Унч на одном транзисторе: УНЧ на одном транзисторе

Содержание

УНЧ на одном транзисторе

   Усилитель мощности низкой частоты — наверное все радиолюбители начинали с него. Собирая простые схемы усилителей, в какой то миг нам хочется чего — то большего и с каждым разом мы чем — то не довольны и стремимся к качеству и большой мощности. Практика, которая дается не легко, процесс продолжается годами и бывает моменты, когда радиомастер с большим стажем собирает простейшие схемы, как бы вспоминая молодость. Мы чуть отошли от нашей темы, но это не так уж и важно, поскольку речь сегодня пойдет именно о простейшем усилителе мощности низкой частоты. 

   Данная схема усилителя содержит всего один транзистор и несколько радиодеталей, схема упрощена до минимума, чтобы с ней мог справиться человек , который только начал познавать для себя мир радиоэлектроники. 

   Усилитель конечно не такой уж и мощный, но при мощном транзисторе можно выжимать до 0,5 ватт, неплохо для усилителя с такой схематической развязкой ни правда ли? Транзисторы подойдут буквально любые, ставьте то, что есть под рукой, можно использовать транзисторы прямой или же обратной проводимости, хотя в схеме использован транзистор обратной проводимости.

Для получения обещанных пол ватт, желательно использовать мощные низкочастотные транзисторы серии кт819 или кт805 , также их импортные аналоги типа 13007. Входной конденсатор можно применить с емкостью 0,1 микрофарад (маркировка 104), его номинал не так уж и важен, но от него зависит чувствительность усилителя к определенной частоте, он своего рода темброблок, если заменить на конденсатор с большой емкостью, то он будет хорошо пропускать низкие частоты и срезать высокие, если же снизить, то будет срез низких частот и пропускание высоких, этот конденсатор подбирается по вкусу. Питать схему можно от 3-х до 12 вольт.

   Напоминаю — этот усилитель собран только с целем демонстрации, и качество звука не может тягаться с специализированными микросхемами или же схемами высококачественных усилителей, при максимальной громкости возможны искажения и хрипы.


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Мощный усилитель на одном транзисторе. Работа в промежуточных классах

Источник питания должен выдавать стабильное или нестабильное двуполярное напряжение питания ±45V и ток 5А. Эта схема УНЧ на транзисторах весьма проста, так как в выходном каскаде используется пара мощных комплементарных транзисторов Дарлингтона . В соответствии с справочными характеристиками эти транзисторы могут коммутировать ток до 5А при напряжении эмиттерном-коллекторном переходе до 100V.

Схема УНЧ представлена на рисунке чуть ниже.

Сигнал требующий усиления через предварительный УНЧ подается на предварительный дифферециальный усилительный каскад построенный на составных транзисторах VT1 и VT2. Использование дифференциальной схемы в усилительном каскаде, снижает шумовые эффекты и обеспечивает работу отрицательной обратной связи. Напряжение ОС поступает на базу транзистора VT2 с выхода усилителя мощности. ОС по постоянному току реализуется через резистор R6. ОС по переменной состовляющей осуществляется через резистор R6, но её величина зависит от номиналов цепочки R7-C3. Но следует учитовать, что слишком сильное увеличение сопротивления R7 приводет к возбуждению.


Режим работы по постоянному току обеспечивается подбором резистора R6. Выходной каскад на транзисторах Дарлингтона VT3 и VT4 работает в классе АВ. Диоды VD1 и VD2 нужны для стабилизации рабочей точки выходного каскада.

Транзистор VT5 ппредназначен для раскачки выходного каскада, на его базу поступает сигнал с выхода дифференциального предварительного усилителя, а так же постоянное напряжение смещения, которое определяет режим работы выходного каскада по постоянному току.

Все конденсаторы схемы должны быть рассчитаны на максимальное постоянное напряжение не ниже 100V. Транзисторы выходного каскада рекомендуется закрепить на радиаторы площадью не меньше 200 см в квадрате

Рассмотренная схема простого двухкаскадного усилителя разработана для работы с наушниками или для использования в простых устройствах с функцией предварительного усилителя.

Первый транзистор усилителя подсоединен по схеме с общим эмиттером, а второй транзистор с общим коллектором. Первый каскад предназначен для базового усиления сигнала по напряжению, а второй каскада усиливает уже по мощности.

Малое выходное сопротивление второго каскада двухкаскадного усилителя, называемого эмиттерным повторителем, позволяет подсоединять не только наушники с большим сопротивлением, но и другие виды преобразователей акустического сигнала.

Эта тоже двухкаскадная схема УНЧ выполненная на двух транзисторах, но уже противоположной проводимости. Ее главная особенность в том, что связь между каскадами непосредственная. Охваченная ООС через сопротивление R3 напряжение смещения со второго каскада проходит на базу первого транзистора.

Конденсатор СЗ, шунтирует резистор R4, уменьшает ООС по переменному току, тем самым уменьшающая усиление VT2. Путем подбора номинала резистора R3 задают режим работы транзисторов.

УМЗЧ на двух транзисторах

Этот достаточно легкий усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) можно спаять всего на двух транзисторах. При напряжении питания 42В постоянного тока выходная мощность усилителя достигает 0,25 Вт при нагрузке 4 Ом. Потребляемый ток всего 23 mA. Усилитель работает в однотактном режиме «А».

Напряжение низкой частоты от источника сигнала подходит к регулятору громкости R1. Далее через защитный резистор R3 и конденсатор C1 сигнал оказывается на базе биполярного транзистора VT1 включенного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал через R8 подается на затвор мощного полевого транзистора VT2 включенный по схеме с общим истоком и его нагрузкой служит первичная обмотка понижающего трансформатора К вторичной обмотке трансформатора можно подключить динамическую головку или акустическую систему.

В обоих транзисторных каскадах присутствует местная отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току, так и общей цепью ООС.

В случае увеличения напряжения на затворе полевого транзистора сопротивление сток исток его канала уменьшается и напряжение на его стоке уменьшается. Это влияет и на уровень сигнала поступающий на биполярный транзистор, что снижает напряжения затвор-исток.

Совместно с цепями местной отрицательной обратной связи, таким образом, стабилизируются режимы работы обоих транзисторов даже в случае незначительного изменения питающего напряжения. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R10 и R7. Стабилитрон VD1 предназначен для предотвращения выхода полевого транзистора из строя. Питание усилительного каскада на VT1 производится через RC фильтр R12C4. Конденсатор C5 блокировочный по цепи питания.

Усилитель может быть собран на печатной плате размерами 80×50 мм,на ней расположены все элементы кроме понижающего трансформатора и динамической головки


Наладку схемы усилителя осуществляют при том напряжении питания, при котором он будет работать. Для тонкой настройки рекомендуется использовать осциллограф, щуп которого подключают к выводу стока полевого транзистора. Подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 100 … 4000 Гц, с помощью регулировки подстроечного резистора R5 добиваются того, чтобы отсутствовали заметные искажения синусоиды при как можно большем размахе амплитуды сигнала на выводе стока транзистора.

Выходная мощность усилителя на полевом транзисторе небольшая, всего 0,25Вт, напряжение питания от 42В до 60В. Сопротивление динамической головки 4 Ома.

Аудио сигнал через переменное сопротивление R1, затем R3 и разделительную емкость C1 поступает на усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Далее с этого транзистора усиленный сигнал через сопротивление R10 проходит на полевой транзистор.

Первичная обмотка трансформатора является нагрузкой для полевого транзистора, а к вторичной обмотки подключен четырех омная динамическая головка. Соотношением сопротивлений R10 и R7 задаем степень усиления по напряжению. С целью защиты униполярного транзистора в схему добавлен стабилитрон VD1.

Все номиналы деталей имеются на схеме. Трансформатор можно использовать типа ТВК110ЛМ или ТВК110Л2, от блока кадровой развертки старого телевизора или аналогичный.

УМЗЧ по схеме Агеева

Наткнулся на эту схему в старом выпуске журнала радио, впечатления от нее остались самыми приятными,во первых схема настолько проста, что ее сможет собрать и начинающий радиолюбитель,во вторых при условии рабочих компонентов и правильной сборки наладки она не требует.

Если вас заинтересовала эта схема, то остальные подробности по ее сборке вы сможете найти в журнале радио №8 за 1982 год.

Высококачественные транзисторные УНЧ

Усилитель низкой частоты (УНЧ) является составной частью большинства радиотехнических устройств как то телевизора, плеера, радиоприемника и различных приборов бытового назначения. Рассмотрим две простые схемы двухкаскадного УНЧ на .

Первый вариант УНЧ на транзисторах

В первом варианте усилитель построен на кремниевых транзисторах n-p-n проводимости. Входной сигнал поступает через переменный резистор R1, который в свою очередь является нагрузочным сопротивлением для схемы источника сигнала. подсоединены к коллекторной электроцепи транзистора VT2 усилителя.

Настройка усилителя первого варианта сводится к подбору сопротивлений R2 и R4. Величину сопротивлений нужно подобрать такой, чтобы миллиамперметр, подключенный в коллекторную цепь каждого транзистора, показывал ток в районе 0,5…0,8 мА. По второй схеме необходимо также выставить коллекторный ток второго транзистора путем подбора сопротивления резистора R3.

В первом варианте возможно применить транзисторы марки КТ312, или их зарубежные аналоги, однако при этом необходимо будет выставить правильное смещение напряжения транзисторов путем подбора сопротивлений R2, R4. Во втором варианте в свою очередь, возможно применить кремневые транзисторы марки КТ209, КТ361, или зарубежные аналоги. При этом выставить режимы работы транзисторов можно путем изменения сопротивления R3.

В коллекторную электроцепь транзистора VT2 (обоих усилителей) взамен наушников возможно подключить динамик с высоким сопротивлением. Если же необходимо получить более мощное усиление звука, то можно собрать усилитель на , который обеспечивает усиление до 15 Вт.

Появилось желание собрать более мощный усилитель «А» класса. Прочитав достаточное количество соответствующей литературы и выбрал из предлагавшегося самую последнюю версию. Это был усилитель мощностью 30 Вт соответствующий по своим параметрам усилителям высокого класса.

В имеющеюся трассировку оригинальных печатных плат никаких изменений вносить не предполагал, однако, ввиду отсутствия первоначальных силовых транзисторов, был выбран более надежный выходной каскад с использованием транзисторов 2SA1943 и 2SC5200. Применение этих транзисторов в итоге позволило обеспечить большую выходную мощность усилителя. Принципиальная схема моей версии усилителя далее.

Это изображение плат собранных по этой схеме с транзисторами Toshiba 2SA1943 и 2SC5200.

Если присмотреться, то сможете увидеть на печатной плате вместе со всеми компонентами стоят резисторы смещения, они мощность 1 Вт углеродного типа. Оказалось, что они более термостабильны. При работе любого усилителя большой мощности выделяется огромное количества тепла, поэтому соблюдение постоянства номинала электронного компонента при его нагреве является важным условием качественной работы устройства.

Собранная версия усилителя работает при токе около 1,6 А и напряжении 35 В. В результате чего 60 Вт мощности непрерывного рассеивается на транзисторах в выходном каскаде. Должен заметить, что это только треть мощности, которую они способны выдержать. Постарайтесь представить, сколько тепла выделяется на радиаторах при их нагреве до 40 градусов.

Корпус усилителя сделан своими руками из алюминия. Верхняя плита и монтажная плита толщиной 3 мм. Радиатор состоит из двух частей, его габаритные размеры составляют 420 x 180 x 35 мм. Крепеж — винты, в основном с потайной головкой из нержавеющей стали и резьбой М5 или М3. Количество конденсаторов было увеличено до шести, их общая ёмкость 220000 мкФ. Для питания был использован тороидальный трансформатор мощностью 500 Вт.

Блок питания усилителя

Хорошо видно устройство усилителя, которое имеет медные шины соответствующего дизайна. Добавлен небольшой тороид, для регулируемой подачи под управлением схемы защиты от постоянного тока. Так же имеется ВЧ фильтр в цепи питания. При всей своей простоте, надо сказать обманчивой простоте, топологии платы этого усилителя и звук им производится как бы без всякого усилия, подразумевающего в свою очередь возможность его бесконечного усиления.

Осциллограммы работы усилителя

Спад 3 дБ на 208 кГц

Синусоида 10 Гц и 100 Гц

Синусоида 1 кГц и 10 кГц

Сигналы 100 кГц и 1 МГц

Меандр 10 Гц и 100 Гц

Меандр 1 кГц и 10 кГц

Полная мощность 60 Вт отсечение симметрии на частоте 1 кГц

Таким образом становится понятно, что простая и качественная конструкция УМЗЧ не обязательно делается с применением интегральных микросхем — всего 8 транзисторов позволяют добиться приличного звучания со схемой, собрать которую можно за пол дня.

Читатели! Запомните ник этого автора и никогда не повторяйте его схемы.
Модераторы! Прежде чем меня забанить за оскорбления, подумайте, что Вы «подпустили к микрофону» обыкновенного гопника, которого даже близко нельзя подпускать к радиотехнике и, тем более, к обучению начинающих.

Во-первых, при такой схеме включения, через транзистор и динамик пойдет большой постоянный ток, даже если переменный резистор будет в нужном положении, то есть будет слышно музыку. А при большом токе повреждается динамик, то есть, рано или поздно, он сгорит.

Во-вторых, в этой схеме обязательно должен быть ограничитель тока, то есть постоянный резистор, хотя бы на 1 КОм, включенный последовательно с переменным. Любой самоделкин повернет регулятор переменного резистора до упора, у него станет нулевое сопротивление и на базу транзистора пойдет большой ток. В результате сгорит транзистор или динамик.

Переменный конденсатор на входе нужен для защиты источника звука (это должен обьяснить автор, ибо сразу же нашелся читатель, который убрал его просто так, считая себя умнее автора). Без него будут нормально работать только те плееры, в которых на выходе уже стоит подобная защита. А если ее там нет, то выход плеера может повредиться, особенно, как я сказал выше, если выкрутить переменный резистор «в ноль». При этом на выход дорогого ноутбука подастся напряжение с источника питания этой копеечной безделушки и он может сгореть. Самоделкины, очень любят убирать защитные резисторы и конденсаторы, потому-что «работает же!» В результате, с одним источником звука схема может работать, а с другим нет, да еще и может повредиться дорогой телефон или ноутбук.

Переменный резистор, в данной схеме должен быть только подстроечным, то есть регулироваться один раз и закрываться в корпусе, а не выводиться наружу с удобной ручкой. Это не регулятор громкости, а регулятор искажений, то есть им подбирается режим работы транзистора, чтобы были минимальные искажения и чтобы из динамика не шел дым. Поэтому он ни в коем случае не должен быть доступен снаружи. Регулировать громкость, путем изменения режима НЕЛЬЗЯ. За это нужно «убивать». Если очень хочется регулировать громкость, проще включить еще один переменный резистор последовательно с конденсатором и вот его уже можно выводить на корпус усилителя.

Вообще, для простейших схем — и чтобы заработало сразу и чтобы ничего не повредить, нужно покупать микросхему типа TDA (например TDA7052, TDA7056… примеров в интернете множество) , а автор взял случайный транзистор, который завалялся у него в столе. В результате доверчивые любители будут искать именно такой транзистор, хотя коэффициент усиления у него всего 15, а допустимый ток аж 8 ампер (сожгет любой динамик даже не заметив).

Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2…0,3В для германиевых транзисторов и 0,6…0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K .3-200=10—6=4 В.


Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.


Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

Графический расчет усилителя на одном транзисторе. Биполярные транзисторы, расчёт усилительного каскада. Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

Усилитель с общим эмиттером раньше являлся базовой схемой всех усилительных устройств.

В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема (рисунок ниже) зависит от , а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть хорошо. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала.

Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку и в результате получается схема с 4-мя резисторами:


Резистор между базой и эмиттером назовем R бэ , а резистор, соединенный с эмиттером, назовем R э . Теперь, конечно же, главный вопрос: “Зачем они нужны в схеме?”

Начнем, пожалуй, с R э .

Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->R к —–> коллектор—> эмиттер—>R э —-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиампер (если не учитывать крохотный ток базы, так как I э = I к + I б ) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:

Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.

Чуток упростим схемку:

R кэ – это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.

В результате, у нас получается простой делитель напряжения , где


Мы видим, что на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет равняться падению напряжения на резисторе R э .

А чему равняется падение напряжения на R э ? Вспоминаем закон Ома и высчитываем:

Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора R э . С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.

Какую же функцию выполняют резисторы R б и R бэ ?


Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения . Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит , что бывает крайне редко. В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.

Вернемся к R э.

Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.

Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.

Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.

а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе R э .

б) падение напряжения на резисторе R э – это и есть напряжение на эмиттере U э . Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи U э стало чуток больше.

в) на базе у нас фиксированное напряжение U б , образованное делителем из резисторов R б и R бэ

г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле U бэ = U б – U э . Следовательно, U бэ станет меньше, так как U э увеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.

д) Раз U бэ уменьшилось, значит и сила тока I б , проходящая через базу-эмиттер тоже уменьшилась.

е) Выводим из формулы ниже I к

I к =β х I б

Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток;-) Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор R э . Забегая вперед, скажу, что О трицательная О братная С вязь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.

Расчет усилительного каскада


1) Первым делом находим из даташита максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт. Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:

P рас = 150х0,8=120 милливатт.

2) Определим напряжение на U кэ . Оно должно равняться половине напряжения Uпит.

U кэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.

3) Определяем ток коллектора:

I к = P рас / U кэ = 120×10 -3 / 6 = 20 миллиампер.

4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере U кэ , то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах R к и R э . То есть получаем:

R к + R э = (Uпит / 2) / I к = 6 / 20х10 -3 = 300 Ом.

R к + R э = 300 , а R к =10R э, так как K U = R к / R э , а мы взяли K U =10 ,

то составляем небольшое уравнение:

10R э + R э = 300

11R э = 300

R э = 300 / 11 = 27 Ом

R к = 27х10=270 Ом

5) Определим ток базы I базы из формулы:

Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.


Значит,

I б = I к / β = 20х10 -3 /140 = 0,14 миллиампер

6) Ток делителя напряжения I дел , образованный резисторами R б и R бэ , в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток I б :

I дел = 10I б = 10х0,14=1,4 миллиампер.

7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:

U э = I к R э = 20х10 -3 х 27 = 0,54 Вольта

8) Определяем напряжение на базе:

U б = U бэ + U э

Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер U бэ = 0,66 Вольт . Как вы помните – это падение напряжения на P-N переходе.

Следовательно, U б =0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта . Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.

9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.

Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:

Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.

Для удобства пусть у нас падение напряжения на R б называется U 1 , а падение напряжения на R бэ будет U 2 .

Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.

R б = U 1 / I дел = 10,8 / 1,4х10 -3 = 7,7 КилоОм . Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма

R бэ = U 2 / I дел = 1,2 / 1,4х10 -3 = 860 Ом . Берем из ряда 820 Ом.

В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:


Проверка работы схемы в железе

Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:


Итак, беру свой и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма – это входной сигнал, желтая осциллограмма – это выходной усиленный сигнал.

Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты :


Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10. Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.

Давайте подадим еще треугольный сигнал:


Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Нелинейность входной характеристики транзистора дает о себе знать.

Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами

то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала


Заключение

Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:

Во-первых , эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI .

Во-вторых , ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.

Ну а теперь немного минусов:

1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.

2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе

Транзисторы, как только появились, быстро завоевали главенствующее место в усилительной технике, и причин тому несколько. Транзисторы не имеют нити накала, а значит, не требуют мощности на ее нагрев, прекрасно работают при низком питающем напряжении, хорошо согласуются с низкоомными нагрузками (например, динамическими головками громкоговорителей), долговечны и надежны. В отличие от ламп, характеристики транзисторов отличаются заметной нелинейностью, и в усилителях ее приходится снижать дополнительными мерами, например, введением отрицательной обратной связи (ООС).

Остановимся на расчете несколько более сложного, но зато наиболее распространенного усилителя мощности звуковых частот — УМЗЧ (рис. 51). Все транзисторы, используемые в усилителе, — кремниевые.

На транзисторах VT1 и VT2 собран по дифференциальной схеме входной каскад. Он реагирует только на разность напряжений, поданных на неинвертирующий и инвертирующий входы. Эта разность, в зависимости от полярности, закрывает один и открывает другой транзистор. Нагрузка R1 включена в коллекторную цепь транзистора VT1, но часть его коллекторного тока направляется в цепь базы транзистора предоконечного каскада VT3, обеспечивая смещение и подачу на него сигнала.

Оконечный каскад собран на транзисторах VT4 и VT5 по двухтактной схеме с последовательным включением транзисторов. Они работают в режиме класса АВ или даже В в зависимости от смещения, которое создается диодами VD1 и VD2. Усилитель нагружен на динамическую головку ВА1, включенную без разделительного конденсатора, поскольку в режиме покоя напряжение на выходе усилителя практически равно нулю.

Питается усилитель от двуполярного источника (рис. 52) с одинаковыми выходными напряжениями. Схемы усилителя и источника питания предельно просты, но тем не менее собранная по ним конструкция вполне работоспособна и может обеспечить неплохие параметры.

Дальнейшие усовершенствования сводятся к установке транзисторных генераторов тока вместо резисторов, стабилизаторов напряжения в источнике питания, включению эмиттерных повторителей между отдельными каскадами — вариации на эту тему бесконечны, и интересующиеся схемотехникой УМЗЧ изучат их сами, по другим публикациям. Мы же перейдем к расчету простейшей схемы.

Усилитель (рис. 51) представляет собой не что иное, как операционный усилитель (ОУ) в его простейшем виде. ОУ обладают рядом достоинств, обеспечивших им универсальное и самое широкое применение. Входное сопротивление и коэффициент усиления идеального ОУ бесконечны, выходное сопротивление равно нулю. Идеальный ОУ реагирует только на разность напряжений на его входах. Это означает, что одновременное (синфазное) изменение напряжения на входах не приводит к появлению выходного сигнала.

Наш ОУ далек от идеального: его входное сопротивление составляет десятки килоом, коэффициент усиления — несколько тысяч, а подавление синфазной компоненты входного сигнала не превосходит 20…40 дБ. Тем не менее включается и работает он так же, как идеальный ОУ (рис. 53).

Входной сигнал подается через разделительный конденсатор С4 на неинвертирующии вход DA1 (то, что в треугольнике, соответствует схеме рис. 51, но может быть и другим ОУ с мощным выходом, например, К157УД1, К174УН11 и т.д.). Резистор R4 устанавливает нулевой потенциал на входе.

Без отрицательной обратной связи, снижающей усиление и одновременно нелинейные искажения, а также расширяющей полосу усиливаемых частот, ОУ работать не может. ООС подается с выхода усилителя на инвертирующий вход через резистор R6. На постоянном токе и нижних частотах цепочка C5R5 никакой роли не играет, поэтому глубина ООС — 100 %. Это значит, что потенциалы на выходе и на инвертирующем входе также нулевые. Действительно, малейшее отклонение потенциала выхода, например, в положительную сторону, будет передано на инвертирующий вход через резистор R6, усилено и приведет к понижению потенциала выхода, компенсируя первоначальное отклонение.

Иное дело на переменном токе 3Ч — в цепи ООС работает делитель R6R5, и на инвертирующий вход передается только часть переменного выходного напряжения, равная UвыxR5/(R5 + R6). Напряжения на входах практически равны (не забудем, что коэффициент усиления ОУ — тысячи), поэтому формула для коэффициента усиления будет такой:

K = Uвыx/UBX=1 + R6/R5.

Реактивное сопротивление конденсатора на нижней частоте полосы пропускания усилителя fH должно быть меньше сопротивления резистора R5, поэтому

С5≥ 1/2πfHR5.

Чтобы закончить расчет элементов схемы рис. 53, нам осталось выбрать сопротивления резисторов R4 и R6. Их целесообразно взять одинаковыми, тогда одинаковые входные токи ОУ, проходя через эти резисторы, вызовут и одинаковые падения напряжения. Разность напряжений на входах останется нулевой. Тем не менее эти падения напряжения не должны быть большими, разумно ограничить их на уровне 50… 100 мВ. Следовательно,

R4 = R6 = (0,05…0,1)/iвх.

Например, при iвх = 1 мкА сопротивления резисторов получаются равными 50… 100 кОм.

Перейдем теперь к расчету внутренних элементов ОУ (см. рис. 51). Ток входных транзисторов VT1 и VT2 (он одинаков) составляет

i1 = i2 · h31э

где h31э — статический коэффициент передачи тока входных транзисторов в схеме с общим эмиттером (он тоже должен быть по возможности одинаковым). Суммарный ток транзисторов проходит через резистор R2, и падение напряжения на нем должно быть на 0,5 В (пороговое напряжение открывания транзисторов) меньше напряжения источника питания Еn. Отсюда

R2 = (En-0,5)/2i1

При h31э = 100 и iвх = 1 мкА ток каждого входного транзистора составит 0,1 мА, а сопротивление резистора R2 при Еn = 6 В — 27 кОм. Ток i, должен создавать на резисторе R1 падение напряжения, достаточное для открывания транзистора VT3, т.е. не менее 0,5 В. Следовательно, сопротивление резистора R1 должно составлять

В нашем примере R1 = 5 кОм. Если его выбрать больше, то значительная часть тока i, будет направлена в базу транзистора предоконечного каскада VT3. Это можно допустить при условии

где i3 — коллекторный ток транзистора VT3; h31ЭЗ — его коэффициент передачи тока. Ток i3 определится при дальнейшем расчете.

Далее можно приступить к расчету предоконечного и оконечного каскадов, причем начать лучше с последнего, поскольку режим первого во многом им и определяется. Здесь понадобятся коллекторные характеристики мощных выходных транзисторов, показанные на рис. 54 и приводимые в справочниках.

Предполагается, что транзисторы VT4 и VT5 имеют одинаковые характеристики, различаясь лишь структурой. Подобные пары комплементарных транзисторов выпускаются промышленностью (примеры: КТ315 и КТ361, КТ815 и КТ814, КТ819 и КТ818 с различными буквенными индексами). Характеристики показывают зависимость коллекторного тока от мгновенного напряжения на коллекторе при различных токах базы.

На графике штриховыми линиями показана область допустимых режимов коллекторной цепи: сверху она ограничена максимальным током коллектора, справа — максимально допустимым коллекторным напряжением, в средней же части — максимально допустимой мощностью рассеяния транзистора, исчисляемой как произведение коллекторного тока на напряжение. Нагрузочная прямая нигде не должна пересекать границ допустимых режимов.

Как уже упоминалось, транзисторы VT4 и VT5 работают в режиме, близком к классу В. Это значит, что при отсутствии сигнала напряжение на транзисторе равно Еп, а ток близок к нулю (правая часть нагрузочной прямой). На положительной полуволне сигнала открывается верхний по схеме транзистор (VT4), на отрицательной — нижний (VT5). Поскольку процессы полностью симметричны, рассмотрим работу верхнего транзистора.

По мере его открывания коллекторный ток растет, а напряжение коллектор-эмиттер падает, поскольку положительная полуволна напряжения выделяется на нагрузке — головке ВА1. Перемещаясь вдоль нагрузочной прямой влево и вверх, по коллекторным характеристикам определяем iк max и Uк min показанные на рис. 54. Если характеристик нет, то ток iк max берется несколько меньше максимально допустимого тока коллектора, а под Uк min подразумевается напряжение насыщения коллектор-эмиттер (падение напряжения на транзисторе, когда он полностью открыт).

Знание последних двух параметров позволяет сосчитать мощность, отдаваемую усилителем. Действительно, размах (амплитуда) переменного напряжения ЗЧ на нагрузке составит En — Uк min, а амплитуда тока — iк max. Мощность составит

Р = (Еn — Uк min)iк max /2.

На практике часто именно с этого и начинают расчет — задавшись выходной мощностью, определяют напряжение питания Еn и подбирают тип выходных транзисторов, обеспечивающих нужный максимальный ток и соответствующих по предельно допустимым параметрам (рис. 54). При этом следует еще иметь в виду, что коллекторное напряжение закрытого транзистора может достигать почти 2Еn — предельно допустимое значение напряжения коллектор-эмиттер выбранных транзисторов должно быть не меньше 2Еn.

Зная коэффициент передачи тока (в режиме большого сигнала) выходных транзисторов h31э4 и h31э5 (опять желательно, чтобы они были одинаковыми), находят максимальный ток базы

iб4 = iк max/h31э4

Ток коллектора предоконечного каскада (напомним, что в отличие от выходных транзисторов он работает в классе А) должен быть существенно больше iб4. Здесь выявляются недостатки простейшей схемы (см. рис. 51). Дело в том, что на положительной полуволне сигнала открывается транзистор VT3 и его увеличивающийся ток открывает выходной транзистор VT4. Эти процессы происходят достаточно хорошо. Но на отрицательной полуволне сигнала должен открываться транзистор VT5, а его максимальный ток базы определяется резистором R3, причем напряжение на этом резисторе на пике отрицательной полуволны получается даже меньше Uк min! Вот почему приходится задавать большой ток коллектора предоконечного каскада i3 в 10.. .20 раз больше iб4, а сопротивление резистора R3 подсчитывать по форомуле

Разумеется, это невыгодно — приходится ставить в предоконечный каскад довольно мощный транзистор, да и экономичность всего усилителя снижается. Исправляют ситуацию следующие меры: увеличение коэффициента передачи тока выходных транзисторов (установка составных транзисторов, двух или хотя бы одного на месте VT5), использование вместо резистора R3 транзисторного генератора тока, включение «вольтодобавки». В последнем случае резистор R3 составляют из двух последовательно включенных резисторов, а их среднюю точку соединяют через конденсатор большой емкости с выходом усилителя. Возникшая местная положительная обратная связь и способствует лучшему открыванию транзистора VT5.

Последняя, оставшаяся не рассмотренной, деталь усилителя — конденсатор С1, корректирующий АЧХ в области высших частот. Его емкость обычно невелика — десятки пикофарад. Подробнее о нем будет сказано в следующем разделе.

Вопрос для самопроверки . Рассчитайте УМЗЧ со следующими параметрами, входное напряжение — 0,1 В, напряжение питания — ±6,3 В, сопротивление нагрузки — 4 Ом, полоса воспроизводимых частот — 50 Гц… 12,5 кГц. Выберите тип транзисторов. Определите максимальную выходную мощность на синусоидальном сигнале.

Ответ . Начнем с последнего — рассчитаем выходной каскад в режиме максимальной отдаваемой мощности. Положив остаточное напряжение на коллекторе открытого выходного транзистора U k min = 0,3 В, получаем амплитуду переменной составляющей ЗЧ на выходе Um = 6 В. Тогда максимальное значение тока через транзистор составит l m = U m /R H = 6 В/4 Ом -= 1,5 А. Выходная мощность на синусоидальном сигнале составит Р = = U m I m /2 = 4,5 Вт. Среднее значение тока косинусоидальных импульсов через выходные транзисторы составляет 0,32l m (0,32 — это нулевой коэффициент разложения импульса на гармонические составляющие). Итак, l 0 = 0,32 l m = 0,5 А. Сюда надо добавить еще ток покоя I пок выходных транзисторов порядка 0,05 А.

Теперь находим потребляемую усилителем мощность Р 0 = 2Е n (I 0 + I пок)= 7 Вт. Как видим, КПД усилителя в режиме максимальной мощности составит лишь Р/Р 0 = 4,5 Вт/7 Вт = 0,64 или 64 %. При меньших мощностях КПД окажется еще меньше. На каждом из выходных транзисторов будет рассеиваться мощность (Р 0 — Р)/2 = 1,25 Вт. Неплохой выбор транзисторов — комплементарная пара KT816, KT817 (с любыми буквенными индексами). Их параметры удовлетворяют нашим условиям со значительным запасом.

Усиление предварительных каскадов по напряжению должно составить как минимум 6,3 В/0,1 В = 63. Один транзисторный каскад, учитывая нагрузку на низкий входной импеданс мощных транзисторов, такого усиления не обеспечит, следовательно, необходимо по меньшей мере два каскада. Рекомендуются схемы рис. 51-53. Избыток усиления гасится введением ООС (рис. 53) с отношением сопротивлений R6/R5 примерно 60…70.

Министерство образования Российской Федерации

Ижевский государственный технический университет

Кафедра «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры»

Курсовая работа

“Расчет УНЧ на БПТ”

Выполнил: студент группы 671

А.Н. Кирдяшкин

Проверил: С. А. Дерендяев

Ижевск 2003 г.

  1. Техническое задание.
  2. Цель работы.
  3. Принципиальная схема каскада.
  4. Определение типа транзисторов.
  5. Эквивалентная схема усилителя .
  6. Расчет АЧХ и ФЧХ усилителя.
  7. Вывод .
  8. Литература .

Задание по работе:

  • Коэффициент усиления – не менее 30дб;
  • Полоса пропускания от 10 Гц до 10 КГц;
  • Допустимая неравномерность частотной характеристики: Мн=Мв=1,41;
  • Амплитуда входного сигнала – 10 мВ ;
  • Входное сопротивление не менее 10 Ком;
  • Сопротивление нагрузки не более 10 Ком;
  • Емкость нагрузки – 50 пФ ;
  • Напряжение источника- + 9В .

Цель работы: Научиться рассчитывать УНЧ на БПТ.

Требования, предъявляемые к усилителю.

Для того чтобы, спроектировать усилитель. Необходимо знать: выходную мощность усилителя P вых. , выходное напряжение U вых., или сопротивление нагрузки R н . Допустимый коэффициент гармоник К г, рабочий диапазон частот (f н и f в), частотные искажения на низшей и высшей рабочих частотах Мн. дБ и Мв дБ; входные данные: входное напряжение U вх, внутреннее сопротивление источника сигнала R и.

К роме указанных основных данных, должно быть известно назначение усилителя, условия его эксплуатации (например, диапазон измерения температуры окружающей среды и т. д.) , тип источника питания (выпрямитель, аккумулятор, гальванический элемент и др.).

Последовательность расчета усилителя.

Проектирования усилителя начинают с составления блок-схемы и выбора ее элементов, исходя из предьявленых к усилителю требований. Типовая блок-схема усилителя с входным и выходным устройствами, предварительным и мощным усилителями изображена на рисунке.

При выборе блок-схемы решают, ли в проектируемом усилителе входное выходные устройства, мощный усилитель, предварительный усилитель. Составив блок-схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (реостатно-емкостные, трансформаторные), каскада мощного усилителя (одноактный, двухтактный, трансформаторный, бестрансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, реостатный, трансформаторный, инверсный и т. д.). После этого выбирают транзисторы для всех усилительных каскадов и находят число каскадов, исходя из заданной выходной мощности или выходного напряжения и напряжения источника сигналов, приближенно определив требуемый от каскадов коэффициент усиления. После чего составляют принципиальную ориентировочную схему усилителя и распределяют заданные частотные искажения по цепям и каскадам, вносящим эти искажения. Распределение Мн и Мв производят отдельно на низшей и высшей рабочих частотах, затем переходят к выбору режимов работы транзисторов и электрическому расчету деталей схемы. Расчет усилителя производят, начиная с оконечного каскада, затем рассчитывают предоконечный каскад т. д.

Выбор схемы оконечного каскада, транзистора для него, режима работы и способа включения.

В транзисторных усилителях звуковой частоты оконечный каскад обычно является каскадом мощного усиления должен отдавать в нагрузку заданную мощность сигнала при наименьшим потреблении мощности от источников питания и допустимом уровне нелинейных и частотных искажений. При проектировании оконечного каскада, прежде всего, решают, будет ли каскад одноактным или двухтактным. При этом учитывают, что двухтактный каскад отдает вдвое большую мощность, чем одноактный. Имеет меньший коэффициент гармоник, выходной трансформатор без постоянного подмагничивания и допускает в три-пять раз большую пульсацию источника питания, но требует двух транзисторов, выходной трансформатор с удвоенным числом витков первичной обмотки и средней точкой, а также инверсную схему предыдущего каскада. Кроме того, двухтактная схема позволяет использовать экономичный режим. Во, что сильно уменьшает необходимую мощность источника питания усилителя. При включении с общим эмиттером и общим коллектором транзисторы в плечах двухтактной схемы необходимо подбирать с одинаковыми значениями , а также по возможности с одинаковой граничной частотной.

Одноактный каскад имеет один транзистор и может быть использован только в режиме А, что увеличивает мощность источника питания. Он не требует инверсной схемы в предыдущем каскаде, допускает меньшую пульсацию источника питания, имеет более высокий коэффициент гармоник. Размеры выходного трансформатора у такого каскада больше из-за наличия постоянного подмагничивания.

Схема электрическая принципиальная УНЧ

Рис. 1

Задачи расчета.

Для расчета транзисторного каскада усиления необходимо иметь следующие данные: выходную мощность Р. вых, сопротивление нагрузки R .н., допустимый коэффициент гармоник К. г, низшую и высшую рабочие частоты f н и f в, допустимые коэффициенты частотных искажений каскада Мн и Мв, низшую и высшую температуру окружающей среды Т окр. макс. И Токр. мин. Кроме того, должен быть известен тип источника питания (сеть переменного тока, сухие батареи, аккумуляторы). В расчет каскада усилителя входит: выбор напряжения источника питания, если оно не задано, выбор точки покоя (тока покоя выходной цепи), тока и напряжения смешения входной цепи, сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом мощности Р-, определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности) и входного сопротивления каскада, расчет коэффициента гармоник каскада Кг, расчет сопротивлений, задающих смещение, и цепи стабилизации, если она необходима. К расчету каскада усилителя также относится расчет электрических данных выходного трансформатора, его конструктивный расчет и расчет радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.

Конструкция радиаторов, охлаждающих, транзисторы каскадов может быть различной. Радиатор выполняют из металла с высокой теплоотводностью обычно из алюминия.

Определение типа транзисторов .

Для усилительного каскада транзистор выбирают по трем параметрам: верхней граничной частоте f  , величине тока покоя коллектора I K0 , и наибольшему допустимому напряжению коллектора U КЭ доп. .

Граничная частота передачи тока базы f  должна более чем в 5 раз превышать заданную верхнюю частоту усилителя f в :

f  5 f В = 50000 Гц.

Ток покоя коллектора выбирается из условия I К доп. > I К0 > 1.5 I Н, , где k =20 lg (U Н / U 1 ), U Н =100 mB , I Н = U Н / R Н =100мВ/10кОм=10 мкА. I К доп. > I К0 > 1.5*10 mkA =15 mkA .

Напряжение питания усилителя Е к должно быть выбрано исходя из значения наибольшего допустимого напряжения коллектора, т.е. меньше 0.8 U КЭ доп. .

U КЭ доп =30В, зададимся E К =9В

Поставленным требованиям удовлетворяет импортный транзистор Q 2 N 3904.

Его параметры:

– f  = 250 МГц

– I К доп. = 100 мА >> 1.5 I К = 1 мА

– U КЭ доп. = 25 В. Зададимся Е К = 9В

Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет номиналов элементов усилителя.

Расчет выходного каскада с общим эмиттером:

По семейству выходных и входных характеристик транзистора выберем рабочую точку,

для этого построим нагрузочную прямую: выбираем значение тока коллектора I К , I К0 =10м A , U КЭ =1/2* Е К =4,5 B .

DesignLab R 1  Е П / I kmax =418Ом.

Задав параметры схемы, построим график рисунок 2.

Рис. 2

К0 =10м A , U КЭ =4,5 B .  I Б =25мк A .

Построим входную характеристику транзистора рисунок. 3.

рис. 3

Расчет.

Сопротивление нагрузки: R Н =10кОм.

Находим амплитуду выходного сигнала: K =20 lg (U Н / U 1 ), выражаем U Н , U Н =250 mB .

Ток коллектора покоя: I К0 =10м A .

По входной характеристике рис. 3 находим: ток покоя базы, напряжение покоя между базой и эмиттером: U БЭ0 =0,667 B , I Б0 =0,05м A .

r ВХ =  U /  I =(0,680-0,654)/(0,078-0,03)=0,8кОм.

Сопротивление в цепи коллектора R K рассчитывается: R K =(E П — U КЭ )/ I К0 =(9-4,5)В/10м A =450Ом.

Рассчитываем сопротивление в цепи эмиттера R Э . Для этого, прежде всего, зададимся падением напряжения на нем:U Rэ =0.2 E П =1,8В

Отсюда R Э2 = U R Э / I Э0  U R Э / I K 0 = 180Ом.

R 4 : R 4 =(E П — U Э0 — U БЭ0 )/(I Б0 + I Д ), где U Э0 =0.2 E П =1,8В. I Д =(2-5) I Б0 =0,15м A .

R 4 =(9-1,8-0,667)/(0,05+0,15)=32,6кОм.

Сопротивление делителя: R 5 =(U Э0 + U БЭ0 )/ I Д =(1,8+0,667)/0,15=16кОм.

R ВЫХ =450Ом.

R ВХ =[(R 4 R 5 )/(R 4 + R 5 )]* r ВХ /[(R 4 R 5 )/(R 4 + R 5 )]+ r ВХ =(10,8*0,8)/(10,8+0,8)=0,7кОм.

Расчет входного каскада с общим коллектором:

По семейству выходных и входных характеристик транзистора выберем рабочую точку, для этого построим нагрузочную прямую: выбираем значение тока коллектора I К , I К0 =5м A , U КЭ =1/2* Е К =4,5 B .

Построим выходную характеристику транзистора, для этого в DesignLab ’е выполним схему включения транзистора с общим эмиттером, где R 1  Е П / I kmax =850Ом. Задав параметры схемы, построим график рисунок 2 .

рис. 4

Рабочая точка имеет следующие координаты I К0 =5м A , U КЭ =4,5 B ,  I Б =25мк A .

Построим входную характеристику транзистора рис. 4.

Расчет

Сопротивление нагрузки: R Н =0,7кОм.

Ток коллектора покоя: I К0 =5м A .

По входной характеристике рис. 4 находим: ток покоя базы, напряжение покоя между базой и эмиттером: U БЭ0 =0,650 B , I Б0 =0,025мА.

Напряжение коллектор – эмиттер покоя: U КЭ0 =(0,4-0,45) E П =0,4*9=3,6В.

Входное сопротивление транзистора, характеризуется сопротивлением цепи база – эмиттер: r ВХ =  U /  I =1кОм.

Сопротивление эмиттера R 3 : R 3 =(E П — U КЭ0 )/ I Э =(9-3,6)/5м=1кОм.

Рассчитываем сопротивление делителя R 2 : R 2 =(E П — U КЭ0 — U БЭ0 )/ I Б0

R 2 =(9-3,6-0,650)/0,025=190 кОм .

Выходное сопротивление каскада: R ВЫХ = R Э  r К(Э) , где r Э =  Т /(I К0 + I Б0 ), r Э =26/(10+0,025)=2,6Ом, R ВЫХ =1000*2,6/(1000+2,6)=2,6Ом.

Входное сопротивление каскада: R ВХ =(1+  )(R 3 * R Н )/(R 3 + R Н ).

рис . 5

где  =  h 21 Э min * h 21 Э max =  400 * 1000 = 632. R ВХ =(1+632)(1*0,7)/(1+0,7)=260кОм.

Входное сопротивление усилительного каскада: R ’ ВХ = R ВХ  R 2 = (260*190)/(260+190) =110кОм.

Для расчета разделительных конденсаторов С 1 , С 2 , С 3 необходимо задаться коэффициентом частотных искажений на нижней рабочей частоте М НР , вносимых этим конденсатором, распределяя заданные допустимые искажения M Н = 1.41 дБ между разделительным. С р. и блокировочным С 4 конденсаторами.

Блокировочный конденсатор. С: С Э =(10 – 20)/2  f Н R 7 , где f Н =10Гц.

С Э =10/6,28*10*180=884мкФ.

Разделительные конденсаторы С 1 , С 2 , С 3 : С 1 =1/(2  f Н *(R 1 + R ’ ВХ )*  М Н 2 -1), где М Н =1,41, С 1 =1/(6,28*10*142010*0,994)=112нФ.

С 2 =1/(2  f Н *(R ВЫХ + R ВХ )*  М Н 2 -1), С 1 =1/(6,28*10*8405*0,994)=1,2мкФ.

С 3 =1/(2  f Н *(R ВЫХ + R ВХ )*  М Н 2 -1), С 1 =1/(6,28*10*10002,6*0,994)=1,6мкФ.

Эквивалентная схема усилителя.

Rк1

rвх1

rвх2

Rвых1

Rвых2

Cр1

Cр2

h31Iб1

h31Iб2

0,2МОм

32,6кОм

16кОм

0,4кОм

1кОм

0,8кОм

2,6Ом

450Ом

112нФ

1,2мкФ

10мА

20мА

Расчет АЧХ и ФЧХ усилителя.

Для построения АЧХ и ФЧХ характеристик, в DesignLab ’е выполним схему усилительного каскада низкой частоты, который представлен на рис. 6

Рис. 7

Задав номиналы элементов, зайдем в диалоговое окно и выберем меню Analysis режима Setup (устанавливаем параметры). В меню Analysis режима Setup строим графики, которые представлены на рисунке 7.

Мы наблюдаем на рисунке 7, что полоса пропускания немного уже (не соответствует техническим характеристикам), для того чтобы расширить полосу пропускания будем изменять емкость разделительных конденсаторов, т.е. увеличивать. Также изменим амплитуду, для этого будем изменять сопротивление R 7. Рис. 8

АЧХ ФЧХ

рис. 8

Изображаем графики с новыми параметрами.


Вывод.

В курсовом проекте, я научился: вычислять АЧХ и ФЧХ усилителя по полученной функции, составлять эквивалентную схему, рассчитывать номиналы пассивных элементов, сравнивать результаты.

Список литературы .

  1. Ю. А. Буланов, С. Н. Усов “Усилители и радиоприемные устройства” Москва “Высшая школа” 1980.
  2. И. П. Жеребцов “Основы электроники” ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1985г.
  3. Г. В. Войшвилло “Усилительные устройство” Москва “Радио и связь” 1983.
  4. И. П. Степаненко “Основы теории транзисторов и транзисторных схем” “Энергия” Москва 1967.
  5. А. В. Цыкина “Проектирование транзисторных усилителей” “Связь” Москва 1965.

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.

Наиболее важное назначение электронных приборов — усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями.

Усилитель — это электронное устройство, управляющее энергией, поступающей от источника питания к нагрузке. Причем мощность, требующаяся для управления, как правило, намного меньше мощности, отдаваемой в нагрузку, а формы входного (усиливаемого) и выходного (на нагрузке) сигналов совпадают.

Схематичное представление работы усилителя

Усилительные устройства широко используются в автоматике и телемеханике, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах, бытовой радиоаппаратуре и т.д.

Важнейшими техническими показателями являются: коэффициент усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, диапазон усиливаемых частот, частотные, фазовые и нелинейные искажения.

Большинство источников усиливаемого сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, т.к. при слабом управляющем напряжении невозможно получить сколько-нибудь значительные изменения выходного тока, а, следовательно, и выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя, кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, входят предварительные каскады усиления.

Эти каскады принято классифицировать по характеру сопротивления нагрузки в выходной цепи транзистора. Наибольшее применение получили резистивные усилительные каскады, сопротивлением нагрузки которых служит резистор.

В каскадах предварительного усиления на биполярных транзисторах чаще других используется схема с общим эмиттером (ОЭ), которая обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению и мощности, сравнительно большим входным сопротивлением и допускает использование одного общего источника питания для цепей базы и коллектора.

Резистивный каскад на биполярном транзисторе

Простейшая схема резистивного усилительного каскада с общим эмиттером и питанием от одного источника показана на рис..Входной сигнал поступает на базу и изменяет ее потенциал относительно заземленного эмиттера. Это приводит к изменению тока базы, а, следовательно, к изменению тока коллектора и напряжения на нагрузочном сопротивлении RK. Разделительный конденсатор Сp1 служит для предотвращения протекания постоянной составляющей тока базы через источник входного сигнала. С помощью конденсатора Сp2 на выход каскада подается переменная составляющая напряжения Uкэ изменяющаяся по закону входного сигнала, но значительно превышающая его по величине. Важную роль играет резистор RБ в цепи базы, обеспечивающий выбор исходной рабочей точки на характеристиках транзистора и определяющий режим работы каскада по постоянному току.

Простейшая схема резистивного усилительного каскада с общим эмиттером

Для выяснения роли резистора RБ обратимся к рис., иллюстрирующему процесс усиления сигнала схемой с общим эмиттером. В принципе процесс усиления можно отразить следующей взаимосвязью электрических величин.


Графическое пояснение процесса усиления сигнала схемой с общим эмиттером

Um ВХ I Б m IК m IК m RК (Um КЭ = EК — IК m RК) = U m ВЫХ

Действительно, рассматривая вначале рис а, а затем рис б, можно убедиться в том, что напряжение входного сигнала с амплитудой (Um ВХ=UБЭ m) синфазно изменяет величину тока базы. Эти изменения базового тока вызывают в коллекторной цепи пропорциональные изменения тока коллектора и напряжения на коллекторе, причем амплитуда коллекторного напряжения (с учетом масштаба по оси абсцисс) оказывается значительно больше амплитуды напряжения на базе. Следует обратить внимание на то, что напряжения сигнала на входе и на выходе каскада сдвинуты между собой по фазе на 180°, т. е. находятся в противофазе.

Это означает, что рассматриваемый каскад, не нарушая закон изменения сигнала (в нашем частном случае сигнал изменяется по синусоидальному закону), в то же время поворачивает его фазу на 180°.

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку (точку покоя) П следует располагать в середине отрезка АВ нагрузочной прямой, построенной в семействе выходных характеристик транзистора (режим усиления класса А). Из рис б видно, что положение рабочей точки П соответствует току смещения в цепи базы IБП. Для получения выбранного режима необходимо в усилителе обеспечить требуемую величину тока смещения в цепи базы. Для этого и служит резистор RБ в схеме в первом рисунки.

Схема, приведенная на рис., получила название схемы с фиксированным базовым током. Смещение фиксированным током базы отличается минимальным числом деталей и малым потреблением тока от источника питания. Кроме того, сравнительно большое сопротивление резистора RБ (десятки кОм) практически не влияет на величину входного сопротивления каскада. Однако этот способ смещения пригоден лишь тогда, когда каскад работает при малых колебаниях температуры транзистора. Кроме того, большой разброс и нестабильность параметра в даже у однотипных транзисторов делают режим работы каскада весьма неустойчивым при смене транзистора, а также с течением времени.

Более эффективной является схема с фиксированным напряжением смещения на базе В этой схеме резисторы R»Б и R»Б, подключенные параллельно источнику питания ЕК, составляют делитель напряжения.

При этом повышается стабильность режима работы схемы, так как изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения.


Сопротивление R»Б делителя включено параллельно входному сопротивлению транзистора. Кроме того, пренебрегая малым внутренним сопротивлением источника питания, можно считать, что R»Б и R»Б включены параллельно друг другу. Поэтому делитель, образованный резисторами R»Б и R»Б должен обладать достаточно большим сопротивлением (порядка нескольких кОм). В противном случае входное сопротивление каскада окажется недопустимо малым.

При построении схем транзисторных усилителей приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки на характеристиках. Основной дестабилизирующий фактор, нарушающий устойчивую работу транзисторной схемы, — влияние температуры. Существуют различные способы термостабилизации режима работы транзисторных каскадов.

Наибольшее распространение получила схема термостабилизации режима, приведенная на рис.

Схема резистивного каскада с фиксированным напряжением смещения

В этой схеме навстречу фиксированному прямому напряжению смещения, снимаемому с резистора R»Б, включено напряжение, возникающее на резисторе RЭ при прохождении через него тока эмиттера. Пусть по какой-либо причине, например при увеличении температуры, постоянная составляющая коллекторного тока возрастает. Так как IЭ =IК+IБ, то увеличение тока IК приведет к увеличению тока эмиттера IЭ и падению напряжения на резисторе RЭ. В результате напряжение между эмиттером и базой UБЭ уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы IБ, а следовательно, и тока IК.

Наоборот, если по какой либо причине коллекторный ток уменьшится, то уменьшится и напряжение на резисторе RЭ, а прямое напряжение UБЭ возрастет. При этом увеличится ток базы и ток коллектора.

В большинстве случаев резистор RЭ шунтируется конденсатором CЭ достаточно большой емкости (порядка десятков микрофарад). Это делается для отвода переменной составляющей тока эмиттера от резистора RЭ.

Данные для расчета.

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ


Основные характеристики

Транзистор

Uкэ/(Iк/Iб)В/(мА/мА)

Uкэ/RВ/кОм

Iкм/IкнмА/мА

Условные обозначения электрических параметров биполярного транзистора КТ312В:

Обозначение:

Параметр

статический коэффициент передачи тока

предельная частота коэффициента передачи тока

емкость коллекторного перехода (Cк) и напряжение на коллекторе (Uк), при котором она измеряется

емкость эмиттерного перехода (Cэ) и напряжение эмиттер/база (Uэ), при котором она измеряется

Rб*Cк псек

постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте

Uкэ/(Iк/Iб) В/(мА/мА)

напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uкэ) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)

обратный ток коллектора

максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база

Uкэ/R В/кОм

максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) при заданной величине сопротивления, включенного между базой и эмиттером (R)

максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база

Iкм/Iкн мА/мА

предельно допустимый постоянный (Iкм) ток коллектора предельно допустимый ток коллектора в режиме насыщения (Iкн)или в импульсе

максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе

Транзисторный усилитель 50W своими руками


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).

Принцип действия

Принцип действия

В настоящее время в микрофонных усилителях в качестве усилительных каскадов низкочастотного сигнала широко используются обычные транзисторные усилители, в которых биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Именно такие усилительные каскады, по сравнению со схемами с общей базой и с общим коллектором, обеспечивают наибольшее усиление по мощности.

Упрощенная принципиальная схема усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе n-p-n проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, приведена на рис. 2.1а.

Рис. 2.1. Принципиальные схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (а) и усилительного каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком (б)

В данной схеме коэффициент усиления по току представляет собой отношение амплитуд (действующих значений) выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих тока коллектора и тока базы транзистора.

Главным параметром, характеризующим транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, является статический коэффициент усиления по току (коэффициент передачи тока) для схемы с ОЭ, который обозначается как b. Этот параметр для того или иного типа биполярного транзистора при необходимости можно найти в любом справочнике.

В транзисторном усилительном каскаде, выполненном по схеме с общим эмиттером, между входным и выходным напряжениями имеется фазовый сдвиг, составляющий 180°. Наличие указанного фазового сдвига объясняется особенностями функционирования такого каскада. При поступлении на базу транзистора VТ1 положительной полуволны входного сигнала происходит увеличение напряжения на переходе база-эмиттер. В результате возрастает ток эмиттера, и, соответственно, ток коллектора транзистора. Увеличение тока коллектора приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R1, который является коллекторной нагрузкой. Иными словами, на нагрузочном резисторе дополнительно к уже имеющемуся постоянному напряжению добавляется переменное напряжение с той же полярностью. При этом напряжение на коллекторе транзистора VТ1, соответственно, уменьшается. Таким образом, при подаче положительной полуволны переменного напряжения на вход транзисторного каскада по схеме с общим эмиттером на его выходе формируется отрицательная полуволна выходного напряжения.

Достоинством схемы с общим эмиттером, помимо наибольшего усиления по мощности, является удобство питания от одного источника, так как на базу и коллектор транзистора подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам данной схемы включения следует отнести сравнительно малое входное сопротивление транзистора, определяемое особенностями конструкции биполярных транзисторов. Помимо этого, схема с общим эмиттером имеет худшие, по сравнению, например, со схемой с общей базой, частотные и температурные характеристики. С повышением частоты усиление в схеме с общим эмиттером снижается в значительно большей степени, чем, в схеме с общей базой.

Усилительные каскады на биполярных транзисторах, включенных по схемам с общей базой и с общим коллектором, практически не применяются в микрофонных усилителях миниатюрных радиопередатчиков. Поэтому подробное рассмотрение особенностей функционирования таких каскадов выходит за рамки данной книги. Необходимую информацию заинтересованные читатели могут найти в специализированной литературе.

Тем не менее, схемы включения биполярного транзистора с общей базой и с общим коллектором широко используются в схемотехнических решениях активного элемента высокочастотных генераторов маломощных радиопередающих устройств, о которых будет рассказано в одной из следующих глав. Поэтому автор считает необходимым хотя бы весьма коротко отметить основные преимущества и недостатки таких схем включения.

Усилительный каскад, выполненный по схеме с общей базой, по сравнению со схемой с общим эмиттером, обеспечивает значительно меньшее усиление по мощности и имеет еще меньшее входное сопротивление. Однако его температурные и частотные свойства значительно лучше. Помимо этого в схеме с общей базой отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами. Достоинством усилительного каскада по схеме с общей базой также является внесение значительно меньших искажений при усилении сигнала.

В усилительном каскаде, выполненном по схеме с общим коллектором, нагрузка включена в цепь эмиттера транзистора, а выходное напряжение снимается с эмиттера по отношению к шине корпуса. Именно поэтому такой каскад называют эмиттерным повторителем. Входное сопротивление каскада по схеме с общим коллектором в десятки раз выше, чем у каскада с общим эмиттером, а выходное сопротивление, наоборот, сравнительно мало. Помимо этого коэффициент усиления по току эмиттерного повторителя почти такой же, как и у каскада по схеме с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее. В схеме с общим коллектором отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.

Нередко в микрофонных усилителях миниатюрных радиопередатчиков применяются усилительные каскады на полевых транзисторах. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, имеют большое входное сопротивление, чем значительно облегчается решение задачи согласования каскадов. Обычно предпочтение отдается схемотехническим решениям, в которых полевой транзистор включен по схеме с общим истоком. Упрощенная принципиальная схема усилительного каскада, выполненного на полевом транзисторе с каналом n-типа, включенном по схеме с общим истоком, приведена на рис. 2.1б.

Принцип работы усилительного каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком, заключается в следующем. С увеличением потенциала затвора ток в цепи стока и, соответственно, падение напряжения на резисторе R1 в цепи нагрузки возрастают. При этом напряжение между стоком и истоком уменьшается. В результате переменное напряжение между стоком и истоком оказывается сдвинутым по фазе на 180° относительно переменного напряжения между затвором и истоком.

Для оценки работы усилительного каскада на полевом транзисторе обычно используют такие характеристики, как коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление каскада. Необходимо отметить, что значения входной, проходной и выходной емкостей полевого транзистора весьма малы и обычно не превышают нескольких пикофарад. Поэтому их влиянием на работу низкочастотного усилительного каскада можно пренебречь.

Принцип действия усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе n-p-n проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, рассмотрим на примере простейшего микрофонного усилителя, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Принципиальная схема простейшего микрофонного усилителя на n-p-n-транзисторе

В рассматриваемой схеме сигнал, сформированный на выходе микрофона BM1, через разделительный конденсатор С1 поступает на базу транзистора VТ1, включенного по классической схеме с общим эмиттером. Конденсатор С1 обеспечивает развязку входной цепи усилителя и выходной цепи источника сигнала (микрофон BM1) по постоянному току. При отсутствии этого конденсатора сопротивление резистора R3 совместно с малым сопротивлением перехода база-эмиттер транзистора VТ1 шунтирует выход источника сигнала. Помимо этого выходное сопротивление микрофона оказало бы неприемлемое влияние на положение рабочей точки транзистора VТ1, изменив режим его работы. Аналогичные функции выполняет разделительный конденсатор С2, обеспечивая развязку по постоянному току выходной цепи микрофонного усилителя и входных цепей подключаемых к его выходу каскадов. Через резистор R1 на соответствующий вывод электретного микрофона BM1 подается напряжение, необходимое для штатного функционирования микрофона.

При отсутствии входного сигнала на базе транзистора VТ1, включенного по схеме с общим эмиттером, присутствует напряжение смещения, формируемое делителем R2, R3 из напряжения питания. Наличие напряжения смещения обеспечивает протекание тока между коллектором и эмиттером транзистора. Величина этого тока, который обычно называют коллекторным током, зависит от соотношения величин сопротивлений резисторов R2 и R3. Изменение этого соотношения приводит к смещению рабочей точки на характеристике транзистора VТ1 и, соответственно, к изменению его режима работы.

При поступлении сигнала на базу транзистора VТ1 происходит изменение тока базы, что вызывает соответствующее изменение величины коллекторного тока. В результате по аналогичному закону происходит изменение разности потенциалов на резисторе R4, выполняющем функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1. Как уже отмечалось, при возрастании напряжения на базе транзистора VТ1 происходит падение напряжения на его коллекторе, и, наоборот, при падении напряжения на базе, напряжение на коллекторе увеличивается. Таким образом, выходное напряжение однокаскадного транзисторного усилителя будет находиться в противофазе входному напряжению.

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.

↑ Блок питания усилителя

Блок питания состоит из трансформатора мощностью 160 Ватт, нагруженного на 25-ти Амперный выпрямительный мост, и обеспечивает напряжени ок. 24 Вольт. Используется П-образный фильтр (конденсатор — дроссель — конденсатор) состоящий из электролитов на 10.000 Мф и 5-ти Амперных дросселей индуктивностью 10 мГн.


Рис. 3: Схема блока питания


Фото 2: Усилитель в сборе


Фото 3: Усилитель в сборе, вид сзади

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 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).

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.

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].

↑ Печатная плата

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Купил китайскую плату усилителя в комплекте при слали транзисторы toshiba TTA1943 TTC5200 включил начал проверять два из 28 сгорело… посмотрел темы с похожими проблемами однозначного ответа нет. слышал что подобные транзисторы частенько поделывают. а можно ли подобрать аналогичные и где в каком магазине не нарваться на фуфло?

еще продавцы при покупке данной платы предлагают выбор между-toshiba TTA1943 TTC5200, toshiba 2SA1943 2sc5200 и NJW0281 NJW0302…

В подобном готовом усилителе видел такие — NJW21194/NJW21193, но опять же не факт что будет оригинал (( https://ru.aliexpress.com/item/SASION-PH-2030-450W-2-4ohm-Professional-Power-Amplifier-AMP-Disco-DJ-Stage-KTV-Amplifier-Best/32631918738.html?spm=2114.30010708.3.105.8D1Qpq&ws_ab_test=searchweb201556_8,searchweb201602_1_10034_10033_507_508_10020_10017_10005_10006_10021_10022_10009_10008_10018_10019,searchweb201603_2&bts >

20кГц) Суммарный коэффициент гармонических искажений: 200 Перекрестные помехи между каналами: 1 кГц: -76 дБ / 20кГц: -58dB Входной импеданс: 20 кОм (симметричный) / 10 кОм (несимметричный) Чувствительность входа: 25 В / 4 Ω Номинальная мощность slurcocks размер и плата усилителя размер: 143 * 78мм; 305 * 78мм

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.

↑ От редакции

• Чувствительность усилителя по входу низкая, около 2 Вольт. Если такого источника у вас нет, то предусилитель НЕОБХОДИМ. Любой, с выходом 1-2 Вольта.
• Используйте чувствительные АС 5-10 Вт с легкими (бумага, волокна и пр.) диффузорами, как для ламповых усилителей небольшой мощности.

• Оригинальный транзистор 2SK1058 найти нынче практически невозможно. У китайцев сейчас есть предложения по 2SK1058, вот только гарантий, как обычно, нет. Можно получить битые, перемаркированные, отбракованные или вполне здоровые. Можно и нужно пробовать, но на свой риск. Обратие внимание на корпус 2SK1058 (см. выше в статье), он очень своеобразный, часть объявлений по фоткам сразу можно исключить.

Пробуйте разные варианты

, сравнивая параметры в датащитах, ищите доступный транзистор с подобными параметрами. И даже пробуйте просто на слух. За неимением 2SK1058, по при большом желании, люди собирают на неподходящих IRF530, IRF540, IRF610 и пр.

Всем Доброй Удачи!

Игорь

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.

↑ Возможная модернизация

1. Транзисторы типа КТ814, вставленные в панельки «смотрят» надписями от пользователя. Для устранения надо зеркально поменять справа налево рисунок печатной платы.

2. Если пробит переход К-Б, на стабилитрон TL431 поступит напряжение без ограничительного резистора. Поэтому сомнительные транзисторы надо предварительно проверять на замыкание омметром тестера. Для защиты TL431 можно вместо резистора 100 кОм (он предотвращает режим с оторванной базой, я поставил его для перестраховки) поставить резистор 100 Ом и включить его последовательно с миллиамперметром.

3. При длительной подаче повышенного напряжения питания, мощность на балластном резисторе TL431 превышает номинальную. Резистор надо умудриться сжечь, но если есть такие таланты, можно поставить его мощностью 0,5 Вт сопротивлением 200 Ом.

Я не стал вносить эти изменения — делать «защиту от дурака» для себя в схеме из одного стабилитрона и нескольких резисторов считаю ненужным. Плата просто приклеена к кусочку пенопласта с жесткой пленкой. Выглядит неэстетично, но работает, меня это устраивает, как говорится: «дёшево, надёжно и практично».

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.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ — КАК ЛАМПОВЫЙ | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Предлагаю вниманию читателей описание конструкции одного из таких усилителей с фазоинвертором на одном транзисторе — его выходная мощность составляет 120 Вт.

Фазоинвертор на одном транзисторе, созданный по аналогии с ламповым, производит точное разделение сигнала по фазе для верхнего и нижнего плечей схемы усилителя, исключая при этом появление «ступенек» и «звона». Работа же каскадов усиления по току в линейном режиме практически не вызывает других искажений.

В итоге получился усилитель с практически линейной характеристикой, не дающий искажений; «окраска» звука на выходе транзисторного УНЧ получается практически такой же, как у прошедшего через качественный ламповый усилитель.

Конструкция УНЧ с выходной мощностью 120 Вт с фазоинвертором на первом транзисторе

На первом транзисторе VТ-1 выполнен фазоинвертор, разделяющий сигнал по фазе для верхней и нижней частей схемы, и усилитель сигнала по напряжению для нижней части схемы УНЧ.

На транзисторе VТ-2 собран усилитель по напряжению эмиттерных импульсов от VТ-1. Для верхней части схемы сигнал снимается с эмиттера VT-1 и усиливается по напряжению транзистором VT-2, включённым по схеме с общей базой. На VT-4 — VT-13 производится усиление сигнала по току. На транзисторах VT-4 — VT-5 собраны фазоинверторы, которые использовались для того, чтобы на выходе можно было применить транзисторы типа КТ808А, КТ808БМ, КТ-819Г или другие п-р-п-транзисторы такой же мощности.

В усилителе используются три каскада усиления по току -как показала практика, двух каскадов для нормальной работы усилителя явно недостаточно.

Принципиальная схема усилителя низкой частоты с фазоинвертором на одном первом транзисторе (VT-1, VT-2, VT-3 — КТ-815Г; VT-4, VT-5 -КТ-814Г; VT-6, VT-7 — КТ-315Б; VT-8, VT-9 — КТ-817 Г; VT10, VT-11, VT-12, VT-13 — КТ-808А; VT-14 — КТ-808А; VD-1, VD-2 — Д-814В- VD-3 VD-4-Д-220)

Питание баз транзисторов VT-2 и VT-4 — от стабилитрона, что обеспечивает весьма «ровную» работу усилителя. Транзисторные фильтры на VT-3 и VT-14 практически полностью убирают фон переменного тока.

Транзисторы VT-6 и VT-7 обеспечивают защиту от перегрузок, возникающих в момент включения УНЧ в сеть; на качество сигнала они не влияют. Динамики подключены к выходу усилителя через конденсаторы по полумостовой схеме.

Между эмиттером VT-8 и базами VT-10 и VT-11 (равно как и между VT-9 и VT-12 — VT-13) включены RC цепочки R30, С5 и R31.C6, с помощью которых смещение на базах VT-10 — VT-13 при максимальном сигнале уменьшается и транзисторы не перегреваются. Отсутствие таких цепочек приводит к перегреву выходных транзисторов.

Конденсаторы С8, С-9, С-10 и С-11 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение в 100В. Кстати, в 1970-е годы электролитические конденсаторы большой ёмкости были весьма дороги и дефицитны, что заставляло конструкторов разработать способ включения динамиков без этих электроэлементов, однако такая система защиты оказывалась порой дороже самих усилителей и не отличалась надёжностью.

Настраивается усилитель очень легко, всего за несколько минут. Первое включение желательно произвести через последовательно подсоединённую лампу накаливания мощностью от 40 до 75 Вт. Если усилитель собран правильно, лампа при подключении ярко вспыхивает, а затем гаснет. В процессе работы возможно неяркое свечение нити накала лампы.

Движок резистора R14 устанавливается в нижнее положение, R15 — в верхнее, R9 и R10 — в среднее.

К базе транзистора VT12 следует подсоединить высокоомный вольтметр на напряжение 1 — 3 В и резистором R15 выставить напряжение 0,4 — 0,5 В. Резистором R10 следует выставить напряжение на средней точке, равное половине напряжения питания. Резистором R14 на коллекторе VT-2 устанавливается такое же напряжение, как на коллекторе VT1. Резистором R9 уравниваются сигналы, идущие на верхнюю и нижнюю части схемы — это несложно сделать и на слух.

Затем следует включить усилитель, отсоединив лампу накаливания, и все настройки повторить. Если УНЧ был собран правильно и из исправных электроэлементов, можно сразу подключать к нему динамики.

Выходные транзисторы смонтированы на радиаторах с поверхностью охлаждения 1200 см2, VT8 и VT9 — на радиаторах площадью 80 см2 и VT-14 — 500 см2.

Диоды в блоке питания должны быть рассчитаны на ток не менее 20 А, а у остальных — на ток более 50 А.

Сопротивление нагрузки усилителя составляет 3-8 Ом. Коэффициент усиления по току выходных транзисторов должен быть не меньше 20 единиц, а у остальных — более 50 единиц.

Усилитель обладает хорошей термостабильностью и может работать неограниченно долго, причём за это время режимы работы транзисторов не меняются. Звук на выходе УНЧ получается чистым, естественным, мало отличающимся от того, что воспроизводят динамики качественного лампового усилителя.

В. СМИРНОВ, Воронежская область, р.п. Таловая

Рекомендуем почитать

  • ЗАЧЕМ ПЧЕЛАМ ФОТОГЛЯНЦЕВАТЕЛЬ?
    Медоносные пчелы живут на Земле вот уже более 10 миллионов лет. И конечно же, постарались приспособиться к среде обитания в диких условиях, но не в домашних… Из зимовки они нередко…
  • В ИТОГЕ — ТОЧНОСТЬ
    Когда моделисту приходится изготавливать особо ответственные детали для моделей, и особенно — для модельных двигателей внутреннего сгорания, ему подчас приходится сталкиваться с проблемой…
Навигация записи

10 схем на одном транзисторе. | Электронные схемы

схемы на одном транзисторе

схемы на одном транзисторе

Десять простых схем на одном транзисторе.На транзисторе кт805 можно собрать схему 1 мигалки,работающую на лавинном пробое.2 Регулятор яркости светодиода или оборотов вентилятора.3 Пламя пропускает ток и в этом можно убедиться,собрав схему на транзисторе и светодиоде.4 Блокинг-генератор.

на одном транзисторе

на одном транзисторе

5 Элементарный усилитель низкой частоты.6 ВЧ-генератор,поджигающий на расстоянии люминисцентные лампы,неоновые лампы.На кончике антенны в темноте виден разряд,к этому разряду поднести умножитель и он начнет искрить.7 Автоматический выключатель.

робот на одном транзисторе

робот на одном транзисторе

8 На полевом транзисторе кп501 можно собрать простейшего робота.Пока нет света-робот стоит,горит светодиод.При появлении света,робот начнет движение.Солнечная панелька направлена вниз.Если провести черную полосу,робот остановится и будет пытаться ее объехать.Ярче свет-робот энергичнее двигается.

генератор звука на одном транзисторе

генератор звука на одном транзисторе

9.Громкий генератор звука.Катушка от трансформатора с выводом на 110В.Издает монотонный звук.Звук можно изменять ферритовым стержнем,вводимым в катушку.

передатчик электроэнергии на одном транзисторе

передатчик электроэнергии на одном транзисторе

10 На транзисторе кт315 можно собрать генератор,на основе которого можно провести три опыта.Первый опыт,это передача энергии.Базовая и коллекторная катушка расположены друг на друге как на фото,так достигается хорошая генерация.Приемная катушка нагружена на светодиод.Светодиод начнет светиться,как только приемная катушка попадет в поле излучения коллекторной-базовой катушки.

Если рядом расположить радиоприемник,настроенный на гармонику генератора,в приемнике будет тишина.Теперь одну из катушек генератора надо в стороны вращать и в приемник звук начнет изменяться,как ди-джей крутит пластинки.Еще такой опыт:надо зафиксировать базовую и коллекторную катушки на листе бумаги,приемником поймать тишину.Если громко крикнуть в лист,в приемнике можно услышать крик,но не громко.Если стучать по листу,звук в приемнике будет как на барабанах.

В роликах можно увидеть как это все работает.

Схема УКВ ЧМ приемника на одном транзисторе » Паятель.Ру


Самый простой УКВ ЧМ приемник, доступный для повторения начинающему радиолюбителю можно собрать по схеме однотранзисторного синхронно-фазового детектора. Принципиальная схема такого приемника показана на рисунке 1. Сигнал принимается антенной W1, роль которой может выполнять отрезок монтажного провода. Этот сигнал поступает на входной колебательный контур L1C2, подстраивая конденсатор С2 контур можно перестраивать в пределах УКВ ЧМ диапазона 64-73 МГц.


Выделенное этим контуром напряжение сигнала с отвода катушки L1 поступает через конденсаторы С3 и С4 на базу транзистора VT1. Этот транзисторный каскад выполняет одновременно несколько функций: функции фазового детектора, перестраиваемого гетеродина (перестройка при помощи С5), управляющего устройства, фильтра нижних частот, усилителя постоянного тока и усилителя низкой частоты.

Фазовое детектирование происходит на р-n переходах транзистора, эквивалентных переходам диодов, к которым приложены напряжения входного сигнала и гетеродина. Гетеродинный контур L2C5 включен в коллекторную цепь транзистора, а напряжение положительной обратной связи, необходимое для того чтобы гетеродин генерировал, поступает через конденсатор С6 на эмиттер транзистора.

Одна из особенностей данного приемника состоит в том, что частота гетеродина в два раза меньше частоты входного сигнала. Происходит это по тому, что в детекторе работает два диода — эмиттерный и коллекторный переходы, один из которых управляется положительной полуволной гетеродинного напряжения, а второй отрицательной. В результате частота гетеродина как бы удваивается. Но это дает возможность исключить паразитное влияние гетеродинного контура на входной, поскольку их частоты существенно отличаются.

Сущность синхронного детектирования заключается в том, что на выходе диодного смесителя, выполненного на переходах транзистора, получается некоторое переменное напряжение, которое по частоте равно разности частоты входного сигнала и удвоенной частоты гетеродина. При точной настройке эта частота получается минимальной.

Затем из этого напряжения получается управляющее напряжение, которое поступает на гетеродин и изменяет его настройку таким образом, чтобы разница частот входного сигнала и удвоенной частоты гетеродина была минимальной. Поскольку на УКВ ЧМ диапазоне используется частотная модуляция и частота входного сигнала изменяется в такт со звуком, то и это управляющее напряжение изменяется точно также, как напряжение, поступающее от микрофона на передающей станции.

Затем это низкочастотное напряжение поступает снова на этот единственный транзистор, который его усиливает уже как простой усилитель, а затем оно уже усиленное поступает на наушники BF1. Все эти сложные процессы происходят в каскаде всего на одном транзисторе.

Собрать приемник можно объемным монтажом, или можно разработать печатную плату на основе принципиальной схемы, а детали на ней расположить в том-же порядке как на схеме. Катушки L1 и L2 не имеют каркасов, для намотки берется хвостовик сверла диаметром 7 мм и на нем наматываются катушки проводом ПЭВ 0,4…0,5 мм.

Катушка L1 содержит 14 витков, а катушка L2 — 25 витков, у катушки L1 сделан отвод от середины (от 7-го витка), нужно зачистить средний виток катушки и припаять к нему проводок, который пойдет к конденсаторам С3 и С4. После намотки сверло из катушек извелекается (оно служит только в качестве оправки для намотки).

Обозначение ГТ311
Транзистор ГТ311Ж можно заменить на ГТ311И. Наушники — любые малогабаритные. Конденсаторы С2 и С5 типа КПК — керамические, на 6…25р, 5…20р или 4…15р, они настраиваются вращением винта, расположенного посредине. Остальные конденсаторы любого типа, их емкости могут отличаться от указанных на схеме в пределах 30%.

В качестве источника питания можно использовать элемент питания от микрокалькулятора или одну батарейку на 1,5 В. Выключатель любой, например тумблер.

Настройка относительно проста. Нужно подключить наушники, питание и антенну — кусок монтажного провода, чем длиннее тем лучше. Антенну желательно вывесить в окно или повесить на оконную раму. Теперь нужно одеть наушники (в них должно быть слабое шипение) и поочередным вращением роторов конденсаторов С2 и С5 попытаться поймать одну станцию. Если это не получается нужно немного растянуть витки обеих катушек и повторить.

Если станция прослушивается с искажениями и свистом нужно немного изменить сопротивление R1 (временно можно поставить переменный резистор).
Хороших результатов от такого простого приемника недобиться, но он может принимать одну-две станции в УКВ ЧМ диапазоне. Поэкспериментируйте с сопротивлением резистора R1, длиной и расположением антенны, напряжением питания.

Можно вместо наушников подключить резистора на 0,5…1 кОм и с точки соединения этого резистора и конденсатора С7 подать ЗЧ напряжение на какой-нибудь усилитель, тогда можно будет слушать на динамики.

видов, схем, простых и сложных. УНЧ с трансформатором на выходе

читателей! Запомните ник этого автора и никогда не повторяйте его схемы.
Модераторы! Перед тем как забанить меня за оскорбления, подумайте, что вы «подпускаете к микрофону обычного гопника», которого нельзя подпускать даже близко к радиоаппаратуре и тем более к обучению новичков.

Во-первых, при такой схеме переключения через транзистор и динамик будет протекать большой постоянный ток, даже если переменный резистор находится в правильном положении, то есть будет слышна музыка.А при большом токе выходит из строя динамик, то есть рано или поздно сгорит.

Во-вторых, в этой схеме должен быть ограничитель тока, то есть постоянный резистор, не менее 1 кОм, включенный последовательно с переменным. Любая самоделка повернет регулятор переменного резистора до упора, у него будет нулевое сопротивление и на базу транзистора пойдет большой ток. В результате сгорит транзистор или динамик.

Переменный конденсатор на входе нужен для защиты источника звука (автор должен это пояснить, ибо тут же нашелся читатель, который просто так его удалил, считая себя умнее автора).Без него нормально работать будут только те плееры, у которых на выходе уже есть такая защита. А если его нет, то выход плеера может выйти из строя, тем более, как я уже сказал выше, если открутить переменный резистор «в ноль». При этом на выход дорогого ноутбука будет подаваться напряжение от источника питания этой копейки и он может сгореть. Самодельный, очень люблю снимать защитные резисторы и конденсаторы, т.к «работает!» В результате схема может работать с одним источником звука, но не с другим, и даже дорогой телефон или ноутбук может выйти из строя.

Переменный резистор в этой схеме должен быть только подстроечным, то есть он должен быть однократно отрегулирован и замкнут в корпусе, а не выведен удобной ручкой. Это не регулятор громкости, а регулятор искажений, то есть он выбирает режим работы транзистора так, чтобы искажения были минимальными и чтобы из динамика не шел дым. Поэтому ни в коем случае нельзя быть доступным извне. Вы НЕ МОЖЕТЕ отрегулировать громкость, изменив режим. Для этого нужно «убить».Если вы действительно хотите регулировать громкость, проще включить другой переменный резистор последовательно с конденсатором и теперь его можно вывести на корпус усилителя.

В общем, для простейших схем — а чтобы сразу заработало и ничего не повредило, нужно покупать микросхему типа TDA (например, TDA7052, TDA7056 … примеров много на Интернет), а автор взял случайный транзистор, который валялся у него на столе. В итоге доверчивые любители будут искать именно такой транзистор, хотя его коэффициент усиления всего 15, а допустимый ток целых 8 ампер (он сожжет любой динамик, даже не заметив этого).

Типичные ошибки в конструкции германиевых усилителей связаны с желанием получить широкую полосу пропускания от усилителя, низким уровнем искажений и т. Д.
Вот схема моего первого германиевого усилителя, разработанного мной в 2000 году.
Хотя схема является достаточно функциональный, качество звука оставляет желать лучшего.

Практика показала, что использование дифференциальных каскадов, генераторов тока, каскадов с динамической нагрузкой, токовых зеркал и других ухищрений с ООС не всегда приводит к желаемому результату, а иногда просто ведет в тупик.
Наилучшие практические результаты для получения высококачественного звука дает использование ранее несимметричных каскадов. усиление и использование межкаскадных согласующих трансформаторов.
Представляем вашему вниманию германиевый усилитель выходной мощностью 60 Вт на нагрузку 8 Ом. Выходные транзисторы использованы в усилителе П210А, П210Ш. Линейность 20-16000 Гц.
Субъективного недостатка высоких частот практически нет.
При нагрузке 4 Ом усилитель выдает 100 Вт.

Схема усилителя на транзисторах П-210.

Питание усилителя осуществляется от нестабилизированного блока питания с выходным, двухполюсным напряжением +40 и -40 вольт.
Для каждого канала используется отдельный мост из диодов D305, которые устанавливаются на небольшие радиаторы.
Конденсаторы фильтра, рекомендуется использовать не менее 10000мк на плечо.
Характеристики силового трансформатора:
— железо 40 на 80. Первичная обмотка содержит 410 вит. провода 0,68. Среднее для 59 вит. провода 1,25, намотанные четыре раза (две обмотки — верхнее и нижнее плечо одного канала усилителя, две оставшиеся — второго канала)
.Дополнительно к силовому трансформатору:
железок от 40 до 80 от БП ТВ КВН. После первичной обмотки установлен экран из медной фольги. Один разомкнутый контур. К нему припаивается вывод, который затем заземляется.
Можно использовать любой утюг, подходящий для раздела ш.
Согласующий трансформатор изготовлен на Ш20 на 40 железа.
Первичная обмотка разделена на две части и содержит 480 витков.
Вторичная обмотка содержит 72 витка и намотана одновременно на два провода.
Сначала наматывается первичный 240 вит, затем вторичный, затем снова 240 первичный.
Диаметр первичного провода 0,355 мм, вторичного 0,63 мм.
Трансформатор собран в стык, зазор — бумажная прокладка кабеля около 0,25 мм.
Включен резистор на 120 Ом, чтобы исключить самовозбуждение при выключенной нагрузке.
Цепи 250 Ом +2 на 4,7 Ом, служат для подачи начального смещения на базу выходных транзисторов.
С помощью подстроечных резисторов 4,7 Ом устанавливается ток покоя 100 мА.На резисторах в эмиттерах выходных транзисторов 0,47 Ом должно быть напряжение 47 мВ.
Выходные транзисторы P210 должны быть чуть-чуть теплыми.
Для точной установки нулевого потенциала резисторы 250 Ом должны быть точно согласованы (в реальной конструкции они состоят из четырех резисторов 1 кОм 2 Вт).
Для плавной установки тока покоя используются подстроечные резисторы R18, R19 типа СП5-3В 4,7 Ом 5%.
Вид усилителя сзади показан на фото ниже.

Можете ли Вы узнать свои впечатления от звучания этой версии усилителя по сравнению с предыдущей бестрансформаторной версией на П213-217?

Еще более насыщенный сочный звук. Особо подчеркну качество баса. Прослушивание велось с открытой акустикой на колонки 2А12.

— Жан, а почему именно P215 и P210, а не GT806 / 813 в цепи?

Посмотрите внимательно параметры и характеристики всех этих транзисторов, думаю, вы все поймете, и вопрос отпадет сам собой.
Я отчетливо осознаю желание многих сделать германиевый усилитель более широкополосным. Но на самом деле многие высокочастотные германиевые транзисторы не совсем подходят для аудио целей. Из отечественных я могу порекомендовать P201, P202, P203, P4, 1T403, GT402, GT404, GT703, GT705, P213-P217, P208, P210. Метод расширения полосы пропускания — использование общих базовых схем или импортных транзисторов.
Использование схем с трансформаторами позволило добиться отличных результатов на кремнии.Разработан усилитель на базе 2N3055.
Скоро поделюсь.

— А что с «0» на выходе? При токе 100 мА трудно поверить, что в процессе эксплуатации удастся удержать его на приемлемом уровне + -0,1 В.
В аналогичных схемах 30-летней давности (схема Григорьева) это решается либо «виртуальным», либо «виртуальным». «средняя точка или электролитом:

Усилитель Григорьев.

Нулевой потенциал удерживается в пределах указанного вами лимита.Ток покоя можно сделать хорошо 50мА. Контролируется осциллографом до исчезновения ступеньки. Больше не нужно. Кроме того, все операционные усилители легко работают при нагрузке 2 кОм. Поэтому особых проблем с сопоставлением с CD нет.
Некоторые высокочастотные германиевые транзисторы в аудиосхемах требуют внимания и дальнейшего изучения. 1T901A, 1T906A, 1T905A, P605-P608, 1TS609, 1T321. Попробуйте, наберитесь опыта.
Иногда случались внезапные отказы транзисторов 1Т806, 1Т813, поэтому могу рекомендовать их с осторожностью.
На них необходимо установить «быструю» токовую защиту, рассчитанную на ток больше максимального в этой цепи. Для предотвращения срабатывания защиты в нормальном режиме. Тогда они работают очень надежно.
Добавлю свой вариант схемы Григорьева

Вариант схемы усилителя Григорьева.

Путем подбора резистора из базы входного транзистора устанавливается половина напряжения питания в точке подключения резисторов 10 Ом. Подбором резистора параллельно диоду 1N4148 устанавливается ток покоя.

— 1. В моих справочниках D305 нормированы на 50в. Может безопаснее использовать D304? Думаю 5А хватит.
— 2. Укажите реальный h31 для устройств, установленных в данной топологии, или их минимально необходимые значения.

Вы абсолютно правы. Если нет необходимости в большой мощности. Напряжение на каждом диоде около 30 В, поэтому проблем с надежностью нет. Использовались транзисторы со следующими параметрами; П210 х31-40, П215 х31-100, GT402G х31-200.

Купив хороший ноутбук или крутой телефон, мы в восторге от покупки, восхищаясь множеством функций и скоростью работы устройства.Но стоит подключить гаджет к колонкам, чтобы послушать музыку или посмотреть фильм, мы понимаем, что звук, издаваемый устройством, как говорится, «подкачал». Вместо полного и чистого звука мы слышим неразборчивый шепот с фоновым шумом.

Но не стоит расстраиваться и ругать производителей, проблему со звуком можно решить самостоятельно. Если вы немного разбираетесь в микросхемах и умеете хорошо паять, то сделать усилитель звука вам не составит труда.В нашей статье мы расскажем, как сделать усилитель звука для каждого типа устройств.

На начальном этапе работы по созданию усилителя нужно найти инструменты и купить комплектующие. Схема усилителя выполнена на печатной плате с помощью паяльника. Для создания микросхем используйте специальные паяльные станции, которые можно купить в магазине. Использование печатной платы делает устройство компактным и простым в использовании.


Аудиоусилитель

Не стоит забывать об особенностях компактных одноканальных усилителей на микросхемах серии TDA, основным из которых является выделение большого количества тепла.Поэтому постарайтесь исключить контакт микросхемы с другими частями с внутренней структурой усилителя. Для дополнительного охлаждения усилителя рекомендуется использовать решетку радиатора для отвода тепла. Размер сетки зависит от модели микросхемы и мощности усилителя. Заранее спланируйте радиатор в корпусе усилителя.
Еще одна особенность самодельного усилителя звука — низкое энергопотребление. Это, в свою очередь, позволяет использовать усилитель в автомобиле, подключив его к аккумулятору, или в дороге, используя питание от аккумулятора.Упрощенные модели усилителей требуют напряжения всего 3 вольта.


Основные элементы усилителя

Если вы начинающий радиолюбитель, то для более удобной работы рекомендуем вам воспользоваться специальной компьютерной программой — Sprint Layout. С помощью этой программы вы можете самостоятельно создавать и просматривать схемы на своем компьютере. Обратите внимание, что создание собственной схемы имеет смысл только при наличии достаточного опыта и знаний. Если вы неопытный радиолюбитель, то используйте готовые и проверенные схемы.

Ниже приведены схемы и описания различных вариантов усилителя звука:

Усилитель звука для наушников

Усилитель звука для портативных наушников не очень мощный, но потребляет очень мало энергии. Это важный фактор для мобильных усилителей с батарейным питанием. Вы также можете установить на устройство разъем для питания от сети через адаптер на 3 вольта.


Самодельный усилитель для наушников

Для изготовления усилителя для наушников потребуется:

  • Микросхема TDA2822 или аналог KA2209.
  • Схема сборки усилителя.
  • Конденсаторы 100 мкФ 4 шт.
  • Гнездо для наушников.
  • Разъем для адаптера.
  • Примерно 30 сантиметров медной проволоки.
  • Теплоотводящий элемент (для закрытого корпуса).

Схема усилителя звука для наушников

Усилитель изготавливается на печатной плате или устанавливается на поверхность. Не используйте импульсный трансформатор с усилителем этого типа, так как он может вызвать помехи. После изготовления этот усилитель способен воспроизводить мощный и приятный звук с телефона, плеера или планшета.
Еще один вариант самодельного усилителя для наушников вы можете посмотреть на видео:

Усилитель звука для ноутбука

Усилитель для ноутбука собирают в тех случаях, когда мощности встроенных динамиков не хватает для нормального прослушивания, или если динамики вышли из строя. Усилитель должен быть рассчитан на внешние динамики до 2 Вт и сопротивление обмотки до 4 Ом.


Усилитель звука для ноутбука

Для сборки усилителя необходимо:

  • Печатная плата.
  • Микросхема TDA 7231.
  • Блок питания на 9 вольт.
  • Корпус для компонентов.
  • Конденсатор неполярный 0,1 мкФ — 2 шт.
  • Конденсатор полярный 100 мкФ — 1 шт.
  • Конденсатор полярный 220 мкФ — 1 шт.
  • Конденсатор полярный 470 мкФ — 1 шт.
  • Резистор постоянный 10 Ком — 1 шт.
  • Резистор постоянный 4,7 Ом — 1 шт.
  • Переключатель двухпозиционный — 1 шт.
  • Гнездо входа громкоговорителя — 1 шт.

Схема усилителя звука для ноутбука

Порядок сборки определяется самостоятельно, в зависимости от схемы.Радиатор охлаждения должен быть такого размера, чтобы рабочая температура внутри корпуса усилителя не превышала 50 градусов Цельсия. Если вы планируете использовать устройство на открытом воздухе, то вам необходимо сделать для него футляр с отверстиями для циркуляции воздуха. Для корпуса можно использовать пластиковый контейнер или пластиковые ящики из-под старой радиоаппаратуры.
Наглядную инструкцию вы можете увидеть в видео:

Усилитель звука для автомагнитолы

Этот усилитель для автомагнитолы собран на микросхеме TDA8569Q, схема не сложная и очень распространенная.


Усилитель звука для автомагнитолы

Микросхема имеет следующие заявленные характеристики:

  • Входная мощность 25 Вт на канал на 4 Ом и 40 Вт на канал на 2 Ом.
  • Напряжение питания 6-18 вольт.
  • Диапазон воспроизводимых частот 20-20000 Гц.

Для использования в автомобиле в цепь необходимо добавить фильтр от помех, создаваемых генератором и системой зажигания. Также микросхема защищена от короткого замыкания на выходе и перегрева.


Схема усилителя звука для автомагнитолы

Взявшись за предоставленную схему, приобретите необходимые компоненты. Затем нарисуйте печатную плату и просверлите в ней отверстия. Затем протравите плату хлорным железом. В заключение возимся и приступаем к пайке компонентов микросхемы. Учтите, что силовые дорожки лучше покрыть более толстым слоем припоя, чтобы не было просадок мощности.
Необходимо установить на микросхему радиатор или организовать активное охлаждение с помощью кулера, иначе усилитель будет перегреваться на повышенной громкости.
После сборки микросхемы необходимо сделать фильтр для питания по схеме ниже:


Схема фильтра помехоустойчивого

Дроссель в фильтре намотан на 5 витков, проводом сечением 1 -1,5 мм, на феритовом кольце диаметром 20 мм.
Также этот фильтр можно использовать, если ваша магнитола улавливает «наводки».
Внимание! Будьте осторожны, не перепутайте полярность блока питания, иначе микросхема мгновенно сгорит.
Как сделать усилитель для стереосигнала, вы также можете узнать из видео:

Транзисторный усилитель звука

В качестве схемы для транзисторного усилителя используйте схему ниже:


Схема транзисторного усилителя звука

Схема, хотя старый, имеет много вентиляторов по следующим причинам:

  • Упрощенная установка из-за небольшого количества элементов.
  • Нет необходимости разбирать транзисторы в комплементарных парах.
  • 10 Вт мощности, с запасом хватит для жилых комнат.
  • Хорошая совместимость с новыми звуковыми картами и плеерами.
  • Отличное качество звука.

Начать сборку усилителя от блока питания. Разделите два канала для стерео с двумя вторичными обмотками, идущими от одного трансформатора. На модели сделать перемычки на диодах Шоттки для выпрямителя. После перемычек идут фильтры CRC из двух конденсаторов по 33000 мкФ и резистора 0,75 Ом между ними. Резистор в фильтре нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3Вт тепла, поэтому лучше брать с запасом 5-10Вт.Для остальных резисторов в схеме достаточно 2 Вт.


Транзисторный усилитель

Перейдем к плате усилителя. Все, кроме выходных транзисторов Tr1 / Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы установлены на радиаторах. Лучше сначала поставить резисторы R1, R2 и R6 с подстроечниками, после всех регулировок испариться, замерить их сопротивление и припаять конечные постоянные резисторы с таким же сопротивлением. Настройка сводится к следующим операциям — с помощью R6 он устанавливается так, чтобы напряжение между X и нулем составляло ровно половину от напряжения + V и нуля.Затем с помощью R1 и R2 выставляется ток покоя — ставим тестер для измерения постоянного тока и замеряем ток в точке ввода плюса блока питания. Ток покоя усилителя класса А максимальный и фактически при отсутствии входного сигнала все уходит в тепловую энергию. Для 8-омных динамиков это должно быть 1,2 А при 27 В, что означает 32,4 Вт тепла на канал. Поскольку установка силы тока может занять несколько минут, выходные транзисторы уже должны быть на радиаторах охлаждения, иначе они быстро перегреются.
При регулировке и занижении сопротивления усилителя может увеличиваться частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0,5 мкФ, а 1 или даже 2 мкФ в полимерной пленке. Считается, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землей ставят цепь Зобеля: R 10 Ом + C 0,1 мкФ. Предохранители необходимо устанавливать как на трансформаторе, так и на вводе питания схемы.
Рекомендуется использовать термопасту для максимального контакта транзистора с радиатором.
Теперь несколько слов о корпусе. Размер корпуса задается радиаторами — NS135-250, по 2500 квадратных сантиметров на каждый транзистор. Сам корпус выполнен из оргстекла или пластика. Собрав усилитель, прежде чем начать наслаждаться музыкой, нужно как следует заземлить землю, чтобы минимизировать фон. Для этого подключите СЗ к минусу ввода-вывода, а остальные минусы выведите на «звезду» возле конденсаторов фильтра.


Корпус транзисторного усилителя звука

Примерная стоимость расходных материалов на транзисторный усилитель звука:

  • Конденсаторы фильтра 4 штуки — 2700 руб.
  • Трансформатор
  • — 2200 руб.
  • Радиаторы — 1800 руб.
  • Транзисторы выходные — 6-8 шт. 900 руб.
  • Мелкие элементы (резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды) примерно — 2000 руб.
  • Коннекторы — 600 руб.
  • Оргстекло — 650 руб.
  • Краска — 250 руб.
  • Плата, провода, припой около — 1000 руб.

В результате получится сумма 12 100 руб.
Также вы можете посмотреть видео по сборке германиевого транзисторного усилителя:

Ламповый усилитель

Схема простого лампового усилителя состоит из двух каскадов — предусилителя на 6Н23П и усилителя мощности на 6П14П.

Схема лампового усилителя

Как видно из схемы, оба каскада работают по триодному соединению, а анодный ток ламп близок к предельному.Токи создаются катодными резисторами — 3 мА для входа и 50 мА для выходной лампы.
Детали, используемые в ламповом усилителе, должны быть новыми и качественными. Допустимое отклонение номиналов резисторов может составлять плюс-минус 20%, а емкости всех конденсаторов можно увеличить в 2-3 раза.
Конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны минимум на 350 вольт. Межкаскадный конденсатор должен быть рассчитан на такое же напряжение. Трансформаторы для усилителя могут быть обычные — ТВ31-9 или более современный аналог — TWSE-6.


Ламповый усилитель

Регулятор громкости и стереобаланса на усилителе лучше не устанавливать, так как эти настройки можно производить в самом компьютере или плеере. Входная лампа выбирается из — 6Н1П, 6Н2П, 6Н23П, 6Н3П. В качестве выходного пентода используются 6П14П, 6П15П, 6П18П или 6П43П (с повышенным сопротивлением катодного резистора).
Даже если у вас есть исправный трансформатор, для первого включения ножного усилителя лучше использовать обычный трансформатор с выпрямителем на 40-60 Вт.Только после успешного тестирования и настройки усилителя можно устанавливать импульсный трансформатор.
Используйте стандартные розетки для вилок и кабелей; для подключения колонок лучше установить «педали» на 4 контакта.
Корпус когтевого усилителя обычно изготавливают из корпуса старой техники или корпусов системных блоков.
Другой вариант лампового усилителя вы можете посмотреть на видео:

Классификация аудиоусилителя

Чтобы вы могли определить, к какому классу усилителей звука относится собранный вами прибор, ознакомьтесь с классификацией УМЗЧ ниже:


Class A усилитель
    • Class A — усилители данного класса работают без клиппирования сигнала на линейном участке вольт-амперной характеристики усилительных элементов, что обеспечивает минимум нелинейных искажений.Но это происходит за счет большого усилителя и огромного энергопотребления. КПД усилителя класса А составляет всего 15-30%. К этому классу относятся ламповые и транзисторные усилители.

Усилитель класса B
    • Класс B — усилители класса B работают с отсечкой на 90 градусов. Для этого режима работы используется двухтактная схема, в которой каждая часть усиливает свою половину сигнала. Главный недостаток усилителей класса В — искажение сигнала из-за ступенчатого перехода от одной полуволны к другой.Достоинством усилителей этого класса считается высокий КПД, иногда достигающий 70%. Но, несмотря на высокие характеристики, современных моделей усилителей класса B на прилавках вы не найдете.

Усилитель класса AB
    • Class AB — это попытка объединить усилители описанных выше классов, чтобы добиться отсутствия искажения сигнала и высокой эффективности.

Усилитель класса H
    • Класс H — разработан специально для автомобилей с ограниченным напряжением на выходных каскадах.Причина создания усилителей класса H заключается в том, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и его средняя мощность намного ниже пиковой. Схема для этого класса усилителей основана на простой схеме усилителя класса AB, работающей по мостовой схеме. Добавил только специальную схему удвоения напряжения питания. Основным элементом схемы удвоения является накопительный конденсатор большой емкости, который постоянно заряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор соединяется цепью управления с основным источником питания.Напряжение питания выходного каскада усилителя увеличено вдвое, что позволяет ему справляться с пиками сигнала. КПД усилителей класса H достигает 80%, при искажении сигнала всего 0,1%.

Усилитель класса D
  • Класс D — это отдельный класс усилителей, называемых «цифровыми усилителями». Цифровое преобразование предоставляет дополнительные возможности для обработки звука: от регулировки громкости и тона до реализации цифровых эффектов, таких как реверберация, подавление шума, подавление акустической обратной связи.В отличие от аналоговых усилителей выход усилителей класса D имеет прямоугольную форму. Их амплитуда постоянна, а продолжительность варьируется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. КПД усилителей этого типа может достигать 90% -95%.

В заключение хочу сказать, что для занятия радиоэлектроникой требуется большой объем знаний и опыта, которые накапливаются в течение длительного времени. Поэтому, если у вас что-то не сложилось, не расстраивайтесь, подкрепите свои знания из других источников и попробуйте еще раз!

Простейший транзисторный усилитель может стать хорошим пособием при изучении свойств устройств.Схемы и конструкции достаточно простые, вы можете самостоятельно изготовить прибор и проверить его работу, измерить все параметры. Благодаря современным полевым транзисторам миниатюрный микрофонный усилитель можно сделать буквально из трех элементов. И подключите его к персональному компьютеру, чтобы улучшить параметры записи звука. И собеседники во время разговора будут намного лучше и отчетливее услышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всей бытовой технике — музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах.Но есть еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Их отличие в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только той звуковой частоты, которую воспринимает человеческое ухо. Усилители звука на транзисторах могут воспроизводить сигналы с частотами от 20 Гц до 20 000 Гц.

Следовательно, даже самое простое устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает это максимально равномерно. Коэффициент усиления напрямую зависит от частоты входного сигнала.График зависимости этих значений практически прямой. Если на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и КПД устройства быстро снизятся. УНЧ-каскады собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низкочастотном и среднечастотном диапазонах.

Классы работы усилителей звука

Все усилительные устройства делятся на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания тока через каскад в период эксплуатации:

  1. Класс «А» — ток течет без перебоев в течение всего периода эксплуатации усилительного каскада.
  2. В классе эксплуатации «В» ток течет половину периода.
  3. Класс «AB» означает, что ток протекает через каскад усилителя в течение времени, равного 50–100% периода.
  4. В режиме «C» электрический ток течет меньше половины рабочего времени.
  5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно — чуть более 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализованы на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД — более 90%.

Искажения в разных классах усилителей НЧ

Рабочая зона транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно низкими нелинейными искажениями. Если входной сигнал испускает импульсы с более высоким напряжением, это вызывает насыщение транзисторов. В выходном сигнале около каждой гармоники начинают появляться высшие гармоники (до 10 или 11). Это создает металлический звук, уникальный для транзисторных усилителей.

Когда источник питания нестабилен, выходной сигнал будет имитироваться по амплитуде, близкой к частоте сети.В левой части частотной характеристики звук станет более жестким. Но чем лучше стабилизация мощности усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ класса «А» имеют относительно невысокий КПД — менее 20%. Причина в том, что транзистор постоянно включен и по нему постоянно течет ток.

Для увеличения (пусть и незначительного) КПД можно использовать двухтактные схемы. Один из недостатков состоит в том, что полуволны выходного сигнала становятся несбалансированными.Если перейти из класса «А» в «АВ», нелинейные искажения увеличатся в 3-4 раза. Но КПД всей схемы устройства все равно возрастет. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при снижении уровня сигнала на входе. Но даже если увеличить громкость, полностью от недостатков не избавится.

Работа в промежуточных классах

Каждый класс имеет несколько разновидностей. Например, есть усилители класса «А +».В нем транзисторы на входе (низкое напряжение) работают в режиме «А». А вот высоковольтные, установленные в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, чем работающие в классе «А». Заметно меньшее количество нелинейных искажений — не более 0,003%. Лучших результатов можно добиться при использовании биполярных транзисторов. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но в выходном сигнале все равно много высших гармоник, что делает звук характерным металлическим.Также существуют схемы усилителя, работающие в классе «АА». У них еще меньше гармонических искажений — до 0,0005%. Но главный недостаток транзисторных усилителей все же есть — характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектированием и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. К достоинствам ламповых усилителей можно отнести:

  1. Очень низкое значение уровня гармонических искажений выходного сигнала.
  2. Высшие гармоники меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства — это обязательная установка прибора для согласования. Дело в том, что ламповый каскад имеет очень высокое сопротивление — несколько тысяч Ом. А вот сопротивление обмотки динамика 8 или 4 Ом. Чтобы соответствовать им, нужно установить трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток — есть транзисторные устройства, которые используют трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы.Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективная схема — гибридная, в которой используются несимметричные усилители, не охватываемые отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады работают в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, в качестве повторителя используется транзисторный усилитель мощности.

Причем КПД таких устройств довольно высокий — около 50%. Но не стоит ориентироваться только на показатели эффективности и мощности — они не означают качественного воспроизведения звука усилителем.Гораздо важнее линейность и качество. Поэтому в первую очередь нужно обращать внимание на них, а не на мощность.

Несимметричная схема УНЧ на транзисторе

Простейший усилитель с общим эмиттером работает по классу «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В цепи коллектора установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Цепь коллектора подключена к положительному проводу питания, а цепь эмиттера — к отрицательному.В случае использования полупроводниковых транзисторов с p-n-p структурой схема будет точно такой же, только нужно поменять полярность.

С помощью блокирующего конденсатора C1 можно отделить входной сигнал переменного тока от источника постоянного тока. В этом случае конденсатор не является препятствием для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 является простейшим делителем питающего напряжения.Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм — наиболее типичные значения для таких схем. В этом случае напряжение питания делится ровно пополам. А если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h31 будет 150. Следует отметить, что усилители на ВЧ транзисторах выполнены по аналогичным схемам, только работают они немного иначе. .

В данном случае напряжение на эмиттере 9 В, а падение на участке цепи «EB» равно 0.7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассматривать усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Е-В» будет равно 0,3 В. Ток в коллекторной цепи будет равен тому, который течет в эмиттере. Его можно рассчитать, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 — 9В / 1 кОм = 9 мА. Для расчета тока базы нужно 9 мА разделить на коэффициент усиления h31 — 9 мА / 150 = 60 мкА. Биполярные транзисторы обычно используются в УНЧ конструкциях.Принцип его работы отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно рассчитать величину падения — это разница между базовым и питающим напряжениями. В этом случае базовое напряжение можно найти по формуле — сумма характеристик эмиттера и перехода «E-B». При питании от источника на 20 Вольт: 20 — 9,7 = 10,3. Отсюда можно рассчитать значение сопротивления R1 = 10,3В / 60 мкА = 172 кОм. Схема содержит емкость C2, которая необходима для реализации схемы, через которую может проходить переменная составляющая тока эмиттера.

Если не установить конденсатор C2, переменная составляющая будет очень ограничена. По этой причине такой транзисторный усилитель звука будет иметь очень низкий коэффициент усиления по току h31. Необходимо обратить внимание на то, что в приведенных выше расчетах базовый и коллекторный токи считались равными. Причем за базовый ток был принят тот, который втекает в цепь от эмиттера. Это происходит только в том случае, если на вывод базы транзистора подается напряжение смещения.

Но нужно учитывать, что ток утечки коллектора абсолютно всегда протекает по цепи базы вне зависимости от наличия смещения. 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 кремния, в котором ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Показанный на схеме усилитель на полевых транзисторах имеет множество аналогов.В том числе с использованием биполярных транзисторов. Поэтому в качестве аналогичного примера можно рассмотреть конструкцию усилителя звука, собранного по схеме с общим излучателем. На фото представлена ​​схема, выполненная по схеме общего источника. Перемычки R-C собраны на входных и выходных цепях, так что устройство работает в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения конденсатором C1. Крайне важно, чтобы усилитель на полевом транзисторе имел потенциал затвора ниже, чем у источника.На схеме затвор подключен к общему проводу через резистор R1. Сопротивление у него очень высокое — обычно в конструкциях используются резисторы 100-1000 кОм. Такое высокое сопротивление выбрано, чтобы сигнал на входе не шунтировался.

Это сопротивление практически не пропускает электрический ток, в результате чего потенциал на затворе (при отсутствии сигнала на входе) такой же, как и на земле. У источника потенциал оказывается выше, чем у земли, только за счет падения напряжения на сопротивлении R2.Отсюда ясно, что потенциал затвора ниже, чем у источника. А именно это то, что требуется для нормального функционирования транзистора. Следует отметить, что C2 и R3 в этой схеме усилителя имеют то же назначение, что и в конструкции, рассмотренной выше. А входной сигнал смещен от выхода на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Такой усилитель можно сделать своими руками для домашнего использования. Выполняется по схеме, действующей в классе «А».Конструкция такая же, как обсуждалось выше — с общим эмиттером. Одна из особенностей заключается в том, что для согласования необходимо использовать трансформатор. Это недостаток такого транзисторного усилителя звука.

Коллекторная цепь транзистора нагружена первичной обмоткой, которая формирует выходной сигнал, который через вторичную обмотку передается на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, что позволяет выбрать рабочую точку транзистора.Эта цепь подает напряжение смещения на базу. Все остальные компоненты имеют то же назначение, что и в схемах, рассмотренных выше.

Двухтактный аудиоусилитель

Нельзя сказать, что это простой транзисторный усилитель, поскольку его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал разбивается на две полуволны, разные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается собственным каскадом, выполненным на транзисторе. После усиления каждой полуволны оба сигнала подключаются и отправляются на динамики.Такие сложные преобразования могут вызвать искажение сигнала, поскольку динамические и частотные свойства двух, даже одного типа, транзисторов будут разными.

В результате качество звука на выходе усилителя значительно ухудшается. При эксплуатации двухтактного усилителя класса «А» невозможно качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина в том, что по плечам усилителя постоянно протекает повышенный ток, полуволны асимметричны, возникают фазовые искажения.Звук становится менее разборчивым, а при нагревании искажения сигнала усиливаются еще больше, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторный УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, несмотря на то, что конструкция может иметь небольшие габариты, все же несовершенен. Трансформеры по-прежнему тяжелые и громоздкие, поэтому от них лучше избавиться. Гораздо более эффективна схема на дополнительных полупроводниковых элементах с разными типами проводимости.Большинство современных УНЧ выполнены по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, использованные при проектировании, в цепи эмиттерного повторителя (общий коллектор). В этом случае входное напряжение передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, значит, транзисторы вот-вот включатся, но все равно выключены. Когда на вход подается гармонический сигнал, положительная полуволна первого транзистора открывается, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, только положительные полуволны могут проходить через нагрузку. А вот отрицательные открывают второй транзистор и полностью выключают первый. В этом случае в нагрузке находятся только отрицательные полуволны. В результате на выходе устройства оказывается усиленный по мощности сигнал. Такая схема усилителя на транзисторах достаточно эффективна и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеперечисленные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе.На транзисторе может использоваться отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог — например, VS107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники с сопротивлением 2000-3000 Ом. Напряжение смещения должно подаваться на базу транзистора через резистор 1 МОм и развязывающий конденсатор 10 мкФ. Схема может питаться от источника с напряжением 4,5-9 Вольт, током — 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключено, то в базе и коллекторе не будет тока.Но при подключении напряжение достигает 0,7 В и пропускает ток около 4 мкА. В этом случае коэффициент усиления по току будет около 250. Отсюда можно произвести несложный расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора — он оказывается равным 1 мА. Собрав эту схему транзисторного усилителя, можно ее проверить. К выходу подключаем нагрузку — наушники.

Коснитесь пальцем входа усилителя — должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно.Еще раз проверьте все соединения и номиналы элементов. Для наглядности демонстрации подключите ко входу УНЧ источник звука — выход плеера или телефона. Слушайте музыку и наслаждайтесь качеством звука.

Низкочастотные усилители (УНЧ) используются для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для прямого восприятия через электродинамические или другие излучатели звука.

Обратите внимание, что усилители высокой частоты до частот 10… 100 МГц построены по схожим схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, насколько частота высокочастотного сигнала превышает частоту низкочастотного.

Усилитель простой однотранзисторный

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим излучателем, показан на рис. 1. В качестве нагрузки используется телефонная капсула. Допустимое напряжение питания для этого усилителя — 3… 12 В.

Номинал резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, так как его оптимальное значение зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонной капсулы и коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

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

Для выбора начального номинала резистора R1 следует учитывать, что его значение должно быть примерно в сто и более раз выше сопротивления, включенного в цепь нагрузки.Для выбора резистора смещения рекомендуется последовательно включать постоянный резистор сопротивлением 20 … 30 кОм и переменный резистор сопротивлением 100 … 1000 кОм, после чего подавая звуковой сигнал малой амплитуды. к входу усилителя, например, с магнитофона или плеера, поверните ручку переменного резистора, чтобы добиться наилучшего качества сигнала при максимальной громкости.

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

Варианты усовершенствованных однотранзисторных усилителей

Сложная и улучшенная по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителя показаны на рис. 2 и 3. На схеме на рис. 2, каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотно-зависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор C2), улучшающую качество сигнала.

Рисунок: 2. Однотранзисторная УНЧ-схема с частотно-зависимой цепью отрицательной обратной связи.

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

Рисунок: 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической настройкой смещения базы транзистора.

На схеме на рис. 3 смещение к базе транзистора устанавливается более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество усилителя при изменении условий его работы.В схеме на рис. 4 используется «автоматическая» установка смещения на основе усилительного транзистора.

Усилитель на транзисторах двухкаскадный

Последовательно соединив два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Коэффициент усиления такого усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Однако нелегко получить большое устойчивое усиление за счет последующего увеличения количества каскадов: усилитель, вероятно, самовозбудится.

Рисунок: 5.Схема простого двухкаскадного басового усилителя.

Новые разработки усилителей низкой частоты, схемы которых в последние годы часто цитируются на страницах журналов, нацелены на достижение минимальных общих гармонических искажений, увеличение выходной мощности, расширение полосы частот для усиления и т. Д.

В то же время при настройке различных приборов и проведении экспериментов часто требуется простой УНЧ, который можно собрать за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное количество дефектных элементов и работать в широком диапазоне изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевых и кремниевых транзисторах

Схема простого НЧ усилителя мощности с прямым соединением каскадов показана на рис. 6 [Rl 3 / 00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется значением потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. Выход усилителя можно подключить к нагрузке с сопротивлением от 2 … 4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке транзистор КТ315 можно использовать в качестве VT2.Усилитель работает в диапазоне напряжений питания от 3 до 15 В, хотя его приемлемые характеристики сохраняются даже при снижении напряжения питания до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 можно выбирать в диапазоне от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 = 100 мкФ) УНЧ может работать в диапазоне частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рисунок: 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного УНЧ сигнала не должна превышать 0.5 … 0,7 В. Выходная мощность усилителя может варьироваться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и напряжения питания.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливается напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50 … 60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 необходимо установить на пластину радиатора (радиатора).

Гусеничный УНЧ с прямой связью

На рис. 7 представлена ​​схема еще одного, казалось бы, простого УНЧ с прямыми связями между каскадами.Такой вид связи улучшает частотную характеристику усилителя в области низких частот, а общая схема упрощается.

Рисунок: 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с прямым включением каскадов.

В то же время настройка усилителя усложняется тем, что сопротивление каждого усилителя нужно подбирать индивидуально. Примерно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30 … 50) к 1. Резистор R1 должен быть равен 0.1 … 2 кОм. Расчет усилителя, показанного на рис. 7, можно найти в литературе, например [P 9 / 70-60].

Каскадные УНЧ схемы на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных биполярных УНЧ транзисторов. Такие усилители имеют достаточно высокий коэффициент усиления Ku. Усилитель на рис. 8 имеет Ku = 5 в диапазоне частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2 / 86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 с коэффициентом гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [RL 3 / 99-10].

Рисунок: 8. Каскад УНЧ на двух транзисторах с усилением = 5.

Рисунок: 9. Каскад УНЧ на двух транзисторах с усилением = 100.

УНЧ экономичный на трех транзисторах

Для портативной электронной аппаратуры важным параметром является КПД УНЧ. Схема такого УНЧ показана на рис. 10 [RL 3 / 00-14]. Здесь используется каскадное соединение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включается таким образом, чтобы стабилизировать рабочую точку VT1 и VT3.

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

Рисунок: 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. Рис. 6), входной импеданс этого УНЧ может быть установлен в диапазоне от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использовалась телефонная капсула, например ТК-67 или ТМ-2В.Капсюль телефона, который соединяется с вилкой, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ от 1,5 до 15 В, хотя прибор остается работоспособным даже при падении напряжения питания до 0,6 В. В диапазоне напряжений питания 2 … 15 В описывается ток, потребляемый усилителем. выражением:

1 (мкА) = 52 + 13 * (Упит) * (Упит),

, где Usup — напряжение питания в вольтах (В).

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

Двухступенчатый УНЧ с прямым включением ступеней

Примерами УНЧ с прямым подключением и минимальным выбором режима работы являются схемы, показанные на рис. 11–14. Они обладают высоким коэффициентом усиления и хорошей стабильностью.

Рисунок: 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (малошумящий, высокий КУ).

Рисунок: 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

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

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

Телефонный капсюль также может выполнять роль микрофона. Стабилизация рабочей точки (начальное смещение по входному транзистору) усилителей на рис. 11 — 13 осуществляется за счет падения напряжения на сопротивлении эмиттера второго каскада усиления.

Рисунок: 14.Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

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

Низкочастотный каскадный усилитель на полевых транзисторах, который также имеет высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рисунок: 15. Схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Цепи УНЧ для работы с малоомной нагрузкой

Типичные УНЧ, предназначенные для работы с низкоомной нагрузкой и имеющие выходную мощность в десятки мВт и выше, показаны на рис.16, 17.

Рисунок: 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с малым сопротивлением.

Электродинамическая головка VA1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, или по диагонали моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), то правый вывод головки ВА1 по схеме можно подключить непосредственно к их средней точке, без конденсаторов СЗ, С4.

Рисунок: 17.Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки по диагонали моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ, то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите на нашем сайте электроники в соответствующем разделе.

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

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода D9 установлена ​​цепочка диодов.

ТРАНЗИСТОР

— КОНСТРУКЦИЯ ТРУБНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаем читателям описание конструкции таких усилителей с фазоинвертором на одном транзисторе — его выходная мощность составляет 120 Вт.

Фазоинвертор представляет собой одиночный транзистор, созданный по аналогии с ламповой, производит точное разделение фазы сигнала для верхнего и нижнего плеч схемы усилителя, исключая появление «ступенек» и «звона». Работа усиления тока в линейном режиме практически не вызывает других искажений.

В результате получается усилитель с почти линейной характеристикой без искажений; «Раскраска» выходного аудиотрансистора УНЧ получается практически такая же, как и в прошлом через качественный ламповый усилитель.

Первый транзистор ВТ-1 является фазоинвертором, разделяющим фазу сигнала на верхнюю и нижнюю части схемы, а усилитель напряжения сигнала на нижнюю часть схемы УНЧ.

Транзистор ВТ-2 в сборе с усилителем напряжения эмиттером импульсов от ВТ-1. Для верхней части схемы сигнал снят с эмиттера VT-1 и транзистора повышенного напряжения VT-2, включенного в схему с общей базой. На VT-4 — VT-13 есть коэффициент усиления сигнального тока. На транзисторах VT-4 — VT-5 собраны фазоинверторы, на выходе которых можно было использовать транзисторы типа КТ808А, КТ808БМ, CT-819Г или другие n-p-n транзисторы той же мощности.

Усилитель использует три каскада усиления для тока — как показано, двух каскадов для нормальной работы усилителя недостаточно.

Принципиальная схема усилителя низкой частоты с фазоинвертором на одном первом транзисторе (VT-1, VT-2, VT-3 — CT-815G; VT-4, VT-5 -CT-814Г). ; VT-6, VT-7 — CT-315Б; VT-8, VT-9 — KT-817 G; VT10, VT-11, VT-12, VT-13 — CT-808А; VT-14 — KT- 808А; ВД-1, ВД-2 — Д-814В — ВД-3 ВД-4-Д-220)

Силовые базы транзисторов VT-2 и VT-4 — от стабилитрона, обеспечивающего «Плавная» работа усилителя.Транзисторные фильтры на ВТ-3 и ВТ-14 практически полностью убрали фон переменного тока.

Транзисторы VT-6 и VT-7 обеспечивают защиту от перегрузок, возникающих в момент выхода УНЧ в сеть; на качество сигнала это не влияет. Колонки подключены к выходу усилителя через конденсаторы по полумостовой схеме.

Между эмиттером VT-8 и базами VT-10 и VT-11 (а также между VT-9 и VT-12 — VT-13) включены RC цепи R30, R31 и C5.С6, при котором смещение на базах VT-10 — VT-13 по максимуму уменьшается и транзисторы не перегреваются. Отсутствие таких цепочек приводит к перегреву выходных транзисторов.

Конденсаторы С8, С-9, С-10 и С-11 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение 100 В. Кстати, в 1970-е годы электролитические конденсаторы большой емкости были очень дорогими и дефицитными, что вынудило конструкторов разработать способ включения колонок без этих компонентов, однако такая защита порой стоила дороже самих усилителей и ненадежный.

Настраивает усилитель очень легко, всего за несколько минут. Первый выключатель желательно производить за счет последовательно соединенных ламп накаливания мощностью от 40 до 75 Вт. Если усилитель собран правильно, то при подключении лампочка ярко мигает, а затем гаснет. В процессе возможно тусклое свечение лампы накаливания.

Резистор R14 установлен в нижнее положение, R15 — в верхнее, R9 и R10 — в среднее.

К базе транзистора VT12 подключить высокоомный вольтметр на напряжение 1 — 3 В и на резисторе R15 установить напряжение 0.4 — 0,5 В. На резисторе R10 нужно выставить напряжение по средней точке равное половине напряжения питания. Резистор R14 на коллекторе VT-2 имеет такое же напряжение, как и на коллекторе VT1. Резистор R9 уравнивает сигналы, идущие в верхнюю и нижнюю часть диаграммы — это легко сделать и на слух.

Затем вы включаете усилитель, отсоединив лампочку, и повторяете. Если LFA собран правильно из хороших комплектующих, его можно подключить к колонкам.

Выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах с поверхностью охлаждения 1200 см2, VT8 и VT9 — на радиаторах площадью 80 см2, а VT-14 — 500 см2.

Диоды в блоке питания должны быть рассчитаны на ток не менее 20 А, а остальные — на ток более 50 А.

Сопротивление нагрузки усилителя 3-8 Ом. Ток усиления выходных транзисторов должен быть не менее 20 единиц, а остальных — более 50 единиц.

Усилитель имеет хорошую стабильность и может работать неограниченно долго, при этом режимы работы транзисторов не меняются. Аудиовыход УНЧ чистый, естественный, немного отличается от того, что динамики воспроизводят качественный ламповый усилитель.

В. СМИРНОВ, Воронежская область, Таловая

Рекомендуем прочитать

  • «ЦИРКУЛЯРНАЯ ПИЛА» В КОРПУСЕ
    Циркулярная пила — очень полезная вещь в любом хозяйстве. По полезности он, пожалуй, стоит на втором месте после дрели. О дизайн-системах: easy-peasy. Основа его — тип двигателя …
  • МОДЕЛЬ-КОНСТРУКТОР 1982-04
    СОДЕРЖАНИЕ: К XIX съезду ВЛКСМ: А. Тимченко. Витебск (1). Малая механизация: С.Умы. КОС не боится камня (3). Творите, изобретайте, пробуйте!: …

Интегральные схемы

9. Оптоэлектронные компоненты

Оптоэлектронные компоненты (или как часто называют фотоэлектронными компонентами), являются электронными компоненты, которые излучают свет или реагируют на него. Некоторые компоненты среди это светодиоды (Light Emitting Diodes), фототранзисторы, фотодиоды, фоторезисторы (или LDR Light Dependent Resistors), разные визуальные индикаторы, излучатели и детекторы света, оптопары и т. д.Многие из эти компоненты можно легко распознать из-за Окно на корпусе компонента, через которое проходит свет. Иногда вместо окошка бывает небольшая линза, которая направляет свет в какое-то предопределенное место внутри компонента. Несколько из Наиболее важные оптоэлектронные компоненты показаны на фото 9.1.


9.1 Фотоэлектронные компоненты

Мы уже упоминали о наиболее часто используемом компоненте из них — ВЕЛ.Основная роль светодиода в схемах — это визуальный индикатор, для Например, состояние устройства (вкл / выкл), но не редкость и в других индикаторные приборы, стабилизаторы напряжения и т.д. цветов, форм и размеров на выбор, но наиболее частыми из них являются красный, зеленый и желтый. Из-за разных и более сложных производственного процесса, синие стоят немного дороже, чем другие. Там квадратные, в корпусе, для поверхностного монтажа, угловые, сверхяркие, разноцветные и многие другие. другие виды, но все они имеют одинаковые принципы использования.

Другой Применение светодиодов — это светодиодный дисплей. Один дисплей находится на 9.2. Это, как показан облегченный из 8 диодов, отмеченных a, b, c, d, e, f, g и DP (DP является десятичной точкой). Эти устройства бывают двух возможных ароматизаторы с общим катодом (как этот дисплей) или с общим анод. В обоих случаях необходимо подключить защитные резисторы к ко всем диодам (что то же, что и при работе с обычными светодиодами).
Фотодиоды внутренне похожи на другие обычные диоды.Один Основное отличие состоит в том, что этот фотодиод имеет открытую поверхность для чтобы свет падал на. Эти диоды действуют как резисторы высокого номинала. в то время как в темноте. Его сопротивление снижается по мере увеличения интенсивности света. В своим поведением они похожи на фоторезисторы, за исключением того, что со всеми диодами полярность компонента должна быть соответственно позиционируется.

Излучающие диоды — это особая разновидность фотодиодов. Один из них — LED, а некоторые из них включают инфракрасное или ультрафиолетовое излучение для различные цели беспроводной связи.Наиболее распространенная область применение ИК-светодиодов (Infra Red) — пульты дистанционного управления для телевизоров и другие устройства.
Фотодиоды обычно размещаются в круглых металлических или круглых корпусах. квадратные пластиковые корпуса со стеклянным окном или линзой, фокусирующей входящий свет.
Внутренние части фототранзистора аналогичны внутренностям штатного транзистор. Одно из основных различий между ними — стеклянное окно, которое позволяет свету достигать кристаллической пластины, которая удерживает все транзисторы. части. При изменении интенсивности света сопротивление между основанием и коллектор меняется, и это влияет на вариации коллектора Текущий.В этом компоненте свет играет ту же роль, что и напряжение на базе. штатного транзистора. Когда интенсивность возрастает, ток через транзистор тоже поднимается, и наоборот, если интенсивность падает, ток затухает.
Фотоэлектронные компоненты производятся во множестве различных формы и размеры корпуса. Некоторые из них вместе со своими схемами символы отображаются на 9.3.
Особую группу фотоэлектронных компонентов составляют оптопары. Это специальные интегральные схемы, облегченные из ИК-фото. диод, и некоторые компоненты, чувствительные к свету (фото транзистор, фототиристор).Диод называется эмиттером, а приемный конец называется детектором. Это означает, что единственный Связь между излучателем и детектором осуществляется через луч света. Это важное свойство оптронов, поскольку оно позволяет использовать два разные части схемы, которые работают от разных источников питания напряжения для подключения друг к другу без фактического проведения электричество, что означает, что одна часть может работать от 9 В, а другая от 5 В, не опасаясь сжечь чувствительные компоненты с более низким напряжением.

Есть несколько оптопар и их корпусов на 9.4. Фототранзисторы
на 9.4a подключены к другим компонентам в том же как обычные транзисторы. Контроль тока, который проходит через это делается путем попадания на него света.
Напряжение на диоде на 9.4a может изменяться во времени, но анод должен всегда быть положительным по сравнению с катодом. Если этот компонент используется в цепи переменного тока, диод излучает свет только во время половина интервала, в котором анод положителен по сравнению с катод. Можно использовать схему на 9.4b в случае, если это необходимо для диод должен гореть в течение обоих периодов. Эта схема демонстрирует два диоды в встречно-параллельном соединении, поэтому один из двух горит во время каждую половину периода.
Рисунок 9.4c — оптрон на тиристоре. Тиристор есть подключен к другим компонентам обычным образом, и он начинает проводить только при получении светового импульса, создаваемого диодом.
Транзистор на 9.4d управляется регулировкой либо светового интенсивность диода или напряжение на выводе 6. То же самое происходит при использовании симистор на 9.4e, интенсивность свечения диода или напряжение на триггере pin6 схема. Схема затвора NAND с двумя входами
используется в качестве детектора на 9.4f, одном из эти входы контролируют напряжение на контакте 7, а другой — контроль силы света диода. Остается только логический ноль на выводе 6. в случае, если на выводе 7 есть логическая единица и горит диод, в любом другом случае вывод 6 имеет логическую единицу.

9,1 Примеры

Предлагаем схему устройства, определяющего определенный уровень интенсивность окружающего света, и когда этот уровень обнаруживается, он становится на устройстве, подключенном к электросети.Данные по 9.5 показывают, что при отсутствии светового сопротивления резистора LDR NORP12 составляет R = 1МОм, что делает как базовое напряжение, так и базовый ток очень низкими, поэтому практически нет тока, протекающего через транзистор. Поскольку нет ток, протекающий через катушку реле, на другом конце которого находится выключенное положение. Когда интенсивность света достигает определенной точки, сопротивление LDR снижается (при примерно 10 лк сопротивление составляет примерно 9кОм), напряжение и ток базы повышаются, это ток течет дальше через катушку реле, которая соединяет контакты 1 и 3, и это включает требуемый прибор к электросети.
Слайдер Подстроечного резистора 5кОм устанавливается чувствительность всей цепи. Ниже положение ползунка, чтобы снизить уровень освещенности, вызывающий прибор включен. Наибольшая чувствительность достигается при отсутствии триммера из схемы.
Есть возможность использовать фотодиод. вместо LDR (катод идет вверх, на + батареи) или фототранзистор (коллектор вверх).
Устройство будет выключено при отсутствии света, если мы поставили Вместо этого обычный резистор 47 кОм и LDR между точками A и B.
Каждое реле имеет катушку, соответствующую напряжению батареи. В нашем корпус на 12 В. Сопротивление катушки несколько сотен Ом, и оно не должно быть ниже 120 Ом. Скорость тока через реле должно быть равно или больше, чем требуется для устройства, подключенного к сеть. Если, например, мы рассматривали электрический обогреватель мощностью 1 кВт, это ток равен:

I = P / U = 1000Вт / 220В = 4,5 А.

Любой транзистор TUN, максимальный ток которого превышает текущий через скорость реле, все в порядке.Это значение рассчитывается путем деления напряжение аккумуляторной батареи с сопротивлением катушки реле.
Когда мы хотим использовать удаленное управление каким-либо устройством, можно использовать разные технологии, но в некоторых случаях кабельное соединение или радио волновой контроль не самые подходящие, как Телевизор и его пульт. Некоторое ИК-излучение и получение фото Диоды используются, в частности, в передатчиках и приемниках малого радиуса действия. Блок-схема на 9.6 представляет собой использование фотодиодов между звуком. источник (Hi-Fi, радиоприемник, ТВ) и наушники, снимающий нужны длинные кабели.
Низкий частотный сигнал, который должен передаваться, отмечен uLF. На основе на этой частоте ИК-передатчик модулирует ВЧ напряжение, называемое перевозчик. Это модулированное высокочастотное напряжение далее направляется на излучающий диод. LD271. Переменный свет, излучаемый этим диодом, изменяет сопротивление приемный диод, и, таким образом, ВЧ-сигнал, созданный с использованием этих вариаций равен модулированному сигналу на конце трансивера. ИК-приемник демодулирует этот сигнал, который преобразует принятый ВЧ-сигнал в исходный НЧ-сигнал, который равен исходному звуку.Этот сигнал дополнительно усиливается и передается в наушники.
Использование оптические компоненты позволяют безопасно подключать различные устройства к ваш домашний компьютер. На 9.7 есть схема, которая показывает простой способ для сопряжения случайного устройства с параллельным (принтерным) портом компьютер. Для простоты мы выбрали подключение небольшой рации. Приемник питается от батареи 9 В.
Приемник, аккумулятор и интерфейсная цепь подключаются к параллельный порт с помощью штекерного разъема SUB-D 25.Программа, которая должна Схема управления легко разрабатывается на любом языке программирования. Мы отобразить пример программы, написанной на Q-Basic, он включит приемник в 7 утра и выключить в 7:30 утра.

REM Программа пробуждения
10 DO
20 ЦИКЛ ДО ВРЕМЕНИ $ = «07:00:00»
30 OUT & h478, 128
40 SLEEP 900
50 OUT & h478, 0
60 STOP

В 7 часов напряжение на выводе 9 изменится на +5 В и останется таким в течение следующих 900 секунд.

Немного более современные операционные системы, чем Windows 95, будут иметь другие способы управления параллельным портом, и есть обширный база знаний в Интернете для программирования такого рода операций в любой операционной системе. Google — ваш друг!
Схема другая интерфейсная схема на 9.8 позволяет подключать любое устройство подключен к электросети для включения или выключения. Контроль над этим устройство выполняется так же, как и в предыдущей программе.
Когда по программе вывод 9 составляет + 5В (логическая единица), диод срабатывает. проводит электричество. Излучаемый им свет включает симистор внутри оптопара включена. Этот ток протекает через резистор 150 Ом и создает падение напряжения, которое зажигает симистор, что позволяет току течет от сети, которая питает устройство.
Максимально допустимый ток симистора BT136 составляет 4А, что означает, что максимально допустимая мощность устройства 990Вт. Стоит сказать, что оптопары следует использовать только с устройствами резистивной нагрузки (легкие лампочки, обогреватели…). При подключении индуктивных нагрузочных устройств типа электродвигатели, трансформаторы и т. д. рекомендуется использовать реле интерфейсы.

Силовые полевые МОП-транзисторы | Журнал Nuts & Volts


ЧАСТЬ 1: ТЕОРИЯ

Полевые МОП-транзисторы

Power MOSFET (металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы) обладают множеством приятных особенностей, которые, кажется, упускаются из виду. В следующих двух выпусках мы рассмотрим эти полезные устройства и покажем, как их можно использовать для создания: 1) простой бестрансформаторный удвоитель напряжения, который может обеспечивать ток в амперах; и 2) источник постоянного тока на 20 А.Базовая стоимость запчастей составит около 15 долларов на каждый проект.

Основы силового MOSFET

Полевые МОП-транзисторы

(HEXFET — это торговая марка International Rectifier для их продуктов) обычно используются в приложениях для переключения мощности и классифицируются как транзисторы. У них есть три вывода, как у транзисторов, но они представляют собой устройства с подачей напряжения и токовым выводом. Это потому, что ворота полностью изолированы от остальной части устройства. Никакой значительный постоянный ток не может течь от затвора ни к истоку, ни к стоку.Вместо этого заряд затвора влияет на проводимость между стоком и истоком. Это похоже на то, что заряд одной пластины конденсатора воздействует на другую пластину. Обычно примерно восемь вольт полностью включат устройство. Во включенном состоянии деталь демонстрирует низкое сопротивление без какого-либо нелинейного прямого падения напряжения, как это наблюдается в биполярных транзисторах. Современные полевые МОП-транзисторы могут иметь сопротивление менее 10 миллиом.

Небольшая математика показывает, что это устройство может выдерживать 10 ампер с преобразованием одного ватта в отходящее тепло (мощность = ток2 x сопротивление).Поскольку многие полевые МОП-транзисторы поставляются в корпусах TO-220, в данном случае радиатор не требуется. Итак, если напряжение составляет 100 вольт при 10 ампер, тогда 1000 ватт мощности переключаются с потерей только одного ватта. Это 99,9% энергоэффективности. IRFB-4410 имеет эти характеристики и стоит около 4,50 долларов США. Это довольно дорого для силового MOSFET.

Сопротивление в выключенном состоянии настолько велико, что обычно не указывается в даташите. Вместо этого они обычно определяют напряжение пробоя, когда через деталь протекает ток 250 мА.Для большинства практических целей силовой полевой МОП-транзистор можно рассматривать как переключатель: он либо включен, либо выключен. (В следующий раз мы рассмотрим линейные приложения / приложения без переключения.)

Однако ключевым моментом является то, что требуется некоторое время, чтобы перейти от очень высокого сопротивления к очень низкому сопротивлению. Это время переключения определяет эффективность системы и вскоре будет рассмотрено более подробно.

MOSFET

бывают двух видов: P-канальный и N-канальный. Однако из-за задействованной физики типы P-канала не могут соответствовать низкому сопротивлению типа N-канала.По этой причине доступно гораздо больше N-канальных деталей по более низкой цене. В большинстве проектов будет использоваться N-канальное устройство, даже если это потребует дополнительных усилий. Части P-канала можно увидеть нечасто, за исключением специальных приложений.

В отличие от биполярных транзисторов, полевые МОП-транзисторы имеют положительный температурный коэффициент. Это означает, что их сопротивление возрастает с повышением температуры. Это может быть чрезвычайно полезно. По мере того, как они нагреваются, они больше препятствуют прохождению тока, что способствует стабилизации системы. Биполярные транзисторы пропускают больший ток по мере их нагрева.Этот увеличенный ток нагревает их больше, так что они пропускают больше тока, что еще больше увеличивает их тепло и так далее, и так далее. Это также называется тепловым разгоном. Когда это происходит, транзистор обычно теряется — возможно, вместе с дополнительным повреждением на выходе.

Положительный температурный коэффициент означает, что параллельное соединение идентичных полевых МОП-транзисторов для получения дополнительной мощности относительно просто. Если одно устройство становится слишком горячим, его повышенное сопротивление автоматически подталкивает избыточный ток к другим частям.Фактически, именно так и делаются силовые полевые МОП-транзисторы. Сотни или даже тысячи крошечных полевых МОП-транзисторов, соединенных параллельно, образуют устройство высокой мощности.

Использование МОП-транзисторов

Во-первых, то, что они являются продуктами питания, не означает, что они невосприимчивы к статическому электричеству. В частности, затвор изолирован от истока и стока невероятно тонким слоем изолирующего оксида. Если этот слой пронизан электростатическим разрядом (ESD), это может серьезно повлиять на работу детали.Скачки напряжения выше номинального напряжения затвора — из-за плохой компоновки платы или схемы — также следует избегать по той же причине.

Ключевой концепцией использования полевых МОП-транзисторов является то, что напряжение на затворе регулирует сопротивление между истоком и стоком. Для работы на постоянном токе реальный ток не требуется. Это видно на , рис. 1 .

РИСУНОК 1. Для включения и выключения полевого МОП-транзистора практически ничего не требуется. Здесь диоды с обратным смещением работают с током около 10 нА.Вольтметр показывает ноль, когда полевой МОП-транзистор включен / проводит ток.


Здесь для подачи напряжения затвора используются диоды с обратным смещением. В этом случае ток через обратносмещенный 1N4148 оценивается примерно в 10 наноампер. Итак, вы можете видеть, что включение или выключение силового MOSFET не занимает много времени. Если вы на самом деле попробуете Рисунок 2 , вы увидите, что для перехода от выключенного состояния к включенному и наоборот требуется несколько секунд. Это может занять гораздо больше времени, если деталь долгое время находилась в одном состоянии.Обратите внимание, что измеритель показывает ноль вольт, когда часть находится в проводящем состоянии или «включено».

РИСУНОК 2. Привод нижней стороны (рис. 2A, слева, ) по сравнению с приводом верхней стороны (, рис. 2B, справа ) определяется тем, к какой шине источника питания подключен полевой МОП-транзистор.


Причина, по которой для переключения требуется время, заключается в том, что все эти параллельные и изолированные вентили действуют как пластина конденсатора. Вероятно, наиболее важной характеристикой затвора является его емкость.Для IRF540, показанного на рис. 1 (который стоит около 0,75 доллара США), сопротивление включения составляет 0,077 Ом, а емкость затвора составляет 1500 пФ. Как правило, чем ниже сопротивление во включенном состоянии, тем больше входная емкость. В этом есть смысл. Чтобы получить более низкое сопротивление, вам необходимо подключить несколько крошечных устройств параллельно. Это означает больше ворот и большую площадь ворот. Эта увеличенная площадь поверхности затвора приводит к большей емкости.

Это подводит нас к основной практической проблеме использования силовых полевых МОП-транзисторов.Чтобы включить или выключить устройство, вам необходимо быстро зарядить и разрядить затвор / конденсатор. Если вы этого не сделаете, он будет проводить значительное время в линейной области и рассеивать большое количество тепла. Следовательно, для быстрого включения и выключения необходимо обеспечить цепь с очень низким сопротивлением. Это связано с тем, что затвор / конденсатор и сопротивление привода объединяются, чтобы создать RC-цепь.

Эта RC-сеть определяет, насколько быстро деталь может изменить состояние. Это подводит нас к извращенным характеристикам возбуждения полевого МОП-транзистора.Хотя для включения и выключения устройства практически не требуется постоянного тока, для быстрой зарядки и разрядки затвора требуется значительный импульсный ток. Для очень быстрого переключения часто требуются сотни миллиампер или более. Сами полевые МОП-транзисторы могут переключаться очень быстро — часто за 20 нс. Для этого требуется мощный удар по воротам.

Другие соображения

Прежде чем перейти к деталям привода, важно упомянуть еще несколько моментов. Силовые полевые МОП-транзисторы часто используются в системах управления двигателями.Они могут идеально подойти для этого. Однако совершенно необходимо помнить и проектировать индуктивную отдачу. При высоком напряжении и токе эти всплески могут быть разрушительными для вашей цепи. Они слишком сложны, чтобы описывать их здесь, поэтому обратитесь за инструкциями к примечаниям производителя по применению. Это то, что они подробно изучили.

Затем есть точка отвода тепла. Использование этих деталей на высокой мощности, безусловно, может привести к выработке большого количества ватт энергии. Многие детали рассчитаны на рассеяние мощности до 150 Вт.Опять же, обсуждение терморегулирования слишком сложно. См. Техническое описание и указания производителя по применению.

Перегрузка ворот может значительно сократить ожидаемый срок службы детали. Например, таблица данных IR показывает, что 99% типичных деталей IRF540 прослужат около 100000000000 часов (11,4 миллиона лет) с приводом затвора на восемь вольт (при температуре 150 градусов по Фаренгейту). Привод ворот с напряжением 20 вольт сокращает время до 1000000 часов (114 лет).

Требуемая скорость привода зависит от области применения.Если вы просто включаете и выключаете нагрузку каждую секунду или около того, не имеет особого значения, переключается ли MOSFET через 50 нс или 50 мс. Количество выделяемого тепла (и потери энергии) во время перехода в любом случае составляет крошечную долю. Однако, если вы переключаетесь на частоте 100 кГц, время перехода 50 мс просто не сработает. Даже время перехода в 1 мс на частоте 100 кГц означает, что полевой МОП-транзистор находится в линейной области 10% от общего времени. Это вызовет выделение значительного количества тепла и одновременное снижение эффективности.Высокая скорость переключения, особенно в источниках питания, важна, поскольку позволяет использовать конденсаторы и катушки индуктивности меньшей емкости. Это экономит деньги, место и вес.

Низкое движение

Самая простая и наиболее распространенная схема называется «управление нижним порогом» (см. , рис. 2A, ). (Примечание , мы в основном ограничимся обсуждением N-канальных устройств для краткости и простоты. ) В этом случае полевой МОП-транзистор подключается непосредственно к земле. Привод высокого напряжения (, рис. 2В, ) помещает нагрузку на землю, и полевой МОП-транзистор подключается к источнику питания.Чтобы включить полевой МОП-транзистор нижнего уровня, все, что вам нужно сделать, это поднять затвор примерно на восемь вольт над землей. Заземление ворот отключает их.

Можно использовать пятивольтовые сигналы логического уровня TTL (также известные как микропроцессор) для непосредственного управления полевым МОП-транзистором. Однако это не включит устройство полностью. Тем не менее, зачастую этого достаточно. Для IRF540 привод затвора на пять вольт позволяет переключать примерно 10 ампер (обычно) вместо указанных 28 ампер. Итак, если вашему приложению не требуется полная мощность детали, сигналы TTL могут работать.Вы всегда можете использовать часть с «открытым коллектором», которая позволяет поднять логический выход выше пяти вольт. Кроме того, существуют специальные полевые МОП-транзисторы, которые предназначены для работы с пятивольтовым затвором. Естественно, они более дорогие, но они могут иметь смысл, учитывая дополнительные расходы и сложность разработки схемы управления затвором с более высоким напряжением. Обычно они идентифицируются как устройства «логического уровня».

Логика

CMOS имеет то преимущество, что она может без проблем работать от восьми вольт и более.Однако они ужасны, когда дело доходит до управляющего тока — даже с параллельными выходами. Обычно они выдают всего несколько мА на один выход. Таким образом, сложно управлять затвором MOSFET на высокой скорости. Однако многим приложениям не требуется высокоскоростное переключение.

Таймер 555 неплохо работает как драйвер. Обязательно используйте биполярную деталь (NE555), а не деталь CMOS (xxC555) (см. Фото 1, и 2 ).

ФОТО 1. Биполярный таймер 555 (Texas Instruments NE555) включает и выключает полевой МОП-транзистор примерно за 50 нс.

ФОТО 2. Таймеру CMOS 555 (Texas Instruments TLC555) требуется около 800 нс для включения полевого МОП-транзистора, что примерно в 16 раз дольше, чем у биполярной версии. Время выключения около 50 нс.


Также можно использовать множество схем на дискретных транзисторах. Это могут быть одинарные транзисторные драйверы, как показано на рис. 3 .

РИСУНОК 3. Типичный драйвер нижнего уровня. Время включения определяется подтягивающим резистором.Время выключения довольно быстрое.


Недостатком этой конструкции является то, что подтягивающий резистор ограничивает ток, поэтому скорость включения ниже скорости выключения. Конструкция тотемного столба (, рис. 4, ) может быть очень эффективной. Вы также можете использовать конструкцию NPN / PNP, чтобы исключить необходимость в инверторе.

РИСУНОК 4. Тотемный привод обеспечивает быстрое и симметричное время включения и выключения. Конструкция PNP / NPN может устранить необходимость в инверторе.


Наконец, существуют специальные микросхемы, обычно называемые «драйверы затвора нижнего плеча», которые обеспечивают высокий ток для очень быстрого переключения. Если вы чувствуете потребность в скорости, вероятно, это лучший вариант. Они стоят доллар или около того, но устраняют практические проблемы проектирования и тестирования схем. Естественно, есть драйверы затвора верхней стороны, драйверы затвора полумоста и драйверы затвора полного моста. Таблица 1 содержит сводку типичных скоростей привода, измеренных при нагрузке, а не на воротах.(Обратите внимание, что измерение драйвера затвора в 175 нс является подозрительно медленным. Возможно, это произошло из-за моего простого испытательного стенда. Измерения схемы удвоителя напряжения показали симметричную скорость переключения 50 нс. Он рассчитан на 15 нс / 1000 пФ.)

ТАБЛИЦА 1. Сводная информация о приводе нижней стороны (время измеряется при нагрузке).

Контур Время выключения Время включения Комментарии (10 В D-S с нагрузкой 100 мА)
TTL ‘LS04 500 нСм 100,000 нСм Не может полностью ехать.Доступны части логического уровня.
TTL / подтяжка 200 нСм 3000 нСм Скорость ограничена подтягивающим резистором 1K. (74145)
КМОП 8000 нСм 1000 нСм Очень медленно, но включается постоянно. Легкий. (CD4069)
КМОП x 6 2,000 нСм 400 нСм Лучше, чем указано выше, но все еще медленнее. (CD4069)
NE555 175 нСм 60 нСм Биполярный режим — хороший, CMOS — плохой.( Фото 1 и 2 )
Сдержанный 400 нСм 2,500 нСм Скорость ограничена подтягивающим резистором 1 кОм. ( Рисунок 4 )
Тотемный столб 175 нСм 150 нСм Очень хорошо. ( Рисунок 5 )
Драйвер 175 нСм 50 нСм Лучшая скорость (см. Текст). (LM5109B)

Вождение с высокой стороны

Управление высокой стороной N-канальной части может быть сложной задачей (см. Рисунок 2 ).Для включения затвор должен быть примерно на восемь вольт выше напряжения источника. Однако из-за очень низкого сопротивления во включенном состоянии между стоком и истоком очень мало падения напряжения. Таким образом, напряжение на выводе истока часто очень близко к VCC. Итак, для включения устройства вам может потребоваться напряжение на затворе выше VCC.

Есть несколько способов обойти эту проблему. Первый — построить умножитель напряжения. Очевидно, это не изящное решение. Компонент с P-каналом может быть здесь простым решением, несмотря на более высокую стоимость и более низкую производительность. Рисунок 5 показывает типичное подключение. Обратите внимание, что источник подключен к положительному напряжению. В этой конфигурации устройство P-канала будет включаться с напряжением затвора на восемь вольт ниже истока. Таким образом, если VCC / источник составляет 10 вольт, деталь начнет проводить, когда затвор упадет примерно до семи вольт, и будет полностью включен при двух вольтах, или на восемь вольт ниже напряжения источника.

РИСУНОК 5. Устройство с P-каналом может быть довольно легко использовано в конфигурации высокого уровня.Деталь полностью включается, когда напряжение затвора примерно на восемь вольт ниже истока. Обратите внимание, что источник подключен к положительной шине питания.


Если вы постоянно включаете и выключаете нагрузку менее чем за секунду или около того, есть другой подход, который можно использовать с N-канальными компонентами. Это называется начальной загрузкой и показано на рис. 6 .

РИСУНОК 6. Эта конструкция начальной загрузки увеличивает напряжение затвора, но очень медленно… время включения около 30 мс. Повышение напряжения определяется соотношением R1 и R2. R1 имеет тенденцию понижать любое напряжение затвора до пяти вольт.


Это модифицированная схема, описанная в Руководстве по приложениям Siliconix MOSPOWER. Концептуальный дизайн схемы тонкий, но довольно простой. Когда транзистор включен, на затворе полевого МОП-транзистора устанавливается низкий уровень, и конденсатор заряжается до VCC (10 вольт) через изолирующий диод. Когда транзистор выключен, напряжение затвора увеличивается до VCC из-за заряженного конденсатора (в основном через R2 и R3).Поскольку полевой МОП-транзистор выключен, напряжение на выводе истока понижается через нагрузку. Это означает, что напряжение затвора намного выше напряжения на выводе истока, и полевой МОП-транзистор начнет проводить. Когда это происходит, конденсатор действует как источник напряжения последовательно с выводом истока. Таким образом, любое напряжение на выводе истока добавляется через конденсатор к затвору. (Отрицательная сторона конденсатора подталкивается возрастающим напряжением на выводах истока, которое подталкивает положительную сторону на равную величину.) Фактически, часть подтягивает напряжение затвора вверх за счет собственных загрузочных ремней.

Естественно, теория и практика разные. Конденсатор должен быть как минимум в 10 раз больше емкости затвора. В большинстве случаев подойдет 0,1 мкФ. Диод любого типа с соответствующим номинальным напряжением. Резисторы R1 и R2 — сложные компоненты.

Подтягивающий резистор (R1) определяет, насколько велико увеличение напряжения. Это потому, что он подключает привод затвора к источнику питания пять вольт. Любое напряжение выше пяти вольт будет понижено до пяти вольт через этот резистор.Учтите, что этот резистор не всегда может быть виден. Например, таймер 555 (подключенный к R2-R3) может подавать 100 мА для эквивалентного сопротивления подтягивания около 50 Ом (при пяти вольт). Очевидно, резистор 10 кОм превышает пять вольт на любую значительную величину.

Как показано на рис. 6 , значение 10K для R2 подает только 10 вольт (относительно земли) на затвор, чего недостаточно, если источник также находится на 10 вольт. Если R2 увеличить до 100 кОм, на затвор будет подано более 17 вольт, что, вероятно, нормально для большинства приложений с IRF540.Обратите внимание, что время включения также контролируется R2 (время выключения контролируется R3). Зарядка затвора 1500 пФ через 100K занимает около 30 мс для включения устройства (измерено). Итак, вы выбираете компромисс между скоростью и напряжением. Общее практическое правило состоит в том, что R2 должно быть примерно 1/10 эквивалентного подтягивающего резистора R1.

Резистор R3 регулирует время выключения и включен в основном для полноты картины. Часто показан последовательный резистор затвора. Это не обязательно. Как показано, время выключения составляет около 2 мс.Если R3 заменить проводом, время выключения упадет примерно до 500 нс.

Эти проблемы можно устранить, используя схему транзистора с открытым коллектором, которая показана на , рис. 7, .

РИСУНОК 7. Использование конструкции с открытым коллектором исключает подтягивающий резистор и резистор затвора. Скорость переключения намного выше, чем на рисунке 6. Время включения составляет около 4 мс.


В этом случае нет подключения к источнику питания на пять вольт, поэтому нет проблем с понижением напряжения.Это исключает R1 и позволяет использовать резистор гораздо меньшего размера для R2. Этот резистор теперь выбран для ограничения тока в транзисторе до безопасного уровня (100 мА, как показано). Резистор R3 тоже можно исключить. Эта схема обеспечивает около 18 вольт на затвор, а время переключения составляет около 4 мс для включения и 500 нс для выключения.

Однако, если вы хотите использовать высокочастотную N-канальную часть, вам действительно стоит подумать об использовании микросхемы драйвера. LM5109B стоит всего около 1,60 доллара и управляет полевым МОП-транзистором верхнего и нижнего уровня в полумостовой конфигурации.Он рассчитан на 90 В (на полевой МОП-транзистор) и может включать и выключать их за 15 нс с емкостью затвора 1000 пФ. Учитывая время и усилия, потраченные на создание собственного высокочастотного динамика, это неплохая сделка. Также доступно множество других деталей.

Заключение

На этот раз мы посмотрели на силовые полевые МОП-транзисторы и обнаружили, что они обладают некоторыми очень полезными атрибутами. Они дешевы и мощны, и их довольно легко реализовать. Естественно, помимо теории есть и практические соображения.

В следующий раз построим два проекта. Первый — это бестрансформаторный высоковольтный удвоитель напряжения, использующий полную мостовую схему, которая имеет много других полезных применений (например, управление двигателем). Второй — это линейный источник питания с постоянным током, способный обеспечить 20 ампер и более. NV


Муфта по запросу электрически генерируемых экситонов с поверхностными плазмонами через позицию контролируемой напряжением зоны излучения

Abstract

способность ограничивать и управлять светом ниже дифракции предел — главная цель будущих многофункциональных оптоэлектронных / плазмонных системы.Здесь мы демонстрируем дизайн и реализацию настраиваемого и локализованный электрический источник экситонов, связанных с поверхностными плазмонами на основе полимерного светоизлучающего полевого транзистора (LEFET). Золотые наностержни, интегрированные в канал, поддерживают локализацию поверхностные плазмоны и служат наноантеннами для усиления электролюминесценции. Путем точного пространственного контроля зоны ближнего инфракрасного излучения в LEFET через приложенные напряжения ближнеполевую связь между электрически генерируемые экситоны и наностержни могут быть включены или выключены, как показано изменением интенсивности электролюминесценции.Численные расчеты и спектроскопические измерения подтверждают значительную локальную электролюминесценцию усиление из-за высокой локальной плотности фотонных состояний в окрестности золотых наностержней. Важно отметить, что интеграция плазмонных наноструктуры практически не влияют на электрические характеристики ЛЕФЕТЫ, таким образом, подчеркивая их взаимную совместимость в новых активных плазмонные устройства.

Ключевые слова: поверхностный плазмон-поляритон, органический полупроводник, полевой транзистор, электролюминесценция, эффект Перселла, активная плазмоника

Оптоэлектронные устройства на основе от колебаний плотности заряда, распространяющихся по металло-диэлектрической интерфейс, то есть поверхностно-плазмон-поляритоны (ПП), предлагают необходимые функциональные возможности для преодоления разрыва между сверхбыстрой фотоникой и наноэлектроника высокой плотности.Для практического применения полностью плазмонных схемотехника, необходим полный набор активных и пассивных компонентов, в том числе источники, детекторы и волноводные конструкции для SPP. 1−5 Дополнительные компоненты также должны обладать способностью модулировать и маршрутные сигналы. 6−10 Современные технологии уже преодолели проблему импульса рассогласование между свободно распространяющимся излучением в дальней зоне и ППП и предлагает функции ближнего поля для этих компонентов. 11−16 Кроме того, электрическое возбуждение и обнаружение в ближней зоне возможны.В сочетании с подавлением связи с дальней зоной эти компоненты могут включать полностью темную плазмонную схему, где сигналы ограничиваются ближним полем, что ограничивает общий убытки. Тем не менее, по-прежнему необходимы дальнейшие улучшения в отношении производительности. и функциональность.

В этом контексте мы предлагаем светоизлучающие полевой транзистор (LEFET) как планарное электролюминесцентное устройство, которое можно использовать для управляемая плазмонная связь. По предположению Фалька и др., полевой эффект Транзистор может работать как одиночный плазмонный детектор с возможностью для усиления сигнала. 12 Ровно перспективнее использовать его в качестве перестраиваемого источника электрически ограниченного генерируемые излучающие диполи (т.е. экситоны), намеренно связанные с SPPs или нет, просто изменяя напряжение затвора. В амбиполярном LEFET, дырки и электроны инжектируются в канал из источника и дренажные электроды, соответственно, в зависимости от приложенных напряжений. 17 Слои накопления заряда встречаются внутри канал, в результате чего получается регулируемый по напряжению переход p n .Электронно-дырочная рекомбинация и, следовательно, Излучение света происходит в узкой линии, зоне рекомбинации. В качестве транспорта заряда можно использовать множество различных полупроводников. и излучающий слой, например твердые тела с квантовыми точками, 18, однослойные углеродные нанотрубки, 19,20 двумерные дихалькогениды переходных металлов, 21 и органические полупроводники, 22,23 , таким образом, позволяя излучение от видимого до ближнего ИК диапазона. Положение рекомбинации зону можно произвольно менять по всей длине канала, в зависимости от напряжения затвора и стока.Это позволяет выборочно связь узкой зоны рекомбинации с любой близлежащей плазмонной интересующие компоненты с точностью до микрон. Кроме того, количество экситонов напрямую и исключительно контролируется стоком ток, потому что все инжектированные дырки и электроны должны рекомбинировать при зона рекомбинации находится внутри канала. Приложение LEFET для запуска фотонов в диэлектрические волноводы недавно продемонстрировал. 24 Однако аналогичная интеграция металлических волноводов, для которых достижимо лучшее удержание мод (по сравнению с диэлектрическими аналогами), пока не сообщается.За счет сложного набора параметров, влияющих на динамику заряда перевозчиками в LEFET, остается открытым вопрос, смогут ли они когда металлические наноструктуры включены в или близко к полупроводниковый канал. Как недавно показали Баег и др., 25 металлических наночастиц могут увеличивать количество носителей заряда. захват через туннелирование и может вести себя как плавающий затвор. Более того, металлические конструкции вблизи активного канала могут изменить электрическую распределение поля и, таким образом, изменить плотность носителей заряда. 26

В этой работе мы преодолеваем эти проблемы и продемонстрировать успешный интеграция плазмонных наноантенн в LEFET и их эффективные управляемая по напряжению связь с электрически возбужденными экситонами. Коллоидный золотые наностержни (NR), которые поддерживают локализованные поверхностные плазмоны (LSP) используются в качестве модельной системы, где из-за эффекта Перселла степень сцепления можно визуализировать и количественно оценить. Путем настройки применяемого напряжения, зона рекомбинации отодвигается или приближается к золотые NR, таким образом, включающие или выключающие муфту.В дополнении к открывая путь к созданию многофункциональных плазмонных устройств на основе LEFET дизайн, полученные физические данные могут также помочь в разработке более эффективные электролюминесцентные устройства.

Геометрия устройства и принцип работы амбиполярного LEFET показаны в a и b соответственно. Устройство изготовлено на стеклянной подложка для облегчения оптического доступа и состояла из лезвий с лезвиями. NR коллоидного золота, покрытые слоем AlO x толщиной 1 нм для электроизоляции.NR были синтезированы следующим образом: подход на водной основе и редиспергирован в тетрагидрофуране после лиганда обмен (удаляется обработкой кислородной плазмой в устройстве), как описано в другом месте. 27,28 Электроды исток-сток (2 нм Cr / 30 нм Au) были фотолитографически обработаны и покрыты 15 нм полупроводникового полимера с узкой запрещенной зоной (дикетопирролопиррол сополимер, DPPT-BT), за которым следует гибридный затворный диэлектрик с высокой емкостью (11 нм поли (метилметакрилат) и 38 нм HfO x ) 29 и серебряный затвор 35 нм (для Подробную информацию о производстве устройства см. в разделе «Вспомогательная информация»).

(а) Схематическая геометрия светоизлучающего полевого эффекта с верхним стробированием транзистор (LEFET), половина канала которого покрыта золотыми наностержнями (NRs) и (b) Принцип работы LEFET с рекомбинацией и эмиссией зона (не в масштабе). (c) Изображение LEFET под микроскопом в темном поле. Освещение белым светом, показывающее четыре электрода и три канала: без, наполовину покрытые и с золотыми NR. (d) Сканирующая электронная микрофотография. типичного распределения золотых наностержней высокой плотности, приготовленного с помощью ракельного ножа дисперсии коллоидных наностержней.

При приложении напряжения стока и затвора (исток заземлен), электроны и дырки накапливаются на полупроводнике-диэлектрике. интерфейс, как показано в b. Поскольку номинальная толщина полупроводника слой составляет около 15 нм, а высота NR составляет около 20 нм, вертикальное ближнее поле соединение ( z -направление) легко достигается. Наностержни были выбраны в качестве наноантенн из-за высокой концентрации локального поля на их концах, что облегчает демонстрацию связи в ближнем поле за счет усиленного светового излучения за счет эффекта Перселла.Кроме того, их резонансы LSP можно легко настраивать в широком диапазоне длин волн от видимого до ближнего ИК-диапазона, чтобы соответствовать интересующим электронным переходам и, таким образом, максимизировать связь (см. Рисунок S1). Типичная темнопольная оптическая микрофотография структуры LEFET можно увидеть в c. Яркие области с сильным светорассеянием (желтый / зеленый) указывают на наличие золотых NR. Рассеяние от краев электродов визуализирует три канала транзистора: без NR, полузакрытый и полностью покрыты НР.Для среднего канала (т. Е. Наполовину закрытого), соединение в плоскости ( XY ) можно настроить, изменив положение зоны рекомбинации относительно областей, где Были депонированы Au NR. Характерное СЭМ-изображение однородной распределенные NR показаны в d.

В качестве полупроводника был выбран сополимер ДППТ-ВТ (см. А). и эмиттер, потому что его высокой и сбалансированной подвижности электронов и дырок (μ e = 0,7 см 2 V –1 s –1 , μ h = 0.3 см 2 В –1 с –1 ) и узкой запрещенной зоной, что обеспечивает эффективный амбиполярный инжекция заряда и, как следствие, высокие плотности тока и экситонов. В экситонное излучение DPPT-BT широкое (полная ширина на полувысоте ∼ 300 нм) с центром на 1100 нм, как показано на а. Чтобы найти оптимальную размер золотых NR для эффективной связи в ближней зоне с электрически генерируемых экситонов, рассчитывалась зависящая от длины волны напряженность поля усиление вокруг наностержня диаметром 20 нм как функция его длины с учетом сложной анизотропной рефракционной указатель DPPT-BT (см. дополнительную информацию, B и рисунок S2 для деталей расчета 3D-FDTD).Эти ценности были усреднены по области размером 300 × 300 нм 2 (т. е. типичный экспериментальная плотность НК после лопатки врача), таким образом, с учетом все возможные положения излучающих диполей относительно NR. Полученные значения (см. B) являются прямой мерой ожидаемого верхнего предела. усиления фотолюминесценции (ФЛ) и электролюминесценции (ЭЛ) в дальней зоне факторов из-за ускорения скорости радиационного распада через Эффект Перселла. 30 Обратите внимание, что золотые NR могут индуцируют дополнительные каналы безызлучательного распада, которые снижают общую эффективность светового излучения.Однако из-за тонкого слоя AlO x и довольно низкого собственного квантового выхода ФЛ DPPT-BT (∼0.01%) вклад потерь, связанных с NR намного меньше собственного безызлучательного распада для большинства положений излучающих диполей. Например, для диполя, расположенного на расстоянии 1 нм от длинного конца НК (поляризованного вдоль NR) безызлучательные потери увеличиваются всего в 2 раза. Из-за усиление радиационного распада примерно в 250 раз, последний квант прирост урожайности по-прежнему составляет примерно 130 × (см. дополнительную информацию, рисунки S4 и S5).С другой стороны, для диполя на таком же расстоянии, но ориентированного перпендикулярно длинной оси наностержня уменьшение в 180 раз скорости радиационного распада и тушения металла приводят к 260 × более низкая квантовая эффективность излучения. Тем не менее, за пределами области несколько нанометров вокруг закалки, связанной с металлическими наностержнями, меньше чем несколько процентов собственных потерь полимера и, следовательно, ничтожно малые для усредненного по объему оптического отклика. Также очевидно, что, несмотря на высокие местные факторы усиления вблизи кончиков NR, внедренные в полимер (см. Вставку в b), усредненный коэффициент усиления намного выше ниже и увеличивается с увеличением длины NR при красном смещении из-за размерного эффекта.Причина увеличения усиления с красным смещением наиболее очевидна. вероятно, связано с монотонным уменьшением поглощения в полупроводниковой полимер (см. а). Таким образом, конкуренция между повышенным самопоглощением и излучательной скорость распада менее выражена. Смоделированные значения улучшения по всей полосе поглощения DPPT-BT (500–900 нм) также исключить вклад усиления возбуждения / поглощения для измерения PL, показанные ниже.

(а) Поглощение и фотолюминесценция спектр тонкой пленки Полупроводниковый полимер ДППТ-ВТ.(б) Смоделированный усредненный объем увеличение скорости радиационного распада в зависимости от длины NR золота (для постоянного диаметра 20 нм) с учетом случайного ориентация НК относительно излучающего диполя. Вставка: соответствующее распределение усиления поля для НП 80 × 20 нм.

Для исследования связи между фотогенерированные экситоны (возбужденные с лазером 785 нм) и LSP получены карты интенсивности ФЛ (интегрированные в диапазоне обнаружения 900–1600 нм, см. дополнительную информацию) готовых LEFET.К лучшему корреляция экспериментальных значений с численно рассчитанными факторов усиления, мы использовали два разных размера NR: короткие, с средняя длина составляет 70 нм, а длина — 130 нм. Оба Типы NR имели диаметр 20 нм (см. Информация, рисунок S1, для спектров экстинкции). Как может быть видно из карт интенсивности ФЛ и соответствующих профилей интенсивности на a, b, оба типа NR привести к усилению излучения, которое не связано с повышенным поглощением (см. выше). Общее усиление коротких наностержней несколько выше.Более пристальный взгляд на коэффициент усиления, зависящий от длины волны определяется как отношение интенсивности ФЛ с НП и без них (усредненное более 11 баллов) подтверждает это наблюдение (в, г). Для коротких NR коэффициент усиления 2,75 почти постоянно в спектральном диапазоне 1050–1400 нм, в то время как для длинных NR коэффициент усиления увеличивается до 3,5 и пики при 1400 нм. Хотя абсолютное значение улучшения выше для длинные NR, его спектральное положение находится в области, где только несколько фотонов испускаются DPPT-BT (а).Таким образом, его общий вклад в интенсивность ФЛ ниже.

(а, б) Карты интенсивности фотолюминесценции и соответствующие профили (нижние панели) каналов LEFET с короткими и длинными золотыми NR соответственно, возбуждается лазером с длиной волны 785 нм. (c, d) Наностержневые, зависящие от длины волны Коэффициент увеличения интенсивности ФЛ для каналов LEFET в (а, б) в сравнении спектрам экстинкции соответствующих НК золота в канале.

Сравнение численно рассчитано спектральные изменения с экспериментальными данные и спектры экстинкции НК золота, измеренные непосредственно на приборах, мы получаем дополнительное представление о связи между LSP и экситонами в ДППТ-БТ.Спектральные положения плазмонных резонансов коррелируют хорошо с теоретическими значениями, то есть ∼1050 и ∼1400 нм для коротких и длинных NR соответственно. Кроме того, пока долгое время NR плазмонный резонанс также коррелирует с максимальным усилением значение, минимум около 960 нм наблюдается для коротких NR, кроме того на плато усиления. Подобный провал обнаружен в численно рассчитанные коэффициенты усиления. Это объясняется спектральным положение, в котором спектры поглощения и фотолюминесценции перекрываются и, таким образом, плазмонно-усиленный самопоглощение максимально (см. а, б).Важно отметить, что согласно для дополнительного моделирования наблюдаемое усиление и спектральные изменения вряд ли связаны с повышенным рассеянием / выходом в дальней зоне эффективность захвата / направления света в полимерном слое или любое повышение эффективности сбора за счет цели (см. вспомогательную информацию, рисунки S6 и S7, для Детали).

Хотя численное моделирование улучшения факторы могут быть используется для грубой оценки ожидаемых значений, ее отклонение от экспериментальные значения (особенно для коротких NR, где усиление превышает 1100–1400 нм не ожидается) можно объяснить разными Плотность NR и некоторая степень агломерации, приводящая к интер-NR связь с соответствующими спектральными изменениями.Путем сравнения экспериментальных спектры экстинкции (c, d) и теоретические спектры сечения экстинкции для одиночные NR (см. вспомогательную информацию, рисунок S3) мы обнаружили, что реальная плотность коротких (∼31,8 мкм –2 ) и длинных NR (∼13,8 мкм –2 ) было несколько выше, чем тот, который был установлен в моделирования (∼11,1 мкм –2 ).

Чтобы переключить связь между золотыми NR и электрически генерированных экситонов и отсутствия связи, мы провели развертку напряжения затвора при постоянном токе стока для ЛЕВЫХ транзисторов с полузакрытым каналом с NR, как показано в c.Постоянный ток стока также означает фиксированное количество генерируемых электронно-дырочные пары, т. е. экситоны, при напряжении развертка, не зависящая от положения зоны рекомбинации. Следовательно, этот режим развертки обеспечивает прямую визуализацию связи с NR что проявляется в повышенном уровне выбросов. Соответствующее напряжение стока в зависимости от напряжения затвора для LEFET с короткими и длинными NR показаны на a, e. Транзисторы без них и полностью покрытые золотыми NR (см. Вспомогательную информацию, рисунок S9) показывают то же самое. изменение напряжения стока при переходе прибора в амбиполярный режим.Это типичное наблюдение для любого типа амбиполярного полевого эффекта. транзистор. 22 Хотя, амбиполярный выход и передаточные характеристики LEFET с и без NR в канала не совсем идентичны (см. Поддержка Информация, рисунки S10 – S12, подробности) общий влияние NR на перенос заряда очень низкое и им можно пренебречь для режима постоянного тока. Типичные изображения EL (интегрированные более 800–1600 нм) для различных напряжений затвора показаны на b, f для краткости и длинные NR соответственно.Когда зона излучения расположена близко в область, где были нанесены НК, наблюдалось значительное усиление электролюминесценции. наблюдается интенсивность (см. также видео, Поддерживающий Информация). Важно отметить, что ширина зона излучения не меняется во время развертки. Наблюдаемая ширина эмиссионной зоны на ЭЛ-изображениях составляет около 1,5 мкм и составляет ограниченный длиной волны излучения, собирающий объектив n-IR с числовой апертурой 0,65 и толщиной стеклянной подложки.Реальная ширина эмиссионной зоны, вероятно, будет намного меньше. и в предположении рекомбинации ланжевеновского типа он должен зависеть от затвора толщина диэлектрика, 31 , таким образом, делая его подходит для эффективной связи с субволновым волноводом компоненты.

(a, e) Развертка напряжения затвора при постоянном токе стока для LEFET с короткими и длинными Au NR соответственно. Применяемые напряжения при какие ЭЛ изображения на (б) и (е) были получены, указаны (1–5). (b, f) Типичные изображения EL показывают движение излучения зона и увеличение интенсивности за счет взаимодействия с Au NR (4, 5 против 1, 2).(c, g) Карты совокупной максимальной интенсивности EL для LEFET с короткими (в) и длинные (ж) Au NR. (г, з) Интенсивность электролюминесценции, зависящая от длины волны. коэффициенты усиления коротких (г) и длинных (з) Au NR при токе стока 3 мкА. Масштабная линейка для (b, c, f, g) составляет 30 мкм.

Для дальнейшей визуализации плазмонных сцепление с наностержнями и результирующее усиление EL максимальные значения интенсивности для каждого пиксели были извлечены из изображений EL во время постоянного тока разверните, как показано в c, g. Четкая разница между участками с и без NR очевиден.В соответствии с усилением ФЛ (а, б) интегрированная по длине волны Увеличение интенсивности EL выше для коротких NR по сравнению с длинными NR. Дальнейшее сравнение спектров ЭЛ, полученных из областей с и без NR (см. вспомогательную информацию, рисунок S13) и соответствующие факторы увеличения EL (см. D, h) очень сильно коррелируют. хорошо с зависящими от длины волны факторами усиления ФЛ (c, d), подчеркивающими его общее происхождение, то есть эффект Перселла. Следовательно, эффективная связь между электрически возбужденными экситонами и LSP.

Важно подчеркнуть, что измеренные значения EL являются усредненными. по всем положениям излучающих экситонов в зоне излучения с уважение к золотым NR. Другими словами, лишь небольшая доля выбросов от DPPT-BT фактически усиливается эффектом Перселла. это полезно для расчета локального увеличения выбросов с учетом рассчитать примерную территорию, в которой больше всего электромагнитных поле сосредоточено. Следуя определению эффективного режима площадь, 32 корректируем наши коэффициенты усиления для области удержания (∼0.011 мкм 2 ) около NR золота и экспериментальная плотность NR (подробности определения и расчета см. в разделе «Вспомогательная информация»). Таким образом, локальные факторы усиления EL для коротких и длинных NR становятся 12 (на 1100 нм) и 47 (на 1350 нм) соответственно. Это необходимо упомянуть, что фактическая область, где происходит усиление, немного меньше (и местное усиление выше) из-за узкой зоны вокруг золотые NR, где тушение, связанное с NR, конкурирует с радиационным распадом улучшение. 33 Полученные значения дают приблизительная величина фактического местного усиления (хотя не измеряются напрямую) и влекут за собой следующие важные выводы. Во-первых, плазмонные наноструктуры перспективны с точки зрения общей эффективности. усовершенствование электролюминесцентных устройств, особенно если светоизлучающие регионы могут быть пространственно ограничены. Во-вторых, повышенная радиационная скорости распада и экситон-плазмонной связи повышают эффективность при котором носители заряда превращаются в плазмоны и, таким образом, не теряется из-за безызлучательной релаксации.

В заключение имеем продемонстрировал изготовление и работу светоизлучающих полевых транзисторов как перестраиваемых источников электроэнергии поверхностных плазмонов. Точный контроль напряжения над положением зона эмиссии позволяет селективно связываться с золотыми NR, в результате чего в усилении электролюминесценции в зависимости от размера НК, которые служит доказательством принципа управляемой связи экситон-LSP в ЛЕФЦАХ. Зарядовые свойства LEFET почти не отличаются. не затронуты золотыми NR и, следовательно, более сложные металлические наноструктуры такие как плазмонные волноводы должны быть возможны.Мы считаем, что эти результаты окажут значительное влияние на развитие электрических управляемые активные плазмонные устройства. LEFET на основе различных полупроводников может использоваться для генерации полихроматических плазмонов из видимого к инфракрасному. Более того, транзисторные каналы могут быть спроектированы так, чтобы размещать несколько волноводных компонентов, к которым могут быть подключены SPP выборочно, просто изменяя условия смещения. Подход LEFET предлагает расширенные функциональные возможности по сравнению с устройствами, в которых возбуждение SPP фиксируется в пространстве (например,г., светодиоды). Таким образом, LEFETs могут служить активными компонентами в будущих плазмонных схемах.

2N3773 2SC5200 Схема усилителя 150 Вт — Electronics Projects Circuits

Я давно собирался поделиться с вами материалами по сборке транзисторного усилителя с униполярным питанием, собранного в ретро-топологии, который до сих пор интересует некоторых радиолюбителей. На форуме Diyaudio это УНЧ … Electronics Projects, 2N3773 2SC5200 Схема усилителя 150Вт «Схемы усилителя звука, усилитель транзисторный», Дата 2019/08/04

Давно собирался поделиться с вами материалами по сборке транзисторного усилителя с униполярным питанием, собранного в ретро-топологии, который до сих пор интересует некоторых радиолюбителей.На форуме Diyaudio этот УНЧ можно найти под названием APEXAX6. Эта схема не требует защиты от постоянного тока, потому что выход усилителя подключен к акустике через электролитический конденсатор. Рекомендуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора 35V AC, при котором на выходе блока питания будет около 50V DC, максимально допустимое 60V DC. При напряжении питания 50 В постоянного тока усилитель выдает на нагрузку мощность 35 Вт.

Выходные транзисторы 2N3773 можно заменить на 2N3055 с питанием до 60В.В данной версии лейки, насколько я понимаю, по сравнению с исходной схемой, вместо резистора 12к установлен многооборотный TrimPot 22k, а вместо 27R, который включен последовательно с диодами 1N4148, TrimPot 50R устанавливается для коррекции тока покоя транзисторов выходного каскада.

Диаметр выходного конденсатора на плате 25 мм, можно поставить 2200мФ / 63В, 4700мФ / 63В или 6800мФ / 50В.

Схема усилителя

150 Вт

Bias 20-50mA можно установить с 50R Pot, если желаемый BIAS не установлен или вы хотите увеличить ток покоя — увеличьте номинальное значение подстроечного резистора до 100R… 220R, но вам нужно использовать достаточно большие радиаторы.

Мощность конденсатора может быть от 2200mF-63V. В качестве выпрямителя используется двойной сверхбыстрый диод BYV34 в корпусе ТО-220, можно поставить BYV32 или BYV36. На этой плате входной электролит 1mF-63V заменен на неполярную пленку 1mF и добавлен предохранитель. Подстроечных многооборотных резисторов на плате нет, так как автор платы не захотел использовать их для этой схемы. Диоды 1N4148 исполнений 1.5 и 1.6 находятся в тепловом контакте с радиатором выходного транзистора, то есть прижимаются к нему с помощью термопасты.Рекомендуемый трансформатор — 2×36 В переменного тока, 75 Вт для МОНО или 150 Вт для СТЕРЕО.

В данной версии платы 2SC5200 вместо диодов 1N4148 добавлен транзистор MJE340, который установлен на радиаторе вместе с выходными транзисторами. Для всех транзисторов, установленных на радиатор, не забудьте про изоляционные прокладки и термопасту.

Конструкция печатной платы усилителя мощностью 150 Вт

Транзисторов:

? 2N5401 — 1 шт.
? MJE340 — 1 шт. (2 шт.)
? 2SC4793 — 1 шт.
? 2SA1837 — 1 шт.
? 2Н3773 (2SC5200) — 2 шт.

Диоды:

? 2BYV32 (BYV34 или BYV36) — 1 шт.
? 1Н4148 — 2 шт.

Резисторы:

? 1к8 — 2 шт.
? 220к — 1 шт.
? 270к — 1 шт.
? 100к — 1 шт.
? 150р- 1 шт.
? 12к — 1 шт.
? 6к8 — 1 шт.
? 220р — 3 шт.
? 1к — 1 шт.
? 3к3 — 1 шт.
? 27Р — 2 шт.
? 10Р — 2 шт.
? 470R- 1 шт.
? 0R47 / 5W — 2 шт.
? TrimPot 50R, TrimPot 200R, TrimPot 22k — в зависимости от версии платы.

Конденсаторы:

? Электролит 1мФ / 25В или пленка — 1 шт.
? Электролит 10мФ / 63В — 2 шт.
? 47п — 2 шт.
? Электролит 100мФ / 25В — 2 шт.
? Электролит 100мФ / 63В — 1 шт.
? 47н — 1 шт.
? Электролит 2200мФ / 63В — 1 шт.
? Электролит 2200мФ / 63В для версии с блоком питания — 1 шт.

В ближайшее время постараюсь поделиться с вами схемой и платой стабилизированного стабилизированного источника питания, который автор рекомендует использовать для усилителя APEX AX6, на плате которого нет выпрямительного сверхбыстрого диода и сглаживающего конденсатора для сила.

Чертеж платы

был выполнен с помощью бесплатной программы просмотра Sprint-Layout; https://www.electronic-software-shop.com/lng/en/support/free-viewer-software/

СПИСОК ССЫЛКИ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ФАЙЛОВ (в формате TXT): LINKS-26010.zip

Высокоскоростной маломощный аналого-цифровой преобразователь на основе полностью обедненного кремния на изоляторе

Абстрактные

Эта диссертация демонстрирует одно-вольтный, высокоскоростной, сверхмалопотребляющий аналого-цифровой преобразователь с шестью разрядными импульсами, изготовленный по технологии CMOS с полностью обедненным кремнием на изоляторе.КМОП-технология кремний-на-изоляторе обеспечивает ряд преимуществ для маломощных низковольтных аналоговых схем. Полная диэлектрическая изоляция кремниевого острова, на котором построены транзисторы, обеспечивает более высокую плотность компоновки и снижает паразитные емкости перехода. Полностью обедненный кремний на изоляторе (КНИ) демонстрирует улучшенную подпороговую крутизну, что позволяет снизить пороговые напряжения транзистора. Используя эти преимущества, можно добиться значительной экономии энергопотребления. Однако эффект плавающего тела может создать значительные проблемы в аналоговых схемах, что приведет к потенциальной неисправности схемы.Топология несимметричного компаратора с автоматическим обнулением оптимизирована для использования преимуществ технологии полностью разряженного SOI и предотвращения эффекта плавающего тела. Используя эту топологию компаратора и другие схемы, которые работают с напряжением питания в один вольт, разработан шестибитный аналого-цифровой преобразователь со скоростью 500 Мвыб / с с самым низким показателем энергопотребления в своем классе. При потреблении всего 32 мА от источника питания с напряжением 1 В расчетный показатель качества энергии квантования для этой конструкции составляет EQ = 2 пДж. Тестовые чипы были изготовлены в лаборатории 0 Линкольна Массачусетского технологического института.25 мкм полностью истощенный процесс SOI CMOS. Тестирование этой конструкции демонстрирует потенциал технологии SOI для производства высокоскоростных маломощных аналого-цифровых преобразователей.

Описание
Диссертация (Ph. D.) — Массачусетский технологический институт, кафедра электротехники и информатики, 2002 г.

Включает библиографические ссылки (стр. 193-200).

Отделение
Массачусетский Институт Технологий. Кафедра электротехники и информатики.; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра электротехники и информатики

Издатель

Массачусетский технологический институт

Ключевые слова

Электротехника и информатика.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *