ток, не меньший:

I в = U / R, А,

U — напряжение питания усилителя,
R — сопротивление АС.

Для транзисторов VT9, VT10 допустимый ток должен быть не менее:

I п = I в / B, А ,

I в — максимальный ток выходных транзисторов;
B — коэффициент усиления выходных транзисторов.

Обратите внимание, что в документации на мощные транзисторы иногда приводятся два коэффициента усиления — один для режима усиления «малого сигнала», другой — для схемы с ОЭ. Вам нужен для расчета не тот, который для «малого сигнала». Обратите внимание также на особенность транзисторов КТ972/КТ973 — их коэффициент усиления составляет более 750.

Найденный вами аналог должен обладать не меньшим коэффициентом усиления — это существенно для данной схемы. Остальные транзисторы должны иметь допустимое напряжение не менее удвоенного напряжения питания усилителя и допустимый ток не мене 100 мА. Резисторы — любые с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 0.125 Вт. Конденсаторы — электролитические, с емкостью не менее указанной и рабочим напряжением не менее напряжения питания усилителя.

Продолжение читайте

cxema.org — Простой усилитель на германиевых транзисторах

Простой усилитель на германиевых транзисторах

Схема усилителя проста, деталюшек минимум, пригодится для повторения новичками, ниже текст так же для них. Усилительные элементы схемы – германиевые транзисторы — активно применялись еще тридцать лет назад. Схемотехника напоминает многие распространенные схемы тех лет, например усилитель Электрон 20. Некоторые различия есть, в основном технологического характера.

Источник питания однополюсный, не стабилизированный, несколько необычно там смотрится дроссель. Выходной каскад работает в режиме класса АВ.

Выходная мощность 10Вт, общий КНИ до 3%, нагрузка — 8ми Омные громкоговорители.

Работа усилителя на примере одного канала:

Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1, сюда же приходит постоянное напряжение с делителя R5,R9 – это задает потенциал смещения транзистора и одновременно напряжение симметрии выхода. Усиленный VT1 сигнал, подается на базу VT3 и далее на выходной каскад VT5,VT6,VT9,VT10. В эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода усилителя (точка + С9) – образуя цепь Общей Отрицательной Обратной Связи, причем по постоянному и переменному току одновременно. Если допустим напряжение на эмиттере VT1, пришедшее с выхода, больше чем на его базе – тогда запирается VT1, VT3, VT6, VT9, потенциал выхода уменьшается за счет одновременно открывшихся VT5, VT10. Аналогично происходит, если на эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода, меньшее чем на его базе (только отпирание/запирание транзисторов происходит с точность до наоборот). Т.е. усилитель автоматически поддерживает напряжение на выходе заданное делителем R5,R9 в базе VT1. Аналогично действует схема, усиливая полезный сигнал переменного тока. Только теперь схема отрабатывает звуковой сигнал поступающий в базу VT1 через С2. Глубина действия ООС, неодинакова для постоянного и переменного тока, из-за наличия конденсатора С4. По переменному току с помощью делителя R11 R12 задается Ку всего усилителя, по постоянному току действует 100% ООС (через R11 в эмиттер VT1) что хорошо поддерживает симметрию выхода по постоянному току. Основным усилителем напряжения по амплитуде, необходимой для «раскачки» выходного каскада, является транзистор VT3. Для улучшения свойств этого каскада, нагрузкой его является цепь Положительной Обратной Связи, которая берется через R23 с выхода усилителя и образует т.н. «динамическую нагрузку». Действие этой цепи приводит к почти неизменному току через VT3, при любой амплитуде сигнала – транзистор работает в более линейном режиме и развивает максимальный Ку, что важно и с точки зрения уменьшения общего КНИ усилителя и максимальной амплитуде сигнала на выходе. Конечно, цепь ПОС, не совсем совершенна в качестве «динамической нагрузки», применена в общем, для упрощения схемы. Выходной каскад вполне обычный, его задача значительно усилить по току напряжение, поступающее с каскада на VT3 и подача в нагрузку. Составной транзистор VT6,VT9 отпирается при положительном потенциале, каскад VT5,VT10 — при отрицательном, таким образом, происходит усиление сигнала переменного тока в точке симметрии +С9. В нагрузку звуковой сигнал поступает через конденсатор С9, который не пропускает постоянное напряжение с точки симметрии усилителя. Для минимизации искажений, выходные транзисторы приоткрыты некоторым начальным током (ток покоя).

Этот ток задается падением напряжения от протекающего коллекторного тока VT3 на резисторах R17,R18, и приложен между базами предвыходных транзисторов. Цепочка R19,С6 устраняет самовозбуждение усилителя, которое может возникнуть на частотах более 50кГц. При монтаже усилителя следует обратить внимание на подключение проводов GND, сечение проводов соединения выходных транзисторов следует взять 0.75-1мм2, (кроме провода базы).

Настройка и первое включение усилителя:

Настройку следует производить, включив вместо предохранителя мощный резистор сопротивлением 15-20Ом, а вместо акустики мощные резисторы 8-15Ом. Если все транзисторы исправны и в схеме нет ошибок, в точках симметрии (+С9, +С10) должно сразу установится напряжение равное половине питания — это следует проверить первым делом. Дополнительно его корректируют подстроечником R4. Разбаланс симметрии в пределах +/-2 вольта вполне допустим. Затем контролируют начальный ток выходных транзисторов (ток покоя) измеряя его по падению напряжения на резисторах R32 и R34, оно должно быть в пределах 40-70мВ. Если в схеме есть ошибки, или неисправные элементы, тогда возможно сильно нагреется резистор, включенный вместо предохранителя, одновременно спасая транзисторы схемы (выходные и предвыходные) от пробоя – следует внимательно проверить схему и устранить ошибку или неисправный элемент. Следующий этап проверки – на отсутствие ВЧ самовозбуждения – нужно подключить на выход осциллограф. Наличие самовозбуждения устраняют корректировкой цепи R19,С6. Если все нормально, устанавливаем предохранитель на место, подключаем на вход генератор ЗЧ и проверяем усилитель испытательными сигналами. Прежде всего, нужно проверить симметрию ограничения максимальной амплитуды сигнала – ограничение должно наступать примерно при амплитуде 10В частота 1000Гц., если это не так, нужно подобрать сопротивление R23 или заменить VT3. Усилитель можно исследовать сигналами разных частот и амплитуд, форм. Подробную методику пока не будем приводить – усилитель ведь для начинающего. На частотах более 10кГц нежелательно подавать номинальный сигнал на вход – выходные транзисторы могут перегреться, на музыкальном сигнале этого не происходит по причине малой амплитуды этих сигналов. Следует так же еще раз проконтролировать ток покоя выходных транзисторов, должен быть в пределах 50-70мА, корректируется подбором сопротивления R17. Если ток больше – сопротивление уменьшить, и наоборот. Контроль тока нужно произвести еще примерно через час работы усилителя – он не должен увеличиваться.

Теперь можно подключить АС и источник сигнала – усилитель готов для эксплуатации. В качестве источника, например, выход CD плеера, с уровнем 0.775-1В.

На фото, собранный на макете усилитель для прослушивания, в корпус я его так и не оформил (это было в 2005году).

Звучание вполне ничего, но тренированное ухо отмечает некоторую зализанность самых верхних верхов, слегка рыхловатый низ, а вот голосовой диапазон или около того, звучит довольно приятно, тепло. Во время прослушки, использовалась АС ОЯ 160 литров, с парой динамиков 4А28 и 6ГД2 в каждой. Довольно, неплохо усилитель работает и на 10МАС1М, первых выпусков, с еще «не дубевшей» резиной НЧ динамиков.

В усилитель, его базовую схему, можно внести некоторые изменения, которые позволят улучшить его ТТХ, одновременно желательно произвести отбор транзисторов. Работоспособность усилителя сохраняется до снижения напряжения питания 12-15В, можно ниже, но следует произвести подстройку симметрии и тока покоя. ТТХ усилителя при снижении питания будут, конечно же, хуже, упадет и выходная мощность. Транзисторы можно заменить на подобные серии МП, ГТ404В,Г, 402Ж,И. П214 лучше всего с буквой А, но можно и другие, возможно так же применение и П215,16,17, но звучание будет несколько хуже, особенно на ВЧ. Можно применить и транзисторы серий П213, и даже П201, 202, тогда напряжение питания следует снизить до 27-30В. Примененный транзистор МП37Б работает на пределе по Uк-э макс, но отказов или пробоя у меня не было.

С усилителем можно использовать и 4х Омные АС, тогда желательно увеличить площадь теплоотводов до 250-300см2, и напряжение питания уменьшить до 30В, или применить выходные транзисторы типа ГТ806. Выходная мощность возрастет до 20Вт.

Успехов в конструировании!

С уважением, AVM

виды, схемы, простые и сложные

В один прекрасный миг мне потребовался оконечный усилитель для дома, который входил бы в состав комплекса: ПРИБОЙ Э104С -> Radiotehnika УП-001 -> Оконечный усилитель -> ВЕГА 50АС-106. Требования были такие: приличное качество звучания, использование существующего конструктива. При этом я не стал ограничиваться готовыми схемотехническими изысканиями в сети или в радиолюбительской литературе, а попытался создать свой усилитель, на основе имеющегося опыта и материала. Данному усилителю и посвящена эта статья.

Поскольку электрическая начинка еще полбеды, а для радиолюбителя поиск корпуса является головной болью, подрывающей национальное здоровье нашей страны, проблему корпуса следует затронуть в первую очередь. Есть множество вариантов для решения проблемы, решил взять за основу корпус советского усилителя «Электрон 104-стерео» выпуска 1977 г. и всем настоятельно рекомендую искать этот неисправный усилитель для будущего корпуса и для выгодного заимствования понижающего трансформатора (который также будет являться главным элементом питания усилителя). Данные усилители почти повсеместно эксплуатировались в театральных кружках, школах, детских садах в актовых залах. Веду речь к тому, что пора бы начинать заводить «друзей» в школах. Корпус данного усилителя представляет собой яркий пример неэкономного расходования алюминия, что позволяет использовать возможности конструктива корпуса для мощных усилителей. Вместе с тем недостатком данного корпуса является близость одного из каналов к трансформатору питания (синяя стрелка), что может породить такое явление как присутствие в одном из каналов усилителя фона, частотой, кратной частоте сети. Поэтому, было решено перенести месторасположение диодного моста (зеленая стрелка).

Схема питания особенностей не имеет и представляет собой фактически схему питания изначального усилителя, но с измененным конструктивом. Окончательный этап размещения всей электрической составляющей проиллюстрирован ниже.



Теперь можно перейти к электрической части. Усилитель представляет собой классическую топологию Лина, с изменениями и дополнениями. Параметры усилителя:

Характеристика Величина :

  • Диапазон питающих напряжений: ±24…35В
  • Полоса воспроизводимых частот, не уже: 20-20000Гц
  • Эффективная выходная мощность, при нагрузке 4 Ом и питании ±35В: 80Вт
  • Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 1кГц: 0,004%
  • Коэффициент гармонических искажений, при максимальной выходной мощности и входном сигнале – синус 20кГц: 0,02%
  • Отношение сигнал/шум, на частоте 1кГц, не менее — 95дБ

Схема усилителя звука



Входной каскад усилителя мощности собран по дифференциальной схеме на транзисторах Т3 и Т4, нагруженный на генератор стабильного тока, выполненный по традиционной классической схеме на транзисторе Т5. В эмиттеры транзисторов дифференциального каскада включены резисторы R3, R4, R6, R7 играющие роль местной ООС, таким образом было достигнуто снижение нелинейности внутреннего сопротивления эмиттерного перехода. В коллекторную же область входного каскада включено токовое зеркало на элементах T1 и T2, с дополнительными резисторами в эмиттерах для снижения влияния эффекта Эрли, для достижения более точной балансировки входного каскада.

Далее, второй каскад усилителя выполнен на транзисторе T6 по схеме усилителя напряжения и имеющий в своем составе двухполюсную коррекцию. Цепь смещения выполнена по схеме «транзисторного стабилитрона» с использованием элемента T8. Установленный на радиатор вместе с выходным каскадом, он выполняет еще и функцию термостабилизатора. Включение резистора подстройки тока покоя R22 выполнено таким образом, чтобы обеспечить безопасность схемы от случайного обрыва движка съемного контакта, и в связи с этим, предотвратить резкое повышение тока покоя выходного каскада. Ток на цепь смещения подается также с генератора стабильного тока на транзисторе T7, имеющего общий источник опорного напряжения с генератором для дифференциального каскада (диоды D1,D2). Выходной каскад выполнен по симметричной схеме включения эмиттерных повторителей. Выходной сигнал проходит через выходной фильтр R37L2 и цепь Зобеля (R36C8), предотвращающий самовозбуждение усилителя на высоких частотах.

Немного осциллограмм



1) Синус 1кГц, 80Вт



2) Синус 20кГц, 80Вт



3) Меандр 1кГц



4) Меандр 1кГц

Конструкция и детали домашнего аудиоусилителя

Катушка L2 наматывается на любом карандаше (карандаш вытащить из катушки), проводом сечением 1 мм и содержит в себе 10-12 витков. Транзистор Т8 устанавливается на радиатор, вместе с выходными транзисторами. Все транзисторы должны быть изолированы друг от друга через слюдяные прокладки. Для снижения влияния изменения температуры на значение постоянного напряжения на выходе усилителя, рекомендуется прижать попарно друг с другом транзисторы Т1, Т2 и Т3, Т4 ПВХ-стяжками или термоусадкой. Элементы Т9-Т10 располагаются на отдельных алюминиевых пластинах (радиаторах), площадью рассеивания 30-40см2. Рисунок печатной платы делается под существующий конструктив, в моем случае чертеж рисовался на бумаге карандашом. Универсальная печатная плата, вид сверху, выглядит следующим образом (не тестировалась и не проверялась, возможны ошибки). её файл можно тут.


Настройка УНЧ



Первое включение необходимо производить через токоограничивающие резисторы в питании, а также с эквивалентом нагрузки, после прогрева и убежденности в том, что все узлы схемы работают нормально, т.е. не вызывают стрессовых ситуаций у вас и окружающих людей. После этого, к усилителю подводят полноценное питание, не снимая эквивалентное сопротивление. Подстроечным резистором R15 добиваются нуля на выходе усилителя, а подстроечным резистором R22 устанавливают ток покоя, в пределах 40-50 миллиампер. Результат: по-настоящему живое и хорошее звучание, отличный низ (и это на 50АС-106!), было собрано 4 экземпляра, все запустились с первого раза.

Аккумулятора 12В в повышенное двухполярное — можно приступить к самому усилителю мощности. Канальных усилителей в конструкции несколько.
TDA2005 — 20-25 ватт подключены по мостовой схеме. Они собраны на двух отдельных платах, для удобного монтажа. Каждый из усилителей активируется при подаче плюс 12 вольт на вывод ремоут контроля, это замыкает реле и поступает питание усилителя. Входные конденсаторы можно подобрать по вкусу. Микросхемы прикручены на общий теплоотвод через изолирующие прокладки.


TDA7384 — 40 ватт на канал. Использовано две микросхемы, в итоге мы имеем 8 каналов по 40 ватт. Монтаж этих микросхем тоже выполнен на отдельных платах, звук регулирует переменной резистор. Резистор нужен для каждого канала отдельный, им настраивают громкость после монтажных работ (установки в автомобиле). Эти микросхемы тоже начинают работать после подачи плюс 12 вольт на вывод rem (ремоут контроль). Они установлены на достаточно компактный теплоотвод, который находится под принудительным отдувом. В качестве охладителя использован высокоскоростной кулер от ноутбука, может работать в двух режимах. Кулер одновременно охлаждает теплоотвод микросхем ТДА7384 и радиаторы полевых ключей преобразователя. В схемах использованы идентичные дросселя для сглаживания вч помех. На кольцо от компьютерного БП наматывается 7-12 витков провода 1 мм, кольцо буквально любое. Микросхемы установлены на теплоотвод через теплопроводящие прокладки, которые одновременно служат изоляцией.


Усилитель канала сабвуфера . Знаменитая схема ЛАНЗАРА — самая качественная из всех схем, что я собирал. Это высококачественный усилитель низкой частоты класса АВ. Схема полностью симметрична — от входа и до выхода. Вся радиосхема собрана на комплементарных парах транзисторов, притом подобраны наилучшие пары, максимально схожие по параметрам. Для повышения мощности усилителя, на выходе установлены две пары, благодаря чему, максимальная мощность схемы 390 ватт при нагрузке 2 ом, но усилитель не стоит разогнать на полную, есть опасность угробить выходники. Эмиттерные резисторы на 0,39 ом 5 ватт служат дополнительной защитой выходного каскада, они могут чуть перегреваться, поэтому не следует их прижимать к плате во время монтажа.




Стабилитроны на 15 вольт с мощностью 1-1,5 ватт, следите за правильностью их монтажа, при обратном подключении они будут работать как диод, есть опасность спалить дифференциальный каскад. Дифференциальный каскад — выполнен на маломощных комплементарных парах, которые можно заменить и на другие, максимально схожие по параметрам. Именно в этом каскаде формируется звук, который в последствии усиливается и подается на оконечник (выходной каскад). Если планируете сделать усилитель на 100-150 ватт, то можно исключить вторую пару выходного каскада, поскольку мощность усилителя напрямую зависит от напряжения питания. С одной парой выходников не советуется повышать напряжение питания выше +/-45 вольт. Если планируете собрать сабвуферный усилитель, то это схема то, что вам нужно! Переменным резистором настраивают ток покоя усилителя, от него зависит дальнейший срок службы схемы.



Перед впаиванием подстроечного резистора R15, он должен быть «выкручен» так, чтобы в разрыв дорожки впаивалось его полное сопротивление. Резистор нужно брать многооборотный, им можно очень точно настроить ток покоя, еще очень удобен для дальнейшей настройки. Но конечно если уж его нет, то можно обойтись обыкновенным подстроечником, только желательно вывести его от общей платы проводами, поскольку после монтажа всех компонентов настройка будет почти невозможной.



Ток покоя настраивают после «подогрева схемы», иными словами включите минут 15-20, пусть поиграет, но не увлекайтесь! Ток покоя — важный фактор, без правильной настройки усилитель долго не протянет, от него зависит правильная работа выходного каскада и уровень постоянки на выходе усилителя. Ток покоя можно узнать, измерив падение напряжения на паре эмиттерных резисторов, (мультиметр установить на предел 200мВ, щупы – на эмиттеры VT10 и VT11). Расчёт по формуле: Iпок = Uv/(R26+R26). Далее плавно вращаем подстроечник и смотрим на показания мультиметра. Нужно установить 70-100мА — это эквивалентно показанию мультиметра (30-44) мВ. Проверяем уровень постоянного напряжения на выходе. И вот всё готово — можно насладиться звуком усилителя, собранного своими руками!



Небольшое дополнение. Собрав УМЗЧ, нужно подумать о теплоотводах. Основной теплоотвод был взят из отечественного усилителя РАДИОТЕХНИКА У-101 СТЕРЕО — он почти не греется во время работы. Маломощные транзисторы диффкаскадов греются, но перегрев не страшный, поэтому в охлаждении не нуждаются. Выходные транзисторы прикручены на основной теплоотвод через изолирующие прокладки, желательно также использовать термопасту, чего я не сделал.



Все остальные транзисторы можно установить на небольшие отдельные теплоотводы, либо использовать общий (для каждого каскада), но в таком случае нужно прикручивать транзисторы через прокладки. ВАЖНО ! Все транзисторы должны прикручиваться к радиаторам через изоляционные прокладки, никаких замыканий на шину не должно быть, поэтому перед включением тщательно проверяйте мультиметром — замыкаются ли выводы транзисторов на теплоотвод. Можно считать сборку устройства завершённой, а на сегодня я с вами прощаюсь — АКА КАСЬЯН.

Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ — БЛОК УМЗЧ

Недавно было решено собрать усилитель на 10вт. В продаже есть много различных специализированных м/с, но один друг посоветовал усилитель на микросхеме TDA2003. Эта микросхема хорошего качества и звучания. Стоит она в наше время копейки. Собрать данный усилитель сможет даже начинающий, так как кроме самой микросхемы, принципиальная схема имеет всего лишь 9 деталей. Эти детали можно приобрести в любом радиомагазине, либо достать со старой аппаратуры. Схема 10-ти ваттного УНЧ на TDA2003:

Возможно, у многих возникнет проблема с резистором на 1 Ом. Его можно сделать в ручную: взяв карандаш и намотав на него 10 витков любой толщины проволоки. Кстати, микросхема может работать уже от 4.5в. Советую больше 14в не подавать, т.к. таким образом, в качестве проверки, было спалено 2 микросхемы. Номинальное питание — 12в. В моем случае было использовано три аккумулятора от мобильного телефона. Спаяв их последовательно, получил на выходе 11.4в (3,8х3). После нахождения нужного источника питания, принялся к сборке схемы усилителя. Сначала перерисовал печатную плату для удобства. Сделал рисунок на теклолист и вытравил всё ненужное.



Спаял его за минут 15 — деталей ведь минимум. Подключил для проверки к маломощному источнику питания — всё заработало с первого включения. На 11.1в усилитель выдавал около 10 вт мощности. Это как раз то, что мне и нужно.



Микросхему желательно установить на небольшой радиатор, так как она может перегреться и выйти из строя. При недостатке площади радиатора (перегреве), микросхема начинает играть плохо и коряво. Есть печатная плата в формате LAY .



Итак, осталась самая тяжёлая работа — изготовление корпуса . На этот раз мне пришлось думать не долго: взял коробку, обклеил, установил внутрь схему УНЧ, сделал выход на колонки и вход на подачу звука. Также добавил светодиод, который говорит о питании и его напряжении. Всё остальное вместил в корпус. Играет красиво и громко. Приятного повторения конструкции! Maxim Schaikow

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах — музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин — практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей


Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

  1. Класс «А» — ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
  2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
  3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
  4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
  5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно — чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД — свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД — менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток — полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений — не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше — до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется — характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции


Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

  1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
  2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, — обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление — несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков — 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток — существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная — в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий — порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности — они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная — с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм — наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h31 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.


При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 — 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h31 — 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения — это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле — сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 — 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h31. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.


Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое — обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.


Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе


Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, — с общим эмиттером. Одна особенность — необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.


Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.


В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина — повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.


Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог — например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток — 0,3-0,5 А.


Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора — он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку — наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем — должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука — выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

Усилитель на старых транзисторах. Простой транзисторный усилитель класса «А

Недавно обратился некий человек с просьбой собрать ему усилитель достаточной мощности и раздельными каналами усиления по низким, средним и высоким частотам. до этого не раз уже собирал для себя в качестве эксперимента и, надо сказать, эксперименты были весьма удачными. Качество звучания даже недорогих колонок не очень высокого уровня заметно при этом улучшается по сравнению, например, с вариантом применения пассивных фильтров в самих колонках. К тому же появляется возможность довольно легко менять частоты раздела полос и коэффициент усиления каждой отдельно взятой полосы и, таким образом, проще добиться равномерной АЧХ всего звукоусилительного тракта. В усилителе были применены готовые схемы, которые до этого не раз были опробованы в более простых конструкциях.

Структурная схема

На рисунке ниже показана схема 1 канала:

Как видно из схемы, усилитель имеет три входа, один из которых предусматривает простую возможность добавления предусилителя-корректора для проигрывателя винила (при такой необходимости), переключатель входов, предварительный усилитель-тембролок (также трёхполосный, с регулировкой уровней ВЧ/СЧ/НЧ), регулятор громкости, блок фильтров на три полосы с регулировкой уровня усиления каждой полосы с возможностью отключения фильтрации и блок питания для оконечных усилителей большой мощности (нестабилизированный) и стабилизатор для «слаботочной» части (предварительные каскады усиления).

Предварительный усилитель-темброблок

В качестве него была применена схема, не раз проверенная до этого, которая при своей простоте и доступности деталей показывает довольно хорошие характеристики. Схема (как и все последующие) в своё время была опубликована в журнале «Радио» и затем не раз публиковалась на различных сайтах в интернете:

Входной каскад на DA1 содержит переключатель уровня усиления (-10; 0; +10 дБ), что упрощает согласование всего усилителя с различными по уровню источниками сигнала, а на DA2 собран непосредственно регулятор тембров. Схема не капризна к некоторому разбросу номиналов элементов и не требует никакого налаживания. В качестве ОУ можно применить любые микросхемы, применяемые в звуковых трактах усилителей, например здесь (и в последующих схемах) пробовал импортные ВА4558, TL072 и LM2904. Подойдёт любая, но лучше, конечно, выбирать варианты ОУ с возможно меньшим уровнем собственного шума и высоким быстродействием (коэффициентом нарастания входного напряжения). Эти параметры можно посмотреть в справочниках (даташитах). Конечно, здесь вовсе не обязательно применять именно эту схему, вполне можно, например, сделать не трёхполосный, а обычный (стандартный) двухполосный темброблок. Но не «пассивную» схему, а с каскадами усиления-согласования по входу и выходу на транзисторах или ОУ.

Блок фильтров

Схем фильтров, также, при желании можно найти множество, так как публикаций на тему многополосных усилителей сейчас достаточно. Для облегчения этой задачи и просто для примера, я приведу здесь несколько возможных схем, найденных в различных источниках:

— схема, которая была применена мной в этом усилителе, так как частоты раздела полос оказались как раз такие, которые и нужны были «заказчику» — 500 Гц и 5 кГц и ничего пересчитывать не пришлось.

— вторая схема, попроще на ОУ.

И ещё одна возможная схема, на транзисторах:

Как уже писал ваше, выбрал первую схему из-за довольно качественной фильтрации полос и соответствии частот разделения полос заданным. Только на выходах каждого канала (полосы) были добавлены простые регуляторы уровня усиления (как это сделано, например, в третьей схеме, на транзисторах). Регуляторы можно поставить от 30 до 100 кОм. Операционные усилители и транзисторы во всех схемах можно заменить на современные импортные (с учётом цоколёвки!) для получения лучших параметров схем. Никакой настройки все эти схемы не требуют, если не требуется изменить частоты раздела полос. К сожалению, дать информацию по пересчёту этих частот раздела я не имею возможности, так как схемы искались для примера «готовые» и подробных описаний к ним не прилагалось.

В схему блока фильтров (первая схема из трёх) была добавлена возможность отключения фильтрации по каналам СЧ и ВЧ. Для этого были установлены два кнопочных переключателя типа П2К, с помощью которых просто можно замкнуть точки соединения входов фильтров — R10C9 с их соответствующими выходами — «выход ВЧ» и «выход СЧ». В этом случае по этим каналам идёт полный звуковой сигнал.

Усилители мощности

С выхода каждого канала фильтра сигналы ВЧ-СЧ-НЧ подаются на входы усилителй мощности, которые, также, можно собрать по любой из известных схем в зависимости от необходимой мощности всего усилителя. Я делал УМЗЧ по известной давно схеме из журнала «Радио», №3, 1991 г., стр.51. Здесь даю ссылку на «первоисточник», так как по поводу этой схемы существует много мнений и споров по повод её «качественности». Дело в том, что на первый взгляд это схема усилителя класса «B» с неизбежным присутствием искажений типа «ступенька», но это не так. В схеме применено токовое управление транзисторами выходного каскада, что позволяет избавиться от этих недостатков при обычном, стандартном включении. При этом схема очень простая, не критична к применяемым деталям и даже транзисторы не требует особого предварительного подбора по параметрам К тому же схема удобна тем, что мощные выходные транзисторы можно ставить на один теплоотвод попарно без изолирующих прокладок, так как выводы коллекторов соединены в точке «выхода», что очень упрощает монтаж усилителя:

При настройке лишь ВАЖНО подобрать правильные режимы работы транзисторов предоконечного каскада (подбором резисторов R7R8) — на базах этих транзисторов в режиме «покоя» и без нагрузки на выходе (динамика) должно быть напряжение в пределах 0,4-0,6 вольт. Напряжение питания для таких усилителей (их, соответственно, должно быть 6 штук) поднял до 32 вольт с заменой выходных транзисторов на 2SA1943 и 2SC5200, сопротивление резисторов R10R12 при этом следует также увеличить до 1,5 кОм (для «облегчения жизни» стабилитронам в цепи питания входных ОУ). ОУ также были заменены на ВА4558, при этом становится не нужна цепь «установки нуля» (выходы 2 и 6 на схеме) и, соответственно меняется цоколёвка при пайке микросхемы. В результате при проверке каждый усилитель по этой схеме выдавал мощность до 150 ватт (кратковременно) при вполне адекватной степени нагрева радиатора.

Блок питания УНЧ

В качестве блока питания были использованы два трансформатора с блоками выпрямителей и фильтров по обычной, стандартной схеме. Для питания НЧ полосных каналов (левый и правый каналы) — трансформатор мощностью 250 ватт, выпрямитель на диодных сборках типа MBR2560 или аналогичных и конденсаторы 40000 мкф х 50 вольт в каждом плече питания. Для СЧ и ВЧ каналов — трансформатор мощностью 350 ватт (взят из сгоревшего ресивера «Ямаха»), выпрямитель — диодная сборка TS6P06G и фильтр — два конденсатора по 25000 мкф х 63 вольт на каждое плечо питания. Все электролитические конденсаторы фильтров зашунтированы плёночными конденсаторами ёмкостью 1 мкф х 63 вольта.

В общем, блок питания может быть и с одним трансформаторм, конечно, но при его соответствующей мощности. Мощность усилителя в целом в данном случае определяется исключительно возможностями источника питания. Все предварительные усилители (темброблок, фильтры) — запитаны также от одного из этих трансформаторов (можно от любого из них), но через дополнительный блок двуполярного стабилизатора, собранный на МС типа КРЕН (или импортных) или по любой из типовых схем на транзисторах.

Конструкция самодельного усилителя

Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты:-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:

Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):

— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.

Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:

Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):

В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта сайт ).

Схема № 1

Выбор класса усилителя . Сразу предупредим радиолюбителя — делать усилитель класса A на транзисторах мы не будем. Причина проста — как было сказано во введении, транзистор усиливает не только полезный сигнал, но и поданное на него смещение. Проще говоря, усиливает постоянный ток. Ток этот вместе с полезным сигналом потечет по акустической системе (АС), а динамики, к сожалению, умеют этот постоянный ток воспроизводить. Делают они это самым очевидным образом — вытолкнув или втянув диффузор из нормального положения в противоестественное.

Попробуйте прижать пальцем диффузор динамика — и вы убедитесь, в какой кошмар превратится при этом издаваемый звук. Постоянный ток по своему действию с успехом заменяет ваши пальцы, поэтому динамической головке он абсолютно противопоказан. Отделить же постоянный ток от переменного сигнала можно только двумя средствами — трансформатором или конденсатором, — и оба варианта, что называется, один хуже другого.

Принципиальная схема

Схема первого усилителя, который мы соберем, приведена на рис. 11.18.

Это усилитель с обратной связью, выходной каскад которого работает в режиме В. Единственное достоинство этой схемы — простота, а также однотипность выходных транзисторов (не требуется специальные комплементарные пары). Тем не менее, она достаточно широко применяется в усилителях небольшой мощности. Еще один плюс схемы — она не требует никакой настройки, и при исправных деталях заработает сразу, а нам это сейчас очень важно.

Рассмотрим работу этой схемы. Усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT1. Усиленный этим транзистором сигнал с резистора R4 подается на базу составного транзистора VT2, VT4, а с него — на резистор R5.

Транзистор VT3 включен в режиме эмиттерного повторителя. Он усиливает положительные полуволны сигнала на резисторе R5 и подает их через конденсатор C4 на АС.

Отрицательные же полуволны усиливает составной транзистор VT2, VT4. При этом падение напряжения на диоде VD1 закрывает транзистор VT3. Сигнал с выхода усилителя подается на делитель цепи обратной связи R3, R6, а с него — на эмиттер входного транзистора VT1. Таким образом, транзистор VT1 у нас и играет роль устройства сравнения в цепи обратной связи.

Постоянный ток он усиливает с коэффициентом усиления, равным единице (потому что сопротивление конденсатора C постоянному току теоретически бесконечно), а полезный сигнал — с коэффициентом, равным соотношению R6/R3.

Как видим, величина емкостного сопротивления конденсатора в этой формуле не учитывается. Частота, начиная с которой конденсатором при расчетах можно пренебречь, называется частотой среза RC-цепочки. Частоту эту можно рассчитать по формуле

F = 1 / (R×C) .

Для нашего примера она будет около 18 Гц, т. е. более низкие частоты усилитель будет усиливать хуже, чем он мог бы.

Плата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм размерами 45×32.5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном изображении и схему расположения деталей можно скачать . Видеоролик о работе усилителя в формате MOV скачать для просмотра можно . Хочу сразу предупредить радиолюбителя — звук, воспроизводимый усилителем, записывался в ролике с помощью встроенного в фотоаппарат микрофона, так что говорить о качестве звука, к сожалению, будет не совсем уместно! Внешний вид усилителя приведен на рис. 11.19.

Элементная база . При изготовлении усилителя транзисторы VT3, VT4 можно заменить любыми, рассчитанными на напряжение не менее напряжения питания усилителя, и допустимым током не менее 2 А. На такой же ток должен быть рассчитан и диод VD1.

Остальные транзисторы — любые с допустимым напряжением не менее напряжение питания, и допустимым током не менее 100 мА. Резисторы — любые с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 0.125 Вт, конденсаторы — электролитические, с емкостью, не менее указанной на схеме, и рабочим напряжением на менее напряжения питания усилителя.

Радиаторы для усилителя . Прежде чем попробовать изготовить нашу вторую конструкцию, давайте, уважаемый радиолюбитель, остановимся на радиаторах для усилителя и приведем здесь весьма упрощенную методику их расчета.

Во-первых, вычисляем максимальную мощность усилителя по формуле:

P = (U × U) / (8 × R), Вт ,

где U — напряжение питания усилителя, В; R — сопротивление АС (обычно оно составляет 4 или 8 Ом, хотя бывают и исключения).

Во-вторых, вычисляем мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов, по формуле:

P рас = 0,25 × P, Вт .

В-третьих, вычисляем площадь радиатора, необходимую для отвода соответствующего количества тепла:

S = 20 × P рас, см 2

В-четвертых, выбираем или изготавливаем радиатор, площадь поверхности которого будет не менее рассчитанной.

Указанный расчет носит весьма приблизительный характер, но для радиолюбительской практики его обычно бывает достаточно. Для нашего усилителя при напряжении питания 12 В и сопротивлении АС, равным 8 Ом, «правильным» радиатором была бы алюминиевая пластина размерами 2×3 см и толщиной не менее 5 мм для каждого транзистора. Имейте ввиду, что более тонкая пластина плохо передает тепло от транзистора к краям пластины. Хочется сразу предупредить — радиаторы во всех остальных усилителях тоже должны быть «нормальных» размеров. Каких именно — посчитайте сами!

Качество звучания . Собрав схему, вы обнаружите, что звук усилителя не совсем чистый.

Причина этого — «чистый» режим класса В в выходном каскаде, характерные искажения которого даже обратная связь полностью скомпенсировать не способна. Ради эксперимента попробуйте заменить в схеме транзистор VT1 на КТ3102ЕМ, а транзистор VT2 — на КТ3107Л. Эти транзисторы имеют значительно больший коэффициент усиления, чем КТ315Б и КТ361Б. И вы обнаружите, что звучание усилителя значительно улучшилось, хотя все равно останутся заметными некоторые искажения.

Причина этого также очевидна — больший коэффициент усиления усилителя в целом обеспечивает большую точность работы обратной связи, и больший ее компенсирующий эффект.

Продолжение читайте

Редакция сайта «Две Схемы» представляет простой, но качественный усилитель НЧ на транзисторах MOSFET. Его схема должна быть хорошо известна радиолюбителям аудиофилам, так как ей уже лет 20. Схема является разработкой знаменитого Энтони Холтона, поэтому её иногда так и называют — УНЧ Holton. Система усиления звука имеет низкие гармонические искажения, не превышающие 0,1%, при мощности на нагрузку порядка 100 Ватт.

Данный усилитель является альтернативой для популярных усилителей серии TDA и подобных попсовых, ведь при чуть большей стоимости можно получить усилитель с явно лучшими характеристиками.

Большим преимуществом системы является простая конструкция и выходной каскад, состоящий из 2-х недорогих МОП-транзисторов. Усилитель может работать с динамиками сопротивлением как 4, так и 8 Ом. Единственной настройкой, которую необходимо выполнить во время запуска — будет установка значения тока покоя выходных транзисторов.

Принципиальная схема УМЗЧ Holton


Усилитель Холтон на MOSFET — схема

Схема является классическим двухступенчатым усилителем, он состоит из дифференциального входного усилителя и симметричного усилителя мощности, в котором работает одна пара силовых транзисторов. Схема системы представлена выше.

Печатная плата


Печатная плата УНЧ — готовый вид

Вот архив с PDF файлами печатной платы — .

Принцип работы усилителя

Транзисторы Т4 (BC546) и T5 (BC546) работают в конфигурации дифференциального усилителя и рассчитаны на питание от источника тока, построенного на основе транзисторов T7 (BC546), T10 (BC546) и резисторах R18 (22 ком), R20 (680 Ом) и R12 (22 ком). Входной сигнал подается на два фильтра: нижних частот, построенный из элементов R6 (470 Ом) и C6 (1 нф) — он ограничивает ВЧ компоненты сигнала и полосовой фильтр, состоящий из C5 (1 мкф), R6 и R10 (47 ком), ограничивающий составляющие сигнала на инфранизких частотах.

Нагрузкой дифференциального усилителя являются резисторы R2 (4,7 ком) и R3 (4,7 ком). Транзисторы T1 (MJE350) и T2 (MJE350) представляют собой еще один каскад усиления, а его нагрузкой являются транзисторы Т8 (MJE340), T9 (MJE340) и T6 (BD139).

Конденсаторы C3 (33 пф) и C4 (33 пф) противодействуют возбуждению усилителя. Конденсатор C8 (10 нф) включенный параллельно R13 (10 ком/1 В), улучшает переходную характеристику УНЧ, что имеет значение для быстро нарастающих входных сигналов.

Транзистор T6 вместе с элементами R9 (4,7 ком), R15 (680 Ом), R16 (82 Ом) и PR1 (5 ком) позволяет установить правильную полярность выходных каскадов усилителя в состоянии покоя. С помощью потенциометра необходимо установить ток покоя выходных транзисторов в пределах 90-110 мА, что соответствует падению напряжения на R8 (0,22 Ом/5 Вт) и R17 (0,22 Ом/5 Вт) в пределах 20-25 мВ. Общее потребление тока в режиме покоя усилителя должен быть в районе 130 мА.

Выходными элементами усилителя являются МОП-транзисторы T3 (IRFP240) и T11 (IRFP9240). Транзисторы эти устанавливаются как повторитель напряжения с большим максимальным выходным током, таким образом, первые 2 каскада должны раскачать достаточно большую амплитуду для выходного сигнала.

Резисторы R8 и R17 были применены, в основном, для быстрого измерения тока покоя транзисторов усилителя мощности без вмешательства в схему. Могут они также пригодиться в случае расширения системы на еще одну пару силовых транзисторов, из-за различий в сопротивлении открытых каналов транзисторов.

Резисторы R5 (470 Ом) и R19 (470 Ом) ограничивают скорость зарядки емкости проходных транзисторов, а, следовательно, ограничивают частотный диапазон усилителя. Диоды D1-D2 (BZX85-C12V) защищают мощные транзисторы. С ними напряжение при запуске относительно источников питания у транзисторов не должно быть больше 12 В.

На плате усилителя предусмотрены места для конденсаторов фильтра питания С2 (4700 мкф/50 в) и C13 (4700 мкф/50 в).


Самодельный транзисторный УНЧ на МОСФЕТ

Управление питается через дополнительный RC фильтр, построенный на элементах R1 (100 Ом/1 В), С1 (220 мкф/50 в) и R23 (100 Ом/1 В) и C12 (220 мкф/50 в).

Источник питания для УМЗЧ

Схема усилителя обеспечивает мощность, которая достигает реальных 100 Вт (эффективное синусоидальная), при входном напряжении в районе 600 мВ и сопротивлением нагрузки 4 Ома.


Усилитель Холтон на плате с деталями

Рекомендуемый трансформатор — тороид 200 Вт с напряжением 2х24 В. После выпрямления и сглаживания должно получиться двух полярное питание усилители мощности в районе +/-33 Вольт. Представленная здесь конструкция является модулем монофонического усилителя с очень хорошими параметрами, построенного на транзисторах MOSFET, который можно использовать как отдельный блок или в составе .

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10… 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3…12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20…30 кОм и переменный сопротивлением 100… 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 — 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2…4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5…0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50…60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30…50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1…2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2… 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит — напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 — 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 — вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 — 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

Время чтения ≈ 6 минут

Усилители – наверное, одни из первых устройств, которые начинают конструировать радиолюбители-новички. Собирая УНЧ на транзисторах своими руками при помощи готовой схемы, многие используют микросхемы.

Транзисторные усилители хоть и отличаются огромным числом , но каждый радиоэлектронщик постоянно стремится сделать что-то новое, более мощное, более сложное, интересное.

Более того, если вам нужен качественный, надежный усилитель, то стоит смотреть в сторону именно транзисторных моделей. Ведь, именно они наиболее дешевые, способны выдавать чистый звук, и их легко сконструирует любой новичок.

Поэтому, давайте разберемся, как сделать самодельный усилитель НЧ класса B.

Примечание! Да-да, усилители класса B тоже могут быть хорошими. Многие говорят, что качественный звук могут выдавать лишь ламповые устройства. Отчасти это правда. Но, взгляните на их стоимость.

Более того, собрать такое устройство дома – задача далеко не из легких. Ведь вам придется долго искать нужные радиолампы, после чего покупать их по довольно высокой цене. Да и сам процесс сборки и пайки требует какого-то опыта.

Поэтому, рассмотрим схему простого, и в то же время качественного усилителя низкой частоты, способного выдавать звук мощность 50 Вт.

Старая, но проверенная годами схема из 90-х

Схема УНЧ, который мы будем собирать, впервые была опубликована в журнала «Радио» за 1991 год. Ее успешно собрали сотни тысяч радиолюбителей. Причем, не только для и улучшения мастерства, но и для использования в своих аудиосистемах.

Итак, знаменитый усилитель низкой частоты Дорофеева:

Уникальность и гениальность этой схемы кроется в ее простоте. В этом УНЧ применяется минимальное количество радиоэлементов, и предельно простой источник питания. Но, устройство способно «брать» нагрузку в 4 Ома, и обеспечивать выходную мощность в 50 Вт, чего вполне достаточно для домашней или автомобильной акустической системы.

Многие электротехники совершенствовали, дорабатывали эту схему. И. для удобства мы взяли самый современный ее вариант, заменив старые компоненты на новые, чтобы вам было проще конструировать УНЧ:

Описание схемы усилителя низких частот

В этом «переработанном» Доровеевском УНЧ были использованы уникальные и наиболее эффективные схематические решения. К примеру, сопротивление R12. Этот резистор ограничивает ток на коллекторе выходного транзистора, тем самым ограничивая максимальную мощность усилителя.

Важно! Не стоит менять номинал R12, чтобы увеличить выходную мощность, так как он подобран именно под те компоненты, что применяются в схеме. Этот резистор защищает всю схему от коротких замыканий .

Выходной каскад транзисторов:

Тот самый R12 «вживую»:

Резистор R12 должен иметь мощность на 1 Вт, если под рукой такого нет – берите на полватта. Он имеет параметры, обеспечивающие коэффициент нелинейных искажений до 0,1% на частоте в 1 кГц, и не более 0,2% при 20 кГц. То есть, на слух никаких изменений вы не заметите. Даже при работе на максимальной мощности.

Блок питания нашего усилителя нужно подобрать двухполярный, с выходными напряжениями в пределах 15-25 В (+- 1 %):

Чтобы «поднять» мощность звука, можно увеличить напряжение. Но, тогда придется параллельно произвести замену транзисторов в оконечном каскаде схемы. Заменить их нужно на более мощные, после чего провести перерасчет нескольких сопротивлений.

Компоненты R9 и R10 должны иметь номинал, в соответствии с подающимся напряжением:

Они, с помощью стабилитрона, ограничивают проходящий ток. В этой же части цепи собирается параметрический стабилизатор, который нужен для стабилизации напряжения и тока перед операционным усилителем:


Пара слов о микросхеме TL071 – «сердце» нашего УНЧ. Ее считают отличным операционным усилителем, которые встречается как в любительских конструкциях, так и в профессиональной аудиоаппаратуре. Если нет подходящего операционника, его можно заменить на TL081:

Вид «в реальности» на плате:

Важно! Если вы решите применять в этой схеме какие-либо другие операционные усилители, внимательно изучайте их распиновку, ведь «ножки» могут иметь другие значения .

Для удобства микросхему TL071 стоит монтировать на предварительно впаянную в плату пластиковую панельку. Так можно будет быстро заменить компонент на другой в случае необходимости.

Полезно знать! Для ознакомления представим вам еще одну схему этого УНЧ, но без усиливающей микросхемы. Устройство состоит исключительно из транзисторов, но собирается крайне редко ввиду устаревания и неактуальности.

Чтобы было удобнее, мы постарались сделать печатную плату минимальной по размерам – для компактности и простоты монтажа в аудиосистему:


Все перемычки на плате нужно запаивать сразу же после травления.

Транзисторные блоки (входного и выходного каскада) нужно монтировать на общий радиатор. Разумеется, они тщательно изолируются от теплоотвода.

На схеме они здесь:

А тут на печатной плате:

Если в наличии нет готовых, радиаторы можно изготовить из алюминиевых или медных пластин:

Транзисторы выходного каскада должны иметь рассеиваемую мощность как минимум в 55 Вт, а еще лучше – 70 или целых 100 Вт. Но, этот параметр зависит от подающегося на плату напряжения питания.


Из схемы понятно, что на входном и выходном каскаде применяется по 2 комплементарных транзистора. Нам важно подобрать их по усиливающему коэффициенту. Чтобы определить этот параметр, можно взять любой мультиметр с функцией проверки транзисторов:


Если такого устройства у вас нет, тогда придется одолжить у какого-то мастерам транзисторный тестер:


Стабилитроны стоит подбирать по мощности на полватта. Напряжение стабилизации у них должно составлять 15-20 В:


Блок питания. Если вы планируете смонтировать на свой УНЧ трансформаторный БП, тогда подберите конденсаторы-фильтры с емкостью как минимум 5 000 мкФ. Тут чем больше – тем лучше.


Собранный нами усилитель низких частот относится к B-классу. Работает он стабильно, обеспечивая почти кристально-чистое звучание. Но, БН лучше всего подбирать так, чтобы он мог работать не на всю мощность. Оптимальный вариант – трансформатор габаритной мощностью минимум в 80 Вт.

Вот и все. Мы разобрались, как собрать УНЧ на транзисторах своими руками с помощью простой схемы, и как его в будущем можно усовершенствовать. Все компоненты устройства найдутся , а если их нет – стоит разобрать пару-тройку старых магнитофонов или заказать радиодетали в интернете (стоят они практически копейки).

Усилитель для головных телефонов на германиевых транзисторах

Николай Трошин

В последнее время заметно вырос интерес к усилителям мощности на германиевых транзисторах. Есть мнение, что звучание таких усилителей более мягкое, напоминает «ламповый звук». Предлагаю вашему вниманию две простые схемы усилителей мощности НЧ на германиевых транзисторах, опробованные мной некоторое время назад.

Здесь использованы более современные схемные решения, чем те, которые использовались в 70-е годы, когда «германий» был в ходу. Это позволило получить приличную мощность при хорошем качестве звучания. Схема на рисунке ниже, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из моей статьи в журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55).

Выходная мощность этого усилителя 30 Вт при сопротивлении нагрузки акустических систем 4 Ома, и примерно 18 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом. Напряжение питания усилителя (U пит) двухполярное ±25 В; Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

Несколько слов о деталях:

При сборке усилителя, в качестве конденсаторов постоянной ёмкости (помимо электролитических), желательно применять слюдяные конденсаторы. Например типа КСО, такие, как ниже на рисунке.

Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г – на ГТ402В; ГТ404Г – на ГТ404В; Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.

Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2. На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26.5 мм.

Пластина разрезается по линиям, потом этой заготовке придают форму трубки, используя для этой цели любую подходящую цилиндрическую оправку (например сверло). После этого заготовку (1) плотно надевают на корпус транзистора (2) и прижимают пружинящим кольцом (3), предварительно отогнув боковые крепёжные ушки.

Кольцо изготовляется из стальной проволоки диаметром 0,5-1,0 мм. Вместо кольца можно использовать бандаж из медной проволоки. Теперь осталось загнуть снизу боковые ушки для крепления радиатора за корпус транзистора и отогнуть на нужный угол надрезанные перья.

Подобный радиатор можно также изготовить и из медной трубки, диаметром 8мм. Отрезаем кусок 6…7см, разрезаем трубку вдоль по всей длине с одной стороны. Далее на половину длины разрезаем трубку на 4 части и отгибаем эти части в виде лепестков и плотно надеваем на транзистор.

Так как диаметр корпуса транзистора где-то 8,2 мм, то за счёт прорези по всей длине трубки, она плотно оденется на транзистор и будет удерживаться на его корпусе за счёт пружинящих свойств. Резисторы в эмиттерах выходного каскада – либо проволочные мощностью 5 Вт, либо типа МЛТ-2 3 Ом по 3шт параллельно. Импортные пленочные использовать не советую – выгорают мгновенно и незаметно, что ведет к выходу из строя сразу нескольких транзисторов.

Усилитель на германиевых транзисторах

Доброго дня, товарищи самоделкины!

Как известно, первые массово выпускавшиеся электронные полупроводниковые компоненты были основаны на химическом элементе германии, поэтому в шкафу у любого бывалого радиолюбителя наверняка найдётся хотя бы горсть известных МП42, МП41 и им подобных германиевых транзисторов. Позже, ближе к 70-м годам прошлого века промышленность перешла на выпуск кремниевых полупроводников, ведь кремний — распространённый и недорогой материал. Кроме удешевления производства, кремниевые полупроводники обладали рядом других преимуществ — имели более совершенные электрические характеристики, обладали большей температурной стабильностью. Это позволило создавать более надёжные и производительные электронные схемы.

Сейчас германиевые полупроводники уже давно не выпускаются в промышленных масштабах, поэтому в ход идут в первую очередь оставшиеся с советских времён, благо советские заводы наштамповали их в огромных количествах. Но несколько десятков лет хранения не слишком хорошо отразились на транзисторах — многие из них даже будучи неиспользуемыми потеряли свою работоспособность, либо сильно деградировали. Поэтому перед использованием таких транзисторов обязательно нужно замерить им коэффициент усиления, он не должен быть равен нулю. Казалось бы, германий уже давно канул в лету, зачем его использовать, когда на дворе 21 век и изобретены и давно выпускаются качественные, доступные, недорогие кремниевые транзисторы и микросхемы? Каждый находит свой ответ на этот вопрос. Для кого-то важна аутентичность и антуражность использования технологий прошлого века, кто-то считает, что звук германиевых усилителей обладает своей неповторимой уникальностью, а кому-то просто нравится, как выглядят такие винтажные грибочки-транзисторы. Схема представлена ниже.


Схема состоит всего из пяти транзисторов. Т2 и Т4 образуют оконечный каскад, они обеспечивают мощность на выходе около 2-3 ватт, Т2 и Т4 должны быть одинаковыми, не лишним будет также отобрать из по коэффициенту усиления. Такой мощности более чем достаточно для озвучивания целой комнаты «тёплым» германиевым звуком. Для воспроизведения стерео-музыки нужно собрать две штуки, по каждому усилителю на канал. Особое внимание стоит обратить на диод D1 — он тоже германиевый, задаёт ток покоя усилителя, но об этом более подробно будет в конце статьи, при настройке. Из особенностей схемы — она обладает достаточно низким входным сопротивлением, но это не должно быть помехой, так как современные устройства (компьютеры, плееры, телефоны) рассчитаны на подключение подобной нагрузки. Найти нужные германиевые транзисторы не всегда получается, поэтому схема допускает большой ряд вариаций. Ниже представлен список, какие транзисторы можно использовать.

Т1 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP) Т2, Т4 – П217, П213, П210, П605, ГТ403 (PNP) Т3 – МП38, МП35, МП36 (NPN) Т5 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP)

Особенно предпочтительно использовать Т2 и Т4 в больших массивных корпусах, потому как они при работе значительно нагреваются и могут потребовать радиатора. Кстати о нагреве — его германиевые полупроводники очень не любят, температура даже в 80 градусов может привести к их деградации, поэтому при пайке нужно быть особенно осторожным, чтоб не перегреть. В качестве D1 можно применить широко распространённые Д9, Д18, Д311 в любым буквенным индексом. Кстати, старые германиевые диоды и стеклянных корпусах также смотрятся весьма винтажно.


Переходим к сборке. Схема выполняется на небольшой печатной плате, которая рассчитана на установку выходных транзисторов. Но если вы используете мощные с креплением на радиатор — их без проблем можно вывести на проводах. Плата травится, сверлится, залуживается, некоторые фотографии этого процесса представлены ниже.


После этого запаиваем радиодетали. Сперва небольшие резисторы, затем массивные корпуса транзисторов. Хочу обратить внимание, что разные транзисторы из списка выше могут иметь разную распиновку, поэтому проверяйте посадочные места на плате, подойдут или нет, цоколёвка на плате подписана. Также нужно учитывать размеры корпусов — для особо крупных корпусов плату нужно будет чуть расширить. Когда все детали запаяны, припаиваем провода — пара для питания, пара для динамика, пара для аудиосигнала. Не забываем смыть с платы остатки флюса, они могут помешать нормальной работе схемы.

Торопиться с подключением динамика не стоит, первым дело нужно замерить ток покоя усилителя без подачи аудиосигнала — он должен составлять около 30-50 мА. Слишком маленький ток приведёт к тому, что в звуке появятся слышимые искажения (так называемая ступенька), а при слишком большом токе покоя выходные транзисторы будут через чур сильно нагреваться. Увеличивать ток покоя можно подключая последовательно с диодом D1 дополнительные диоды. Напряжение питания схемы составляет 10-15В. Удачной сборки! Все вопросы, а также дополнения и уточнения жду в комментариях.

plata.zip [12.92 Kb] (скачиваний: 78)

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Блок питания усилителя

Теперь перейдем к блоку питания нашего гибридного лампово-транзисторного усилителя для наушников и колонок. В качестве трансформатора можно использовать любой мощность 15-20ватт. Мною был применен ТС-20, извлеченный откуда-то на работе, не помню откуда. Все обмотки в нем уже имелись и по толку подходили что существенно упростило изготовления блока питания для УНЧ. Для тех кто пожелает не использовать часть усилителя для наушников исключив транзистор irf630, необходимость в транзисторном стабилизаторе отпадает, поскольку сама схема оконечного усилителя не критична к хорошо отфильтрованному и стабилизированному источнику питания и работает от простейшего выпрямителя с одной емкостью в 4700 мкФ. Фон переменного тока полностью отсутствует. Сама же схема стабилизатора необходима для варианта с полевиком, поскольку схема линейная работающая в классе А и потребляет около 2 ампер , то ей необходима хорошая фильтрация дабы устранить фон переменного напряжения. Накал лампы тоже нужно питать постоянкой с делителем на резисторах, что изображен на схеме. Применив все выше указанное вы избавите себя от проблемы фона переменного тока в наушниках. Есть схемы источника питания на LM317 или же на регулируемых кренках наподобие КР142ЕН8. Плюс ко всему в таких схемах используются цепочки R-C фильтров. Резисторы очень сильно греются. И еще мною было обнаружено что при использовании выпрямителя на указанных выше микросхемах, при отсутствии сигнала в наушниках наблюдается довольно сильное шипение. Это шипение так для меня и осталось загадкой. По этому и была взята сама обычная схема на двух транзисторах. Марку стабилитронов не указал по причине того что придется подобрать три или два штуки таким образом чтоб на выходе получилось 22-27 вольт. Больше указанной величины подымать не стоит, а то спалите германиевые транзисторы (ГТшки). Проблему щелчков в наушниках при включении решил просто запараллелив стабилитроны емкостью в 2200 микрофарад. секрет в том что при включении напряжение на выходе блока питания появляется постепенно, в течении 20 секунд возрастает до нормального рабочего. И второй плюс — конденсатор включенный таким образом очень хорошо сглаживает пульсации на выходе блока питания(БП).

Сборка усилителя

Схема собирается на плате размером 40х50 мм, которую можно выполнить методом ЛУТ. Ниже представлены фотографии готовой залуженной платы.

Теперь можно приступать к установке деталей. В первую очередь на плату встают резисторы, после них более крупные конденсаторы и транзисторы. Следует учитывать, что германиевые транзисторы, в отличие от кремниевых, гораздо более чувствительны к перегреву.

Мощные выходные транзисторы нагреваются в процессе работы на большой громкости, поэтому их желательно установить на радиатор (если корпус транзистора предусматривает такую возможность) и вывести на плату проводами.

После установки на плату всех деталей остаётся припаять провода питания, источника сигнала и выхода на динамик. Завершающий этап сборки – смыть остатки флюса с платы, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание.

ПРОСТЫЕ ПРИЕМНИКИ НА ТРАНЗИСТОРАХ | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Громкость радиоприемника возрастет, если в нем применить усилитель высокой частоты, собранный по одной из схем, показанных на рисунке 8 А—D.

В рефлексном приемнике на 5 транзисторах (рис. 9) УВЧ выполнен на высокочастотных транзисторах V1, V2. Они же используются и как предварительный усилитель низкой частоты.

Усилитель мощности НЧ — двухтактный, бестрансформаторный. Выходная мощность — 100 мВт, ток «молчания» — 6 мА.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце марки 600НН Ø 8 — 10 мм или подстроечном стержне той же марки размером 2,8X16 мм. Обмотка 1 имеет 35 витков провода ПЭВ 0,13—0,15, а вторичная — 100 витков ПЭВ 0,12.

Для конструкции подойдут детали из набора радиоприемника «Юность»: транзисторы, конденсаторы, ферритовый стержень для магнитной антенны, кольцо для ВЧ-трансформатора, корпус.

После завершения монтажа с помощью резистора R10 устанавливают коллекторный ток транзистора V8 в пределах 3—4 мА, а с помощью R6 подбирают коллекторный ток V2 равным 0,9—1,2 мА. Потенциал в точке А, равный половине напряжения питания, устанавливают резистором R7.

Радиоприемник, схема которого на рисунке 10, питается от источника с пониженным напряжением (4,5 В). Усилитель низкой частоты — четырехкаскадный, с непосредственной связью между транзисторами. В предварительном усилителе низкой частоты (V5, V6) для стабилизации работы транзисторов по постоянному току введена отрицательна« обратная связь — резисторы R8, R10, R12. Кроме того, отрицательной обратной связью усилитель охвачен с выхода на эмиттер V5 через резистор R17.

Симметричные выходные каскады усилителя мощности выполнены на транзисторах разной структуры и включены по схеме с общим эмиттером.

Несмотря на сравнительно большое количество транзисторов, приемник довольно экономичен и прост в налаживании.

Выходная мощность — 100 мВт, ток в режиме молчания — 5,5 мА.

Рис. 7. Схема подключения капсюля ДЭМ-4м.

 

Рис. 8. Варианты (А—Д) схемы усилителя высокой частоты.

Рис. 9. Схема рефлексного радиоприемника:

V1, V2 П401 — П416; V5 МП35 — МП38; V6, V8 МП39 — МП42; V3, V4, V7, Д9Б, Д9Д, Д9Е.

Рис. 10. Схема приемника с пониженным напряжением питания:

V1, V2 П401 — П416, V5, V6, V8, V11 MП39 — МП42; V9, V10 МП35 — МП38; V3, V4, V7 Д9 с любым буквенным индексом.

Рис. 11. Схема УВЧ к приемнику с пониженным напряжением питания.

Налаживание устройства заключается в установке с помощью резистора R12 тока выходного каскада НЧ в пределах 3 мА; напряжение в средней точке выходного каскада, равное половине э.д.с. батареи, подбирают резистором R11; изменением величины резистора R5 ток коллектора транзистора V2 делают равным 1 мА.

Если усилитель высокой частоты радиоприемника усовершенствовать, добавив еще один каскад, требования к подбору высокочастотных транзисторов в этом случае становятся менее жесткими (рис. 11). Эмиттерный повторитель V2 улучшает работу усилителя в целом и позволяет использовать транзисторы с малым коэффициентом усиления. УВЧ работоспособно даже в том случае, если все полупроводниковые триоды будут иметь В = 10. Причем транзистор с самым низким коэффициентом усиления следует использовать в качестве VЗ, а с наибольшим — V2.

Усилитель практически не требует налаживания. При необходимости ток коллектора V3 устанавливают подбором резистора R7.

В радиоприемнике можно применить конденсаторы КЛС, К10-7, КДК, К10-23; электролитические К50-3, К50-6, К50-12, К50-16; диоды Д9 с любым буквенным индексом. Для магнитной антенны нужен ферритооый стержень длиной 100—120 мм, марки 400НН— 600 НН.

Катушка L1 имеет 180—200 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,1—0,13, L2—7—12 витков того же провода Ø 0,12—0,18 мм. Намотка катушек — однослойная, виток к витку, на бумажных каркасах.

Настраивать радиоприемники нужно только со «свежей» батареей питания. Это обеспечит правильную установку рабочего режима транзисторов. В процессе налаживания катушку связи L2 с ферритового стержня снимают.

В. МЕЛЕШЕНКОВСКИЙ

Рекомендуем почитать

  • «ЛЕБЕДИНАЯ ПЕСНЯ» ПАРУСНОГО ФЛОТА
    Последняя серия военных парусных кораблей Черноморского флота была спущена на воду в России во второй половине XIX века. «Двенадцать апостолов», «Париж», «Великий князь Константин» -…
  • «РИЗЕР» С РУССКИМ АКЦЕНТОМ
    История создания и развития новой радиоуправляемой модели планера не совсем обычна. Взять хотя бы причины, побудившие взяться именно за эту машину. Главными стали… своеобразный дух…

Build Simple Transistor Circuits — Самодельные проекты схем

Сюда был включен сборник важных разобранных транзисторных простых схем для сборки.

Простые схемы транзисторов для начинающих любителей

В этой статье обсуждались многие простые конфигурации транзисторов, такие как сигнализация о дожде, таймер задержки, защелка сброса, тестер кристалла, светочувствительный переключатель и многое другое.

В этом сборнике простых транзисторных схем (схем) вы встретите множество небольших очень важных конфигураций транзисторов, специально разработанных и скомпилированных для начинающих энтузиастов электроники.

Простые схемы (схемы), показанные ниже, имеют очень полезные приложения и, тем не менее, их легко построить даже для начинающих энтузиастов электроники. Давайте начнем их обсуждение:

Регулируемый источник питания постоянного тока:

Очень хороший регулируемый блок питания можно построить, используя всего пару транзисторов и несколько других пассивных компонентов.

Схема обеспечивает хорошее регулирование нагрузки, максимальный ток не превышает 500 мА, что достаточно для большинства приложений.

Rain Alarm

Эта схема построена всего на двух транзисторах в качестве основных активных компонентов.

Конфигурация представляет собой стандартную пару Дарлингтона, что значительно увеличивает ее способность усиления тока.

Капли дождя или капли воды, которые падают и перекрывают основание положительным питанием, достаточно для срабатывания сигнализации.

Источник питания без гудения:

Для многих схем аудиоусилителей гудение может стать большой неприятностью, даже правильное заземление иногда не может решить эту проблему.

Однако мощный транзистор и несколько конденсаторов при их подключении, как показано, могут определенно решить эту проблему и обеспечить необходимую мощность без шума и пульсаций для всей схемы.

Защелка установки-сброса:

Эта схема также использует очень мало компонентов и точно устанавливает и сбрасывает реле и выходную нагрузку в соответствии с входными командами.

Нажатие верхнего кнопочного переключателя активирует цепь и нагрузку, тогда как оно отключается нажатием нижней кнопки.

Простой таймер задержки

Очень простая, но очень эффективная схема таймера может быть спроектирована путем включения всего двух транзисторов и других компонентов.

Нажатие кнопки включения мгновенно заряжает конденсатор емкостью 1000 мкФ и включает транзисторы и реле.
Даже после отпускания переключателя цепь остается в положении до полного разряда С1. Время задержки определяется значениями R1 и C1. В нынешнем дизайне это около 1 минуты.

Crystal Tester:

Кристаллы могут быть довольно незнакомыми компонентами, особенно для новичков в области электроники.

Показанная схема в основном представляет собой стандартный генератор Колпитца, включающий кристалл для инициирования его колебаний.

Если подключенный кристалл исправен, это будет обозначено горящей лампочкой, неисправный кристалл будет держать лампу закрытой.

Предупреждающий индикатор уровня воды:

Больше никаких подглядываний и нервных опасений из-за переполненных резервуаров для воды.

Эта схема будет издавать приятный небольшой жужжащий звук задолго до того, как ваш танк разольется.

Нет ничего проще этого. Продолжайте следить за появлением большего количества этих маленьких гигантов, я имею в виду простые схемы, которые можно построить с огромным потенциалом.

Тестер устойчивости руки:

Довольно уверены в ловкости руки? Настоящая схема определенно может бросить вам вызов.

Создайте эту схему и просто попробуйте надеть сжатое металлическое кольцо на положительный вывод питания, не касаясь его.
Жужжащий звук из динамика вызовет у вас «беспокойные руки».

Светочувствительный переключатель:

Список деталей приведен здесь

Если вы заинтересованы в создании недорогого светочувствительного переключателя, эта схема как раз для вас.

Идея проста, наличие света выключает реле и подключенную нагрузку, отсутствие света делает с точностью до наоборот.

Нужны дополнительные объяснения или помощь? Просто продолжайте публиковать свои ценные комментарии (комментарии требуют модерации, для их появления может потребоваться время).

Простая схема тестера

Пассивное тестирование электронной схемы кажется довольно простой задачей. Все, что вам нужно, это действительно омметр.

К сожалению, работать с этим типом полупроводниковых устройств нецелесообразно. Выходные токи, вероятно, повредят полупроводниковые переходы.

Тестер, описанный в этой статье, прост в сборке и обладает преимуществом, заключающимся в том, что максимум около 50 мкА может подаваться только в тестируемой цепи.

Следовательно, он может использоваться для большинства стандартных ИС и полупроводников, которые включают элементы на основе МОП. Индикация реализована через небольшой громкоговоритель, чтобы гарантировать, что в процессе тестирования не требуется постоянно обращаться к тестирующему устройству, а не концентрироваться на тестовых точках.

Транзисторы T1 и T2 составляют основной НЧ-генератор, управляемый напряжением, с громкоговорителем, работающим как нагрузка. Частота генератора формируется C1, R1, R4 и внешним сопротивлением между измерительными проводами.Резистор R3 — сопротивление коллектора Т2; C2 ведет себя как низкочастотная развязка именно этого резистора.

Как упоминалось ранее, тестер никогда не причинит вреда проверяемой цепи; в качестве альтернативы, лучше всего включить диоды D1 и D2, чтобы тестируемая цепь не могла противодействовать повреждению частей тестера. До тех пор, пока у вас нет электрического соединения между тестирующими выводами, схема не потребляет никакого тока. В этом случае срок службы батареи может быть примерно таким же, как срок службы батареи.

Индикатор задних фонарей с предохранителем для автомобиля

Для тех, кто хотел бы быть уверенным, что лампы на их автомобиле находятся в отличном состоянии, эта схема, вероятно, является выходом. Он довольно простой и дает точную индикацию в любой момент, когда какой-либо конкретный светильник перегорает или перестает работать. По отношению к току, потребляемому лампой L, вокруг сопротивления Rx возникает падение напряжения.

Это падение напряжения должно составить около 400 мВ, что может помочь определить значение R .. Например, если это задние фонари, где пара ламп 10 Вт 12 В может быть параллельна, Rx может быть рассчитано, как указано ниже:

Ток может быть выражен как P / V = ​​20/12 = 1.7 ампер

Тогда Rx можно рассчитать как V / I = 0,4 / 1,67 = 0,24 Ом

T2 может быть BC557

Из-за того, что на RX возникает падение 400 мВ, T1 обычно включается, что приводит к отключению T2 . В случае перегорания одного из задних фонарей ток через Rx уменьшается наполовину, что составляет 0,84 А. Падение напряжения на Rx в этот момент составляет 0,84 x 0,24 = 0,2 В.

Это напряжение выглядит существенно минимальным для активации T1, что означает, что этот T2 теперь получает базовый ток через R1, и загорается светодиод.Чтобы получить точную индикацию отказа ламп, рекомендуется использовать одну схему детектора, поскольку может быть только пара ламп.

Тем не менее, использование одного светодиода для нескольких детекторов вполне допустимо: D1 и R3 работают совместно со всеми датчиками, а коллекторы всех транзисторов T2 могут быть соединены друг с другом. R3 должен быть 470 Ом для схемы 12 В и 220 Ом для схемы 6 В.

Простой регулируемый переменный источник питания

Очень простой регулируемый источник питания со стабилизированным выходом может быть построен всего с парой транзисторов, как показано ниже:

Транзисторы T1 и T2 образуют пару Дарлингтона с высоким коэффициентом усиления по току для управления выходным напряжением.Поскольку конструкция в основном представляет собой эмиттерный повторитель, выход эмиттера следует за базовым напряжением, что означает, что изменение базового напряжения пропорционально изменяет выходное напряжение эмиттера.

R1 вместе со стабилитроном определяет базовое напряжение Дарлингтона, которое, в свою очередь, обеспечивает эквивалентное выходное напряжение эмиттера.

R1 и стабилитрон можно отрегулировать по желанию, выбрав значения в соответствии со следующей датой:

Дизайн печатной платы для вышеуказанного транзисторного стабилизированного источника питания можно увидеть на следующем рисунке.

Простая схема усилителя мощности 30 Вт

Эта простая схема полностью транзисторного усилителя мощностью 30 Вт может использоваться для питания небольших акустических систем от USB или от мобильных источников музыки для iPod. Устройство обеспечит отличное звучание усиленной музыки, достаточное для любой небольшой комнаты.

Уровень искажений для этой схемы 30-ваттного транзисторного усилителя значительно снижен, а стабильность потрясающая.

Конденсатор C7 предназначен для компенсации фазового сдвига выходных транзисторов.Значение R1 уменьшено до 56 кОм, и дополнительная развязка с помощью резистора 47 кОм и конденсатора I0 мкФ включены последовательно со стороной с высоким потенциалом R1 и положительным полюсом источника питания.

Выходной импеданс довольно минимален, так как T5 / T7 и T6 / T8 работают как мощные дарлингтоны. Каскад управляющего усилителя эффективно обеспечивает входное среднеквадратичное напряжение 1 В.

Из-за пониженной входной чувствительности усилитель обеспечивает отличную стабильность, а его уровень чувствительности к фоновому шуму минимален.Значительная отрицательная обратная связь через R4 и R5 гарантирует уменьшение искажений. Оптимально допустимое напряжение питания 42 В.

Схема питания должна быть выполнена как стабилизированный блок питания усилителя. Помимо представленных радиаторов, транзисторы 3nos 2N3055 необходимо охладить, закрепив их на металлическом корпусе с помощью слюдяных изолирующих шайб. Стол БП рассчитан на стерео.

Электрические характеристики схемы усилителя мощностью 30 Вт приведены ниже:

Полный список деталей для указанной выше схемы усилителя

Задержка выключения освещения салона автомобиля

Когда поездка на автомобиле начинается после захода солнца, полезно создать систему, которая может держать внутреннее освещение включенным через некоторое время после того, как двери были заперты, что позволяет водителям легко пристегнуть ремни безопасности и повернуть ключ зажигания.Простая схема задержки выключения, показанная ниже, может быть использована для идеальной реализации этой функции.

Когда двери закрываются, контакт двери размыкается, отсоединяя базу транзистора от линии заземления vi D3. Это нарушит заземление pnp-транзистора. Тем не менее, реле все еще работает некоторое время из-за C1, что позволяет току базы BC557 проходить через C1 и катушку реле, пока в конечном итоге C1 не зарядится полностью и не отключит транзисторы и реле.

7-сегментный дисплей Контроллер подсветки Схема

Типичный 7-сегментный дисплейный ток должен быть ограничен приблизительно до 25 мА, что обычно осуществляется через последовательные резисторы.При наличии резисторов яркость дисплея не может быть изменена. В качестве альтернативы продемонстрированная здесь схема питает дисплей от регулируемого источника напряжения со схемой эмиттерного повторителя.

Светодиодная подсветка дисплея изменяется в соответствии с настройками регуляторов напряжения P1 (грубая) и P2 (точная), примерно в пределах от 0 до 43 вольт, причем точная настройка имеет решающее значение из-за диодной характеристики светодиода.

При регулировке яркости дисплея выходное напряжение сначала фиксируется на минимальном уровне, а затем постепенно увеличивается для достижения нужной яркости.

Общий ток для любого 7-значного дисплея не должен превышать 1 ампер, чтобы получить безопасный и надежный сегментный ток 25 мА (7 сегментов по 25 мА для 6 цифр). Выбор последовательного транзистора (T1) определяется его рекомендованными характеристиками рассеяния.

Рабочее реле с более низким напряжением питания

Когда реле работает с номинальным напряжением, оно фактически может удерживать активацию, даже если управляющее напряжение значительно снижается. При пониженном напряжении это позволяет реле работать оптимально, но при этом экономить электроэнергию.

Однако начальное напряжение должно быть близко к указанному для реле, в противном случае реле может не сработать.

Схема, описанная ниже, позволяет реле включаться от источника питания ниже номинального, гарантируя, что при включении напряжение повышается через сеть удвоителя напряжения на диоде / конденсаторе. Это повышенное напряжение обеспечивает реле требуемым более высоким начальным питанием. После того, как активация завершена, напряжение падает до более низкого значения, позволяя реле удерживать и работать с пониженной экономичной мощностью.

Простой двухтранзисторный генератор

Эта небольшая экспериментальная схема двухтранзисторного генератора может легко создавать слышимые частоты в диапазоне от 100 Гц до 2 кГц, используя небольшой громкоговоритель. Схема может управляться 4-мя батареями AA или постоянным источником питания 6 В. Текущие характеристики этой схемы определяются напряжением источника питания и импедансом используемого громкоговорителя, а диапазон обычно может составлять от 10 до 300 мА.

Потенциометр P1 устанавливает рабочий частотный спектр, который устанавливается в широком диапазоне значений.Можно попробовать потенциометры до 1 МОм, преобразуя нижний регулятор частотного диапазона примерно до 10 Гц. C1 также может быть изменен, и значения от 0,01 мкФ до 0,22 мкФ могут соответствовать требованиям тестирования.

Большие значения C1 будут генерировать частоты в нижнем спектре диапазона. Схема очень хорошо работает в таких приложениях, как сигнализация, видеоигры, игрушки, а также для получения дополнительной информации о транзисторных генераторах.

FET Lamp Flasher

Простая схема мигания лампы создается с использованием пары FET, которые собраны вместе как базовый нестабильный мультивибратор.Эти транзисторы проводят попеременно и включают / выключают две лампы.

Значения ПДУ, показанные на диаграмме, фиксируют частоту мигания примерно на 1/3 Гц. Просто регулируя номиналы резистора или конденсатора, можно получить практически любую частоту мигания. Для использования ламп с более высоким номиналом вы можете подключить большее количество MOSFT параллельно, без использования каких-либо конкретных компонентов, зависящих от тока.

Лампы могут быть типичными лампами от 12 В до 14 В с сопротивлением 6 Ом с холодной нитью накала.Когда используется 12 вольт, пусковой ток, используемый схемой, будет составлять 2 ампера. Одна и та же лампа после включения и выключения будет работать с потреблением только 200 мА.

Двойной светодиодный мигающий сигнал

Нестабильный транзистор, часто известный как генератор прямоугольных импульсов, представляет собой гибкую схему. Для иллюстрации на схеме ниже показано, как при этом может мигать пара светодиодов (LED) раз в секунду. Постоянные времени резистивно-емкостных конфигураций R4 и C1, R3 и C2 определяют частоту мигания.

Светодиоды подключены последовательно к коллекторам транзисторов Q1 и Q2, и оба строба включаются и выключаются в равномерном противофазе. Изменение значений R4 и C1 или R3 и C2 изменит частоту мигания. Чтобы преобразовать схему в мигалку с одним светодиодом, замените один из светодиодов короткой перемычкой.

Цепь мигающего неонового шара, 9 В

Мигающие неоновые шары используются во многих приложениях, но их довольно высокое рабочее напряжение препятствует их нормальному использованию в ситуациях, когда нет доступа к электросети.

Эта предлагаемая схема неонового шара позволяет запитать неоновые лампы от источника постоянного тока низкого напряжения. Напряжение, необходимое для зажигания неоновой трубки, достигается с помощью обычного понижающего трансформатора 240-6,3 В, подключенного в обратном порядке. Разряд батареи схемы довольно низкий, который может находиться в диапазоне от 1 до 2 миллиампер по сравнению с питанием от батареи на 9 вольт.

Q1 — однопереходный транзистор, который работает как релаксационный генератор.Его функциональная частота устанавливается сетью R2 -C1. Импульсы, генерируемые UJT Q1, поступают на транзистор Q2, который, следовательно, переключает транзистор Q3 в состояние насыщения.

Резкое увеличение тока, возникающее в обмотке трансформатора 6,3 В из-за перехода Q3 в режим насыщения, вызывает высокое напряжение во вторичной обмотке трансформатора, вызывая мигание неонового шара. Диод D1 расположен для защиты транзистора от скачков высокого напряжения, возникающих из-за индуктивного переключения трансформатора.

Простая схема звукового сигнала

Эта простая схема звукового сигнала построена на основе асимметричного мультивибратора, запускаемого с помощью кнопки. Громкоговоритель представляет собой крошечный элемент с импедансом катушки от 25 до 40 Ом. Вы также можете использовать наушники с сопротивлением около 500 Ом вместо рекомендованного динамика.

Резистор R1 может использоваться для регулировки звукового диапазона звуковой сигнализации. Вы можете использовать любой кремниевый, NPN, низкочастотный транзистор с малым сигналом для Q1, например AC127, BC107, BC108 и т. Д., А для Q2 можно попробовать любой транзистор PNP, такой как 8550, 2N2907, BD140 и т. Д.Характеристики батареи могут соответствовать току стока Q2.

Цепь низких / высоких частот с одним транзистором

Эта базовая схема с одним транзистором обеспечивает усиление примерно на 15 дБ при 100 Гц или срезание при 15 кГц. В этой простой цепи низких и высоких частот используется малошумящий аудиотранзистор общего назначения, а выход может быть подключен прямо к любому регулятору громкости усилителя мощности, где обычно настраивается регулятор тембра.

Коэффициент усиления этой однотранзисторной схемы регулировки тембра близок к единице при измерении с регуляторами, установленными в «плоском» положении.

Усилитель класса A

Фактически это усилитель класса A, что означает, что он может управлять нагрузкой с импедансом более 65 Ом, например, небольшой динамик или гарнитуру. Усилитель потребляет ток покоя примерно 20 миллиампер. И наоборот, увеличивая значение R3, можно уменьшить этот расход. Транзисторы Q1 и Q2 настроены как усилители с общим эмиттером, причем выход Q1 напрямую связан с входом Q2.

Общее усиление по напряжению этой схемы составляет около 80 дБ.Обратите внимание, как конденсатор C3 развязывает резистор R3, нагрузку эмиттера Q2, так что напряжение эмиттера Q2 соответствует среднему напряжению коллектора Q1.

Используя R2, ​​базовое смещение для Q1 получается от эмиттера Q2. Отрицательная обратная связь по постоянному току стабилизирует смещение в этой схеме. Громкость контура регулируется входным потенциометром R4.

Схема ограничителя шума

Звуковой шум может вызывать раздражение, особенно при попытке прослушивания плохого вещательного канала.Вы можете обнаружить, что нежелательный фоновый шум полностью заглушает сигнал вещания, делая его непригодным для использования. Схема транзисторного ограничителя шума, изображенная на схеме ниже, может быть использована для решения этой проблемы.

С помощью потенциометра R3 сигнал и шум передаются на усилитель Q1 в этой цепи. Эти формы сигналов одинаково усиливаются транзистором Q1, однако диоды D1 и D2 ограничивают размах выходных колебаний Q1 примерно до 1,2 вольт.

Пики шума не будут превышать выходной сигнал, если R3 установлен так, что выходной сигнал увеличивается до этого пикового уровня.В результате мощность сигнала может быть более четкой и понятной.

Генератор частоты биений BFO

Генераторы индуктивности-емкости (LC) находят широкое применение в испытательном оборудовании и практических схемах. Локальный генератор, иногда известный как генератор частоты биений или BFO, может быть построен с использованием одного BJ, как показано на рисунке ниже.

Коллекторная нагрузка транзистора Q1 представляет собой модифицированный трансформатор промежуточной частоты 465 кГц, который устроен как традиционный генератор Хартли.Когда встроенный в трансформатор настроечный конденсатор удален, переменный конденсатор C1 преобразуется в регулятор настройки генератора переменной частоты. Выходная частота может быть установлена ​​в диапазоне от 465 кГц до 1,7 МГц.

Когда радиостанция, способная обнаруживать частоты диапазона вещания, расположена близко к цепи генерации сигнала, она улавливает частоту колебаний. Нота ударов может быть слышна, если генератор сигналов настроен на промежуточную частоту радиоприемника. В результате можно было легко принимать непрерывные или однополосные радиопередачи.

Простейший металлоискатель

Следующая схема с одним транзистором представляет собой вариант вышеупомянутой идеи BFO, однако она не включает вторичную обмотку трансформатора. В сочетании с находящимся поблизости радиоприемником, действующим как детектор и усилитель, схема превращается в базовый искатель металлических объектов.

Катушка осциллятора L1 сконструирована путем плотной намотки 30 витков проволоки на пластиковую основу или бобину диаметром от 3 до 4 дюймов. Когда трехжильный кабель подключает его к цепи, он превращается в поисковую головку или чувствительную катушку.Когда вы используете схему в качестве традиционного металлоискателя, ищущего на земле, поисковую головку или датчик можно поместить на нижний конец длинной деревянной или пластиковой опоры.

Обнаружение захороненных богатств или армейских мин с использованием как минимум нескольких металлических предметов может быть выполнено с использованием идентичных схем. Если вы хотите обнаружить металлические трубы или провода, скрытые кирпичом, деревом или оштукатуренными стенами, всю схему можно хранить в переносном ящике. Для работы схемы искателя объектов необходимо наличие металлического тела, которое будет конфликтовать с электромагнитным полем катушки L1.

Посторонний объект влияет как на значение индуктивности L1, так и на частоту поля. Портативный радиоприемник с батарейным питанием, поднесенный ближе к цепи локатора, может точно определить местонахождение металлического предмета. Он обнаруживает изменение частоты и издает громкий крик.

Чтобы слушать низкочастотный ритм или флаттер из динамика радио, сначала установите радио на местную станцию. Затем настройте C1, чтобы наблюдать низкочастотное биение или щебетание из динамика радио.Если локационная цепь расположена близко к скрытому металлическому объекту, нота удара резко изменится.

Преобразователь из 9 В в 300 В с использованием одного транзистора

И снова на следующем рисунке ниже в качестве преобразователя постоянного тока используется генератор Хартли. Он может преобразовывать выходную мощность 9-вольтовой батареи в 300-вольтный постоянный ток. T1 — это трансформатор, который преобразует 9-0-9 вольт в 250 вольт. Индуктивность генератора (L) формируется его первичной обмоткой.

На вторичной обмотке T1 напряжение 9 В повышается до максимального примерно 350 вольт.Полупериодный выпрямительный диод D1 выпрямляет эту форму волны и заряжает конденсатор C4. При токе нагрузки в несколько миллиампер выходное напряжение падает примерно до 300 вольт при постоянной нагрузке.

Предупреждение: поскольку C4 не загружен постоянно, он может накапливать и разряжать тяжелый, но несмертельный электрошок для любого новичка.

Мастерская DIY: Создайте свою педаль фузза | Guitar.com

Существует множество комплектов педалей, но что-то столь же простое, как фуззбокс в винтажном стиле, может быть создано с нуля, что позволит вам узнать больше о схеме и внести изменения для оптимизации звука и универсальности.История Fuzz Face полна змеиного масла, и есть единицы, которые звучат посредственно и даже довольно ужасно, а также те мифические «золотые» примеры, которые звучат невероятно.

К счастью, у опытных создателей реплик были десятилетия, чтобы проанализировать эту относительно простую схему и выработать четкое понимание переменных, которые отличают лучшее от всех остальных. Многие любезно поделились своими открытиями, эффективно демистифицируя Fuzz Face в процессе.

Здесь я покажу вам, как создать базовый Fuzz Face с нуля, и исследую, как заставить схему звучать именно так, как вы этого хотите.Я также буду создавать более продвинутую версию с переключаемыми транзисторами и некоторыми другими модными хитростями.

Для оригинальной схемы Fuzz Face требуется всего несколько компонентов и небольшая печатная плата

Положительные элементы

Давайте сначала проведем различие между двумя эпохами Fuzz Face. Компания Arbiter Electronics Ltd начала производство Fuzz Faces в 1966 году с использованием германиевых транзисторов NKT275 PNP. NKT275 могут звучать замечательно, но их качество звука, как известно, нестабильно, а их характеристики варьируются в зависимости от температуры окружающей среды.Примерно в 1968 году компания Arbiter объединилась с Dallas Electronics Ltd, и к концу того же года Fuzz Faces стали производить на кремниевых транзисторах NPN.

PNP означает положительный / отрицательный / положительный, а NPN означает отрицательный / положительный / отрицательный. Не желая заходить слишком далеко в мир производства транзисторов, все они имеют конструкцию типа «сэндвич». Средний (базовый) слой PNP-транзисторов является отрицательным, а внешние слои (эмиттер и коллектор) положительными. В транзисторах NPN полярность обратная; база положительна, а эмиттер и коллектор отрицательны.

Помимо звуковых различий между германием и кремнием, это важно. Схемы PNP Fuzz Face несовместимы с источниками питания ряда современных педалей, потому что положительный полюс заземлен, а не общепринятый теперь отрицательный. Блоки питания с электронно изолированными выходами могут работать, но это не идеально, и многие владельцы Fuzz Face в винтажном и винтажном стиле смиряются с использованием батареек. Чтобы не усложнять задачу, я начну с кремниевого NPN-транзистора Fuzz Face, который может питаться от стандартного источника питания.

Ножки компонентов проталкиваются через предварительно просверленные отверстия и спаиваются вместе на обратной стороне платы

Наконечники транзистора

Если вы думаете, что цена на старые лампы граничит с безумием, попробуйте исследовать старые транзисторы. Это особенно верно в отношении транзисторов «Святого Грааля», которые использовались в классических педалях высоких частот, вау и фузза. Мой совет — не слишком втягиваться во все это и опасаться покупать дорогие NOS-транзисторы без гарантий продавца, что они не протекают и имеют достаточную прибыль.

Кремниевые резисторы

NPN, используемые в Fuzz Faces, включают BC108C, BC109B, BC109C, BC183L и BC209C. Вы можете найти их в Интернете у поставщиков компонентов, таких как rapidonline.com и cricklewoodelectronics.com — на самом деле, вы, вероятно, можете получить все детали для этого проекта в любом из этих торговых точек.

Для тщательного анализа германиевых и кремниевых схем Fuzz Face посетите этот сайт — там также есть несколько практических советов по транзисторам и очень простая небольшая схема для проверки транзисторов на утечку и усиление.Я использую его, чтобы проверить свой запас транзисторов и обнаружил, что некоторые из них негерметичны. В этом нет ничего необычного, и дырявые не следует использовать. К счастью, я нашел несколько, которые не протекают, и я записал коэффициент усиления каждого на стороне корпуса.

Это не самая красивая пайка, но соединения надежны и соединительный провод не забыт.

Доска для рисования

Печатные платы для схем PNP и NPN Fuzz Face найти несложно, но на самом деле они вам и не нужны. Это настолько простая конструкция, что ее легко собрать на бирке или даже сделать свою собственную петлю или башенную доску.

Я начинаю с рисования схемы, для которой требуется только небольшая плата и восемь просверленных отверстий. Вы можете использовать древесноволокнистую или стеклянную эпоксидную плиту — материал с медью с одной стороны подойдет, но вам нужно сначала удалить медный слой, смочив плату в растворе травителя для печатных плат. Если вы поклонник реликвии своими руками, возможно, у вас уже есть раствор для травления (хлорид железа), потому что с его помощью можно искусственно состарить никелированные детали гитары.

После вырезания платы, разметки отверстий и просверливания их 2-миллиметровым сверлом, компоненты монтируются, а выводные провода загибаются назад, чтобы закрепить их на месте для пайки.Я делаю все паяные соединения на задней части платы, затем отрезаю лишний провод. Это не самый элегантный способ сборки, но схема эффективно подключена по схеме «точка-точка», и это очень просто.

Подключение переключателей затруднено, и лучше всего это сделать до начала сборки педали

Просто убедитесь, что провода транзистора подключены правильно. Базовый провод всегда будет в центре, а эмиттерный провод может быть отмечен маленькой биркой на корпусе. Обратитесь к предоставленным схемам подключения и найдите выбранные вами транзисторы в Интернете, чтобы подтвердить подключения.

В моем металлическом корпусе просверлены отверстия для электролизеров, розеток и выключателя. Я также использую 15-миллиметровую нейлоновую стойку и два винта, чтобы прикрепить плату к корпусу. Входной конденсатор подключается между платой и входным гнездом, а выходной конденсатор соединяет выход платы с регулятором громкости.

Также есть конденсатор емкостью 20 мкФ, который я припаял к контактам дворника и заземления блока управления фаззом. Все соединения переключателя выполнены, и установлен батарейный зажим, положительный полюс которого припаян к стыку резисторов 33K и 470R, а отрицательный — к кольцевой метке входного гнезда.

Регулятор уровня 470K заземлен через корпус потенциометра, и вы можете заменить 100K для дополнительной яркости

Если вы внимательно следите за схемой и сделаете надежные паяные соединения, ваш fuzzbox должен заработать с первого раза. Поздравляю с хорошо выполненной работой, но звучит ли она хорошо? Если да, то вам повезло, и ваша работа здесь сделана. Если нет? Почти наверняка это скорее неудача, чем плохое строительство.

Моя звучит явно средне. Сустейна не так много, и ноты в конечном итоге обрезаются, а не исчезают равномерно, так что это похоже на многие винтажные Fuzz Faces и некоторые из бутик-клонов.Он должен звучать намного лучше, и я собираюсь что-то с этим сделать.

Беспристрастное мнение

Признание того, что некоторые Fuzz Faces каким-то образом «волшебны», в то время как другие звучат посредственно, является нечеткой логикой. Ни один приличный конструктор усилителей не бросит пару ламп мощности и не будет надеяться на лучшее. Вместо этого они будут проверять напряжения и измерять настройки смещения, чтобы убедиться, что они работают должным образом. Они могут даже регулировать смещение в пределах безопасных параметров для достижения определенных характеристик перегрузки, увеличения чистого запаса хода или оптимизации динамического отклика.

Транзисторы

ничем не отличаются в этом отношении, и эти «волшебные» Fuzz Faces — это те транзисторы, которые, как оказалось, не имеют утечки и идеально смещены по сравнению с стандартными резисторами. Сотрудники Arbiter не тщательно отбирали транзисторы и не настраивали их на слух, поэтому они так сильно различались.

Конденсатор 22 мкФ припаян к двум клеммам блока управления фаззером и заземлен с одной стороны

Вместо резисторов 33К и 8К2 поставил пару подстроечных резисторов по 20К.Припаяйте стеклоочиститель к одной из внешних ножек, и он станет переменным резистором, который можно предварительно установить на указанное значение, если у вас есть мультиметр.

Electrosmash.com/fuzz-face — еще один отличный ресурс по Fuzz Face. Вы найдете все рекомендованные напряжения во всех важных точках цепи, но не слишком заботьтесь о том, чтобы согласовать их с вашей педалью. Лучший способ настроить любой Fuzz Face — использовать уши. Регулируйте потенциометр по одному во время игры, чтобы слышать, как меняется звук.

С одной стороны, вы слышите свирепый фуз с небольшим сустейном или без него, а также эффект гейтинга. Я предпочитаю настраивать свой на ровный тон с долгим и равномерным затуханием. Также стоит повернуть гитару на ступеньку ниже, чтобы услышать, как работают настройки смещения для этих более чистых тонов Хендрикса.

Это забавный фрагмент, потому что если вы внимательно слушаете и не торопитесь, вы сможете превратить средний fuzzbox в фантастический. После всех настроек этого может быть достаточно для вас, но есть несколько интересных дополнительных модов, которые следует учитывать.

Основная поверхность fuzz закончена и, если вы предпочитаете

, поместится в меньший корпус.

Полный мод

Хотя в последнее время он был вовлечен в полемику, Майк Фуллер из Fulltone придумал несколько эффективных настроек для своего взгляда на Fuzz Face. Мне больше всего нравится потенциометр 50 кОм, подключенный как переменный резистор между входным разъемом и входным конденсатором 2,2 мкФ.

По словам гуру гитарной электроники RG Keen, он «увеличивает кажущееся сопротивление источника звукоснимателя».Электронное объяснение становится немного сложным, но мод добавляет ясности и дает регулятору громкости гитары более удобный и прогрессивный отклик. Есть некоторая потеря чистого пуха, но его все еще более чем достаточно, и распад более плавный. Басы становятся немного плотнее и четче. Если вы уменьшите громкость гитары примерно до семи или восьми, а затем постепенно откажетесь от регулировки смещения, вы сможете услышать, как она попадает в золотую середину, где вы улучшаете четкость, не теряя слишком большого обхвата.

Потенциометр 47K является регулятором импеданса модуляции Фуллера, и его эффект неуловим, но эффективен

Более плотный бас

Хотя многим нравится их жирное и измученное обаяние, некоторые игроки критикуют Fuzz Faces за то, что в них слишком много басов и звучит нечетко на низких частотах.Это может превратиться в мутность и придать схеме приглушенное качество — особенно с гитарами, оборудованными хамбакерами.

Замена входного конденсатора 2,2 мкФ конденсатором меньшего номинала предотвратит попадание самых низких частот на первый транзистор. Чем меньше размер, тем меньше басов.

Наша «бутик-версия» построена на более длинной револьверной плате для размещения четырех потенциометров смещения транзисторов.

Поэкспериментируйте с разными значениями, чтобы получить басовый отклик, который лучше всего подходит для вашей гитары и усилителя — я бы предложил 0.47 мкФ или даже 0,22 мкФ в качестве разумной отправной точки. Использование конденсаторов с более низкой стоимостью означает, что вы можете попробовать пленочные конденсаторы, а не электролитические, что может иметь тональные преимущества.

Вы можете сделать этот спад низких частот постоянной функцией или переключаемой опцией. Чтобы сделать его переключаемым, установите меньший конденсатор вместо 2,2 мкФ и подключите больший конденсатор к меньшему конденсатору параллельно с переключателем, чтобы замкнуть и разорвать соединение. Объединение 0,22 мкФ с переключаемым конденсатором 2 мкФ даст вам 2.22 мкФ, когда они в комбинации.

Тумблеры

3PDT позволяют выбирать между германиевыми и кремниевыми транзисторами или использовать их в комбинации

Германиевый вариант

Хотя германиевые транзисторы связаны с положительным заземлением PNP Fuzz Faces, вы также можете получить германиевые транзисторы NPN. Они вставляются прямо в эту схему без необходимости менять источник питания или подключения батареи. Я использую пару транзисторов AC176, и по сравнению с «классическими» германиевыми фазз-транзисторами PNP они недороги.

Замена кремния на германий потребует дополнительной настройки подравнивателя. Arbiter также использовал резистор 330R вместо резистора 470R для германиевой цепи, но переход на 330R не является существенным.

Используя тумблеры 3PDT, вы можете заставить ваш fuzzbox работать на обоих типах транзисторов. Вы также можете объединить кремний на первом этапе с германием на втором или наоборот. Вы также можете переключаться между разными типами кремниевых транзисторов.

Готовый «бутик» пух

Для этого я делаю большую печатную плату с моими предпочтительными револьверными головками для пайки — она ​​должна быть больше, чтобы вместить четыре подстроечных гнезда. Я устанавливаю тумблеры между фаззером и регуляторами уровня для защиты и подключаю их к печатной плате.

Когда все четыре транзистора смещены на слух, кремниевый звук ярче, грубее, агрессивнее и длится немного дольше. Германий звучит теплее, менее насыщенно и имеет более сладкие тона, когда вы убираете громкость гитары.Комбинации кремния и германия тоже работают хорошо; предоставление различных текстур нечеткости и характеристик сжатия.

Версия этой педали с транзисторным переключением требует немного больше работы, но она того стоит. Транзисторы AC176 стали для меня звездой шоу, поэтому я планирую опробовать некоторые альтернативные кремниевые транзисторы в будущем. Думайте об этом, как о замене ламп в усилителе.

Я был бы первым, кто признал бы, что этой педали не хватает визуальной привлекательности, но она определенно напоминает бутик-фуззбокс внутри, да и звучит так же.Не стесняйтесь делать свои собственные выводы по этому поводу, пока я буду выбирать отделку, графику и экстравагантные ручки в стиле ретро. Удачной пайки и не обжигай пальцы.

Перечень основных деталей

  • Резистор 33K
  • Резистор 100К
  • 8К2 резистор
  • Резистор 470R
  • Конденсатор 2.2 мкФ
  • Конденсатор 22 мкФ
  • Конденсатор 0,01 мкФ
  • Горшок 500K
  • горшок 1K
  • Кремниевые транзисторы 2 x NPN
  • Гнездо стерео
  • Гнездо Mono jack
  • Ножной переключатель 3PDT
  • Металлический корпус
  • Непроводящая печатная плата

Измененный список запчастей Fuzz

  • горшок 50K
  • Горшок обрезной 4 x 20K
  • Транзисторные переключатели 2 x 3PDT
  • Печатная плата большего размера
  • 2 x AC176 NPN германиевые транзисторы
  • 2 транзистора BC108 / BC109 (или аналогичные)

Для получения дополнительных мастер-классов и руководств по теме «Сделай сам» щелкните здесь.

Основы работы с транзисторами

— Circuit Cellar

и их роль сегодня

В наши дни и в век высокоинтегрированных микросхем, какова актуальность одиночного дискретного транзистора? Это правда, что большинство потребностей в проектировании встроенных систем можно удовлетворить с помощью решений на уровне микросхемы. Но продавцы электронных компонентов все еще производят и продают отдельные транзисторы, потому что для них все еще есть рынок. В этой статье Стюарт рассматривает некоторые важные основы транзисторов и способы их использования при проектировании встраиваемых систем.

Что хорошего в транзисторе? Конечно, интегральные схемы (ИС) полны транзисторов, их тысячи. До революции микросхем и микропроцессоров произошла революция транзисторов, когда телевизоры, радиоприемники и компьютеры были построены с использованием новых твердотельных устройств. Транзистор был отцом ИС. Но разве сегодня одиночный транзистор не устарел? Какая польза от простого транзистора в мире, где современные микропроцессоры Intel имеют более миллиарда транзисторов каждый?

Это правда, что почти все то, что мы привыкли делать с транзисторами, можно сделать дешевле, лучше и эффективнее с помощью ИС, и мы можем делать с ИС то, что невозможно с дискретными транзисторами.Было бы невозможно построить современный микропроцессор с дискретными транзисторами — одна только длина выводов сделала бы невозможными скорость. Но верно и обратное. Дискретный транзистор может быть простым способом решения некоторых проблем. Например, транзисторы обычно имеют гораздо более высокие пределы рабочего напряжения и мощности в простых схемах, чем у сопоставимых ИС. Производители и дистрибьюторы электроники по-прежнему производят и продают отдельные транзисторы, потому что детали все еще находят применение. В этой статье я хочу рассказать о некоторых очень простых вещах о транзисторах, о том, как они используются и как вы можете включить их в свои приложения.

ОБЗОР
BJT (транзистор с биполярным переходом) был первым общедоступным транзистором, который способствовал переходу от электронных ламп. BJT бывают двух видов: NPN и PNP. Оба (обычно) кремниевые устройства. Кремний модифицируется (легируется) примесями для получения материала N-типа или P-типа. Транзистор NPN имеет слой P-типа, зажатый между двумя слоями N-типа, а PNP — наоборот.

На рисунке 1 показано схематическое обозначение NPN BJT, простая диаграмма структуры и модель диода.Структура N-P-N просто репрезентативна. В реальном транзисторе область коллектора обычно больше, чем область эмиттера, и ни одна из них не является квадратной, как показано на диаграмме. Диодное представление транзистора показывает, как протекает ток, а не как устроена фактическая часть. Вы не можете построить транзистор из двух диодов, но использование двух диодов помогает объяснить, как работает смещение транзистора.

РИСУНОК 1 — Схематическое изображение, физическое представление и модель диода NPN-транзистора

Принцип работы NPN-транзистора концептуально прост.Что касается модели диода, если вы подключите коллектор к положительному напряжению, скажем, 5 В, а эмиттер — к земле, вы получите два диода, соединенные спиной к спине, с их анодами, соединенными вместе. Место соединения двух анодов представляет собой базу транзистора. Если вы подадите на базу положительное напряжение больше 0,7 В, эмиттерный диод будет смещен в прямом направлении, и ток будет течь от базы через эмиттер к земле. Коллекторный диод будет иметь обратное смещение, и через этот диод не будет протекать ток.

РЕАЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНЗИСТОРА
Теперь откажитесь от модели диода и посмотрите на настоящий транзистор. Если коллектор подключен к +5 В, а эмиттер — к земле, а напряжение на базе достаточно высокое (0,7 В) для прямого смещения перехода база-эмиттер, ток будет течь от базы к эмиттеру и . от коллектора до эмиттера. Если напряжение база-эмиттер ниже 0,7 В, транзистор находится в состоянии «отсечки», и ток не течет через эмиттер или коллектор.Вот и все. Вот как работает BJT.

Протекание тока коллектор-эмиттер заложено в конструкции транзистора. Вот почему настоящий транзистор отличается от модели диода, и вот почему вы не можете построить транзистор из двух диодов. Если на коллекторе +5 В, а эмиттер находится на земле, доведение базы до 0,7 В вызовет протекание тока от источника питания 5 В — через коллектор — к эмиттеру и на землю. Если эмиттер на +2 В, то базу нужно довести примерно до 2.7 В, чтобы ток шел от коллектора к эмиттеру.

Магия транзистора заключается в том, чтобы определить, как получить ток, протекающий через коллектор. Если вы просто подключите транзистор, как я описал, без каких-либо ограничений по току, ваш транзистор быстро превратится в дымящийся расплавленный кусок пластика.

Обычно, если транзистор работает в пределах своих номинальных значений тока, мощности и напряжения, ток в эмиттере будет равен току, текущему в базу, плюс ток, текущий от коллектора к эмиттеру.Очень маленький ток базы управляет гораздо большим током коллектора, поэтому ток коллектора приблизительно равен току эмиттера. Когда ток в коллекторе не течет, транзистор находится в состоянии «отсечки», как упоминалось ранее. Если протекает достаточно тока, чтобы напряжение коллектор-эмиттер было настолько низким, насколько возможно (обычно около 0,3 В для малосигнального транзистора), транзистор считается «насыщенным». В этом состоянии изменения базового тока больше не влияют на ток коллектора.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Как мы можем использовать этот транзистор? На рисунке 2 показана простая схема. В этой схеме мы подключаем коллектор к +5 В, эмиттер к земле через резистор 220 Ом, а базу к фиксированному значению 1 В. Прямое напряжение 2N3904 составляет от 0,65 В до 0,85 В при токе коллектора 10 мА. . Обычно для расчетов используется 0,7 В. Итак, напряжение на эмиттере (VE) будет 1 В — 0,7 В или 0,3 В. Вот где происходит волшебство: напряжение на эмиттере фиксировано, поэтому ток через резистор 220 Ом равен 0.3 В / 220 Ом или 1,36 мА. Коллекторный ток такой же. Следовательно, контролируя напряжение базы, мы контролируем ток эмиттера и, следовательно, ток коллектора.

РИСУНОК 2 — Простая схема показывает зависимость напряжения и тока база-эмиттер.

На рисунке 3 показано, как можно сделать усилитель с этой схемой. Эта схема идентична схеме на Рисунке 2, за исключением того, что теперь мы добавили резистор R2 на 1,5 кОм между коллектором и источником питания 5 В. Поскольку ток в эмиттере зафиксирован на 1.36 мА, ток в коллекторе тоже 1,36 мА. Этот ток протекает через R2, создавая на R2 напряжение 1,36 мА x 1,5 кОм, или 2,04 В. Таким образом, напряжение на коллекторе, VC, представляет собой напряжение питания 5 В минус напряжение на R2, или 2,95 В.

РИСУНОК 3 — Транзистор, подключенный как усилитель, путем добавления резистора в коллекторе.

А что произойдет, если напряжение на базе повысится до 1,1 В? Когда это происходит, напряжение на эмиттере теперь составляет 0,4 В (1,1 В — 0,7 В), что делает ток эмиттера равным 1.8 мА. Ток коллектора также составляет 1,8 мА, поэтому напряжение на R2 теперь составляет 1,8 мА x 1,5 кОм, или 2,7 В. VC теперь составляет 5–2,73 В, или 2,27 В. Таким образом, изменение напряжения базы на 0,1 В вызвало Напряжение коллектора упало с 2,95 В до 2,27 В, изменение -0,68 В. Напряжение коллектора упало на 6,8 x 0,1 В (изменение входного напряжения).

Вот что интересно: изменение напряжения коллектора равно отрицательному значению изменения входного напряжения, умноженному на отношение резистора коллектора R2 к резистору эмиттера R1, или 1.5 кОм / 220 = 6,8. Если вы работаете с математикой, это имеет смысл, потому что ток коллектора такой же, как ток эмиттера. Но поскольку коллекторный резистор R2 в 6,8 раза больше резистора эмиттера, любое изменение тока в резисторе эмиттера приведет к изменению напряжения на коллекторе в 6,8 раз больше.

Если вы проделали тот же расчет после понижения базового напряжения с 1 В до 0,9 В, вы бы увидели повышение напряжения коллектора на 0,68 В. Эта схема представляет собой инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления -6.8. Положительное изменение напряжения на входе вызывает отрицательное изменение напряжения на выходе и наоборот.

У этой схемы есть некоторые ограничения. Если вы поместите 1,32 В на базу, вы обнаружите, что эмиттер находится на 0,62 В, а напряжение коллектора оказывается почти равным напряжению эмиттера. Транзистор не может довести коллектор до напряжения эмиттера, поэтому он насыщен. Ограничением этой конкретной схемы является максимальное входное напряжение около 1,3 В. На другом конце любое значение меньше 0.7 В вызывает отключение транзистора. Итак, полезный диапазон входного напряжения этой схемы составляет от 0,7 В до примерно 1,3 В. Тем не менее, этого было бы достаточно для повышения звукового сигнала низкого уровня до того, что можно дополнительно усилить.

Говоря об аудио, как бы вы подключили аудиосигналы в схему? Аудиосигналы обычно колеблются между отрицательным и положительным напряжениями. Если вы поместите его в базу, транзистор будет большую часть времени в отключенном состоянии — все время, если пики положительного сигнала никогда не достигают 0.7 В.

Это подводит нас к смещению. Рисунок 4 представляет собой модификацию Рисунка 3 с некоторыми резисторами смещения, добавленными к базе. Резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который доводит базу до примерно 1 В. Это находится на полпути между нижним и верхним пределами схемы от 0,7 В до 1,3 В. Теперь предположим, что мы подаем сигнал на вход, который колеблется между -0,1 В и +0,1 В. Из-за блокирующего конденсатора постоянного тока C1 он станет от 0,9 В до 1,1 В на базе и будет усилен на -6.8 в цепи.

РИСУНОК 4 — Резисторы смещения позволяют транзистору работать со входами, связанными по переменному току, такими как аудиосигналы.

Есть и другие способы смещения базы транзистора. Диод опорного напряжения, как показано на Рис. 5 , фиксирует базу при известном напряжении. В этой схеме напряжение эмиттера VE будет около 1,3 В, поэтому ток эмиттера и коллектора будет 5,9 мА. Дело не в том, чтобы показать все возможные способы смещения транзистора, просто есть другие способы сделать это.

РИСУНОК 5 — Для создания фиксированного смещения можно использовать стабилитрон или опорный диод.

ОГРАНИЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА
Как и все в физическом мире, транзисторы имеют некоторые ограничения. Мы уже рассмотрели один — значения резисторов базы и эмиттера в схеме усилителя должны быть выбраны таким образом, чтобы транзистор не переходил в режим отсечки или насыщения при любом входном сигнале, который вы пытаетесь усилить.

У транзисторов

другие характеристики. Например, 2N3904, используемый в этих примерах, имеет максимальное напряжение коллектор-эмиттер 40 В.Больше того, и транзистор поджарится. Обратное напряжение база-эмиттер — когда база считается отрицательной по отношению к эмиттеру — имеет максимальное значение 6 В. При превышении этого значения переход эмиттер-база выходит из строя.

Коллектор может выдерживать максимальный непрерывный ток 200 мА. Устройство имеет максимальную рассеиваемую мощность около 600 мВт. Таким образом, даже если коллектор-эмиттер может выдерживать 40 В, а ток коллектора может достигать 200 мА, если вы попытаетесь пропустить через него 200 мА при 40 В, это не удастся.40 В при 200 мА — это 8 Вт, что значительно превышает возможности устройства по управлению мощностью.

Смысл всего этого в том, что, как и любое полупроводниковое устройство, ваша конструкция должна соответствовать всем максимальным номиналам: мощность, напряжение коллектор-эмиттер, ток коллектора, напряжение обратного пробоя эмиттер-база и так далее.

Одной из ключевых характеристик транзистора является коэффициент усиления по току. Это число описывает, насколько изменяется ток эмиттера при заданном изменении базового тока. Коэффициент усиления по току зависит от величины тока, протекающего в коллекторе.Для 2N3904 минимальное усиление по току при токе коллектора 0,1 мА составляет 40. При 10 мА минимальное усиление составляет 50. Максимальное усиление, указанное в таблице данных, составляет 300. Непосредственно перед написанием этого параграфа я измерил несколько 2N3904. имел прирост более 300.

Практическое значение усиления состоит в том, чтобы влиять на то, как эмиттер взаимодействует с базой. Если бы транзистор в схеме усилителя на Рисунке 3 имел коэффициент усиления всего 10, резистор 220 Ом в эмиттере выглядел бы примерно как 2 кОм на базе, что повлияло бы на смещение и нагрузку на схему управления.В этом случае вам нужно, чтобы резисторы смещения имели достаточно низкое значение, чтобы эффект нагрузки эмиттерного резистора изменил напряжение смещения менее чем на 10% или около того. Но если вам нужно использовать в цепи смещения резисторы меньшего номинала, это, в свою очередь, представляет большую нагрузку для всего, что им движет. В случае усилителя он снижает общее сквозное усиление.

К счастью, для большинства приложений с малыми сигналами нетрудно найти транзистор с достаточно высоким минимальным усилением, чтобы это не было проблемой.Проблемы возникают тогда, когда вам нужно очень низкое значение сопротивления эмиттера. Даже при усилении 300 эмиттерный резистор около 10 Ом может оказать существенное влияние на нагрузку на базу, что необходимо учитывать в ваших расчетах. Поскольку транзистор имеет конечное усиление, вы не можете использовать очень большие резисторы — например, что-то в мегаомном диапазоне — для смещения базы. Если вы это сделаете, эмиттер снизит напряжение.

Одним из распространенных дополнений к аудиоусилителю является обход эмиттерного резистора с помощью электролитического конденсатора.Конденсатор имеет очень высокий импеданс (почти бесконечный) на постоянном токе, но импеданс уменьшается с увеличением частоты. Это позволяет смещению постоянного тока работать, но увеличивает усиление для аудиосигналов, делая сопротивление эмиттера (сопротивление параллельно импедансу конденсатора) очень низким значением на звуковых частотах. Это делает отношение сопротивления коллектора к сопротивлению эмиттера намного выше при аудиосигнале, чем при постоянном токе, что увеличивает усиление. (Помните: коэффициент усиления — это отношение резистора коллектора к импедансу эмиттера.Однако это также приводит к значительному снижению входного импеданса схемы на этих звуковых частотах. Другие характеристики транзисторов, влияющие на использование в радиочастотных схемах, такие как схемы высокоскоростной коммутации, выходят за рамки этой статьи и не будут здесь обсуждаться.

ПРИМЕНЕНИЕ
Вы можете создавать усилители на транзисторах, и многие люди это делают. Но также легко построить усилитель с операционным усилителем или другой ИС, и я хочу сосредоточиться здесь на приложениях, в которых полезны уникальные характеристики транзистора.

Как вы могли бы на практике использовать транзистор, учитывая то, что мы уже сделали? В , рис. 6, , я изменил рис. 5, сделав опорное напряжение 2,5 В, сделав R1 120 Ом и добавив светодиод в коллекторную цепь. Поскольку напряжение на базе фиксируется опорным диодом на уровне 2,5 В, напряжение эмиттера составляет 1,8 В, а ток эмиттера составляет 15 мА. Это верно до тех пор, пока напряжение питания V + достаточно высокое, чтобы опорный диод и светодиод оставались включенными. Таким образом, светодиод будет иметь ток 15 мА независимо от того, составляет ли напряжение питания 5 В или 20 В.

РИСУНОК 6 — 2N3904, подключенный как драйвер светодиода постоянного тока

Очевидно, у этого есть верхние пределы, и в какой-то момент предел рассеиваемой мощности или напряжения 2N3904 будет превышен, и он поднимется в облаке дыма. Я показал схему смещения, питающуюся от 5 В. Если вы также запитали ее от переменной V +, вам также нужно будет принять во внимание ограничения R3 и D1. Но если вам нужен постоянный ток через светодиод независимо от напряжения питания (в разумных пределах), эта схема сделает это.Вы можете сделать это, если хотите, чтобы светодиод имел постоянную интенсивность независимо от приложенного напряжения или просто чтобы более высокие напряжения не превышали максимальный ток светодиода.

На рисунке 7 показан 2N3904, используемый для преобразования логического уровня между двумя разными схемами, работающими при разных напряжениях. Вы можете использовать это для преобразования между выходом 3,3 В микроконтроллера (MCU) и входом схемы, которой требуется 5 В. В схеме + напряжение питания будет подключено к напряжению питания целевой системы.Независимо от того, что управляет входом, он должен иметь достаточный выходной ток, чтобы управлять резистором 2,2 кОм. Эта схема инвертирует сигнал — высокий входной сигнал дает низкий выходной сигнал. В этой схеме транзистор всегда находится в состоянии отсечки или насыщения.

РИСУНОК 7 — 2N3904, используемый в качестве преобразователя логического уровня.

Существует множество микросхем, которые могут это сделать, например, буферы с открытым коллектором, так зачем использовать транзисторы? Транзистор может выдерживать более высокие напряжения, чем большинство схем транслятора логического уровня. Транзистор может переводить между 3.Например, цепь 3 В и цепь 12 В.

Многие схемы преобразователя напряжения требуют, чтобы вы знали напряжение питания и, следовательно, напряжение возбуждения на входе. Но однажды у меня была ситуация, когда вход мог поступать из разных источников, от менее 2,5 В до 5 В. Решение с транзистором работает для всех логических напряжений, потому что транзистор включится при любом напряжении привода выше 0,7 В. Он может даже использоваться для преобразования входного напряжения 12 В или 24 В в выходное напряжение 3,3 В или 5 В при условии, что входной резистор R2 достаточно велик для предотвращения чрезмерного тока.

Окончательное приложение NPN показано на рис. 8 . На рисунке 8a 2N3904 управляет реле. Диод D1 защищает транзистор от перенапряжения. Когда реле выключается путем выключения транзистора, создается обратное напряжение, поскольку энергия в катушке реле рассеивается. Это напряжение может достигать уровней, достаточных для разрушения транзистора из-за чрезмерного напряжения коллектор-эмиттер — помните раздел характеристик транзистора. Диод D1 ограничивает напряжение до 0.На 7 В выше V + для защиты транзистора. Но это имеет побочный эффект замедления размыкания реле.

РИСУНОК 8 — Схема реле с 2N3904. Базовый диодный зажим (a) и стабилитрон высокого напряжения (b) для более быстрой работы.

На рисунке 8b показана та же схема, но с стабилитроном 12 В, D2, последовательно с D1. Это позволяет обратному напряжению достигать 12,7 В выше V +, что позволяет значительно быстрее рассеивать энергию катушки, ускоряя срабатывание реле. Но с реле на 12 В напряжение коллектора будет превышать 24 В в течение периода обратного хода.Эта схема использует высокое напряжение пробоя коллектор-эмиттер для повышения скорости. Есть несколько драйверов реле, которые могут это сделать, но они не имеют большого преимущества перед транзисторами. Обратите внимание, однако, что размер базового резистора R1 должен быть таким, чтобы пропускать ток, достаточный для транзистора, для работы реле. Для большого сильноточного реле может потребоваться предварительный драйвер и силовой транзистор. На этом этапе лучшим решением может быть ИС.

ТРАНЗИСТОРЫ PNP
До сих пор я сосредоточился на транзисторах NPN.Функционально PNP является противоположностью NPN. Напряжение коллектора PNP (при нормальном смещении) меньше, чем эмиттер, а база ниже эмиттера на 0,7 В для включения транзистора. Нет необходимости использовать отрицательное напряжение. Как и в случае с NPN, значение имеет напряжение относительно эмиттера. Транзистор PNP может быть соединен с NPN в простых усилителях звука, чтобы сделать усилитель для наушников или динамиков. Дополнением PNP к 2N3904 является 2N3906.

Рисунок 9 показывает, как 2N3906 можно использовать для создания отрицательного напряжения смещения в системе только с положительным источником питания.Вам может потребоваться отрицательное смещение для смещения входного сигнала или для питания операционного усилителя, которому по какой-то причине требуется отрицательный источник питания.

РИСУНОК 9 — Генератор отрицательного напряжения с использованием PNP 2N3906

Вход управляется прямоугольным сигналом, который может исходить от выхода таймера микроконтроллера или двухтранзисторного мультивибратора (Google it). Я произвольно выбрал значения для компонентов в этом примере. Вы можете использовать значения компонентов, соответствующие входной частоте, выходному току и напряжению, а также другим требованиям вашего приложения.Обратите внимание, что входной сигнал должен колебаться близко к положительной шине питания (5 В в показанной схеме), чтобы полностью отключить Q1 — иначе транзистор никогда не выключится и станет горячим. Если вы управляете схемой с выходом логического уровня, вам может потребоваться подтягивающий резистор, чтобы убедиться, что входной сигнал полностью переключается на положительную шину. Вы также можете использовать эту схему в системе с напряжением 3,3 В.

Я включил этот пример, чтобы показать, как можно использовать транзистор PNP. Это не значит, что нет ИС, которые могут это сделать.Например, преобразователь постоянного тока в постоянный ток TPS6735 производства Texas Instruments может выдавать выходной сигнал -5 В при 200 мА, хотя он не будет работать при 3,3 В.

МОП-транзисторы
До сих пор я рассматривал биполярные транзисторы, но есть еще один класс транзисторов, называемых полевыми МОП-транзисторами (металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы). Если BJT имеет базу, эмиттер и коллектор, эквивалентными выводами полевого МОП-транзистора являются затвор, исток и сток. MOSFET работает аналогично BJT, но есть некоторые важные отличия.

MOSFET иногда ранее назывался IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). Я не видел, чтобы этот термин использовался в течение многих лет, но он описательный. Затвор полевого МОП-транзистора электрически изолирован от остальной части, а ток от стока к истоку управляется электрическим полем, создаваемым приложением напряжения к затвору. Изолированный затвор означает, что полевой МОП-транзистор имеет входное сопротивление с очень высоким импедансом, поэтому ток не должен течь через затвор для управления током сток-исток.Фактически, если ток течет в затвор, это, вероятно, означает, что какой-то предел был превышен и транзистор вышел из строя.

BJT можно рассматривать как устройство с регулируемым током, в котором небольшое изменение тока базы вызывает большое изменение тока коллектора. МОП-транзистор — это устройство, управляемое напряжением, в котором изменение напряжения затвора вызывает большое изменение тока стока. Рисунок 10 показывает MOSFET 2N7000, подключенный как транслятор логического уровня, аналогично тому, как BJT был подключен на рисунке 7.Он будет работать так же, как и схема 2N3904, со следующими отличиями:

РИСУНОК 10 — МОП-транзистор 2N7000 как инвертирующий преобразователь логического уровня

1. Высокое сопротивление означает, что в затворе не требуется резистор для ограничения тока. Это также означает, что вход транзистора не нагружает тот выход, который им управляет.
2. Для включения транзистора BJT требуется 0,7 В и небольшой ток. MOSFET требует, чтобы затвор был положительным по отношению к источнику. В случае 2N7000 напряжение включения, Vgs, может варьироваться от 0.От 8 В до 3 В. Это означает, что использование 2N7000 для преобразования входного сигнала 2,5 В или 3,3 В в выход с более высоким напряжением может быть проблематичным, и транзистор может не включиться. Однако, если пойти другим путем, от системного входа 5 В или выше до выхода 3,3 В или 2,5 В, он будет работать так же, как и с биполярной схемой.
3. Насыщенный МОП-транзистор не имеет напряжения насыщения — у него есть сопротивление между истоком и стоком. Для 2N7000 это может быть примерно до 6 Ом, когда V + составляет 5 В для версии компонента On Semiconductor.Для большинства приложений это значение достаточно мало, поэтому оно не имеет значения, но об этом следует помнить, особенно при переключении значительного тока.

2N7000 обычно используется как коммутатор. Вы можете настроить его как усилитель, но изменение порогового значения Vgs делает это немного сложнее, чем для BJT. Подобно PNP-дополнению к NPN-транзистору, N-канальные MOSFET имеют дополнение, которое является P-канальным MOSFET. BS250 от Vishay является приблизительным эквивалентом P-канала 2N7000.Вы можете использовать такой транзистор вместо PNP для реализации генератора отрицательного напряжения, упомянутого ранее, хотя, конечно, вы должны быть уверены, что управляющее напряжение превышает пороговое напряжение затвора.

ДРУГИЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Я сосредоточился на малосигнальных транзисторах, чтобы продемонстрировать основные принципы. Как в биполярных, так и в полевых МОП-транзисторах есть устройства, предназначенные для работы с большими токами и высокими напряжениями, детали, разработанные специально для ВЧ-приложений, и другие варианты.Но основные принципы те же.

Я надеюсь, что мое объяснение того, как работают транзисторы, помогло вам лучше понять их, и что примеров достаточно, чтобы вы могли экспериментировать с транзисторами в ваших приложениях. Иногда транзисторы полезны, даже если они существуют уже давно. И даже в схемах, которые вы можете построить с помощью микросхем, транзисторы представляют собой интересное устройство, поскольку вы можете перейти к базовому компонентному уровню.

РЕСУРСЫ
Спецификацию On Semiconductor для 2N3904, используемую в качестве примера в этой статье, можно найти по адресу https: // www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3903-D.PDF

Спецификацию On Semiconductor для 2N3906, дополняющую 2N3904, можно найти по адресу: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N3906-D.PDF

Спецификация On Semiconductor для 2N7000 находится по адресу: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N7000-D.PDF

О полупроводниках | www.onsemi.com
Техасские инструменты | www.ti.com
Vishay | www.vishay.com

ОПУБЛИКОВАНО В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • МАЙ 2019 № 346 — Получить PDF-файл выпуска

Стюарт Болл — зарегистрированный профессиональный инженер со степенями BSEE и MBA.Он имеет более чем 30-летний опыт работы в области проектирования электроники
. В настоящее время он является главным инженером в Seagate Technologies.

Спонсируйте эту статью

EE321 Лаборатория № 13

Биполярные переходные транзисторы, часть IV

Радиоприемник AM

Это будет командная лаборатория (это слишком долго, чтобы делать это самостоятельно за один lab), в котором мы построим и протестируем три модуля, а затем подключим их вместе, чтобы сделать радиоприемник, который будет принимать станцию ​​AM.В три модуля — усилитель радиочастоты (ВЧ), амплитудная модуляция детектор и усилитель мощности. Один член команды должен создать и протестировать Двухтактный усилитель и детектор AM. В то же время другой член команды должен построить и протестировать усилитель радиочастоты. Оба члена команды должны работать вместе для проведения измерений, показывающих, что каждый модуль работает правильно.

Так как эта лаборатория будет сложной, будет очень аккуратно. Сборка ВЧ усилителя на отдельной макетной плате уменьшит обратную связь через линии заземления.

A. Двухтактный усилитель.

1) Цепи эмиттерного повторителя лаборатории 10 могут обеспечивать биполярные токи. к нагрузке, но отрицательный ток нагрузки ограничен по величине до значение тока смещения эмиттера. Для больших выходных токов это означает, что мощность, рассеиваемая в транзисторе, велика, когда нет сигнала настоящее. Рассеивание на транзисторе уменьшается за счет использования двухтактного конфигурация, показанная на рисунке 1. Постройте двухтактную схему и эскиз его ответ на синусоидальную волну 1 кГц.Сделайте это с правой стороны вашего прототипа плата, чтобы позже было место для дополнительных схем. Нарисуйте форму выходного сигнала. Что вызывает «перекрестное» искажение?

2) Вышеупомянутая схема может использоваться для увеличения токового выхода операционного amp, как показано. Перекрестные искажения уменьшаются за счет включения в . контур обратной связи операционного усилителя. Постройте схему (рис. 2) и наблюдайте v из для синусоидального входа. Что случилось с кроссовером искажение, а почему? (Подсказка: посмотрите на выход самого операционного усилителя.)

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Если есть какая-либо ошибка в этой цепи, выходные транзисторы может перегреться. Убедитесь, что они не нагреваются. Заземлите вход и убедитесь, что на выходе почти 0 В

3) Уменьшите амплитуду выходного сигнала до 1 вольт (среднеквадратичное значение) на частоте на три октавы выше середины `C ‘(f = 440). Убедитесь, что нет смещения постоянного тока на выходе перед подключением к динамику. Подключите динамик 8 Ом к выходу. (Перед тем как это сделать, вычислите мощность, которая будет приложена к спикеру.Будет ли это производить громкий, средний или мягкий тон?) Попробуйте синус, прямоугольные и треугольные волновые входы. Почему они звучат иначе?

4) Измерьте звуковую частотную характеристику этой системы Hi-Fi. Что ограничивается ли частотная характеристика?

B. Детектор AM

5) Детектор в основном представляет собой пиковый детектор и фильтр высоких частот. Строить схема, показанная на рисунке 3. Установите на входе синусоидальную волну 1 МГц, 4 В (размах) со смещением 1 В. Наблюдайте за сигналом в точке B. Измените входную амплитуду. на вольт и измерьте изменение в точке B.Попробуйте другие амплитуды, частоты и смещения, и определить, что делает схема.

6) Уменьшите входную частоту до 1 кГц синусоидальной волны 1 В размах с 2 В компенсировать. Выход C должен быть синусоидальным. Почему? Низкие частоты должны быть блокируется конденсатором 0,15 мкФ. Найдите эту частоту среза, f c .

C. RF Усилитель

Усилитель на Рисунке 4 использует «каскодную» конфигурацию (Q1, Q2) для уменьшить влияние емкости (Миллера) на базу-коллектор стык Q2.Это улучшает высокочастотные характеристики усилителя. схема. Эмиттерный повторитель Q3 обеспечивает схему с низким выходом. сопротивление. Для этой схемы используйте транзисторы 2N2222, которые лучше частотная способность, чем у 2N3904.

7) Аккуратно соберите схему на своей прототипной плате. Измерьте постоянный ток. напряжения смещения, чтобы убедиться, что все транзисторы находятся в активном состоянии. Проверка напряжений смещения — очень полезный способ обнаружить плохую проводку или неисправную проводку. компоненты.

8) Введите слабый сигнал и измерьте усиление на частоте 1 МГц. Измерьте частоту отклик (найдите частоты 3 дБ).

D. Простое AM-радио

9) Проверьте работу схемы, используя свое тело в качестве антенны. У вас должен быть выходной сигнал размахом 1 вольт, амплитуда которого появляется быть «шумным». Измерьте частоту (около 1 МГц). Нарисуйте форму сигнал с амплитудной модуляцией (от 100 до 1 кГц). (Примечание: вы должны используйте для этого свой осциллограф в аналоговом режиме.)

10) Подключите ВЧ усилитель к детектору. Посмотрите на обнаруженный сигнал на вашем объеме. Убедитесь, что нет смещения постоянного тока. Подключите это к источнику питания усилитель и к динамику. Послушайте, что звучит таинственная форма волны как.

Выбор транзисторов — EDN

В 1964 году, когда я начал работать в электронной промышленности, один кремниевый транзистор стоил более 1 фунта стерлингов (2,80 доллара в то время или около 22 долларов в ценах 2014 года). Эти дешевые были не очень хороши, а более производительные стоили намного дороже.Выбор подходящего устройства был важен как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стоимости. Сегодня транзистор на микросхеме может стоить менее одной миллиардной копейки, а дискретные транзисторы, которые мы обсуждаем в этой статье, имеют отличную производительность и вряд ли будут стоить больше нескольких пенни каждый при покупке в большом количестве. Но существуют десятки тысяч, возможно, сотни тысяч различных типов дискретных транзисторов, и почти всегда в системе есть несколько мест, где дискретный транзистор необходим.Что мы выбираем и почему?

Один из распространенных вопросов, который мы задаем в отделе приложений: «В примечании к применению для XXXX требуется транзистор 3N14159 — где я могу его получить?» Исследования показывают, что 3N14159 был устаревшим в течение многих лет — или его можно получить (при минимальном заказе в 1000000 штук) только со сроком выполнения 21 месяц на заводе в Тимбукту. Правильный вопрос — не «Где?» но что?» — другими словами, «Какие еще устройства, которые легко достать, будут работать в этом приложении?»

Несколько лет назад я написал статью о том, как использовать операционный усилитель в качестве компаратора [1].Я указал, что правильный совет — «Не надо!» и потратил остаток статьи на обсуждение того, как избежать неприятностей, проигнорировав правильный совет. Эта статья похожа — она ​​пытается ответить на вышеперечисленные вопросы, показывая, что для многих приложений нет необходимости выбирать конкретный транзистор — мы должны просто использовать первый разумно подходящий транзистор, который попадется под руку. Конечно, есть некоторые вопросы, которые необходимо учитывать — так как же нам сделать правильный выбор транзистора, не тратя время на ненужные детали? Мы не будем обсуждать физику транзисторов.Horowitz & Hill [2] или Википедия [3] дадут вам хорошее резюме основ, и есть бесчисленное множество других книг и статей как по основным принципам, так и по подробным исследованиям конкретных вопросов. Но нам действительно нужно знать, что они делают, и может быть полезно узнать немного о том, почему они ведут себя именно так, поэтому мы поговорим немного о транзисторных структурах.

Транзисторы

Транзистор — это твердотельное трехполюсное усилительное устройство. Для входных и выходных сигналов имеется общая клемма, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой.


Рисунок 1
Основная функция транзистора

Существует два основных типа транзисторов — транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы, известные соответственно как BJT и FET.

Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — используется ли его выходной вывод положительным или отрицательным по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал.Это критически важно, но настолько очевидно, что дальнейшего обсуждения этой темы не требуется. В остальной части статьи, за исключением случаев, когда конкретно рассматривается этот вопрос, мы будем использовать положительные случаи (NPN & N-канал) для всех наших примеров.

Хотя полевые транзисторы были продемонстрированы и запатентованы почти на двадцать лет раньше, чем биполярные транзисторы [4], первые практические транзисторы были биполярными [5]. Транзистор NPN состоит из тонкой базы полупроводника P-типа, зажатой между двумя областями N-типа, эмиттером и коллектором.Если ток течет от базы к эмиттеру и на коллекторе присутствует положительное смещение, в коллекторе протекает больший ток, пропорциональный току базы.


Рисунок 2
Биполярный переходной транзистор NPN (BJT)

Из Рисунок 2 мы видим, что BJT — это усилитель тока — выходной ток в β раз больше входного тока, а β может незначительно изменяться в зависимости от тока базы, так что усилитель не является полностью линейным. (Β или h fe — это коэффициент усиления по току транзистора.Входное сопротивление не является ни низким, ни линейным, поэтому мы также можем рассматривать BJT как усилитель I out / V in (крутизна) с кремниевым диодом в качестве входного устройства. Понятно, что чем больше значение β, тем лучше усилитель тока. Для большинства приложений достаточно минимального значения 80–100, но нередки значения, превышающие несколько сотен. (Возможны «супер-бета» транзисторы с β до нескольких тысяч, но они имеют очень узкую базовую область и низкие напряжения пробоя и настолько хрупки, что используются редко, за исключением аналоговых интегральных схем.)

Существует два типа полевых транзисторов: полевые транзисторы (JFET) и металлооксидно-кремниевые полевые транзисторы (MOSFET), и оба имеют любую полярность (N-канал для положительного источника питания, P-канал для отрицательного). Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (но их входная емкость может быть довольно большой — десятки или даже сотни пФ) и, следовательно, являются устройствами крутизны (I из / V в ).

Сегодня MOSFET — более распространенное устройство. Версия с N-каналом состоит из полоски кремния P-типа с двумя диффузорами N-типа.Поверх полоски между диффузорами находится очень тонкий слой диоксида кремния (или другого изолятора), покрытый проводящей пленкой (обычно из алюминия или поликристаллического кремния). Положительный потенциал на этом проводящем затворе приводит к тому, что материал P-типа непосредственно под изолятором становится N-типом, соединяя диффузию стока и истока и позволяя току течь. Величина тока зависит от приложенного напряжения, поэтому устройство работает как усилитель, а также как переключатель.


Рисунок 3
MOSFET в режиме расширения с N-каналом

Обычно полевые МОП-транзисторы относятся к этому типу — выключены при несмещении и включены напряжением смещения.Такие устройства известны как устройства расширенного режима. Однако можно сделать полевые транзисторы, которые включаются без смещения и выключаются отрицательным (положительным для P-канала) напряжением. Все полевые транзисторы JFET (переходные полевые транзисторы) относятся к этому типу, но есть и некоторые полевые МОП-транзисторы с режимом истощения.

МОП-транзистор в режиме обеднения имеет неглубокую диффузию под оксидом затвора, соединяя сток и исток и позволяя току течь без смещения затвора. Когда затвор смещен отрицательно (для N-канала), эта диффузия ограничивается результирующим электрическим полем, и устройство перестает проводить.


Рисунок 4
MOSFET с N-канальным режимом истощения

N-канальный JFET состоит из полоски кремния N-типа с соединениями (сток и исток) на каждом конце и диффузией затвора P-типа между ними. Без смещения на затворе ток может течь в канале N-типа ниже диффузионного. Когда затвор смещен отрицательно, зона истощения расширяется, заполняя канал, и ток стока прекращается.


Рисунок 5
N-канальный режим истощения JFET

Выбор транзисторов

Для большинства транзисторных приложений общего назначения нам нужны непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор).Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения. В оставшейся части этой статьи не будут рассматриваться полевые транзисторы в режиме истощения — хотя они являются ценными компонентами в ряде приложений, они настолько менее распространены, чем BJT и устройства в режиме улучшения, что отдельный раздел для них на самом деле не нужен, особенно когда большая часть Вопросы, которые мы обсудим, являются общими для всех транзисторов любого типа.

Значит нам нужен транзистор. Мы знаем, является ли его питание положительным или отрицательным, и поэтому, нужно ли нам устройство с каналом NPN / N или с каналом PNP / P.Но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят дорого и занимают дорогую площадь на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям (ESD) во время обращения, но они не потребляют ток базы и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы емкостной нагрузки в более высокочастотных цепях).Когда-то пороговое напряжение затвора (значение V gs , при котором MOSFET начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств сопоставимы с базовое напряжение включения 0,7 В кремниевого биполярного транзистора. Так что, где нам нужен усилитель или логический переключатель, нам, вероятно, все равно.

Но вход BJT — кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при перегрузке — действовать как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому есть некоторые схемы, в которых мы должны иметь BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor [6] публиковал схемы, созданные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»). Эти транзисторы представляют собой кремниевые планарные BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям: —

Устройство

Тип

BV генеральный директор

I c (макс.)

β [h fe ] (мин)

P до (макс.)

f t (мин.)

ТУН

НПН

20 В

100 мА

100

100 мВт

100 МГц

ТУП

PNP

-20 В

-100 мА

100

100 мВт

100 МГц

Подходят самые дешевые малосигнальные кремниевые транзисторы.Я должен предложить добавить в список MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации: —

Устройство

Тип

BV DS

I c (макс.)

V GS (th)

P до (макс.)

т вкл. / т выкл. (макс.)

MUN

N-канал

20 В

100 мА

0.От 5 В до 2 В

100 мВт

20 нСм

МУП

П-канал

-20 В

-100 мА

от -0,5 В до -2 В

100 мВт

20 нСм

Большинство версий SPICE содержат стандартные транзисторы BJT и MOSFET, похожие на эти «универсальные» устройства.Поэтому при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти универсальные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный (т.е. лучшую упаковку, доступность и дешевизну) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение.

Конечно, многие проекты не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта.В таких случаях укажите исключения, например: —

MUN кроме выше BV ds ≥250V

ТУП кроме выше β ≥ 200

или что-то еще….

Когда в опубликованном проекте используется конкретный транзистор, разумно подумать, необходимо ли выбранное устройство для этого проекта или это был просто первый транзистор, выпавший из ящика для мусора [7], когда конструктор построил свой прототип [8].Изучите лист данных (если транзистор настолько загадочен, что вы не можете найти его, изучите схему, в которой он используется): —

  1. Есть ли у устройства какие-то необычные характеристики?
  2. Используется ли эта характеристика в схеме?
  3. Ожидаете ли вы, что схема будет работать с TUN / TUP?
  4. Предлагает ли быстрая проверка программного обеспечения (SPICE), что оно будет работать с TUN / TUP?
  5. Можно ли предположить, что менее быстрая проверка оборудования (макетной платы) будет работать с TUN / TUP?

Если ответы на все вопросы «Да», то, вероятно, было бы разумно изучить пункты 1 и 2 немного более внимательно, но если ответы «Нет, нет, да, да, да», почти наверняка безопасно заменить устройство с общим.

Параметры транзистора

Максимальное напряжение коллектор / сток. BV ceo или BV ds Если максимальное напряжение питания меньше, чем BV ceo или BV ds , и в коллекторе / стоке нет индуктивных цепей, которые могли бы вызвать более высокие переходные процессы напряжения, и нет внешнего источник сигнала, который может применять более высокие напряжения, то нам не нужно беспокоиться об этой спецификации.

С другой стороны, существует множество схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями V ce или V ds , либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы в этом случае выбран правильный максимум. Старые учебники склонны предполагать, что транзисторы являются устройствами низкого напряжения и что за редким исключением они дороги — полезно помнить, что сегодня биполярные транзисторы и полевые МОП-транзисторы с напряжением пробоя более 500 В являются недорогими и легкодоступными, хотя коэффициент усиления по току β высоковольтные BJT чаще находятся в диапазоне 40–100, а не ≥100 TUN / TUP.Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. I c (макс.) или I d (макс.) Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства. Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА, это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если для подачи питания на нагрузку требуется транзистор, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов. Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номиналы I max более 100 мА — обычно 300–1000 мА — и многие устройства, которые соответствуют спецификации TUN и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться, когда требуются такие средние токи.Если требуются более высокие токи, устройства TUN и т. Д. Будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор. Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения β при больших токах.

Пакеты и мощность. Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении.Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, свинцовый для прототипирования и мелкосерийного производства, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Некоторые из наиболее распространенных корпусов транзисторов показаны на рис. 6 вместе с парой германиевых переходных транзисторов очень ранних британских «красных пятен» (f t ≤700 кГц) в кованых алюминиевых банках конца 1950-х годов. .(«Красные пятна» включены для исторического интереса — в подростковом возрасте автор этой статьи использовал эти транзисторы «Красного пятна», которые были отбракованы от производственной линии, производящей устройства с номерами типов — несмотря на то, что они бракованные, они все еще стоили около 1 фунт стерлингов за штуку [более 20 долларов в текущих ценах] для создания ряда различных радиоприемников и усилителей, а также счетчика Гейгера.)


Рисунок 6
Некоторые корпуса транзисторов

Тепло уходит от большинства корпусов через их выводы, поэтому фактические тепловые характеристики малосигнальных транзисторов зависят как от печатной платы, на которой он установлен, так и от корпуса.Даже самые маленькие транзисторы для поверхностного монтажа могут рассеивать несколько сотен мВт, что намного больше максимального предела, указанного в спецификации TUN / etc. Одно и то же устройство в разных корпусах может иметь разную максимальную мощность — осторожно RTFDS [9].

В корпусах устройств повышенной мощности есть металлические области, обеспечивающие теплопроводность к радиатору, поэтому внимательно прочтите спецификации рассеивания и требования к радиатору для этих устройств. Корпус TO-264 в Рис. 6 может рассеивать 2.5 кВт на подходящем радиаторе.

Разные устройства в одном корпусе могут иметь разную распиновку. Важно понимать, что два транзистора с одинаковыми электрическими характеристиками и корпусом могут иметь разные выводы и, следовательно, не могут быть взаимозаменяемыми сразу. На рис. 7 показаны шесть возможных BJT-соединений корпусов TO-92 и SOT-23. Еще в 1990-х автору удалось найти хотя бы одно устройство с каждой из этих выводов, и хотя этот список был утерян, у него нет оснований предполагать, что современные транзисторы менее разнообразны.


Рисунок 7
На корпусе

возможно шесть распиновок

В высокочастотной конструкции может быть полезно выбрать устройство с распиновкой, обеспечивающей наименьшее паразитное реактивное сопротивление в разводке печатной платы.

Ток утечки коллектора / стока

I ce0 или I dss0 (иногда называется «ток отсечки» .) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен.Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, должны быть выбраны для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.


Рисунок 8
Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой

Маломощный инвертор, показанный на Рис. 8 — это пример схем, требующих очень низкой утечки коллектора / стока.Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2,0 В, что только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока ≤50 нА. (Обратите внимание, что, хотя этот инвертор имеет очень низкую мощность [300 нА = 0,9 мкВт, когда транзистор включен], он также очень медленный — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада равна 20 пФ, что вполне разумно, его время нарастания составляет около 0,2 мс — не проблема для приложений постоянного тока, но бесполезно даже для схем переключения средней скорости.)

Текущее усиление. β или h fe Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения (т.е. напряжение коллектор / база положительное [для устройства NPN]). β обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению. Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют β ≥ 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (≥40 или 50) минимальные заданные значения.


Рисунок 9
Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рис. 9 , одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET. В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжения база / эмиттер или затвор / исток V равны или V gs остаются постоянными, что дает фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах может приниматься обратная связь. от эмиттера (источника) / подключения нагрузки.


Рисунок 10
Поскольку базовый ток не течет по их выходам, BJT менее точны, чем полевые транзисторы в качестве токовых выходных каскадов.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, коллекторный и эмиттерный токи BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад в Рисунок 10 должен быть выполнен с MOSFET, а не BJT, поскольку MOSFET фактически имеют нулевой ток затвора.

Прямая крутизна.g fs Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔI ds / ΔV gs , когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Он измеряется в сименсах (S) (или, для традиционалистов среди нас, в mhos или обратных омах (Ʊ), которые являются устаревшим названием и символом для одного и того же). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь g фс всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов и более.

Как правило, изменения напряжения затвора на несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость — см .: —

Пороговое напряжение затвора. V gs (th) Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в техническом паспорте и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в температурном диапазоне схемы, которое, вероятно, составит не менее нескольких сотен мВ, иначе это может начинать включаться тогда, когда предполагается выключить.

Напряжение насыщения. V ce (sat) Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его коллекторной нагрузке было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), это Говорят, что это насыщенный .Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения: —

[A] В классической логике TTL каждый вход передает 1,6 мА на управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потреблять около 16 мА при напряжении насыщения не более 400 мВ.

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеивание при заданном токе нагрузки пропорционально его напряжению насыщения. Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это его время восстановления насыщения и может быть указано при четко определенных условиях в его техническом паспорте.

О сопротивлении. R на полевых МОП-транзисторах не насыщается, поскольку они являются основными устройствами носителя. Когда они включаются с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы с низким номиналом, а их сопротивление на сопротивлении указано в их технических характеристиках. Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние составляет I 2 R.

Коэффициент шума.NF Большинство применений транзисторов имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой. Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств очень важно, чтобы коэффициенты шума измерялись при одинаковом импедансе источника. Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.В документе, относящемся к более раннему RAQ [10], подробно рассматриваются эти и другие проблемы шума, и к нему следует обращаться, если вам интересна эта тема.

Частота перехода. f t f t BJT — это частота, на которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. Опять же, я не предлагаю обсуждать, как это можно измерить [11], а просто хочу отметить, что f t является наиболее широко используемым показателем качества для сравнения частотной характеристики BJT.Большинство TUN и TUP будут иметь f значительно выше минимума 100 МГц, но транзисторы с высокой мощностью и высоким напряжением часто будут иметь довольно низкие значения.

Полевые транзисторы

— это крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (C gs ) от пФ до сотен пФ, их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен, а их значение f t получено.Иногда лист данных полевого или полевого транзистора будет содержать значение f t , полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если таковой имеется, для оценки частотной характеристики полевого транзистора, но обычно скорость полевых транзисторов указывается в терминах переключения. раз.

Время переключения. t (вкл.) & t (выкл.) Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, затрачиваемое при определенных условиях (RTFDS) для повышения выходного тока от нуля до заданного значения , или вернуться к нулю соответственно.Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости. С ?? С транзистором связаны три емкости: входная емкость C в , выходная емкость C на выходе и емкость Миллера [12] (или обратная связь) C fb .Разные производители используют разные названия (отсюда C ?? в заголовке), но это должно быть ясно из , рис. 11, .


Рисунок 11 Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные названия / символы)

Как мы уже видели, полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ.Однако при проектировании схем, в которых такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

Выбор транзистора

Итак, нам нужен транзистор для конструкции. Как мы выбираем?

Было бы неплохо иметь базу данных по каждому транзистору в мире, прикрепленную к электронной таблице, чтобы после ввода предельных значений каждого важного параметра мы видели список каждого из них, который соответствует нашим требованиям.К сожалению, такой список невозможно составить — он огромен и будет меняться день ото дня по мере появления новых транзисторов и устаревания старых. Однако такие дистрибьюторские компании, как Avnet, Arrow, Digi-Key, Mouser, Premier Farnell и RS Components имеют на своих веб-сайтах системы параметрического поиска [13], которые позволяют нам делать то же самое с тем преимуществом, что, хотя они и не показывают все устройства в мире, те, которые они показывают, вероятно, будут легко доступны. У многих производителей тоже есть такие параметрические поисковые системы, которые даже более актуальны, но преимущество дистрибьюторских систем в том, что они позволяют нам сравнивать устройства многих производителей на одном сайте и, как правило, также дают некоторое представление фактического наличия.

Итак, ответ на вопрос — составить список необходимых параметров и выйти в онлайн. Поисковая система каждого дистрибьютора немного отличается, и, конечно, акции каждого дистрибьютора (и, возможно, цены) также различаются, поэтому, вероятно, лучше использовать более одного и сравнить результаты.

Мы уже обсудили, какие параметры выбрать, но перечислим основные по порядку: —

Полярность: — Канал NPN / N или Канал PNP / P?

Тип: — BJT или FET?

Рабочее напряжение: — Выберите минимальное безопасное значение BV ceo или BV ds

(Также может быть хорошей идеей выбрать максимальное значение, так как транзисторы с очень высоким напряжением могут иметь меньшее усиление и более высокое напряжение V ce (sat) или R на и обязательно будут немного дороже.)

Максимальный ток: — Выберите значение ≥33% выше максимального ожидаемого тока коллектора / стока.

(Вам может потребоваться учесть пиковые переходные токи, а также максимальные установившиеся токи.)

Пакет: — Какой пакет, и распиновка , вам нужен?

(Если устройство поставляется в нескольких упаковках, абсолютный максимальный ток и номинальная мощность могут отличаться в зависимости от выбранной упаковки — проверьте это.Также в руководстве по параметрическому выбору может не быть деталей о распиновке.)

Мощность: — Какое максимальное рассеивание?

(Помните, что коммутатор в выключенном состоянии рассеивает очень мало энергии, а когда он включен, большая часть мощности приходится на нагрузку, а не на сам коммутатор. высокая скорость.)

При выборе транзистора необходимо определять указанные выше параметры.Остальные могут быть критическими в одних приложениях и не важными для других, поэтому вы должны решить для себя, какие из них важны для вашего приложения, и выбрать устройства, которые соответствуют вашим требованиям. Рассмотрите весь оставшийся список, но укажите только те, которые вам действительно интересны: —

Ток утечки: — I ce0 или I ds0

Коэффициент усиления по току: — β или h fe — Немного приложений требуют β≥ 100

Крутизна: — г FS — Требуется редко.

Пороговое напряжение затвора: — В gs (th) — Оно должно быть совместимо с уровнями любой логики, используемой для управления полевым МОП-транзистором в качестве переключателя, и не должно быть слишком большим, если полевой МОП-транзистор используется с низким питанием. Напряжение.

Напряжение насыщения: — В ce (sat) — Важно только тогда, когда BJT используется в качестве переключателя (логического или силового).

На сопротивлении: — R на — Важно, когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя питания, но не обычно в усилителях или логических приложениях

Коэффициент шума: — NF — Важен только в усилителях (очень) малых сигналов или малошумящих генераторах.

Частота перехода: — f t — Важно только в ВЧ усилителях или генераторах.

Время переключения: — t (вкл.) & t (выкл.) Этот параметр редко имеет значение, за исключением транзисторов, используемых в быстрых логических интерфейсах и быстром переключении мощности.

Емкость: — C в , C вне и C fb (Или версии этих разных производителей.) — Эти параметры редко нужно указывать для приложений LF BJT, но поскольку полевые МОП-транзисторы могут иметь довольно большие значения C в , разумно поместить значения наихудшего случая в модели схем SPICE с дискретными полевыми МОП-транзисторами, чтобы гарантировать, что их емкость не является проблемой.

Когда вы введете выбранные вами параметры в поисковик, вы, если повезет, получите список устройств с нужными вам характеристиками. Если вы уверены, что правильно выбрали параметры, выберите от пяти до десяти самых дешевых, которые есть в наличии.Сделайте то же самое с еще парой поисковых систем дистрибьюторов, а затем сравните свои списки. Вы должны обнаружить, что они похожи — в таком случае выберите самое дешевое устройство, доступное у большинства поставщиков.

Получите SPICE-модель этого устройства и убедитесь, что она совместима с SPICE-симуляцией вашей конструкции. Если это так, создайте прототип оборудования с этим устройством и также проверьте его производительность. Если все в порядке, вы выбрали транзистор.

Однако, когда вы публикуете свой дизайн или отправляете его в производство, не указывайте устройство, которое вы выбрали, как если бы это был единственно возможный выбор.Спецификация должна выглядеть примерно так: «Транзистор TR3 — это N-канальный MOSFET в корпусе TO-92 (распиновка sgd на контактах 1-2-3), его BV ds0 должен быть не менее + 25V, I ds (макс.) не должно быть меньше 250 мА, В gs (th) должно быть в пределах 600 мВ — 1,8 В, а C в должно быть меньше 65 пФ. Большинство полевых МОП-транзисторов, соответствующих этому описанию, должны работать в этой схеме, но анализ SPICE и создание прототипов были выполнены с помощью 2Nxxxx. Анализ SPICE 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa предполагает, что эти устройства также должны работать хорошо, но многие другие NMOSFET-транзисторы с аналогичными характеристиками также могут быть удовлетворительными.«Конечно, вам действительно стоит провести SPICE-анализ 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa, которые, конечно же, будут одними из самых дешевых и наиболее доступных устройств из вашего списка.

Аналогичная процедура применяется, если проект, который вы хотите использовать, вызывает 3N14159. и вы не можете его найти. Если у вас есть его данные, вам следует изучить схему и решить, какие из параметров устройства важны. Если вы не можете найти его данные, изучите схему и попытайтесь определить, какие параметры транзистора необходимы для правильной и безопасной работы.Попробуйте симуляцию SPICE, чтобы проверить работоспособность, но будьте немного консервативны в выборе бездымных (т.е. безопасных — не взорвется) значений напряжения пробоя, тока и мощности, поскольку это не ваша конструкция и вы можете кое-что упустить. Используйте выбранные вами значения в параметрическом поиске с последующей проверкой программного и аппаратного обеспечения, как описано выше. Если все пойдет хорошо, у вас есть запасные части для 3N14159, и вам не придется ехать в Тимбукту [14].

Список литературы


  1. Компараторы и операционные усилители — пусть они никогда не встретятся
  2. Искусство электроники Пола Горовица и Уинфилда Хилла — Издательство Кембриджского университета (1989) ISBN-10: 0521370957
  3. Википедия: Транзистор
  4. Julius Lillienfield — Заявка на патент Канады CA272437 (1925) / Патент США US1745175 — Способ и устройство для управления электрическими токами 1930-01-28
  5. John Bardeen & Walter Brattain: — Патент США US2524035 — Трехэлектродный элемент схемы, использующий полупроводниковые материалы, 1948-02-26 (выпущен 1950-10-03) и Уильям Шокли: — Патент США US2569347 — Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал 1948-06 -26 (выдан 25.09.1951)
  6. Elektor
  7. У каждого инженера должна быть коробка с использованными компонентами, оставшимися от предыдущих проектов, в качестве источника внезапно необходимых деталей для новых.В идеале у них должен быть разумный набор вещей, но не настолько, чтобы их было трудно искать. Спичечный коробок слишком мал, 40-футовый интермодальный контейнер обычно слишком велик (если вы не морской инженер, работающий на морских буровых установках).
  8. Разработчики интегральных схем делают это слишком часто при написании технических описаний. Вместо того, чтобы указывать общую деталь, они указывают ту, которую они фактически использовали — это был предпроизводственный образец стартапа в Тимбукту, который обанкротился в 1976 году, или что-то столь же нелепое.Это одна из причин высокого уровня безумия среди прикладных инженеров, которым приходится убеждать клиентов в том, что использование заменителя на самом деле не является признанием поражения и не может вызвать Армагедон или дождь из лягушек и рыб.
  9. «Прочтите дружественный технический паспорт!»
  10. В этих ссылках обсуждается тепловой шум и коэффициенты шума в контексте резисторов и операционных усилителей, но физика в равной степени применима и для транзисторов:
  11. Cadence отлично справляется с
  12. Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его действие в 1920 году.Миллер, конечно, работал с термоэмиссионными клапанами (лампами), но название и эффект до сих пор актуальны для полупроводниковых триодов (BJTs & FETs).
  13. GP-BJT и MOSFET, Avnet
  14. На самом деле я всегда хотел поехать в Тимбукту — там есть древний университет и нужно увидеть архитектуру, чтобы поверить в это — и теперь, когда Аль-Каида изгнана, я планирую возможный визит в следующем году. Но я не ожидаю найти полупроводники: верблюдов, туарегов, финики, кус-кус, песок и фантастическое исламское искусство — но не фабрику транзисторов.
Эмиттер-повторитель

— обзор | Темы ScienceDirect

Высокочастотный выходной и входной импеданс буферов эмиттерного повторителя

Идеальный буфер имеет очень высокий входной импеданс и очень низкий выходной импеданс. Выходное и входное сопротивление эмиттерного повторителя зависит от частоты из-за эффектов C π и C μ . Используя схемы рисунка 7.11, мы продолжим исследование высокочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя. Смоделируем случай, когда последовательно с базой есть сопротивление ( R s ). В главе 5 мы обнаружили, что, используя схему на рис. 7.11 (b), низкочастотное выходное сопротивление эмиттерного повторителя составляет:

РИСУНОК 7.11. Анализ высокочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя. (а) Инкрементная схема. (б) Низкочастотная модель. (c) Высокочастотная модель. (d) График выходного сопротивления, показывающий, что выходное сопротивление увеличивается в конечном диапазоне частот от ω 1 до ω 2 .В этой области выходной импеданс эмиттерного повторителя является индуктивным.

(7.19) Zoutw → 0 = (Rs + rx + rπ1 + hfe) ≈ (Rs + rxhfe) + 1gm

Ранее мы видели, что усиление тока слабого сигнала транзистора уменьшается на очень высоких частотах. На очень высоких частотах C π замыкает r π , и генератор g m v π также отключается, в результате чего получается инкрементная модель, показанная на рис. 7.11 (c ).Игнорируя влияние C μ , выходной импеданс на очень высоких частотах равен:

(7.20) Zoutω → ∞ = Rs + rx

Если бы мы хотели, мы могли бы найти выходной импеданс в замкнутой форме, используя по следующей методологии. Мы можем повторно использовать предыдущий результат для низкочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя. Однако, если мы заменим r π в исходном уравнении на импеданс, представляющий r π параллельно с C π , мы можем решить для выходного импеданса как функции частоты:

(7.21) Zout (s) = (Rs + rx + zπ (s) 1 + hfe) zπ (s) = rπCπrπCπs + 1

Однако это становится математически сложным, поэтому давайте прибегнем к приблизительному результату, который мы можем найти осмотром с минимумом расчета.

График величины выходного импеданса эмиттерного повторителя показан на рисунке 7.11 (d) при условии 9 , что ток коллектора достаточно высок, так что 1/ г м < R с + r х . Отметим, что между частотами ω 1 и ω 2 выходной импеданс линейно увеличивается с частотой и, следовательно, является индуктивным в этом диапазоне частот.

Частота ω 1 , когда сопротивление начинает увеличиваться, — это частота, при которой C π начинает закорачивать r π . Эта частота приблизительно равна:

(7,22) ω1≈1rπCπ

Частота ω 2 составляет примерно ч fe, в раз больше этой частоты:

(7,23) ω2≈hfeω1≈hferπCπ≈gmCπ

Эквивалентная схема, имитирующая этот частотно-зависимый импеданс, показана на рисунке 7.12. Мы можем подобрать параметры R 1 и R 2 :

РИСУНОК 7.12. Модель выходного сопротивления Z out ( с ) эмиттерного повторителя с параметрами L , R 1 и R 2 . Обратите внимание, что это моделирует случай, когда сопротивление последовательно соединено с проводом базы.

(7.24) R1 = Rs + rxR1‖R2 = Rs + rx + rπ1 + hfe

Чтобы найти значение индуктивности L , отметим, что постоянные времени исходной схемы транзистора и модели индуктивной схемы должны быть таким же.Сопротивление холостого хода C π составляет приблизительно 1/ г м . Сопротивление катушки индуктивности L составляет R 1 + R 2 . Следовательно, мы можем найти L с помощью следующего метода приравнивания постоянных времени RC и L / R двух контуров:

(7.25) Cπgm = LR1 + R2⇒L≈ (Cπgm) (R1 + R2)

Пример 7.3: Числовой пример выходного сопротивления эмиттерного повторителя

Давайте рассмотрим числовой пример.Предположим, у нас есть эмиттерный повторитель с R s = 1 кОм, r x = 200 Ом, I C = 2 мА, h fe = 150, g m = 0,077 / Ом, r π = 1950 Ом, C μ = 2 пФ, f T = 300 МГц и C π = 39 пФ. Инкрементальная модель этого эмиттерного повторителя показана на рисунке 7.13 (а). Наша индуктивная модель предсказывает:

РИСУНОК 7.13. Анализ высокочастотного выходного сопротивления эмиттерного повторителя с помощью LTSPICE (Пример 7.3). (a) Высокочастотная инкрементная схема, включающая r x и C μ . (b) Схема LTSPICE, где источник переменного тока со значением i t = 1 А управляет эмиттером, так что мы можем найти инкрементный выходной импеданс эмиттера. (c) Моделирование LTSPICE, показывающее область индуктивного выходного импеданса, за которой следует спад импеданса из-за эффектов C μ .(Для цветной версии этого рисунка читателя отсылают к онлайн-версии этой книги.)

(7.26) R1 = Rs + rx = 1200ΩR1‖R2 = Rs + rx + rπ1 + hfe = 20.9Ω⇒R2≈20.9 ΩL≈ (Cπgm) (R1 + R2) = (39pF0,077) (1220Ω) ≈0,61 мкГн

Эта модель предсказывает импеданс, который начинает расти с частотой ∼ R 2 / L или 34,3 Мрад / с (5,5 МГц).

Мы можем смоделировать это с помощью LTSPICE, добавив источник испытательного тока переменного тока i t и измерив результирующее испытательное напряжение v t , как показано на рисунке 7.13 (b), с Z на выходе = v t / i t . Результат моделирования (рисунок 7.13 (c)) показывает, что низкочастотное сопротивление составляет примерно 20 Ом, как и ожидалось, и что полное сопротивление начинает расти примерно на 5 МГц. Однако высокочастотный импеданс (на частотах выше примерно 100 МГц) не достигает нашего ожидаемого высокочастотного предела в 1200 Ом. Это происходит из-за эффекта нагрузки C μ , который наш упрощенный анализ проигнорировал.На очень высоких частотах шунтирующие эффекты C μ приводят к тому, что выходной импеданс становится емкостным и уменьшается. Итак, в этом примере конструкции модели показывают, что диапазон, в котором выходное сопротивление является индуктивным, составляет приблизительно 5–100 МГц.

Одним из ответвлений индуктивного выходного импеданса является то, что при управлении емкостными нагрузками может наблюдаться пик усиления слабого сигнала. На рис. 7.14 (а) показан эмиттерный повторитель, управляющий емкостной нагрузкой. 10 Моделирование LTSPICE (рисунок 7.14 (b)) показан пик усиления для умеренной емкостной нагрузки. Обратите внимание, что пиковое значение возникает на частотах в диапазоне 5–100 МГц, где мы ожидаем, что выход эмиттерного повторителя будет иметь индуктивный выходной импеданс. 11

РИСУНОК 7.14. Эмиттерный повторитель управляет емкостной нагрузкой (Пример 7.3). (а) Схема на транзисторе 2N3904. (b) LTSPICE-моделирование усиления этого эмиттерного повторителя с емкостью нагрузочного конденсатора C L = 0, 50, 100, 220 и 330 пФ. В CC = +12 В и В EE = −12 В.(Для цветной версии этого рисунка читателю отсылается ссылка на онлайн-версию этой книги.)

Пример 7.4: Входное сопротивление ненагруженного эмиттерного повторителя

Далее мы исследуем входное сопротивление ненагруженного эмиттерного повторителя с помощью упрощенного инкрементального модель 12 на Рисунке 7.15 (а). В этом первом примере мы предположим, что эмиттерный повторитель разгружен или, в худшем случае, загружен чисто резистивной нагрузкой, которую мы можем объединить в эквивалентный эмиттерный резистор.Используя ту же методологию, что и в главе 5, когда мы нашли низкочастотное входное сопротивление эмиттерного повторителя, мы обнаружили, что входное сопротивление составляет:

РИСУНОК 7.15. Упрощенная модель для определения входного импеданса Z в ( с ) эмиттерного повторителя (Пример 7.4). (a) Исходная схема, предполагающая, что C μ = 0 и r x = 0. (b) Качественные графики величины входного импеданса. (c) Качественный график угла входного импеданса.

(7.27) Zin (s) = vi (s) it (s) = zπ (s) + (1 + hfe (s)) RE = zπ (s) + (1 + gmzπ (s)) REzπ (s ) = rπrπCπs + 1

Мы находим, что на очень низких частотах входной импеданс равен:

(7,28) Zinω → 0 = rπ + (1 + hfe) RE

На очень высоких частотах C π закорачивает r π и отключает зависимый источник тока, в результате получается:

(7.29) Zinω → ∞ = RE

Графики зависимости величины и фазы входного импеданса эмиттерного повторителя от частоты показано на рисунке 7.15 (б и в). Обратите внимание, что на очень высоких частотах импеданс Z в ( ω ) будет еще больше уменьшаться из-за шунтирующего эффекта C μ , который мы проигнорировали в этом предыдущем анализе.

Пример 7.5: Входное сопротивление емкостно нагруженного эмиттерного повторителя

Используя результаты примера 7.4, давайте посмотрим, что произойдет, когда у нас есть дополнительное усложнение конденсатора, нагружающего эмиттерный повторитель, как показано на рисунке 7.16. Следующим логическим шагом в алгебре является замена R E нагрузкой ( Z E ( s )), которая представляет собой параллельную комбинацию R , E и конденсатора нагрузки . C L :

РИСУНОК 7.16. Инкрементальная модель емкостного эмиттерного повторителя из Примера 7.5 для расчета входного сопротивления Z дюйм = v t / i t . Для математической простоты сначала пренебрегаем емкостью коллектор – база транзистора C μ .

(7.30) Zin (s) = zπ (s) + (1 + gmzπ (s)) ZE (s) zπ (s) = rπrπCπs + 1ZE (s) = RERECLs + 1

Следуя алгебре, мы находим беспорядочный результат:

(7.31) zπ (s) = rπrπCπs + 1 + (1 + gm (rπrπCπs + 1)) (RERECLs + 1) = (rπ + (1 + hfe) RE) (rπRE (CL + Cπ) s (rπ + (1 + hfe) RE) +1 (rπCπs + 1) (RECLs + 1))

Обычно R E является резистором большого номинала (или высоким выходным сопротивлением источник тока смещения) и h fe R E >> r π , поэтому мы можем аппроксимировать это входное сопротивление как:

(7.32) Zin (s) ≈ (rπ + (1 + hfe) RE) ((CL + Cπ) gm + 1 (rπCπs + 1) (RECLs + 1))

Теперь давайте сделаем паузу и посмотрим на этот результат. Во-первых, есть член снаружи ( r π + (1 + h fe ) R E ), который, как и ожидалось, представляет собой низкочастотный входной импеданс. Во-вторых, мы обнаруживаем, что есть два полюса и ноль на частотах:

(7.33) ωp1 = −1RECLωp2 = −1rπCπωz = −gmCL + Cπ

Есть два интересных случая: относительно большой C L и относительно малый C L .Построим график «полюс-ноль» и график Боде для двух разных случаев. Во-первых, для относительно небольших C L , с C L < h fe C π (рисунок 7.17 (a)), мы находим, что нулевая частота ω z находится на частоте выше ω p2 . Это означает, что угол входного импеданса опускается ниже -90 ° для некоторого диапазона частот. В диапазоне частот, где угол меньше -90 °, действительная часть входного импеданса отрицательна. 13 Это отрицательное сопротивление. Другими словами, в этом частотном диапазоне отрицательный реальный входной импеданс может помочь выдержать колебания.

РИСУНОК 7.17. Входное сопротивление емкостно нагруженного эмиттерного повторителя (Пример 7.5). (a) График нулевого полюса и (b) График Боде для относительно небольшого C L , с C L & lt; h fe C π . (c) Результат для относительно большого C L с C L & gt; h fe C π , график полюс-ноль и (d) график амплитуды и фазы Боде.

Во-вторых, для относительно большого C L (рисунок 7.17b) мы обнаруживаем, что нулевая частота ω z находится на частоте выше, чем ω p2 . Таким образом, действительная часть входного импеданса никогда не становится отрицательной.

Этот результат показывает, что эмиттерные повторители могут проявлять странное поведение — схемы, содержащие эмиттерные повторители, могут иметь пик усиления, а в некоторых случаях даже могут колебаться. 14 Одна из стратегий проектирования иногда состоит в том, чтобы последовательно соединить резистор или ферритовый шарик с базой транзистора.

Далее мы рассмотрим LTSPICE пример эмиттерного повторителя 2N3904, управляющего емкостной нагрузкой (рисунок 7.18 (a)). У нас есть эмиттерный повторитель, подключенный к источнику тока 2 мА и нагруженный конденсаторами различной емкости в диапазоне 0–1000 пФ. Результирующий анализ переменного тока (рисунок 7.18 (b)) отображает входное сопротивление, измеренное в основании. На частотах, когда угол входного импеданса опускается ниже -90 °, на базе имеется отрицательное сопротивление . Это явление происходит в диапазоне частот приблизительно от 1 до 200 МГц, в зависимости от емкости нагрузочного конденсатора и уровня смещения тока коллектора транзистора.Это отрицательное сопротивление означает, что существует возможность создания нежелательных паразитных колебаний в этом диапазоне частот. Далее мы исследуем возможность колебаний.

РИСУНОК 7.18. Эмиттерный повторитель с емкостной нагрузкой (Пример 7.5). (а) Схема для определения входного сопротивления эмиттерного повторителя с нагрузкой на эмиттерный повторитель 0, 50, 100, 220, 330 и 1000 пФ; В CC = 12 В; и В EE = −12 В (b) Величина и фаза входного импеданса.Существует возможность отрицательного сопротивления в диапазоне 1–200 МГц, где угол опускается ниже -90 °. (Чтобы ознакомиться с цветной версией этого рисунка, отсылайте читателя к онлайн-версии этой книги.)

Пример 7.6: Ужасающие непреднамеренные высокочастотные колебания эмиттерного повторителя

Отрицательный импеданс может быть очень неприятной вещью. Если вокруг транзистора присутствуют реактивные компоненты (например, емкости транзистора и индуктивность проводки), существует вероятность непреднамеренного возникновения генератора, если на вывод базы имеется отрицательное сопротивление.Схема, иллюстрирующая возможность непреднамеренного включения генератора, показана на рисунке 7.19. В этом случае L p — это паразитная индуктивность разводки, а C p — паразитные емкости транзистора, прикрепленные к базе. Отрицательное сопротивление — R добавляет энергию в контур бака LC , вызывая колебания. На практике — R на базе транзистора будет частично нейтрализован последовательно положительными сопротивлениями.Также отметим, что в этой упрощенной модели полюса системы будут находиться в правой полуплоскости, а осциллятор с постоянной амплитудой имеет полюса на оси . На практике, если создается непреднамеренный генератор, амплитуда колебаний самоограничивается из-за нелинейного усиления транзистора.

РИСУНОК 7.19. Схема для примера 7.6, иллюстрирующая возможность непреднамеренного возникновения генератора из-за паразитных компонентов L p и C p , прикрепленных к основанию эмиттерного повторителя, где повторитель имеет отрицательное значение импеданса — R .

Непреднамеренный генератор показан на рисунке 7.20, где у нас есть эмиттерный повторитель 2N3904, нагруженный нагрузочным конденсатором 100 пФ. Индуктивность внешней паразитной проводки составляет 100 нГн в выводах базы и коллектора. Результирующий переходный анализ (рисунок 7.20 (b)) показывает паразитные колебания на частоте ~ 120 МГц.

РИСУНОК 7.20. Непреднамеренный генератор, вызванный емкостной нагрузкой на эмиттерный повторитель (Пример 7.6). (а) Схема. (b) Анализ переходных процессов LTSPICE, показывающий колебания на частоте 120 МГц.(Чтобы ознакомиться с цветной версией этого рисунка, читателя отсылают к онлайн-версии этой книги.)

Классическим «решением» проблемы колебаний эмиттерных повторителей является установка резистора с малым номиналом в базу (рисунок 7.21). . Для предотвращения колебаний внешнее сопротивление должно быть больше отрицательного сопротивления — R , представленного базовой схемой. В показанном анализе переходных процессов, похоже, что внешний резистор около 100 Ом хорошо справится с подавлением любых колебаний, но значение, которое вам понадобится в вашей схеме, будет варьироваться в зависимости от типа используемого транзистора, смещения транзистора. уровень и величина паразитной индуктивности, окружающей выводы транзистора.

РИСУНОК 7.21. Классическое исправление непреднамеренного генератора 120 МГц из примера 7.6 путем добавления базового резистора небольшого номинала. (а) Схема. (b) Анализ переходных процессов LTSPICE, влияние внешнего базового резистора R b = 0, 22 и 100 Ом. Резистор 100 Ом эффективно подавляет колебания. (Для цветной версии этого рисунка читателю отсылается ссылка на онлайн-версию этой книги.)

Пример 7.7: Лабораторный эксперимент, демонстрирующий непреднамеренное высокочастотное колебание устрашающего эмиттерного повторителя

Схема, демонстрирующая нежелательное высокочастотное непреднамеренное высокочастотное колебание повторителя эмиттера. Генератор показан на рисунке 7.22 (а). Схема была построена на макетной плате с намеренно плохой высокочастотной компоновкой (т.е. без заземляющего слоя, без обхода источника питания и т. Д.). К эмиттеру был прикреплен зонд осциллографа (рис. 7.22 (б)). Результирующий выходной сигнал (рис. 7.22 (c)) показывает, что значение постоянного напряжения эмиттерного напряжения составляет примерно -0,7 В, но с колебаниями ∼100 МГц, лежащими поверх смещения постоянного тока.

РИСУНОК 7.22. Схема, демонстрирующая ужасные высокочастотные колебания эмиттерного повторителя из Примера 7.7. (а) Схема эмиттерного повторителя, построенная на транзисторе 2N3904, управляющая емкостной нагрузкой 20 пФ.(b) Фотография схемы, построенной на прототипе платы с намеренно плохой компоновкой схемы. (c) Захват изображения, показывающий уровень постоянного напряжения эмиттера транзистора при -0,7 В с колебанием ∼100 МГц. Эта фотография была сделана с помощью цифрового запоминающего устройства; по горизонтали: 10 нс / деление. d) фотография, сделанная с помощью телескопа с широкополосным диапазоном (Tektronix 465); по горизонтали: 5 нс / деление. (Для цветной версии этого рисунка читателя отсылают к онлайн-версии этой книги.)

Есть много плохих ответвлений ужасного колебания.Колебания могут быть выпрямлены и вызывать сдвиги постоянного тока в напряжении смещения транзистора или окружающих транзисторов. И, конечно же, возникающие колебания могут вызывать проблемы с электромагнитными помехами в соседних цепях.

Далее мы немного обсудим приборы и измерения. Фотография осциллографа на рис. 7.22 (c) показывает довольно синусоидальную форму волны. Однако в этом случае детали формы сигнала маскируются из-за относительно низкой полосы пропускания цифрового накопителя, используемого в эксперименте.На рис. 7.22 (d) мы видим фотографию, сделанную аналоговым осциллографом Tektronix 465 с большей полосой пропускания, которая показывает, что колебания не являются синусоидальными. (Мораль заключается в использовании осциллографа и зонда с достаточной полосой пропускания для выполнения работы.)

Высокочастотная реализация неавтономной нелинейной транзисторной схемы: AIP Advances: Том 9, № 6

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ChooseTop страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ << II. ИСТОРИЯ III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКА Хаотическая электроника представляет собой развивающуюся область интереса из-за широкого диапазона возможных приложений, включая генерацию случайных чисел (ГСЧ), 1,2 1. Т. Стояновски и Л. Кокарев, «Генераторы случайных чисел на основе хаоса — часть I : Анализ [криптография] », IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications 48 , 281–288 (2001). https://doi.org/10.1109/81.52. С. Эргюн, «Региональный генератор случайных чисел из перекрестно-связанного хаотического генератора», в , 2011 г., 54-й Международный симпозиум IEEE по схемам и системам на Среднем Западе (MWSCAS) (IEEE, 2011), стр.1–4. коммуникационные системы, 3,4 3. Н. Дж. Коррон, Дж. Н. Блейкли и С. Д. Петел, «Общение с точно решаемым хаосом», Chaotic Signal Processing, , 136, , 49 (2013) .4. Дж. Л. Мата-Мачука, Р. Мартинес-Герра, Р. Агилар-Лопес и К. Агилар-Ибаньес, «Хаотическая система в синхронизации и защищенной связи», Коммуникации в нелинейной науке и численном моделировании 17 , 1706–1713 ( 2012). https://doi.org/10.1016/j.cns.2011.08.026 дальность обнаружения столкновения транспортных средств 5 5.Дж. Н. Блейкли и Н. Дж. Коррон, «Неоднозначность в определении доплеровского диапазона с использованием сигналов решаемого хаотического генератора», Обработка сигналов, , 104, , 136–142 (2014). https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2014.03.032 и радиолокационные системы, 6 6. В. Венкатасубраманян и Х. Люнг, «Надежный радар хаоса для обнаружения столкновений и определения местоположения транспортных средств в интеллектуальных транспортных системах. ”В 7-я Международная конференция IEEE по интеллектуальным транспортным системам, 2004 г., Протоколы (IEEE, 2004), стр.548–552. и генераторы шумовых сигналов (ГЯС). 7 7. W. Zhang и D. He, «Хаотическая безопасная связь, основанная на генераторе хаотического шума в дискретном времени», в Proceedings of the Fourth International Conference on Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies, 2003, PDCAT’2003 (IEEE, 2003), стр. 935–939. Часто интересующие топологии хаотических генераторов демонстрируются на очень низких частотах на прототипах непостоянных хлебных или латунных плат. 8 8.Б. Мутусвами и Л. О. Чуа, «Простейшая хаотическая цепь», Международный журнал бифуркаций и хаоса, 20, , 1567–1580 (2010). https://doi.org/10.1142/s0218127410027076 Несмотря на то, что это эффективно для определения жизнеспособности конструкции в аппаратном обеспечении, оно не в полной мере использует свойства, присущие этим хаотическим системам, из-за низкой частоты работы.

Многие из этих приложений, особенно системы связи, радары и ГСЧ, выигрывают от очень высокой частоты работы.Минимальный размер элемента некоторых электронных устройств, например катушек индуктивности и трансформаторов, уменьшается по мере увеличения рабочей частоты. Как системы связи, так и радиолокационные системы могут выиграть от увеличения разрешения за счет работы на более высоких частотах. Кроме того, скорость, с которой ГСЧ может генерировать биты, связана с его основной частотой.

Однако создать такую ​​хаотичную электронику зачастую сложно из-за реальных аппаратных ограничений. 9,10 9. А. Бил, Дж. Блейкли, Н.Коррон и Р. Дин, «Генераторы высокой частоты для хаотического радара», SPIE Defense + Security (Международное общество оптики и фотоники, 2016), с. 98290H.10. А. Панас, Б. Кяргинский, Н. Максимов, «Однотранзисторный хаотический генератор СВЧ», в Proc. of NOLTA (Citeseer, 2000), стр. 445–448. Эти проблемы могут возникнуть из-за ограниченной полосы пропускания, задержки распространения, конечного времени переключения и конечной скорости нарастания. 11,12 11. Н. Дж. Коррон, «Компенсация несовершенного переключения в цепи хаотического гибридного генератора», в , 2015 IEEE 58-й Международный симпозиум по схемам и системам Среднего Запада (MWSCAS) (IEEE, 2015), стр.1–4.12. А. Бил, Дж. Бейли, С. Хейл, Р. Дин, М. Гамильтон, Дж. Тугнайт, Д. Хас и Н. Коррон, «Проектирование и моделирование высокочастотного точно решаемого хаотического генератора», в MILCOM. 2012-2012 гг. Конференция по военной связи IEEE (IEEE, 2012), стр. 1–6. Эта работа направлена ​​на решение этих проблем путем исследования топологий оборудования, которые менее восприимчивы к этим ограничениям, чтобы увеличить основную частоту работы, а также минимизировать общую сложность конструкции.В этой работе основное внимание уделяется системе, которая реализована аппаратно с использованием только одного биполярного транзистора, двух конденсаторов и двух резисторов, 13 13. Э. Линдберг, К. Мурали и А. Тамасявичюс, «Самый маленький неавтономный хаотический транзистор на основе транзисторов. circuit, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 52 , 661–664 (2005). https://doi.org/10.1109/tcsii.2005.850766, который ранее был продемонстрирован на оборудовании на низких частотах. 14 14. Л. Фортуна и М. Фраска, «Экспериментальная синхронизация хаотических схем на основе одного транзистора», Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки 17 , 043118 (2007).https://doi.org/10.1063/1.2803882 Эта транзисторная схема, о которой ранее сообщалось, была вызвана синусоидальной функцией, которая применялась с помощью внешнего генератора функций. В настоящей работе обсуждается высокочастотная реализация схемы нелинейного транзистора, в которой функция форсирования интегрирована на той же печатной плате, что и схема транзистора. Эта система была проанализирована с использованием модели Эберса-Молла для БЮТ. Используя эту модель и анализ базовой схемы, была разработана математическая модель.Созданы результаты численного моделирования переходной характеристики и фазового пространства. Используя эту модель, бифуркационные диаграммы были созданы путем изменения амплитуды и частоты воздействия. Были проанализированы возможности аппаратного масштабирования этой топологии схемы.

II. ФОН

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ << III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ Существует широкий спектр нелинейных схем с относительно простой топологией и минимальным количеством компонентов. 15 15. К. Аисси и Д. Казакос, «Обзор хаотических схем, моделирование и реализация», в Труды 10-й Международной конференции WSEAS по схемам, Вулиагмени, Афины, Греция, (2006), стр. 125 –131. При рассмотрении потенциальных систем, которые могут быть реализованы в электронике, часто оцениваются два типа систем: автономные и неавтономные. 16,17 16. Дж. Р. Пайпер и Дж. С. Спротт, «Простые автономные хаотические схемы», IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 57 , 730–734 (2010).https://doi.org/10.1109/tcsii.2010.205849317. М. Лакшманан и К. Мурали, «Экспериментальный хаос от неавтономных электронных схем», Фил. Пер. R. Soc. Лондон. А 353 , 33–46 (1995). https://doi.org/10.1098/rsta.1995.0088 У обоих этих типов систем есть преимущества и недостатки при попытке встроить их в оборудование. Автономные системы, которые явно не зависят от какой-либо другой переменной (часто от времени), представляют собой автономные колебательные системы, которые могут быть реализованы с помощью топологии обратной связи в электронике.Одним из недостатков этих автономных систем на высокой частоте является то, что задержка распространения по тракту обратной связи начинает ограничивать масштабирование частоты конструкции. 11 11. Н. Дж. Коррон, «Компенсация несовершенного переключения в цепи хаотического гибридного генератора», в , 2015 IEEE 58-й Международный симпозиум по схемам и системам Среднего Запада (MWSCAS) (IEEE, 2015), стр. 1–4. Это может затруднить реализацию этих систем на очень высоких частотах. Неавтономные системы, которые явно зависят от другой переменной, вынуждены внешним источником.Поскольку эти системы часто не имеют топологии обратной связи, им требуется какая-то другая форма внешнего возбуждения, которая на аппаратном уровне может быть настольным генератором функций. В качестве альтернативы, функция принуждения системы потенциально может быть интегрирована на той же печатной плате, что и неавтономная система. Эти форсирующие функции часто имеют синусоидальную форму и имеют широкий спектр возможных реализаций. 17–20 17. М. Лакшманан и К. Мурали, «Экспериментальный хаос от неавтономных электронных схем», Фил.Пер. R. Soc. Лондон. А 353 , 33–46 (1995). https://doi.org/10.1098/rsta.1995.008818. Дж. Команапалли, Н. Панди и Р. Панди, «Новая реализация синусоидального генератора третьего порядка с использованием одного OTRA», AEU-International Journal of Electronics and Communications (2018) .19. К. Мурали, М. Лакшманан и Л. О. Чуа, «Простейшая диссипативная неавтономная хаотическая схема», IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications 41 , 462–463 (1994). https: // doi.org / 10.1109 / 81.29524620. С. Эргюн и С. Озог, «Генераторы действительно случайных чисел, основанные на неавтономном хаотическом генераторе», AEU-International Journal of Electronics and Communications 61 , 235–242 (2007). https://doi.org/10.1016/j.aeue.2006.05.006 Данная работа направлена ​​на увеличение частоты работы схемы нелинейного транзистора, которая ранее обсуждалась в низкочастотной топологии. 13 13. Э. Линдберг, К. Мурали и А. Тамасявичус, «Самая маленькая неавтономная хаотическая схема на основе транзисторов», IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 52 , 661–664 (2005).https://doi.org/10.1109/tcsii.2005.850766 Эта схема содержит только один активный компонент и четыре пассивных компонента, как показано на рис. 1. Простая схема была продемонстрирована в SPICE и на прототипе платы, где основная частота была в диапазоне низких звуковых частот (приблизительно от 1,7 кГц до 2 кГц). 13,14 13. Э. Линдберг, К. Мурали и А. Тамасявичус, «Самая маленькая неавтономная хаотическая схема на основе транзисторов», IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 52 , 661–664 (2005) ).https://doi.org/10.1109/tcsii.2005.85076614. Л. Фортуна и М. Фраска, «Экспериментальная синхронизация хаотических схем на основе одного транзистора», Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки 17 , 043118 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2803882 Одиночное активное устройство, NPN BJT, подключено к двум разным сетям резисторно-конденсаторных (RC) фильтров. Эти две сети фильтров имеют разные постоянные времени интегрирования. Одна из этих констант связана с передней активной областью, а другая — с обратной активной областью BJT.BJT колеблется, переключаясь назад и вперед от двух интегрирующих констант. 13 13. Э. Линдберг, К. Мурали и А. Тамасявичус, «Самая маленькая неавтономная хаотическая схема на основе транзисторов», IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 52 , 661–664 (2005). https://doi.org/10.1109/tcsii.2005.850766 Отклик во временной области, кажется, увеличивается (с более высокими частотными колебаниями) в передней активной области, пока BJT не переключится на обратную область.Время переключения апериодическое. Нелинейная транзисторная схема будет переходить между периодическими и хаотическими траекториями при изменении амплитуды и частоты форсирующей функции. Это было продемонстрировано на прототипах оборудования в диапазоне приблизительно от 1 кГц до 8 кГц. 21 21. Ф. Рахма и Л. Фортуна, «Контроль хаоса в самой маленькой хаотической цепи на основе транзисторов», журнал Исламского колледжа университета 99–109 (2014). Это можно увидеть, используя генератор функций с переменной таблицей; однако эта реализация схемы включает функцию форсирования на той же плате.Это было сделано с помощью двойного Т-генератора и каскада с регулируемым усилением. Частота форсирующей функции оставалась фиксированной, а амплитуда изменялась с помощью усилителя с регулируемым усилением. Это по-прежнему позволяет аппаратным средствам демонстрировать периодические и хаотические решения схемы, просматривая различные амплитуды с постоянной частотой.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ИСТОРИЯ III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ << IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ Чтобы лучше понять, как работает схема BJT, была получена математическая модель. Если нелинейная транзисторная схема моделируется с использованием традиционных методов слабого сигнала, в результирующей системе не будет хаоса. Чтобы схема могла хаотично колебаться, в модель должны быть включены как прямые, так и обратные активные области. Большинство малосигнальных моделей для NPN-транзисторов предназначены только для использования в прямой активной области; однако модель Эберса-Молла описывает обе эти области. 22 22. Р. К. Джегер, Т. Н. Блалок, Проектирование микроэлектронных схем , Vol. 97 (McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1997). Эта модель состоит из двух идеальных диодов и двух идеальных источников тока, зависящих от напряжения, как показано на схеме на рис. 2, где NPN-транзистор заменен его эквивалентной моделью Эберса-Молла. В передней активной области диод D2 выключен, что блокирует ток от IAF, а D1 включен. Это означает, что весь ток течет от зависимого источника IAR через D1.Точно так же в обратной активной области D1 находится в состоянии «выключено», что блокирует ток от IAR, а D2 находится в состоянии «включено». Это означает, что весь ток от зависимого источника IAF протекает через D2. Используя узловой анализ, три уравнения могут быть записаны как
v1 (t) −VfR1 + c1 (v̇1 (t) −v̇c (t)) = 0 (1)
c1 (v̇c ( t) −v̇1 (t)) + (vc (t) −vb (t)) R2 = iR − IAF (2)
vb (t) −vc (t) R2 + c2v̇b (t ) = IAF + IAR − iF − iR (3)
Где токи определены как,
iR = ICS (evb (t) −vc (t) vT − 1) (5)
В этих уравнениях узлы обозначены как v 1 , v b и v c , которые представляют собой, соответственно, напряжение между R1 и C1, базовым напряжение, и напряжение коллектора.Параметры схемы, используемые для численного моделирования, можно найти в таблице I. Узел напряжения форсирующей функции определяется как v f = a sin ( ωt ), где амплитуда форсирующей функции равна , а частота нагнетания — ω . Неизвестные токи определяются как IES = ISαF и ICS = ISαR. Здесь α F — коэффициент усиления прямого тока короткого замыкания, α R — коэффициент усиления обратного тока, и I S — обратный ток насыщения транзистора для Модель Эберса-Молля.Точно так же напряжение база-эмиттер упрощается и становится просто базовым напряжением, определяемым как v BE ( t ) = v b ( t ). Напряжение между базой и коллектором, В BC ( t ), представляет собой разность между базовым напряжением и напряжением коллектора, определяемую как В BC ( t ) = v b ( t ) — v c ( t ).Вместе (1) — (3) описывают как прямую активную область, так и обратную активную область принципиальной схемы, показанной на рис. 2. ТАБЛИЦА I. Таблица параметров, используемых при численном моделировании уравнений (1) — (3 ). 2 9267 907 907
Параметр Значение Ед.1 Ом
R 2 4,7 кОм
C 1 150 pF 9055 9267907
пФ
α F 0,9973 A / A
α R 907 A 907 9034 9034 9067 907 907 907 907 907 9067 с 0.1434 pA
a 3,4 V
Численное моделирование откликов во временной области и фазовом пространстве с использованием уравнений (1) — (3) хорошо согласуется с SPICE и оборудованием. результаты при сравнении с ранее продемонстрированным низкочастотным прототипом. 13,14 13. Э. Линдберг, К. Мурали и А. Тамасявичус, «Самая маленькая неавтономная хаотическая схема на основе транзисторов», IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 52 , 661–664 (2005) ).https://doi.org/10.1109/tcsii.2005.85076614. Л. Фортуна и М. Фраска, «Экспериментальная синхронизация хаотических схем на основе одного транзистора», Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки 17 , 043118 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2803882 График во временной области базового напряжения транзистора при периодическом движении показан на рис. 3a с решением для периода 4. Фазовое пространство периодического движения базового напряжения в зависимости от вынуждающей функции можно увидеть на рис.3b. Во временной области базового напряжения транзистора показаны переходы между прямой активной областью при увеличении частоты нагнетания. Каждый раз, когда транзистор входит в обратную активную область, В b становится отрицательным. Это происходит с апериодическим интервалом. Это можно увидеть в хаотическом отклике во временной области на рис. 3c и в фазовом пространстве базового напряжения в зависимости от форсирующей функции на рис. 3d. Нелинейная транзисторная схема демонстрирует как периодическое, так и хаотическое движение, в зависимости от амплитуды и частоты функция принуждения, V f = a sin ( ωt ).Чтобы проиллюстрировать, что модель Эберса-Молла включает в себя как прямые, так и обратные активные области транзистора, бифуркационные диаграммы были рассчитаны путем отдельного изменения амплитуды и частоты. Изменяя амплитуду форсирования от 0 В до 10 В и находя сечения Пуанкаре для базового напряжения, была построена бифуркационная диаграмма для системы, которая показана на рис. 4. Аналогичным образом, изменяя частоту форсирования от 10 Гц до 6 кГц и найдя сечения Пуанкаре для базового напряжения, была построена бифуркационная диаграмма для системы, которая представлена ​​на рис.5. Для каждой бифуркационной диаграммы частота форсирования использовалась в качестве тактовой частоты для нахождения участков Пуанкаре базового напряжения.

IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ИСТОРИЯ III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ << V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ Аппаратная реализация была разработана на специальной печатной плате с использованием деталей COTS. Эта конструкция объединяет функцию форсирования на той же плате, что и схема нелинейного транзистора, как показано на полной схеме на рис.6. Здесь двойной Т-осциллятор в левой части схемы генерирует форсирующую функцию. Осциллятор получил свое название от ориентации сети обратной связи. Эта нестабильная топология операционного усилителя имеет два пути обратной связи. Нижние резисторы обратной связи R6 и R7 используются в нестабильной конфигурации положительной обратной связи. Верхний тракт обратной связи устанавливает частоту форсирующей функции на основе значений сетей высоких и низких частот, которые образуют полосовой фильтр. Этот фильтр обеспечивает наименьшее затухание в тракте обратной связи на резонансной частоте.Генератор Twin-T будет колебаться с частотой, установленной полосовым фильтром. Обычно значения резисторов R3 и R4 в два раза больше, чем R5. Аналогично, емкость конденсатора C3 в два раза больше емкости конденсаторов C4 и C5.

Чтобы схема работала на высокой частоте, перед сборкой печатных плат были испытаны многочисленные NPN BJT в этой топологии схемы на макетной плате. Было определено, что наиболее важным параметром, который следует учитывать при выборе BJT, является произведение коэффициента усиления на полосу пропускания ( f T ).Это частота, на которой коэффициент усиления прямого тока общего эмиттера ( β ) равен единице (0 дБ). Из протестированных транзисторов 2N2369A с f T 300 МГц работал на самой высокой частоте. По этой причине в печатной плате использовался именно этот транзистор.

Две разные версии схемы на печатной плате были сконструированы для того, чтобы получить разные типы измерений фазового пространства, как показано на рис. 7. Обе эти конструкции использовали одну и ту же схему для форсирующей функции; Однако в одном из них использовалась модификация схемы нелинейного транзистора.Данная модификация представляла собой перемычку, которую ставили на коллектор БЮТ. Это было сделано для того, чтобы измерить ток, входящий в коллектор, для фазового портрета, показанного на рис. 8. Ток измерялся с помощью датчика Холла (трансформатор тока CT-b1.0-B). Первоначальная конструкция печатной платы имела размер примерно 3,4 см на 2,5 см, а схема, модифицированная для измерения тока, — примерно 3,7 см на 2,5 см. Поскольку нелинейная транзисторная схема переходит от периодических к хаотическим решениям в зависимости от частоты и амплитуды форсирующей функции, один эти параметры должны быть переменными.По этой причине двойной Т-генератор был настроен на работу на фиксированной частоте за счет использования статических резисторов и конденсаторов в цепи обратной связи. Для изменения амплитуды форсирующей функции использовался аналоговый инвертирующий усилитель, в котором резистор обратной связи был заменен на потенциометр. Путем настройки этого потенциометра вручную была найдена хаотическая траектория во временной области на рис. 9а. Основная частота этой схемы составляет 795 кГц. Функция форсирования отображается желтым цветом, а базовое напряжение транзистора — зеленым.Соответствующее фазовое пространство форсирующей функции в зависимости от напряжения базы транзистора можно увидеть на рис. 9b. Настройка потенциометра приводит к периодическому решению, показанному на рис. 9c и 9d. Здесь частота форсирования составляет приблизительно 735 кГц, она показана желтым цветом, а базовое напряжение транзистора — зеленым. Основная частота этой платы немного ниже, чем другая рабочая частота генератора двойного Т. Изменяя номиналы конденсаторов и резистора в генераторе двойного Т, основная частота работы может быть увеличена примерно до 5.1 МГц, как показано на рис. 9e. Соответствующее фазовое пространство на этой частоте можно увидеть на рис. 9f. Для этого резисторы цепи обратной связи с двойной Т-образной цепью поддерживались постоянными со значениями, указанными на рис. 6. Чтобы изменить частоту генератора, конденсаторы в генераторе с двойной Т-образной цепью и в цепи нелинейного транзистора должны быть измененный. Для этого нужно сделать конденсаторы C1, C2, C4 и C5 равными 150 пФ, а конденсатор C3 — 300 пФ. Частота генератора может быть дополнительно увеличена; однако фазовое пространство начинает искажаться и становиться менее плотным.Сравнение результатов моделирования и результатов аппаратного обеспечения можно увидеть на рис. 10. Здесь видно, что отклик во временной области модели Эберса-Молла (рис. 10a) качественно подобен экспериментальным результатам (рис. 10b). Точно так же фазовое пространство модели Эберса-Молла (рис. 10c) качественно похоже на экспериментальные результаты (рис. 10d). Это сравнение показывает, что имитационная модель с использованием Ebers-Moll для BJT хорошо согласуется с результатами оборудования.

В.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ИСТОРИЯ III. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ IV. АППАРАТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ << СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В этой статье была представлена ​​COTS-реализация принудительной нелинейной транзисторной схемы. Эта конструкция была смоделирована в SPICE, и математическая модель схемы была получена в виде трех уравнений. Эта система уравнений описывает как прямую активную область, так и обратную активную область нелинейной схемы.Из этой модели были выведены три узловых уравнения. Эта система уравнений описывала как прямую, так и активную область работы нелинейной схемы. Были представлены результаты моделирования откликов во временной области и в фазовом пространстве. Кроме того, эта система продемонстрировала как периодические, так и хаотические области работы, что продемонстрировано временной областью, фазовым пространством и бифуркационными диаграммами.

Эта относительно простая схема состояла из двух конденсаторов, двух резисторов и одного NPN BJT; он был реализован на специальной печатной плате.Чтобы минимизировать общую площадь, занимаемую конструкцией, функция синусоидального форсирования была интегрирована на печатную плату с нелинейной транзисторной схемой. Это было продемонстрировано на двух отдельных платах, которые работали с основной частотой примерно 735 кГц и 795 кГц.

Существует широкий спектр приложений, в которых могут быть полезны высокочастотные хаотические генераторы, такие как системы связи, радары и ГСЧ. По этой причине схема нелинейного транзистора была модифицирована для работы на более высоких частотах путем изменения значений компонентов.Эта конструкция могла работать на верхнем пределе приблизительно 5,1 МГц, прежде чем форма волны начала отклоняться от ожидаемой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *