Что такое УНЧ на транзисторах. Как работают транзисторные усилители низкой частоты. Какие преимущества имеют самодельные УНЧ перед готовыми схемами. Какие типы схем УНЧ на транзисторах существуют. Как собрать простой УНЧ на транзисторах своими руками.
Что такое УНЧ на транзисторах и каковы их особенности
УНЧ на транзисторах представляет собой усилитель низкой частоты, построенный на основе транзисторов. Такие усилители широко используются для усиления звуковых сигналов в аудиотехнике. Основные особенности УНЧ на транзисторах:
- Высокое качество звучания при правильной схемотехнике
- Возможность получить большую выходную мощность
- Компактные размеры
- Низкое энергопотребление
- Надежность и долговечность
- Доступность комплектующих
УНЧ на транзисторах позволяют получить качественное усиление звука в широком диапазоне частот. При этом они отличаются простотой конструкции и доступностью для самостоятельной сборки.
Принцип работы транзисторных усилителей низкой частоты
Как работает УНЧ на транзисторах? Принцип действия основан на свойстве транзистора усиливать электрические сигналы. Входной слабый сигнал подается на базу транзистора. В результате в цепи коллектора возникает усиленный выходной сигнал. Для получения большого усиления используется каскадное включение транзисторов.
Основные функциональные узлы УНЧ на транзисторах:
- Предварительный усилитель
- Фазоинверсный каскад
- Драйверный каскад
- Выходной усилитель мощности
- Цепи обратной связи
- Блок питания
Каждый каскад выполняет свою функцию по усилению и преобразованию сигнала. Правильный расчет и согласование каскадов обеспечивает высокое качество усиления во всем звуковом диапазоне частот.
Преимущества самодельных УНЧ перед готовыми решениями
Почему стоит собрать УНЧ на транзисторах самостоятельно? Самодельные усилители имеют ряд преимуществ перед готовыми фабричными моделями:
- Возможность реализовать уникальную схему под свои требования
- Значительная экономия средств при сборке
- Получение опыта и знаний в радиоэлектронике
- Гарантированное качество используемых компонентов
- Удобство последующего ремонта и модернизации
- Удовлетворение от создания работающего устройства своими руками
При самостоятельной сборке УНЧ вы можете подобрать оптимальную схему и комплектующие. Это позволит получить устройство с нужными характеристиками по доступной цене.
Основные типы схем УНЧ на транзисторах
Какие бывают схемы УНЧ на транзисторах? Выделяют несколько основных типов:
- Однотактные усилители (класс А)
- Двухтактные усилители (класс АВ, В)
- Мостовые усилители
- Усилители с ООС (общей обратной связью)
- Усилители с трансформаторным выходом
- Бестрансформаторные усилители
Каждый тип схемы имеет свои особенности и область применения. Например, однотактные усилители класса А обеспечивают наименьшие искажения, но имеют низкий КПД. Двухтактные схемы позволяют получить большую выходную мощность при хорошем качестве звучания.
Как собрать простой УНЧ на транзисторах своими руками
Для начинающих радиолюбителей подойдет простая схема УНЧ на 3-4 транзисторах. Алгоритм сборки:
- Подобрать подходящую схему усилителя
- Приобрести необходимые компоненты (транзисторы, резисторы, конденсаторы и др.)
- Изготовить печатную плату по выбранной схеме
- Аккуратно припаять все радиодетали на плату
- Собрать корпус усилителя
- Установить плату в корпус и подключить разъемы
- Настроить и отладить работу усилителя
При сборке важно использовать качественные компоненты и соблюдать технологию монтажа. Это обеспечит стабильную работу усилителя и хорошее качество звука.
Выбор компонентов для УНЧ на транзисторах
Какие компоненты необходимы для сборки УНЧ на транзисторах? Основные элементы:
- Транзисторы (биполярные, полевые)
- Резисторы (постоянные, переменные)
- Конденсаторы (электролитические, пленочные)
- Диоды и стабилитроны
- Трансформаторы (выходные, сетевые)
- Радиаторы для охлаждения
- Печатная плата
- Корпус, разъемы, провода
При выборе компонентов нужно учитывать их параметры и соответствие схеме. Например, для выходных каскадов требуются мощные транзисторы. Конденсаторы должны иметь необходимую емкость и рабочее напряжение.
Настройка и отладка самодельного УНЧ на транзисторах
После сборки УНЧ необходимо выполнить его настройку. Основные этапы:
- Проверка правильности монтажа и отсутствия замыканий
- Установка номиналов подстроечных элементов
- Настройка рабочих точек транзисторов
- Проверка частотной характеристики усилителя
- Измерение выходной мощности и уровня искажений
- Оценка качества звучания на слух
Для настройки потребуется измерительное оборудование — мультиметр, осциллограф, генератор звуковых сигналов. Правильная настройка обеспечит оптимальные параметры и качественное звучание усилителя.
УНЧ на транзисторах УНЧ является качественным усилителем низкой частоты для МП3 плеера с целью вывода звука на динамик. УНЧ имеет высокие параметры и обладает качественным преимуществом перед известными схемами с использованием микросхем. Проведя анализ работы различных УНЧ собранных на транзисторах и микросхемах, в том числе и зарубежного производства, мы отдали предпочтение этой конструкции. Не исключено применение устройства в качестве УНЧ музыкального центра, но входное напряжение звуковой частоты в этом случае должно быть не менее 50 мв. Данное устройство используется в составе домашнего кинотеатра. Сстарый УНЧ был отключен, а входной сигнал на новый УНЧ подается со входа, так же данный усилитель используется как дополнительный УНЧ к телевизору. Схема УНЧ на транзисторах представляет собой четырехкаскадный усилитель с двухтактным выходом. Нагрузка включается без выходного трансформатора через разделительную емкость исключающую протекание постоянного тока по обмотке динамика. В дифференциальном каскаде сравнивается потенциал на выходе усилителя с потенциалом искуственной средней точки источника питания. Если постоянное напряжение на выходе усилителя становится отличным от половины напряжения питания, то на выходе дифференциального усилителя появится сигнал, который усиливается последующим каскадом и подается в противофазе на выход усилителя. Вместо диодов Д223 можно применить КД103А. Усилитель развивает мощность 20 ватт на нагрузке 8 Ом и входном напряжении 0,3 в. Неравномерность частотной характеристики в полосе частот 300 — 3500 Гц не превышает плюс/минус 4 дБ относительно уровня на частоте 1000 Гц. Входной трансформатор служит для согласования, делая вход усилителя низкоомным. Независимо симметричен или несимметричен источник НЧ сигнала, его подают на контакты 1-5 трансформатора ТМ10 — 20. Источник питания можно выполнить по любой другой схеме, однако не следует заземлять какой-либо из его выходных потенциалов. Диоды в источнике питания желательно зашунтировать керамическими конденсаторами. Понравилась схема — лайкни! ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ Смотреть ещё схемы усилителей
УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ
|
Все резисторы приненяемые в усилителе мощностью 0,25 ватта. Резистор R1 следует подобрать по симметрии ограничения. Конденсатор в коллекторной цепи транзистора препятствует возбуждению усилителя на высоких частотах. Резистором R9 устанавливается начальный ток потребления оконечного каскада усилителя.Простой усилитель низкой частоты на транзисторах
Представляем довольно простую с минимальным количеством деталей схему усилителя низкой частоты на трех транзисторах.
Данная схема отлично подойдет для наушников или маломощных динамиков. Усилитель использует недорогие и всеми известные транзисторы серии КТ315. Схема подойдет для начинающих радиолюбителей для понимания основ радиоэлектроники.
Основные технические характеристики усилителя :
- минимальный входной сигнал: 250 мВ
- мощность на выходе — 100 мВт
Как видно из схемы она имеет минимум деталей. Три транзистора KT315
, три конденсатора, резисторы и разъемы для питания, входа и выхода. Транзисторы можно заменить на другие, главное чтобы они имели схожие параметры. Если таких транзисторов нет, то можно заменить на КТ3102 которые также имеют структуру n-p-n.Регулировка громкости осуществляется при помощи переменного сопротивления R1, входной сигнал подается на базу транзистора VT1 через конденсатор C1 емкость 1 мкФ и сопротивления R2 номиналом в 51 кОм.
Расположение выводов транзистора КТ315
Питание усилителя осуществляется при помощи 9-ти вольтовой батареи которую называют «КРОНА», или другой источник с таким напряжением, можно к примеру взять несколько батарей 1.
5 В и соединить их последовательно.
При сборке усилителя нужно помнить что база находится справа (как указано на картинке), а не по центру как это обычно бывает.
После того как вы собрали схему, можно сразу ее подключать и использовать, у меня она заработала сразу даже ничего не пришлось настраивать.
Список радиодеталей
| № | Обозначание | Наименование | Номинал | Количество |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VT1,VT2,VT3 | Транзистор | KT315 | 3 |
| 2 | R1 | 1 кОм | 1 | |
| 3 | С1 | Электролетический конденсатор | 1 мкФ | 1 |
| 4 | R2 | Сопротивление | 51 кОм | 1 |
| 5 | R3,R4 | Сопротивление | 100 кОм | 2 |
| 6 | R5 | Сопротивление | 1 кОм | 1 |
| 7 | R6 | Сопротивление | 3 кОм | 1 |
| 8 | C2 | Электролетический конденсатор | 470 мкФ | 1 |
| 9 | C3 | Электролетический конденсатор | 3300 мкФ | 1 |
Крупнейшая компания в Европе, о которой вы, вероятно, никогда не слышали
Сотрудники собирают фотолитографическую машину ASML NXT1970Ci на заводе ASML Holding NV в Вельдховене, Нидерланды.
Джаспер Юйнен | Блумберг | Getty Images
Компания ASML со штаб-квартирой в Нидерландах, рыночная стоимость которой составляет около 350 миллиардов долларов, является малоизвестной гигантской технологической компанией, которая намерена продолжать расти в соответствии с ненасытным спросом на полупроводники.
37-летняя компания, в которой работает более 31 000 сотрудников, является единственной фирмой в мире, способной производить очень сложные машины, необходимые для производства самых современных чипов.
Эти машины, каждая из которых стоит около 140 миллионов долларов, испускают исключительно узкие лучи света на кремниевые пластины, обработанные химикатами «фоторезиста». На пластине создаются замысловатые узоры, где свет вступает в контакт с химическими веществами, которые заранее тщательно выложены.
Этот процесс, ведущий к формированию важнейших транзисторов, известен как литография. Сами машины называются машинами для литографии в экстремальном ультрафиолете или машинами EUV.
Не каждая система литографии, которую производит ASML, имеет возможности EUV. EUV — это новейшая технология компании, которую она внедрила для крупносерийного производства несколько лет назад. DUV (глубокий ультрафиолет) по-прежнему остается рабочей лошадкой отрасли.
ASML продает относительно редкие машины EUV нескольким гигантам по производству микросхем, включая TSMC, Samsung и Intel. Сообщается, что каждая машина состоит из более чем 100 000 компонентов, и для ее доставки требуется 40 грузовых контейнеров или четыре гигантских самолета. Согласно финансовым данным, в прошлом году ASML продала всего 31 такое огромное оборудование. Всего было продано более 100 экземпляров.
Администрация Трампа даже оказала давление на правительство Нидерландов, чтобы оно прекратило продажу машины китайским клиентам, сообщило агентство Reuters в прошлом году. В результате китайские производители чипов не смогли сделать самые передовые чипы. Администрация Байдена не проявляет никаких признаков изменения позиции Трампа.
Крис Миллер, доцент Школы права и дипломатии Флетчера в Университете Тафтса, рассказал CNBC, что производители чипов хотят использовать в литографии самую узкую длину волны света, чтобы они могли разместить больше транзисторов на каждом кусочке кремния.
Транзисторы являются одним из основных строительных блоков современной электроники и позволяют электрическому току течь по цепи. Вообще говоря, чем больше транзисторов вы можете разместить на чипе, тем мощнее и эффективнее будет этот чип.
«УФ-излучение, используемое в самых передовых инструментах ASML, имеет длину волны 13,5 нанометров, что позволяет вырезать необычайно маленькие формы на кремнии», — сказал Миллер, который находится в процессе написания книги об истории полупроводниковой промышленности.
Чипы TSMC в новейших iPhone от Apple, которые были созданы с помощью машин ASML EUV, содержат около 10 миллиардов транзисторов, добавил Миллер.
Помимо литографии, существует несколько других производственных процессов, которые необходимо выполнить, прежде чем чип будет готов к отправке.
«В конечном счете, то, что вы пытаетесь сделать, — это построить структуры на кремнии, используя смесь вырезания вещей и нанесения на него новых химических веществ», — сказал Миллер.
Зеркала и лазеры
Учитывая, что никто другой не может производить машины EUV, подходящие для массового производства, ASML имеет монополию в этом сегменте, и нет никаких признаков того, что кто-то догонит их.
«ASML абсолютно необходим для всей полупроводниковой экосистемы», — сказал CNBC Питер Хэнбери, аналитик по полупроводникам в Bain & Co. «В некотором смысле это так же важно, как и TSMC».
Он добавил: «Каждый передовой чип, начиная с пяти нанометров и, вероятно, в течение очень долгого времени будет в значительной степени зависеть от оборудования ASML».
Аналитики Semiconductor считают, что другой компании потребуется около десяти лет и миллиарды долларов, чтобы достичь стадии, на которой она сможет начать конкурировать с ASML.
«У ASML около 4000 поставщиков, о которых они знают, и у их поставщиков тоже есть поставщики», — сказал Миллер.
Некоторые из ключевых компонентов машин ASML EUV особенно сложны в изготовлении.
Зеркала, например, сделаны немецкой фирмой Zeiss в партнерстве с ASML, и это самые плоские конструкции, когда-либо созданные людьми.
«Эти конструкции сами по себе являются чудом инженерной мысли, — сказал Миллер. По сравнению с обычными зеркалами они обладают относительной отражательной способностью, что важно, потому что производители чипов не хотят, чтобы фотоны терялись до того, как лучи света соприкоснутся с их пластинами.
Однако самой сложной частью машины EUV является источник света, который за долгие годы прошел долгий путь. «Исторически сложилось так, что они [производители микросхем] просто использовали лампочку в 60-х и 70-х годах», — сказал Миллер. «Лампочки не излучают экстремальный ультрафиолетовый свет, и трудно получить достаточную мощность [или] достаточное количество испускаемых фотонов».
Источник света в установке EUV компании ASML излучает крошечные оловянные шарики диаметром около 30 микрон, которые дважды взрываются самыми мощными в мире углекислотными лазерами.
По словам Миллера, первый взрыв «подготавливает его», а второй, более сильный импульс превращает его в плазму с температурой 400 000 градусов по Фаренгейту.
«Эта плазма взорвавшегося олова, если хотите, излучает фотоны крайнего ультрафиолетового света, — сказал Миллер. «На то, чтобы этот процесс заработал, ушло 30 лет».
Литографические машины ASML в основном производятся на заводе в Нидерландах, но в Коннектикуте также есть завод, где изготавливаются некоторые модули. Затем модули отправляются в штаб-квартиру ASML в Вельдховене, голландском городе, где проживает около 45 000 человек и тысячи сотрудников ASML, для полной сборки.
«Это безумный процесс, чтобы отправить их,» сказал Миллер. «Затем требуется большой процесс обучения, чтобы настроить и запустить их, потому что машины такие сложные. эксплуатируют их».
Персонал ASML находится на заводах по производству микросхем, где развертываются машины, сказал Миллер, добавив, что они контролируют и настраивают машины, когда это необходимо.
«Во всем мире работает всего пара десятков таких машин. Они все еще изучают, как они на самом деле работают».
Грядущий бум продаж?
Спрос на машины ASML EUV и ее машины DUV стремительно растет, поскольку производители чипов пытаются преодолеть глобальный кризис.
В сентябре ASML заявила, что ожидает бума продаж в следующем десятилетии. Он полагает, что к 2025 году годовой доход достигнет 24-30 миллиардов евро, а валовая прибыль составит от 54% до 56%. Прогноз значительно выше, чем диапазон 15-24 миллиардов евро, который он прогнозировал ранее.
«Мы видим значительные возможности для роста после 2025 года», — заявила компания, добавив, что рассчитывает достичь годового роста выручки примерно на 11% в период с 2020 по 2030 год. Ожидается, что «высокодоходная и крайне инновационная экосистема» продолжит стимулировать рост на рынке полупроводников, который борется с глобальной нехваткой микросхем.
Он добавил, что рост рынка полупроводников и «растущая интенсивность литографии» стимулируют спрос на его продукты и услуги.
смотреть сейчас
За последние 12 месяцев цена акций ASML на фондовой бирже Амстердама выросла с 350 евро до 772 евро 19 ноября. В пятницу на прошлой неделе акции торговались на рекордно высоком уровне.
Акции компании, торгуемые на Nasdaq, в сентябре достигли 52-недельного максимума в $895,93 и в последний раз стоили около $800.
В октябре два технологических инвестора, Ян Хогарт и Натан Бенайч, предсказали, что к концу 2022 года ASML станет компанией с оборотом в 500 миллиардов долларов.
«Поскольку люди ищут альфу при инвестировании в эту тенденцию полупроводников, которые становятся все более и более важными для глобальных цепочек поставок, этот [ASML] кажется очевидным кандидатом», — сказал бизнес-ангел Ян Хогарт CNBC.
Одним из главных бенефициаров финансового успеха ASML является Бейли Гиффорд со штаб-квартирой в Эдинбурге, которая владеет значительной долей в компании и рассматривает ее как одну из своих основных ставок.
Миллер сказал, что есть много причин ожидать, что продажи ASML будут продолжать расти.
«Сейчас мы находимся на ранних стадиях работы с EUV», — сказал он, добавив, что машины EUV используются в крупносерийном производстве всего пару лет.
За это время они использовались для создания сотен миллионов микросхем, но, по словам Миллера, большинство ключевых клиентов ASML только начинают серьезно внедрять EUV.
ASML тоже не останавливается на достигнутом. Компания планирует выпустить машину следующего поколения под названием High-NA, что означает «высокая числовая апертура», примерно в 2025 году.0003
«Это позволит еще более точно гравировать кремниевые чипы», — сказал Миллер, добавив, что Intel подписала эксклюзивное (и, вероятно, очень дорогое) соглашение на получение первых машин с высокой числовой апертурой.
«Если вы не думаете, что наш спрос на вычислительную мощность будет стагнировать или снижаться, что с моей точки зрения не кажется беспроигрышным вариантом, я думаю, следует ожидать, что доходы ASML будут продолжать расти», — сказал Миллер.
Как Intel планирует снова стать ведущим производителем микросхем, обойдя TSMC и Samsung
Сила будущего
смотреть сейчас
На протяжении десятилетий Intel была ведущим производителем самых передовых микросхем в мире. В последнее время компания была не в состоянии идти в ногу с темпами изменений, которые соучредитель Гордон Мур предсказал для технологической отрасли.
Закон Мура предсказывал, что плотность транзисторов, которые можно разместить на кристалле, будет удваиваться примерно каждые два года.
«Intel была юридической компанией Мура и бесспорным лидером, — сказал Кристофер Ролланд, аналитик Susquehanna. «И то, что должно было занять у них два года, вместо этого заняло у них более пяти. И они все еще изо всех сил пытаются вернуться к закону Мура сегодня».
В то время как недавно выпущенные процессоры Intel Alder Lake обладают конкурентоспособными характеристиками, их технология чипов уступает технологиям Тайваньской компании по производству полупроводников (TSMC) и Samsung.
Спустя пятьдесят лет после того, как Intel представила первый в мире ЦП 4004, ему помешали несколько производственных задержек.
«У нас были некоторые оплошности, — сказал Пэт Гелсингер, занявший пост генерального директора Intel в феврале. «Стратегия стала немного запутанной в отношении роли, которую мы собираемся играть в производстве в долгосрочной перспективе. И теперь мы возвращаемся к этому с ясностью и безотлагательностью».
У Гелсингера есть амбициозная дорожная карта, чтобы догнать и превзойти Samsung и TSMC к 2025 году. Ключом к плану является серия крупных новых заводов по производству микросхем или фабрик, которые Intel строит в США, Европе и Израиле. В совокупности их строительство обойдется более чем в 44 миллиарда долларов.
«Думаю, сегодня на меня работает больше грузовиков с бетоном, чем на любого другого человека на планете», — сказал Гелсингер. «У нас есть строительство в Орегоне, Нью-Мексико, Аризоне, Ирландии и Израиле. И мы планируем открыть наши следующие крупные фабрики в США и Европе до конца этого года».
Удвоение производства — один из главных шагов, предпринятых Гелсингером с тех пор, как он возглавил компанию. Он также недавно объявил об Intel Foundry Services, бизнесе, который открывает фабрики Intel для производства чипов, разработанных Amazon, Qualcomm и другими клиентами. На протяжении десятилетий рынки вознаграждали таких гигантов, как Apple и Qualcomm, за их отсутствие. Но нехватка чипов сделала производство чипов более привлекательным бизнесом, что позволило TSMC, например, поднять цены на чипы на целых 20%.
«Для создания этой инфраструктуры требуется время, — сказал Кейван Эсфарджани, старший вице-президент Intel по производству, цепочке поставок и операциям. «Но хорошая новость заключается в том, что мир сплачивается за создание дополнительных мощностей».
Старший вице-президент Intel Кейван Эсфарджани и генеральный директор Intel Пэт Гелсингер на открытии двух новых заводов по производству микросхем в Чандлере, штат Аризона, в пятницу, 24 сентября 2021 г.
Intel Corporation
Самые маленькие и самые эффективные микросхемы в мире обычно называют 5-нанометровыми, номенклатура, которая когда-то относилась к ширине транзисторов на чипе. Они обеспечивают передовую обработку данных и новейшее поколение Apple iPhone. TSMC и Samsung производят все эти 5-нанометровые чипы на заводах в Азии.
«Они отвлеклись от мяча, — говорит Стейси Расгон, аналитик Bernstein. «После того, как вы упадете с беговой дорожки, будет действительно очень трудно вернуться. Это очень динамичная и быстро развивающаяся отрасль».
По данным отраслевой ассоциации Semi, в 1990 году 37% полупроводников в мире производилось в США. По данным ассоциации, в прошлом году доля рынка США снизилась до 12%. Правительство надеется изменить это с помощью Закона о чипах, который включает в себя предлагаемые субсидии в размере 52 миллиардов долларов США для компаний-производителей чипов, таких как Intel, которые обязуются производить производство в США 9.0003
«Он также начинает создавать эту базу в Соединенных Штатах, чтобы Соединенные Штаты могли стать более самодостаточными», — сказала Энн Келлехер, старший вице-президент Intel по развитию технологий.
По данным исследовательской группы Capital Economics, TSMC производит 92% всех производимых в мире 5-нанометровых чипов. Это делает глобальные поставки чипов уязвимыми для стихийных бедствий, таких как землетрясения и нынешняя засуха в регионе. Есть также эскалация геополитической напряженности между Китаем и Тайванем, а также торговая война между США и Китаем.
«Все аспекты обороны, разведки и правительственных операций становятся все более цифровыми, — сказал Гелсингер. «И мы хотим полагаться на иностранные технологии в этих важнейших аспектах нашей обороны и национальной безопасности? Я так не думаю».
Следующие шаги в планах Intel включают чип настолько эффективный, что компания измеряла его не в нанометрах, а в еще меньшей единице измерения, называемой ангстрем. Intel заявила, что 18a, разработка которой запланирована на 2025 год, ускорит компанию по сравнению с конкурентами.
«В долгосрочной перспективе мы станем крупнейшим в мире комплексным разработчиком и производителем кремния, — сказал Гелсингер.
