Схема усилителя звука на транзисторах: УСИЛИТЕЛИ ЗВУКА СВОИМИ РУКАМИ

УСИЛИТЕЛИ ЗВУКА СВОИМИ РУКАМИ

В этой статье мы поговорим об усилителях. Они же УНЧ (усилители низкой частоты), они же УМЗЧ (усилители мощности звуковой частоты). Эти устройства могут быть выполнены как на транзисторах, так и на микросхемах. Хотя некоторые радиолюбители, отдавая дань моде на винтаж, делают их по старинке — на лампах. Здесь советуем посмотреть отличный сборник схем. Особое внимание начинающих хочу обратить на микросхемы автомобильных усилителей с 12-ти вольтовым питанием. Используя их можно получить довольно качественный звук на выходе, причем для сборки практически достаточно знаний школьного курса физики. Порой из обвеса, или говоря другими словами, тех деталей на схеме, без которых микросхема не будет работать, на схеме бывает буквально 5 штук. Одна из подобных, усилитель на микросхеме TDA1557Q приведена на рисунке:

Усилитель на микросхеме TDA1557Q

Такой усилитель в свое время был собран мною, пользуюсь уже несколько лет им вместе с советской акустикой 8 Ом 8 Вт, совместно с компьютером.

Качество звучания намного выше, чем у китайских пластмассовых колонок. Правда, чтобы почувствовать существенную разницу, мне пришлось купить звуковую карту creative, на встроенном звуке разница была незначительная.

Усилитель можно собрать навесным монтажом

Также усилитель можно собрать навесным монтажом, прямо на выводах деталей, но я бы не советовал собирать этим методом. Лучше потратить немного больше времени, найти разведенную печатную плату (или развести самому), перенести рисунок на текстолит, протравить его и получить в итоге усилитель, который будет работать много лет. Обо всех эти технологиях многократно рассказано в интернете, поэтому более подробно останавливаться на них не буду.

Усилитель прикрепленный к радиатору

Сразу скажу, что микросхемы усилителей при работе сильно нагреваются и их необходимо крепить, нанеся термопасту на радиатор. Тем же, кто хочет просто собрать один усилитель и нет времени или желания изучать  программы по разводке печатных плат, технологии ЛУТ и травление, могу предложить использовать специальные макетные платы с отверстиями под пайку.

Одна из них изображена на фото ниже:

Фото сборка на макетной плате

Как видно на фото, соединения осуществляются не дорожками на печатной плате, как в случае с печатным монтажом, а гибкими проводками, подпаиваемыми к контактам на плате. Единственной проблемой при сборке таких усилителей, является источник питания, выдающий напряжение 12-16 вольт, при токе потребления усилителем до 5 ампер. Разумеется, такой трансформатор (на 5 ампер) будет иметь немаленькие размеры, поэтому некоторые пользуются импульсными источниками питания.

Трансформатор для усилителя — фото

У многих, думаю, дома есть блоки питания компьютеров, которые сейчас морально устарели, и больше не используются в составе системных блоков, так вот такие блоки питания способны выдавать по цепям +12 вольт, токи намного большие чем 4 ампера. Конечно, такое питание среди ценителей звучания считается худшим, чем стандартное трансформаторное, но я подключал импульсный блок питания для питания своего усилителя, после сменил его на трансформаторный — разница в звучании можно сказать незаметна.

Диод для выпрямителя усилителя

После выхода с трансформатора, разумеется, нужно поставить для выпрямления тока диодный мост, который должен быть рассчитан на работу с большими токами, потребляемыми усилителем.

Электролитический конденсатор 2200 мкФ

После диодного моста идет фильтр на электролитическом конденсаторе, который должен быть рассчитан на заметно большее напряжение, чем у нас в схеме. Например, если у нас в схеме питание 16 вольт, конденсатор должен быть на 25 вольт. Причем этот конденсатор должен быть как можно большей емкости, у меня стоят подключенные параллельно 2 конденсатора по 2200 мкф, и это не предел. Параллельно питанию (шунтируем) нужно подключить керамический конденсатор емкостью 100 нф. У усилителя на входе ставят пленочные разделительные конденсаторы емкостью от 0,22 до 1 мкф.

Пленочные конденсаторы

Подключение сигнала к усилителю, с целью снизить уровень наводимых помех, должно осуществляться экранированным кабелем, для этих целей удобно пользоваться кабелем Джек 3. 5 – 2 Тюльпана, с соответствующими гнездами на усилителе.

Кабель джек 3.5 — 2 тюльпана

Регулировку уровня сигнала (громкости на усилителе) осуществляют с помощью потенциометра, если усилитель стерео, то сдвоенного. Схема подключения переменного резистора показана на рисунке ниже:

Подключение потенциометра к усилителю — схема

Разумеется усилители могут быть  выполнены и на транзисторах, при этом питание, подключение и регулировка громкости в них применяются точно так же, как и в усилителях на микросхемах. Рассмотрим, к примеру, схему усилителя на одном транзисторе:

Усилитель на 1 транзисторе схема

Здесь также стоит разделительный конденсатор, и минус сигнала соединяется с минусом питания. Ниже приведена схема двухтактного усилителя мощности на двух транзисторах:

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Следующая схема также на двух транзисторах, но собранная из двух каскадов.

Действительно, если присмотреться, она состоит как-бы из 2 почти одинаковых частей. В первый каскад у нас входят: С1, R1, R2, V1. Во второй каскад C2, R3, V2, и нагрузка наушники В1.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах — схема

Если же мы хотим сделать стерео усилитель, нам нужно будет собрать два одинаковых канала. Точно также мы можем, собрав  две схемы любого моно усилителя, превратить его в  стерео. Ниже приведена схема трехкаскадного усилителя мощности на транзисторах:

Трехкаскадный усилитель на транзисторах — схема

Схемы усилителей также различаются по напряжению питания, некоторым достаточно для работы 3-5 вольт, другим необходимо 20 и выше. Для работы некоторых усилителей требуется двуполярное питание. Ниже приведены 2 схемы усилителя на микросхеме TDA2822, первая стерео подключение:

Стерео подключение TDA2822m

На схеме в виде резисторов RL обозначены подключения динамиков.

Усилитель нормально работает от напряжения в 4 вольта. На следующем рисунке изображена схема мостового включения, в ней используется один динамик, зато она выдает большую мощность, чем в стерео варианте:

Мостовое подключение TDA2822m

На следующем рисунке изображены схемы усилителя на микросхеме TDA2030, обе схемы взяты из даташита. Питание 18 вольт, мощность 14 Ватт:

Микросхема tda 2030 схема включения

Далее изображена эта же микросхема в мостовом включении, (вернее их здесь используется две):

Мостовая схема усилителя на tda 2030

Акустика, подключаемая к усилителю, может иметь разное сопротивление, чаще всего это 4-8 Ом, иногда встречаются динамики с сопротивлением 16 Ом. Узнать сопротивление динамика, можно перевернув его тыльной стороной к себе, там обычно пишется номинальная мощность и сопротивление динамика. В нашем случае это 8 Ом, 15 Ватт.

Фото динамика с тыльной стороны

Если же динамик находится внутри колонки и посмотреть, что на нем написано, нет возможности, тогда динамик можно прозвонить тестером в режиме омметра выбрав предел измерения 200 Ом.

Мультиметр в режиме омметра меряет динамик

Динамики имеют полярность. Кабеля, которыми  акустика подключается, обычно имеют пометку красным цветом, для провода который соединен с плюсом динамика.

Акустический кабель динамика

Если провода не имеют пометок, проверить правильность подключения  можно, соединив батарейку плюс с плюсом, минус с минусом динамика (условно), если диффузор динамика выдвинется наружу — то мы угадали с полярностью. Больше различных схем УНЧ, в том числе ламповых, можно посмотреть в данном разделе. Там собрана, думаем, самая большая подборка схем в интернете.

   Форум по УНЧ

Как сделать простейшую схему усилителя звука 🚩 Электроника

 

Ламповые усилители низких частот встречаются в старой теле- и радиоаппаратуре. Даже после того как такая техника безнадежно устарела, меломаны просто обожают ламповые усилители. Существует мнение, что звук, издаваемый ламповыми УНЧ гораздо красивее и чище, существует такое понятие, как бархатный звук. «Оцифрованное» звучание современный УНЧ звучит более «сухо». Безусловно, звучания лампового усилителя никогда не добиться если использовать при сборке транзисторы. Схема, которая реализована с использованием одного лишь триода:

В приведенной схеме сигнал подается на сетку радиолампы. Напряжение смещения подводится к катоду, методом подбора сопротивления в цепи это напряжение корректируется. Напряжение питания, которое составляет более 150 вольт, подается через конденсатор на первичную обмотку трансформатора на анод. Следовательно, на динамик подключается вторичная обмотка. Эта схема является одной из простейших, чаще всего на практике применяются устройства с двухкаскадными и трехкаскадными конструкциями, состоящие из предуселителя и выходного усилителя на мощных лампах.

Несмотря на простоту конструкции, ламповые усилители все таки имеют ряд недостатков. Прежде всего это, как было упомянуто выше, обязательное наличие анодного напряжение более 150 вольт. Также для питания лампового УНЧ обязательно наличие переменного напряжения 6,3 вольта, требуется это для питания нитей накаливания радиоламп. Если же применяются лампы с напряжением накала 12,6 вольта, то необходимо еще наличие переменного напряжения 12,6 вольт. Следовательно, для питания усилителя на радиолампах необходим блок питания со сложной схемой, в которой нужно применять массивные трансформаторы.

Плюсами, отличающими ламповую конструкцию усилителя от других, являются: долговечность, несложный монтаж, отсутствие возможности вывода из строя составляющих компонентов. Разве что очень постараться и разбить лампу, тогда устройство выйдет из строя. Чего нельзя сказать о УНЧ собранных на транзисторах, здесь достаточно перегретого жала паяльника или статического напряжения, и вероятность выхода из строя некоторых компонентов значительно повышается. Аналогичная проблема существует и с конструкциями на микросхемах.

Ниже приведена принципиальная схема аудио УНЧ собранного на транзисторах. На первый взгляд такая схема выглядит достаточно сложна, ввиду использования большого количества радиодеталей, позволяющих устройству работать. Но стоит лишь разделить схему на составляющие блоки, то все становится предельно понятно. Данная схема имеет аналогичный принцип работы, как и вышеописанная ламповая конструкция на триоде. Здесь полупроводниковый транзистор выполняет роль того самого триода. Мощность устройства будет напрямую зависеть от выбранных компонентов.

Далее рассмотрим простейшую конструкцию УНЧ, состоящую из одного полупроводника. Обратите внимание, данная схема является одноканальным усилителем. Приведем принципиальную схему такого усилителя.

В качестве примера соберем простейшее звуковое устройство на одном транзисторе.

Сначала следует подготовить необходимые компоненты и оборудование. Для сборки потребуются:

• ·        Кремниевый транзистор n-p-n типа, например, КТ805, или его аналог.
• ·        Конденсатор электролитический с емкостью 100 мкФ напряжение у него должно быть 16 или более вольт.
• ·        Резистор переменный, с сопротивлением примерно 5 кОм.
• ·        Плата монтажная, если есть. Если нет, можно собрать устройство и навесным монтажом.
• ·        Радиатор, это обязательно, без него транзистор быстро перегреется и выйдет из строя.
• ·        Провода для соединения компонентов.
• ·        Разъем типа мини джек для подключения источника звука. Это может быть компьютер или другой устройство с наличием аудиовыхода, например, возможно использование смартфона.
• ·        Источник питания постоянного тока 5-12 вольт, это может блок питания или батарейка типа «крона».
• ·        Паяльник для спаивания элементов, а также припой и канифоль или любой другой флюс.

Будем собирать наш усилитель из уже повидавших жизнь компонентов.

Итак, когда все компоненты подобраны, начинаем сборку. Для начала размещаем компоненты на монтажной плате.

Далее к базе транзистора необходимо припаять минусовой вывод конденсатора и центральный контакт переменного резистора.

Согласно схеме, ко второму контакту переменного резистора присоединяем плюс питания и плюс динамика. Для этого выведем контакт при помощи провода на монтажную плату. Центральный контакт транзистора (коллектор) — это минусовой вывод динамика, его также выведем на плату.

Затем к оставшемуся контакту транзистора (эмиттер) необходимо подключить минусовое питание, а также контакт для отрицательного входного сигнала. Положительным контактом входного сигнала является плюсовая ножка конденсатора.

Сборка практически готова, для начала тестирования осталось впаять три пары провода. Слева направо на фотографии: вход, выход, питание. А также обязательно установить на транзистор радиатор.

Затем приступаем к настройке нашего усилителя. Для этого подключаем все компоненты, обязательно строгое соблюдение полярности. Также перед подключением необходимо убедиться в отсутствии короткого замыкания, особенно при навесной сборке.

Настройка производится путем регулировки переменного резистора, таким образом происходит согласование работы сопротивления динамика и транзистора.

Вот  и все, сборка и настройка простейшего усилителя низких частот завершена. Соответственно такой УНЧ является моноусилителем, т.е. одноканальным. Чтобы добиться стереозвучания, необходимо собрать два аналогичных устройства.  Следует обратить внимание, такие устройства, собранные по простейшей схеме, нигде не используется ввиду своей нецелесообразности. Для бытовых нужд необходимы более сложные устройства.

Усилитель, собранный на микросхемах, будет гораздо качественней. Сейчас существует множество микросхем, разработанных специально для усилителей. Такое устройство уже можно применять и в быту. Существует множество принципиальных схем, и самые простые из них вполне доступны для сборки практически каждому, у кого есть желание и элементарные знания работы с паяльником. Зачатую в компоновку микросхем входит два-три конденсатора и несколько резисторов.

Ниже приведена принципиальная схема такого усилителя.

Другие компоненты, которые необходимы для работы УНЧ, заключаются в самом кристалле микросхемы. При сборке усилителя на микросхемах самое главное это уделить внимание питанию. Некоторые схемы требуют трансформатор с двуполярным питанием. Очень часто в них и возникают проблемы. Так, например, такие усилители практически не применяются для автомобильных колонок. Зато они прекрасно зарекомендовали себя как стационарные усилителя для домашнего использования. Здесь также доступно разнообразие мощности. С помощью микросхем вполне реально собрать как маломощный усилитель, так и добиться колоссального звука 1000Вт.

Простой усилитель на транзисторах своими руками. Усилитель на одном транзисторе: схема

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

Частотная характеристика усилителя

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

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

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

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

Класс работы усилителя

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

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

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

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

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

НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы

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

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

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

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

Промежуточные классы работы

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

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

Возврат к транзисторному усилителю класса «А»?

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

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

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

Однотактный усилитель на одном транзисторе

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

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

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

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

Ток эмиттера, примерно равный току коллектора

Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.

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

Падение напряжения на резисторе R1

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

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

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

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

Однотактный усилитель с МДП-транзистором

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

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

Усилитель с трансформаторным выходом

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

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

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

Двухтактный звуковой усилитель

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

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

Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.

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

Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности

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

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

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

Усилитель на одном транзисторе

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

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

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

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

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

Аудиосхемы: усилители мощности

Гитарный усилитель мощностью 100 Вт — Гитарные усилители всегда представляют собой интересную задачу. Регуляторы тембра, характеристики усиления и перегрузки очень индивидуальны, и идеальная комбинация варьируется от одного гитариста к другому и от одной гитары к другой. Не существует усилителя, который бы удовлетворял всем требованиям, и это предложение не станет исключением __ Разработано Родом Эллиоттом ESP

Усилитель мощностью 10 Вт с использованием TDA2003 — Вот принципиальная схема усилителя звука мощностью 10 Вт с использованием популярной микросхемы TDA2003 от SGS Thomson.ИС может легко подавать 10 Вт на нагрузку 4 Ом при напряжении питания 18 В постоянного тока. Микросхема также может работать от 12 В, что делает ее применимой в автомобильных аудиосистемах

.

Усилитель мощности звука с эмиттерным повторителем, 110 мВт — Принципиальные схемы усилителя мощности звука / принципиальные схемы __ Дизайн Сунамура Казухиро

Усилитель звука 4×15 Вт с питанием от 12 В — с использованием автомобильных аудиочипов и предназначен для установки внутри компьютера. __ Дизайн Манфреда Морнхинвега

Усилитель телевизионной антенны UHF 15 дБ — это схема предусилителя телевизионной антенны UHF диапазона с усилением 15 дБ, которую легко собрать.Он выполнен на базе транзистора УВЧ BF180. Первый каскад представляет собой полосовой фильтр, состоящий из C1, CV1, L1, L4, C7 и C3, второй каскад — это базовый общий

.

Усилитель мощностью 16 Вт — Эта схема обеспечивает усиление 16 Вт. он построен с использованием двух усилителей мощности звука LM383. используйте подходящие радиаторы с ИС. __ Дизайн Энди Уилсон

18 Вт аудиоусилитель — высококачественный, очень простой блок — предварительный усилитель не требуется __ Контакт: IQ Technologies

2-ваттный усилитель — аудиоусилитель, состоящий из дискретных компонентов, с мощностью звука 2 Вт при нагрузке 8 Ом.Карлос много лет использовал этот усилитель в своем AM-радио. __ Дизайн Карлоса Фельдмана

Усилители мощности 2,3 ГГц — Примечание: качество текста плохое. __ Разработан RL Campbell KK7B

Усилитель мощности 2100 Вт с STK4231II — Здесь мощный аудиоусилитель с двойным выходом с максимальной мощностью 100 Вт на каждый выходной канал. Отличная выходная мощность при использовании только одного чипа.

Стереоусилитель мощности 225 Вт с STK4141II — Здесь стереоусилитель мощности, основанный на одной микросхеме STK4141II.Эта схема усилителя будет выдавать 25 Вт на каждый выходной канал.

230 Вт усилитель звука с STK465 — простая схема с более высокой выходной мощностью, эту схему усилителя очень легко построить. Достаточно взглянуть на схему печатной платы этой схемы. Необходимый активный компонент — это только основная микросхема усилителя мощности STK465.

20-ваттный усилитель с использованием LA4440 — это принципиальная схема простого 19-ваттного усилителя с IC LA4440 от Sanyo. Он использует гораздо меньше компонентов, чем IC LA4440.Трасса очень качественная относительно своей стоимости и идеальна для новичков.

20-ваттный усилитель мощности класса A — несимметричный усилитель класса A — это, по сути, тот, у которого есть только одно активное управляемое устройство вывода. Пассивной «нагрузкой» может быть резистор, катушка индуктивности (или трансформатор) или в данном приемнике тока усилителя. Из трех основных вариантов мойка Current обеспечивает максимальную линейность при минимальной стоимости, поэтому является идеальным выбором. Некоторые эзотерические (некоторые могут сказать идиосинкразические) конструкции используют индукторы или трансформаторы 1: 1, но они громоздкие и очень дорогие.Если они не выполнены в соответствии с высочайшими стандартами конструкции, они неизбежно окажут негативное влияние на качество звука, поскольку потери зависят от частоты и нелинейны. __ Разработан Род Эллиоттом ESP

20 Вт GaAaFET, питание на частоте 2,3 ГГц — низкое качество фотокопии __ Разработано Р. Бертейсмайером DJ9BV

Стереоусилитель мощности 20 Вт / канал — на основе универсального LM1875 от National Semiconductor __ Разработан Родом Эллиоттом ESP

Стереоусилитель мощности 20 Вт / канал — на основе универсального LM1875 от National Semiconductor __ Разработан Родом Эллиоттом ESP

Усилитель мощностью 200 Вт — только схема, описание отсутствует

Блок питания ATX для ПК мощностью 200 Вт — Этот блок питания имеет дизайн ATX и производительность 200 Вт. Схема была нарисована, когда ремонтировал этот блок питания. В этой схеме питания используется микросхема TL494. Подобная схема используется в большинстве блоков питания с выходной мощностью около 200 Вт

.

Аудиоусилитель 200 Вт — проект доступен в Kemo Kits __ Контакт: IQ Technologies

УКВ-усилитель 20 дБ — Усилитель представляет собой высокочастотную радиочастотную цепь из различимых материалов. Усилитель как схема усиливает тенденцию сигнала с конкретной помощью, в зависимости от частоты сигнала.Если частота сигнала входит в пределы спектра частот. __ Контакт: IQ Technologies

Аудиоусилитель

20 Вт — Эта схема разработана для работы с минимальным количеством внешних компонентов. Этот усилитель обеспечивает высокое качество звука при очень низком уровне искажений. Проект основан на национальной микросхеме LM1875. Микросхема защищена от перегрева и короткого замыкания. __ Разработано Раджкумаром Шармой

20 Вт усилитель звука с использованием LM1875 — комплект усилителя звука мощностью 20 Вт основан на микросхеме LM1875 __ Разработан Раджкумаром Шарма

22-ваттный аудиоусилитель — 22-ваттный усилитель использует двухканальный аудиоусилитель TDA1554, прост в сборке и очень недорогой. Схема может использоваться в качестве усилителя в автомобильной аудиосистеме, усилителя для сателлитных динамиков в системе объемного звука или домашнего кинотеатра или в качестве усилителя для компьютерных динамиков __ Дизайн Aaron Cake

Биполярный усилитель DDS на 23 дБ — Некоторые недавние обсуждения с Джорджем Хероном, N2APB и Крейгом Джонсоном, AA0ZZ относительно альтернатив использования MMIC в качестве усилителей в приложениях DDS, привели к разработке этого усилителя с шунтовой обратной связью 23 дБ. Эта версия настроена для работы при 12-13,8 вольт, но с небольшими изменениями может работать с питающим напряжением всего 5 вольт.__ Разработан Джимом Кортге, K8IQY

Мостовой усилитель 25 Вт — превосходный усилитель мощности с использованием TDA 2009, который может выдавать 25 Вт среднеквадратичного значения на динамик 4 Ом и 13 Вт среднеквадратичное значение на нагрузку 8 Ом. ICTDA 2009 на самом деле представляет собой 2-канальный усилитель, каждый из которых имеет среднеквадратичную мощность 13 Вт на 4 Ом. Здесь они соединены в мостовом формате, чтобы удвоить выходную мощность до 25 Вт. Эта схема спроектирована в точности так, как указано в спецификации. __ Разработано

Аудиоусилитель на полевых МОП-транзисторах мощностью 25 Вт — простое высококачественное устройство.Нет необходимости в предусилителе __ Контактное лицо: Флавио Деллепиан, fladello @ tin.it

Усилитель с батарейным питанием 2-9В на базе LM386. Схема и макеты печатных плат / перфокарт. — Для лучшей совместимости с эффектами, управляющими Little Gem, можно добавить буфер FET. Схема Little Gem Mk II (см. Ниже) и Ruby включает простой дизайн буфера. Никаких дополнительных модификаций схемы не требуется, однако значение входного конденсатора усилителя, возможно, придется отрегулировать по вкусу. __ Обращаться: holler @ runoffgroove.Com

2A3 Двухтактный стереоусилитель класса А — входной каскад состоит из обеих половин восьмеричного двойного Hi-mu триода 6SL7 в конфигурации дифференциального усилителя с катодной нагрузкой постоянного тока 1 мА. Для простоты я использую полевые диоды (постоянного тока). подход с дифференциальным усилителем был выбран из-за хорошего отклонения источника питания, простоты балансировки, хорошего усиления и простоты применения * обратной связи * при желании (эй, я люблю сохранять непредвзятость). Он также заранее позаботится о разделении фаз.Примечание: я вернул катод диода постоянного тока на -9 В вместо заземления, чтобы избежать нелинейностей в области отсечки (Vpo ~ = 1,5 В) __ Дизайн Боб Даниэлак

Усилитель звука

2 Вт / 4 Вт с использованием пары модулей LA4100, LA4101 или LA4102 — только схема, без описания схемы __ Разработано Петром Праузе.

Транзисторный аудиосистема

. Усилители мощности — Скачать PDF бесплатно

1 306 1 Принципы работы электроники Транзисторные звуковые усилители мощности 1. 1 Транзисторный аудиоусилитель мощности 1. Усилители слабых и больших сигналов 1.3 Выходная мощность усилителя 1.4 Разница между усилителями напряжения и мощности 1.5 Рабочие характеристики усилителей мощности 1.6 Классификация усилителей мощности 1.7 Выражение для КПД коллектора 1.8 Максимальный КПД коллектора последовательного питания Усилитель класса A 1.9 Максимальный коллекторный КПД усилителя мощности с трансформаторной связью 1.10 Важные сведения об усилителе мощности класса A 1.11 Температурный неуправляемый разгон 1.1 Теплоотвод 1.13 Математический анализ 1.14 Этапы практического усилителя мощности 1.15 Драйверный каскад 1.16 Выходной каскад 1.17 Двухтактный усилитель 1.18 Максимальный КПД усилителя мощности класса B 1.19 Усилитель дополнительной симметрии ВВЕДЕНИЕ Практический усилитель всегда состоит из нескольких каскадов, которые усиливают слабый сигнал до тех пор, пока мощность не станет достаточной для работы громкоговорителя или другого устройства вывода. Первые несколько каскадов в этом многокаскадном усилителе имеют функцию только усиления напряжения. Однако последняя ступень предназначена для обеспечения максимальной мощности. Этот заключительный этап известен как этап мощности. Термин «звук» означает диапазон частот, который могут слышать наши уши. Диапазон человеческого слуха составляет от 0 Гц до 0 кгц. Следовательно, усилители звука усиливают электрические сигналы, которые имеют частотный диапазон, соответствующий диапазону человеческого слуха, то есть от 0 Гц до 0 кГц. На рис. 1.1 показана блок-схема усилителя звука. На ранних стадиях повышается уровень напряжения сигнала, в то время как на последней стадии повышается мощность до уровня, достаточного для работы громкоговорителя.В этой главе мы поговорим о конечном каскаде многокаскадного усилителя — усилителе мощности.

2 Транзисторные усилители мощности звука 307 Рис. Транзисторный усилитель мощности звука Транзисторный усилитель мощности, повышающий уровень мощности сигналов, имеющих диапазон звуковых частот, известен как транзисторный усилитель мощности звука. В общем, последний каскад многокаскадного усилителя — это силовой каскад. Усилитель мощности отличается от всех предыдущих ступеней тем, что здесь сосредоточены усилия для получения максимальной выходной мощности.Транзистор, который подходит для усиления мощности, обычно называют силовым транзистором. Он отличается от других транзисторов в основном размером; он значительно больше, чтобы выдерживать большую мощность. Усилители мощности звука используются для передачи большого количества энергии на нагрузку с низким сопротивлением. Типичные значения нагрузки находятся в диапазоне от 300 Ом (для передающих антенн) до 8 Ом (для громкоговорителей). Хотя эти значения нагрузки не охватывают все возможности, они иллюстрируют тот факт, что усилители мощности звука обычно управляют нагрузками с низким сопротивлением.Типичная выходная мощность усилителя мощности составляет 1 Вт или более. 1. Усилители слабого и большого сигналов. Транзисторные усилители мощности звука. Входной сигнал в многокаскадный усилитель обычно невелик (несколько мВ с кассеты или компакт-диска или несколько мкВ с антенны). Следовательно, первые несколько каскадов многокаскадного усилителя обрабатывают слабые сигналы и имеют функцию только усиления напряжения. Однако последний каскад обрабатывает большой сигнал, и его работа состоит в том, чтобы производить большое количество энергии для работы устройства вывода (например.г. оратор). (i) Усилители слабого сигнала. Усилители, которые обрабатывают небольшой входной переменный ток. сигналы (несколько мкВ или несколько мВ) называются усилителями слабого сигнала. Усилители напряжения обычно относятся к этому классу. Усилители слабого сигнала предназначены для работы на линейной части выходных характеристик. Следовательно, параметры транзистора, такие как усиление по току, входное сопротивление, выходное сопротивление и т. Д., Не изменяются при изменении амплитуды сигнала. Такие усилители усиливают сигнал с небольшим искажением или без него.(ii) Усилители большого сигнала. Те усилители, которые обрабатывают большой входной переменный ток. сигналы (несколько вольт) называются усилителями большого сигнала. Усилители мощности попадают в этот класс. Усилители больших сигналов предназначены для обеспечения большого количества переменного тока. выходная мощность, чтобы они могли управлять устройством вывода, например динамик. Основными характеристиками усилителя большого сигнала или усилителя мощности являются энергоэффективность схемы, максимальная мощность, с которой схема способна работать, и согласование импеданса с выходным устройством.Можно отметить, что все усилители больших сигналов не являются необходимыми усилителями мощности, но можно с уверенностью сказать, что большинство из них необходимы. Как правило, при потребляемой мощности 1 Вт или более усилитель называется усилителем мощности. 1.3 Выходная мощность усилителя Усилитель преобразует постоянный ток. мощность, потребляемая от постоянного тока подавать V CC в переменный ток. выходная мощность. Выходная мощность всегда меньше входной, потому что в различных резисторах, присутствующих в цепи, возникают потери.Например, рассмотрим схему усилителя с RC-цепочкой, показанную на рис. 1. Токи протекают через различные резисторы, вызывая потери I R. Таким образом, потери мощности в R 1 равны I 1 R 1, потери мощности в R C равны I C R C, потери мощности в R E равны I E R E и так далее. Все эти потери проявляются в виде тепла. Следовательно, потери, возникающие в усилителе, не только снижают КПД, но и повышают температуру цепи. Рис. 1. VL Когда нагрузка R L подключена к усилителю, выходная мощность переменного тока, P O RL, где V L r.РС. значение напряжения нагрузки Пример 1.1. Если на рис. 1 .; R 1 10 кОм; R. kω; R C 3,6 кОм; R E 1.1. kω и V CC + 10 В, найти постоянный ток. мощность, потребляемая от источника питания усилителем. Решение. Ток I 1, протекающий через R 1, также течет через R (разумное предположение, поскольку I B мало). I 1 В CC 10 В 10 В R1 + R 10 кОм + .kω 1. кОм 0,8 мА Напряжение постоянного тока на R, В I 1 R 0,8 мА. kω 1,8 В постоянного тока напряжение на R E, V E V V BE 1,8 В 0,7 В 1,1 В постоянного тока ток эмиттера, I E V E / R E 1,1 В / 1,1 kω 1 мА I C j I E 1 мА Итого d. c ток I T, потребляемый от источника питания, равен I T I C + I 1 1 ма ма 1,8 ма Потребляемая мощность постоянного тока от источника составляет P dc V CC I T 10 В 1,8 ма 18. мВт

4 транзисторных усилителя мощности звука 309 Пример 1 .. Определите переменный ток. мощность нагрузки для схемы, представленной на рис. 1.3. Решение. Чтение a.c. вольтметр — 10,6В. Поскольку a.c. вольтметры показывают среднеквадратичное значение. напряжение, имеем, VL (10.6) Выходная мощность переменного тока, P O R mw L 00 Ом Пример 1.3. В усилителе мощности с RC-цепочкой a.c. Напряжение на нагрузке R L (100 Ом) имеет размах 18 В. Найдите максимально возможный переменный ток. мощность нагрузки. Решение. Размах напряжения, В пп 18В. Следовательно, пиковое напряжение (или максимальное напряжение) V PP / и среднеквадратичное значение V L V PP /. VL (VPP /) VPP PO (max) RR 8 RLLL Здесь V PP 18V и RL 100Ω PO (max) (18 V) (8 100) Ω W 405 мВт 1.4 Разница между усилителями напряжения и мощности Различия между усилителями напряжения и мощности является несколько искусственным, поскольку полезная мощность (т. е.произведение напряжения и тока) всегда возникает в сопротивлении нагрузки, через которую протекает ток. Разница между двумя типами на самом деле заключается в степени; вопрос в том, какое напряжение и какая мощность. Усилитель напряжения разработан для достижения максимального усиления напряжения. Однако повышать уровень мощности не важно. С другой стороны, усилитель мощности предназначен для получения максимальной выходной мощности. 1. Усилитель напряжения. Коэффициент усиления усилителя по напряжению определяется выражением: RA v β C Rin Для достижения высокого усиления напряжения в такие усилители включены следующие особенности:

5 310 Принципы электроники (i) Транзистор с высоким β (> 100 ) используется в схеме.Другими словами, используются транзисторы с тонкой базой. (ii) Входное сопротивление R in транзистора должно быть достаточно низким по сравнению с нагрузкой коллектора R C. (iii) В коллекторе используется относительно высокая нагрузка R C. Чтобы разрешить это условие, усилители напряжения всегда работают при низких токах коллектора (j 1 ма). Если ток коллектора небольшой, мы можем использовать в цепи коллектора большой R C .. Усилитель мощности. Усилитель мощности необходим для выдачи большого количества энергии и, как таковой, должен выдерживать большой ток.Чтобы добиться высокого усиления мощности, в такие усилители включены следующие особенности: (i) Размер силового транзистора сделан значительно больше, чтобы рассеивать тепло, выделяемое в транзисторе во время работы. (ii) Основание сделано более толстым, чтобы выдерживать большие токи. Другими словами, используются транзисторы со сравнительно меньшим β. (iii) Трансформаторная связь используется для согласования импеданса. Сравнение усилителей напряжения и мощности приведено ниже в табличной форме: S.№ Конкретный усилитель напряжения Усилитель мощности 1. β Высокий (> 100) низкий (от 5 до 0). RC Высокий (4 10 кОм) низкий (от 5 до 0 Ом) 3. Связь обычно RC-связь Неизменно трансформаторная связь 4. Низкое входное напряжение (несколько мВ) Высокое (4 В) 5. Низкий ток коллектора (j 1 ма) Высокий ( > 100 ма) 6. Низкая выходная мощность — высокий уровень 7. Выходной импеданс — высокий (j 1 кОм) — низкий (00 Ом) Пример 1.4. Усилитель мощности, работающий от батареи 1 В, дает выходную мощность Вт. Найдите максимальный ток коллектора в цепи. Решение. Пусть I C будет максимальным током коллектора.Ток коллектора напряжения силовой батареи или 1 I C I C 1 A ma 1 6 Этот пример показывает, что усилитель мощности работает как с большой мощностью, так и с большим током. Пример 1.5. Усилитель напряжения, работающий от батареи 1 В, имеет коллекторную нагрузку 4 кОм. Найдите максимальный ток коллектора в цепи. Решение. Максимальный ток коллектора протекает, когда все напряжение батареи падает на R C. Макс. ток коллектора напряжение аккумулятора нагрузка коллектора 1 В 4 кОм 3 мА Этот пример показывает, что усилитель напряжения работает с небольшим током.Пример 1.6. Усилитель мощности подает 50 Вт на динамик с сопротивлением 8 Ом. Найдите (i) a.c. выходное напряжение (ii) a.c. выходной ток.

6 Решение. (i) P V / R a.c. выходное напряжение, В пр В (ii) a.c. выходной ток, I В / R 0 / 8,5 A Транзисторные усилители мощности звука Рабочие характеристики Количество усилителей мощности Как упоминалось ранее, основной целью усилителя мощности является получение максимальной выходной мощности. Поскольку транзистор, как и любое другое электронное устройство, имеет ограничения по напряжению, току и рассеиваемой мощности, критериями для усилителя мощности являются: эффективность коллектора, искажения и способность рассеивания мощности.(i) Эффективность коллектора. Основным критерием для усилителя мощности является не коэффициент усиления мощности, а максимальный переменный ток. выходная мощность. Теперь усилитель преобразует постоянный ток. питание от источника в переменный ток выходная мощность. Следовательно, способность усилителя мощности преобразовывать постоянный ток питание от источника в переменный ток выходная мощность — это мера его эффективности. Это известно как КПД коллектора и может быть определено как: Отношение переменного тока. выходная мощность до мощности нулевого сигнала (то есть мощность постоянного тока), подаваемая батареей усилителя мощности, известна как эффективность коллектора.Эффективность коллектора означает, насколько хорошо усилитель преобразует постоянный ток. питание от батареи в переменный ток. выходная мощность. Например, если постоянный ток мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет 10 Вт, переменный ток. выходная мощность составляет Вт, то КПД коллектора 0%. Чем выше КПД коллектора, тем больше переменный ток. выходная мощность. Очевидно, что для усилителей мощности желаемой целью является максимальная эффективность коллектора. (ii) Искажение. Изменение формы выходной волны от формы входной волны усилителя известно как искажение.Транзистор, как и другие электронные устройства, по сути, является нелинейным устройством. Следовательно, всякий раз, когда сигнал подается на вход транзистора, выходной сигнал не совсем похож на входной сигнал, т.е. возникает искажение. Искажения не являются проблемой для слабых сигналов (например, усилителей напряжения), поскольку транзистор является линейным устройством для небольших отклонений от рабочей точки. Однако усилитель мощности обрабатывает большие сигналы, и поэтому сразу возникает проблема искажения. Для сравнения двух усилителей мощности тот, у которого меньше искажений, лучше.Мы обсудим метод уменьшения искажений в усилителях в главе об отрицательной обратной связи в усилителях. (iii) Рассеиваемая мощность. Способность силового транзистора рассеивать тепло называется способностью рассеивания мощности. Каналы рассеивания мощности в атомных часах, изготовленных из микропроцессора. Как уже говорилось ранее, силовой транзистор обрабатывает большие токи и нагревается во время работы. Поскольку любое изменение температуры влияет на работу транзистора, транзистор должен отводить это тепло в окружающую среду.Для этого к корпусу транзистора питания обычно прикрепляют радиатор (металлический корпус).

7 31 Принципы электроники. Увеличенная площадь поверхности позволяет легко отводить тепло и поддерживает температуру корпуса транзистора в допустимых пределах. 1.6 Классификация усилителей мощности Транзисторные усилители мощности обрабатывают большие сигналы. Многие из них так сильно управляются входным большим сигналом, что ток коллектора либо отсекается, либо находится в области насыщения в течение большой части входного цикла.Следовательно, такие усилители обычно классифицируются в соответствии с их режимом работы, то есть частью входного цикла, во время которой ожидается протекание тока коллектора. Исходя из этого, они классифицируются как: (i) усилители мощности класса A (ii) усилители мощности класса B (iii) усилители мощности класса C (i) усилители мощности класса A. Если ток коллектора течет постоянно в течение полного цикла сигнала, усилитель мощности известен как усилитель мощности класса А. Рис. 1.4 Очевидно, что для этого усилитель мощности должен быть смещен таким образом, чтобы никакая часть сигнала не была отключена.На рис. 1.4 (i) показана схема усилителя мощности класса А. Обратите внимание, что коллектор имеет трансформатор в качестве нагрузки, что является наиболее распространенным для всех классов усилителей мощности. Использование трансформатора позволяет согласовать импеданс, что приводит к передаче максимальной мощности на нагрузку, например громкоговоритель. На рис. 1.4 (ii) показана работа класса A с точки зрения переменного тока. линия нагрузки. Рабочая точка Q выбрана таким образом, чтобы ток коллектора протекал постоянно в течение полного цикла подаваемого сигнала. Поскольку форма выходной волны точно такая же, как и форма входной волны, такие усилители имеют наименьшие искажения.Однако их недостатком является низкая выходная мощность и низкий КПД коллектора (около 35%). (ii) Усилитель мощности класса B. Если ток коллектора протекает только в течение положительного полупериода входного сигнала, он называется усилителем мощности класса B. В режиме работы класса B смещение транзистора регулируется так, чтобы ток коллектора нулевого сигнала был равен нулю, то есть схема смещения не нужна вообще. Во время положительного полупериода сигнала входная цепь смещена в прямом направлении и, следовательно, течет ток коллектора.Однако во время отрицательного полупериода сигнала входная цепь имеет обратное смещение, и ток коллектора не течет. На рис. 1.5 показана работа транзисторных усилителей мощности звука 313 класса B

8 с точки зрения переменного тока. линия нагрузки. Очевидно, рабочая точка Q должна находиться при напряжении отключения коллектора. Легко видеть, что выходной сигнал усилителя класса B усилен полуволновым выпрямлением. В усилителе класса B отрицательный полупериод сигнала обрезается, и, следовательно, возникают серьезные искажения.Однако усилители класса B обеспечивают более высокую выходную мощность и КПД коллектора (50–60%). Такие усилители в основном используются для усиления мощности в двухтактной схеме. В такой схеме транзисторы используются в работе класса B. Один транзистор усиливает положительный полупериод сигнала, а другой — отрицательный полупериод. Рис. 1.5 (iii) Усилитель мощности класса C. Если ток коллектора протекает менее полупериода входного сигнала, он называется усилителем мощности класса C.В усилителе класса C на базу подается некоторое отрицательное смещение, так что ток коллектора не течет только тогда, когда начинается положительный полупериод сигнала. Такие усилители никогда не используются для усиления мощности. Однако они используются как настроенные усилители, то есть для усиления узкой полосы частот вблизи резонансной частоты. 1.7 Выражение для КПД коллектора При сравнении усилителей мощности КПД коллектора является основным критерием. Чем выше КПД коллектора, тем лучше усилитель мощности.Теперь, эффективность коллектора, η a.c. выходная мощность постоянного тока потребляемая мощность Po Pdc, где * P dc V CC I C P o V ce I c, где V — среднеквадратичное значение. значение выходного напряжения сигнала, I — среднеквадратичное значение. значение выходного сигнала ce c current. Что касается значений размаха (которые часто являются удобными значениями при работе с нагрузкой), переменный ток выходная мощность может быть выражена как: * Обратите внимание, что постоянный ток Входная мощность коллекторной цепи усилителя мощности является произведением напряжения питания коллектора V CC (а не напряжения коллектор-эмиттер) и среднего значения (т. е.е. dc) ток коллектора I C.

9 314 Принципы электроники * P o [() v ce (pp)] [() ic (pp)] vce (pp) ic (pp) 8 Collector η vce (pp) ic (стр) 8 VI CC C 1.8. Максимальный коллекторный КПД усилителя класса A с последовательным питанием На рис. 1.6 (i) показан ** усилитель класса A с последовательным питанием. Эта схема редко используется для усиления мощности из-за низкой эффективности коллектора. Тем не менее, это поможет читателю понять работу класса А.Постоянный ток Линия нагрузки схемы показана на рис. 1.6 (ii). Когда на усилитель подается сигнал переменного тока, выходной ток и напряжение будут изменяться относительно рабочей точки Q. Для достижения максимального симметричного колебания тока и напряжения (для достижения максимальной выходной мощности) точка Q должна располагаться в центр линии нагрузки постоянного тока. В этом случае рабочая точка — I C V CC / R C и V CE V CC /. Рис. 1.6 Максимальный v ce (p p) V CC Максимальный i c (p p) V CC / R C v () i () V V / R V Макс.выходная мощность переменного тока, P o (макс. ) 8 8 8R ce ppcpp CC CC C CC V Источник питания постоянного тока, P dc V CC ICV CC V CC RCR Максимальный коллектор η omax () CC / 8 C Pdc VCC / RC CC PVR% CC * среднеквадратичное значение значение 1 размах сигнала значение размаха ** Обратите внимание, что вход в эту схему представляет собой большой сигнал, а используемый транзистор является силовым транзистором.

10 Транзисторные усилители мощности звука 315 Таким образом, максимальная эффективность коллектора усилителя с последовательным питанием класса A составляет 5%.На практике КПД коллектора намного меньше этого значения. Пример 1.7. Рассчитайте (i) выходную мощность (ii) входную мощность и (iii) эффективность коллектора схемы усилителя, показанной на рис. 1.7 (i). Принято, что входное напряжение приводит к пиковому току базы 10 мА. Рис. 1.7 Решение. Сначала нарисуйте постоянный ток. Линия нагрузки, расположив две конечные точки, а именно I C (sat) V CC / R C 0 V / 0 Ω 1 A 1000 мА и V CE V CC 0 V, как показано на рис. 1.7 (ii). Рабочая точка Q схемы может быть расположена следующим образом: I B V CC V R B BE кОм 19.3 мА I C β I B 5 (19,3 мА) 48 мА Также V CE V CC I C R C 0 В (48 мА) (0 Ом) 10,4 В Рабочая точка Q (10,4 В, 48 мА) отображается на постоянном токе. линия нагрузки. (i) ic — (пик) β ib (пик) 5 (10 ма) 50 ма 3 c () (50 10) C i пик P o (ac) RW (ii) P dc V CC IC (0 В) ( ) 9,6 Вт Po (перем. Ток) 065 (iii) Коллектор η% P 96. пост. Ток 1.9. Максимальный КПД коллектора с трансформаторной связью усилителя мощности класса A В усилителе мощности класса A нагрузка может быть либо подключена непосредственно к коллектору, либо она может быть подключена к трансформатору.Последний метод часто предпочитают по двум основным причинам. Во-первых, трансформаторная связь позволяет согласовать импеданс, а во-вторых, поддерживает постоянный ток. потери мощности невелики из-за малого сопротивления первичной обмотки трансформатора. На рис. 1.8 (i) показан усилитель мощности класса А. с трансформаторной связью. Чтобы определить максимальную эффективность коллектора, обратитесь к выходным характеристикам, показанным на рис. 1.8 (ii). В условиях нулевого сигнала эффективное сопротивление в цепи коллектора равно сопротивлению первичной обмотки трансформатора.Сопротивление первичной обмотки имеет очень маленькое значение и предполагается нулевым. Следовательно, d.c. load

11 316 Принципы электроники Линия представляет собой вертикальную линию, восходящую от V CC, как показано на рис. 1.8 (ii). При подаче сигнала ток коллектора будет изменяться относительно рабочей точки Q. Чтобы получить максимальный переменный ток. выходная мощность (и, следовательно, максимальный η коллектора), пиковое значение тока коллектора, обусловленное только сигналом, должно быть равно току коллектора нулевого сигнала I C.Что касается переменного тока Линия нагрузки, рабочая точка Q должна быть расположена в центре переменного тока. линия нагрузки. Рис. 1.8 Во время пика положительного полупериода сигнала полный ток коллектора равен I C и v ce 0. Во время отрицательного пика сигнала ток коллектора равен нулю и * v ce V CC. Размах напряжения коллектор-эмиттер составляет v ce (pp) V CC Размах амплитудного тока коллектора, ic (pp) IC v () VRR ce pp CC LL, где RL — это отраженное значение нагрузки RL, которое отображается в первичная обмотка трансформатора. Если n (N p / N s) — коэффициент трансформации трансформатора, то R L n R L. d.c. потребляемая мощность, P dc V CC I C Max.a.c. выходная мощность, P o (max) ICRL (V CC ICRL) vi 8 ce (pp) c (pp) VCC I 8 C 1 V CC I C … (i) 1 ICRL (V CC ICRL) * Это происходит при отрицательный пик сигнала. В таких условиях напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет V CC, но в таком направлении, чтобы усилить питание. v ce V CC

12 транзисторных усилителей мощности звука 317 Po (макс.) Макс.коллектор η 100 Pdc (1 /) I C R L% I R C 1.10 Важные сведения об усилителе мощности класса A (i) Усилитель мощности класса A с трансформаторной связью имеет максимальный КПД коллектора 50%, т. е. максимум 50% постоянного тока. мощность питания преобразуется в переменный ток. выходная мощность. На практике КПД такого усилителя составляет менее 50% (около 35%) из-за потерь мощности в выходном трансформаторе, рассеивания мощности в транзисторе и т. Д. (Ii) Мощность, рассеиваемая транзистором, определяется как P dis P dc P ac, где имеется P dc d. c. мощность P ac доступный a.c. мощность Ясно, что при работе класса А транзистор должен рассеивать меньше тепла при подаче сигнала и, следовательно, меньше нагревается. (iii) Когда на усилитель мощности класса A не подается сигнал, P ac 0. P dis P dc Таким образом, при работе класса A максимальное рассеивание мощности в транзисторе происходит в условиях нулевого сигнала. Следовательно, рассеиваемая мощность силового транзистора (для работы класса A) должна быть как минимум равна номинальному значению нулевого сигнала. Например, если рассеяние мощности нулевого сигнала транзистора составляет 1 Вт, то транзистору требуется мощность не менее 1 Вт.Если номинальная мощность транзистора меньше 1 Вт, он может выйти из строя. (iv) Когда усилитель мощности класса A используется в конечном каскаде, он называется несимметричным усилителем мощности класса A. Пример 1.8. Силовой транзистор, работающий в режиме работы класса А, имеет рассеяние мощности нулевого сигнала 10 Вт. Если переменный ток выходная мощность составляет 4 Вт, найти: (i) КПД коллектора (ii) номинальную мощность транзистора. Решение. Рассеиваемая мощность нулевого сигнала, P dc 10 Вт a.c. выходная мощность, P o 4 Вт (i) КПД коллектора Po P dc 10 (ii) Мощность нулевого сигнала представляет наихудший случай i.е. максимальное рассеивание мощности в транзисторе происходит в условиях нулевого сигнала. Номинальная мощность транзистора 10 Вт. Это означает, что во избежание повреждения транзистор должен иметь номинальную мощность не менее 10 Вт. Пример 1.9. В усилителе мощности класса А в качестве нагрузки используется трансформатор. Если трансформатор имеет коэффициент трансформации 10 и вторичная нагрузка 100 Ом, найдите максимальное значение переменного тока. выходная мощность. При условии, что ток коллектора нулевого сигнала равен 100 мА. Решение. Вторичная нагрузка, R L 100 Ом L * Однако усилитель мощности класса A с резистивной связью имеет максимальный КПД коллектора 5%.

13 318 Принципы работы электроники Коэффициент трансформации трансформатора, n 10 Ток коллектора нулевого сигнала, I C 100 ма Нагрузка со стороны первичной обмотки трансформатора составляет R L n R L (10), 000 Ом Макс. переменный ток выходная мощность 1 1 (100) IC R L 10, Вт Пример Трансформаторный усилитель мощности класса A имеет ток коллектора нулевого сигнала 50 мА. Если напряжение питания коллектора составляет 5 В, найдите (i) максимальное значение переменного тока. выходная мощность (ii) номинальная мощность транзистора (iii) максимальная эффективность коллектора.Решение. (i) Макс. переменный ток выходная мощность, P o (макс.) VCC IC (5 В) (50 мА) 15 мВт (ii) Входная мощность постоянного тока, P dc V CC IC (5 В) (50 мА) 50 мВт Поскольку максимальная мощность рассеивается в условия нулевого сигнала, номинальная мощность транзистора 50 мВт Читатель может заметить, что в работе класса A: Pdis P o (max) … см. ст. 1.9 или P dis P o (max). Это означает, что номинальная мощность транзистора в два раза больше максимальной мощности переменного тока. выходная мощность. Например, если транзистор рассеивает 3 Вт при отсутствии сигнала, то максимум a.c. выходная мощность, которую он может обеспечить, составляет 1,5 Вт. Po (макс.) 15 мВт (iii) Макс. коллектор η% Pdc 50 мВт Пример В определенном транзисторном усилителе: i c (макс.) 160 мА, i c (мин.) 10 мА, v ce (макс.) 1 В и v ce (мин.) V. Рассчитайте переменный ток выходная мощность. Решение. vce (p p) ic (p p) Выходная мощность переменного тока, P o 8 Здесь v ce (p p) 1V V 10V; i c (p p) 160 ма 10 ма 150 ма 10 В 150 ма P o mw 8 Пример 1.1. Силовой транзистор, работающий в режиме работы класса А, питается от 1-вольтовой батареи. Если максимальное изменение тока коллектора составляет 100 мА, найдите мощность, передаваемую на громкоговоритель 5 Ом, если он: (i) напрямую подключен к коллектору (ii) подключен через трансформатор для передачи максимальной мощности. Найдите коэффициент трансформации трансформатора в второй случай.

14 Решение. Максимум. изменение тока коллектора, ΔI C Макс. Изменение напряжения коллектор-эмиттер составляет Δ V CE Сопротивление громкоговорителя, R L Транзисторные усилители мощности звука ма 1 В 5 Ом (i) Громкоговоритель подключен напрямую. На рис. 1.9 (i) показана схема усилителя мощности класса А с громкоговорителем, непосредственно подключенным к коллектору. Максимум. напряжение на громкоговорителе Δ I C R L 100 ма 5 Ом 0,5 В Мощность, развиваемая в громкоговорителе 0,5 В 100 ма 0,05 Вт 50 мВт Рис. 1.9 Следовательно, когда громкоговоритель напрямую подключен к коллектору, только 50 мВт мощности передается на громкоговоритель.(ii) Подключен трансформатор громкоговорителя. На рис. 1.9 (ii) показан усилитель мощности класса A с подключенным трансформатором динамика. Как указывалось ранее, для согласования импеданса используется понижающий трансформатор. Выходное сопротивление транзистора Δ VCE 1 В / 100 ма 10 Ом Δ IC Для передачи максимальной мощности сопротивление первичной обмотки должно составлять 10 Ом. Теперь нагрузка R L с точки зрения первичной обмотки равна R L n R L или 10 n R L или n 10 5 Передаточное число, n

15 30 Принципы работы электроники Напряжение вторичной обмотки трансформатора Первичное напряжение 1 / V n. 47 В Ток нагрузки, IL 5 Ом 0,49 A Мощность, передаваемая на громкоговоритель ILRL (0,49) 5 1. Вт 100 мВт Очевидно, что с помощью трансформаторной связи мы смогли передать большую мощность (100 мВт) на динамик. В усилителях мощности главное внимание уделяется максимальной выходной мощности, поэтому всегда используется трансформаторная связь. Пример. В транзисторном усилителе мощности класса А с общим эмиттером используется транзистор с β 100. Нагрузка имеет сопротивление 81,6 Ом, которое соединено трансформатором с коллекторной цепью.Если пиковые значения напряжения и тока коллектора составляют 30 В и 35 мА соответственно, а соответствующие минимальные значения равны 5 В и 1 мА соответственно, определите: (i) приблизительное значение тока коллектора нулевого сигнала; (ii) базовый ток нулевого сигнала. (iii) P dc и P ac (iv) КПД коллектора (v) коэффициент трансформации трансформатора. Решение. В идеальном случае минимальные значения v CE (min) и i C (min) равны нулю. Однако на практике такие идеальные условия не могут быть реализованы. В данной задаче эти минимальные значения составляют 5 В и 1 мА соответственно, как показано на рис. Рис. (I). Ток коллектора нулевого сигнала находится примерно посередине между максимальным и минимальным значениями тока коллектора i.e Нулевой сигнал I C ma (ii) Нулевой сигнал I B I C / β 18 / ma

16 Транзисторные усилители мощности звука 31 (iii) Нулевой сигнал V CE V Поскольку нагрузка подключена к трансформатору, V CC j 17,5 В. входная мощность, P dc V CC I C 17,5 В 18 ма 315 мВт перем. выходное напряжение, В ce V a.c. выходной ток, I c ma a.c. выходная мощность, Pac V ce I c 8,84 В 1 ма 106 мВт (iv) Коллектор η Pac Pdc% (v) Переменный ток сопротивление R L в коллекторе определяется по наклону линии.Наклон, кг R L kω Ω R Коэффициент трансформации, n L RL 81,6 Пример В усилителе с трансформаторной связью класса A ток коллектора колеблется между 3 мА и 110 мА, а его значение покоя составляет 58 мА. Сопротивление нагрузки составляет 13 Ом, а относительно первичной обмотки — 35 Ом. Напряжение питания 0В. Рассчитайте (i) коэффициент трансформации трансформатора (ii) переменный ток. выходная мощность (iii) КПД коллектора. Решение. Условия задачи представлены на рис. Нулевой сигнал I C 58 ma. (i) Пусть n (N p / N s) — коэффициент трансформации трансформатора.RL n RLRL 35 или n R 13 5 RLL (ii) Выходная мощность переменного тока, P ac Рис ICRL

17 3 Принципы работы электроники 1 (58 ма) 35 Ом 546 мВт (iii) Входная мощность постоянного тока, P dc V CC IC 0 В 58 ма 1160 мВт Коллектор η% 1.11 Температурный побег Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к колебаниям температуры. Если температура транзистора превышает допустимый предел, транзистор может быть * безвозвратно поврежден. Кремниевые транзисторы могут выдерживать температуры до 50 ° C, а германиевые транзисторы — до 100 ° C.Есть два фактора, которые определяют рабочую температуру транзистора, а именно. (i) температура окружающей среды и (ii) мощность, рассеиваемая транзистором. Когда транзистор работает, почти все тепло выделяется на переходе коллектор-база. Это рассеяние мощности вызывает повышение температуры перехода. Это, в свою очередь, увеличивает ток коллектора, поскольку из-за повышения температуры создается больше электронно-дырочных пар. Это приводит к увеличению рассеиваемой мощности в транзисторе и, как следствие, к дальнейшему повышению температуры.Если не обеспечено надлежащее охлаждение или транзистор не имеет встроенных схем температурной компенсации для предотвращения чрезмерного повышения тока коллектора, температура перехода будет продолжать повышаться до тех пор, пока не будет превышена максимально допустимая температура. Если это произойдет, транзистор будет необратимо поврежден. Нестабильное состояние, при котором из-за повышения температуры ток коллектора увеличивается и продолжает увеличиваться, называется тепловым разгоном. Всегда следует избегать теплового разгона.Если это произойдет, это приведет к необратимому повреждению, и транзистор необходимо заменить. 1.1 Радиатор Поскольку силовые транзисторы выдерживают большие токи, они всегда нагреваются во время работы. Поскольку транзистор является устройством, зависящим от температуры, выделяемое тепло должно отводиться в окружающую среду, чтобы поддерживать температуру в допустимых пределах. Как правило, транзистор закреплен на металлическом листе (обычно алюминиевом), так что дополнительное тепло передается листу алюминия. Металлический лист, который служит для отвода дополнительного тепла от силового транзистора, известен как радиатор.Большая часть тепла внутри транзистора вырабатывается теплоотводом ** на коллекторном переходе. Радиатор увеличивает площадь поверхности и позволяет теплу легко отводиться от коллекторного перехода. В результате температура транзистора значительно снижается. Таким образом, радиатор является прямым практическим средством борьбы с нежелательными тепловыми эффектами, например тепловой разгон. * Почти все тепло в транзисторе производится на переходе коллектор-база. Если температура превышает допустимый предел, этот переход разрушается, и транзистор приходит в негодность. ** Большая часть мощности рассеивается на переходе коллектор-база. Это связано с тем, что напряжение коллектор-база намного больше, чем напряжение база-эмиттер, хотя токи через два перехода почти одинаковы.

18 Транзисторные усилители мощности звука 33 Можно отметить, что способность любого радиатора передавать тепло в окружающую среду зависит от его материала, объема, площади, формы, контакта между корпусом и раковиной и движения воздуха вокруг раковины.Ребристые алюминиевые радиаторы обеспечивают лучшую теплопередачу на единицу стоимости. Следует понимать, что использования одного радиатора может быть недостаточно для предотвращения теплового разгона при любых условиях. При проектировании транзисторной схемы следует также учитывать выбор (i) рабочей точки (ii) температуры окружающей среды, с которой можно столкнуться, и (iii) типа транзистора, например, Транзисторы в металлическом корпусе легче охлаждаются теплопроводностью, чем в пластмассовых. Также могут быть разработаны схемы для автоматической компенсации изменений температуры и, таким образом, стабилизации работы компонентов транзистора. Математический анализ Допустимая рассеиваемая мощность транзистора является очень важным параметром для силовых транзисторов.Допустимая мощность транзистора рассчитывается из следующего соотношения: P total TJ max Tamb θ, где P общая общая мощность, рассеиваемая внутри транзистора, T J max максимальная температура перехода. Это 90ºC для германиевых транзисторов и 150ºC для кремниевых транзисторов. T температура окружающей среды, т.е. температура окружающего воздуха θ * тепловое сопротивление, т.е. сопротивление тепловому потоку от перехода к окружающему воздуху. Единица измерения θ — ºC / ватт, и его значение всегда указывается в руководстве по эксплуатации транзистора.Низкое тепловое сопротивление означает, что тепло может легко отводиться от места соединения в окружающий воздух. Чем больше корпус транзистора, тем меньше тепловое сопротивление и наоборот. Тогда ясно, что, используя радиатор, можно значительно уменьшить значение θ, что приведет к увеличению рассеиваемой мощности. Пример Силовой транзистор рассеивает 4 Вт. Если T Jmax 90 ° C, найдите максимальную температуру окружающей среды, при которой он может работать. При θ 10ºC / Вт. Решение. P total 4 Вт T J max 90ºC θ 10ºC / Вт TJ max Tamb Now P total θ или 4 90 T amb 10 Температура окружающей среды, T amb ºC В приведенном выше примере показано влияние температуры окружающей среды на допустимое рассеивание мощности в транзисторе.Чем ниже температура окружающей среды, тем больше допустимая рассеиваемая мощность. Таким образом, транзистор может пропускать более высокий ток коллектора зимой, чем летом. Пример (i) Силовой транзистор имеет тепловое сопротивление θ 300 ° C / Вт. Если максимальная температура перехода составляет 90 ° C, а температура окружающей среды 30 ° C, найдите максимально допустимую рассеиваемую мощность. * Путь теплового потока, создаваемого в соединении коллектор-основание, идет от перехода к корпусу, от корпуса к раковине и от стока в атмосферу.

19 34 Принципы электроники (ii) Если с вышеуказанным транзистором используется радиатор, значение θ уменьшается до 60 ° C / Вт. Найдите максимально допустимую рассеиваемую мощность. Решение. (i) Без радиатора TJ макс. 90 ° C Температура окружающей среды 30 ° C θ 300 ° C / WP общая TJ max Tamb θ W 00 мВт (ii) С радиатором TJ max 90 ° C Температура окружающей среды 30 ° C θ 60 ° C / WP общая TJ max Tamb θ 60 1 Вт 1000 мВт Из приведенного выше примера видно, что допустимое рассеивание мощности с радиатором в 5 раз больше, чем в случае, когда радиатор не используется. Пример. Общее тепловое сопротивление силового транзистора и радиатора составляет 0 C / Вт. Температура окружающей среды 5 C и T J max 00 C.Если V CE 4 В, найдите максимальный ток коллектора, который транзистор может выдерживать без разрушения. Какое будет допустимое значение тока коллектора при повышении температуры окружающей среды до 75 C? Решение. P total TJmax Tamb 00 5 θ Вт Это означает, что максимально допустимая рассеиваемая мощность транзистора при температуре окружающей среды 5 C составляет 8,75 Вт, т. Е. V CE IC 8,75 IC 8,75 / 4,19 A TJ max Tamb Again P total W θ 0 IC 6. 5 / A Этот пример ясно показывает влияние температуры окружающей среды. Ступени практического усилителя мощности. Функцией практического усилителя мощности является усиление слабого сигнала до тех пор, пока мощность не станет достаточной для работы громкоговорителя или другого выходного устройства.Для достижения этой цели усилитель мощности обычно имеет три каскада, а именно: каскад усиления напряжения, каскад драйвера и выходной каскад. На рис. 1.1 показана блок-схема практического усилителя мощности. Рис. 1.1

20 Транзисторные усилители мощности звука 35 (i) Каскад усиления напряжения. На практике встречаются сигналы с очень низким уровнем напряжения (<10 мВ). Следовательно, уровень напряжения слабого сигнала повышается двумя или более усилителями напряжения.Обычно для этой цели используется RC-соединение. (ii) Водительский этап. Выходной сигнал последнего каскада усиления напряжения поступает на задающий каскад. Он подает необходимую мощность на выходной каскад. В каскаде драйвера обычно используется усилитель мощности с трансформаторной связью. Здесь сосредоточены усилия для получения максимального прироста мощности. (iii) Выходной этап. Выходная мощность от каскада драйвера подается на выходной каскад. Это заключительный этап, который подает питание непосредственно на динамик или другое устройство вывода.Выходной каскад всегда имеет трансформаторную связь и использует усилители класса B в двухтактной схеме. Здесь сосредоточены усилия для получения максимальной выходной мощности. Ступень драйвера. Каскад, который непосредственно предшествует выходному каскаду, называется каскадом драйвера. Он работает как усилитель мощности класса А и обеспечивает питание выходного каскада. Фиг.8 показывает ступень драйвера. Обратите внимание, что используется трансформаторная связь. Первичной обмоткой этого трансформатора является нагрузка коллектора. Вторичная обмотка почти всегда имеет центральное ответвление, чтобы обеспечить равное и противоположное напряжение на входе двухтактного усилителя (т.е.е. выходной каскад). Трансформатор драйвера обычно является понижающим трансформатором и облегчает согласование импеданса. Выходной сигнал последнего каскада усиления напряжения формирует вход в каскад драйвера. Драйверный каскад отдает усиление мощности обычным образом. Можно добавить, что главным соображением здесь является максимальное усиление мощности. Выходной сигнал каскада драйвера снимается с вторичной обмотки с центральным отводом и подается на выходной каскад. Рис. Выходной каскад Выходной каскад состоит из усилителя мощности и предназначен для передачи максимальной мощности на выходное устройство.Если в выходном каскаде используется один транзистор, его можно использовать только как усилитель класса A для точного усиления. К сожалению, энергоэффективность усилителя класса A очень низкая (j 35%). Поскольку транзисторные усилители работают от батарей, которые являются дорогостоящим источником энергии, поэтому недопустима такая низкая эффективность. Для получения высокой выходной мощности при высоком КПД в выходном каскаде используется двухтактная схема. В этой схеме мы используем два транзистора в режиме работы класса B. Один транзистор усиливает положительный полупериод сигнала, в то время как другой транзистор усиливает отрицательный полупериод сигнала.

21 36 Принципы электроники цикл сигнала. Таким образом, выходное напряжение представляет собой полную синусоидальную волну. В то же время схема обеспечивает высокую выходную мощность на нагрузку благодаря работе класса B Двухтактный усилитель Двухтактный усилитель является усилителем мощности и часто используется в выходных каскадах электронных схем.Он используется всякий раз, когда требуется высокая выходная мощность при высоком КПД. Фиг.8 показывает схему двухтактного усилителя. Используются два транзистора T r1 и T r, соединенные спиной друг к другу. Оба транзистора работают в режиме класса B, т. Е. Ток коллектора почти равен нулю при отсутствии сигнала. Вторичная обмотка управляющего трансформатора T 1 с отводом от средней точки подает равные и противоположные напряжения на базовые цепи двух транзисторов. Выходной трансформатор Т имеет первичную обмотку с центральным отводом. Напряжение питания V CC подается между основаниями и этим центральным ответвлением.Громкоговоритель подключен ко вторичной обмотке этого трансформатора. Схема работы. Входной сигнал появляется во вторичной обмотке трансформатора драйвера. Предположим, что в течение первого полупериода (отмеченного цифрой 1) сигнала конец A становится положительным, а конец B отрицательным. Это сделает двухтактный усилитель переходом база-эмиттер T r1 с обратным смещением и транзистором с прямым смещением T r. Схема будет проводить ток только за счет T r и показана сплошными стрелками. Следовательно, этот полупериод сигнала усиливается на T r и появляется в нижней половине первичной обмотки выходного трансформатора.В следующем полупериоде сигнала T r1 смещен в прямом направлении, а T r — в обратном. Следовательно, T r1 является проводящим и показан пунктирными стрелками. Следовательно, этот полупериод сигнала усиливается на T r1 и появляется в верхней половине первичной обмотки выходного трансформатора. Первичная обмотка выходного трансформатора с центральным отводом объединяет два коллекторных тока для формирования синусоидального сигнала на вторичной обмотке. Рис. Здесь можно отметить, что двухтактное устройство также обеспечивает максимальную передачу мощности на нагрузку за счет согласования импеданса.Если RL — это сопротивление, возникающее во вторичной обмотке выходного трансформатора, тогда сопротивление первичной обмотки RL должно быть:

22 Транзисторные усилители мощности звука 37 RL N1 N RL, где N 1 Число витков между любым концом первичной обмотки и центральным ответвлением N Число Количество витков вторичной обмотки Преимущества (i) КПД схемы достаточно высокий (j 75%) из-за работы класса B. (ii) высокий переменный ток. выходная мощность получается. Недостатки (i) Необходимо использовать два транзистора.(ii) Требуется два равных и противоположных напряжения на входе. Следовательно, двухтактная схема требует использования каскада драйвера для подачи этих сигналов. (iii) Если параметры двух транзисторов не совпадают, будет неравное усиление двух половин сигнала. (iv) Схема дает больше искажений. (v) Используемые трансформаторы громоздки и дороги. Максимальный КПД для усилителя мощности класса B Мы уже видели, что в двухтактной схеме используются два транзистора, работающих в режиме работы класса B.Для работы класса B точка Q находится в точке отсечки на обоих постоянных токах. и переменного тока грузовые линии. Для работы с максимальным сигналом два транзистора в усилителе класса B поочередно работают от отсечки до насыщения. Это показано на рис. (I). Понятно, что a.c. выходное напряжение имеет пиковое значение V CE и a.c. выходной ток имеет пиковое значение I C (sat). Та же информация также передается через переменный ток. Линия нагрузки для схемы [см. рис. (ii)]. Пик переменного тока выходное напряжение В CE Peak a.c. выходной ток I C (насыщ.) * VCE VCC V CC RL R (V CE) L Максимальное среднее значение a.c. выходная мощность P o (max) — P o (max) Произведение среднеквадратичного значения. значения переменного тока выходное напряжение и переменный ток выходной ток V I V I CE C (sat) CE C (sat) V I V I CC 4 P o (макс. ) 0,5 V CC I C (sat) Входной постоянный ток мощность от источника питания V CC составляет P dc V CC I dc C (sat) CE C (sat) (V CE V CC) * Поскольку два транзистора идентичны, половина напряжения питания падает на клеммах коллектор-эмиттер каждого транзистора т.е. V CE Также пиковое напряжение на каждом транзисторе равно V CE, и оно появляется на R L. VCE VCC 1 VCC IC (sat) RL RL RL V CC

23 38 Принципы электроники Рис., где I dc — средний ток, потребляемый от Подача V CC.Поскольку транзистор включен на чередующиеся полупериоды, он эффективно действует как полуволновой выпрямитель. I C (насыщ.) I dc π P dc VCC IC (насыщ.) Π Макс. коллектор η Po (max) 0,5 VCC IC (sat) π% Pdc (VCC IC (sat)) π Таким образом, максимальная эффективность коллектора усилителя мощности класса B составляет 78,5%. Напомним, что максимальный КПД коллектора для трансформаторного усилителя класса A составляет 50%. Мощность, рассеиваемая транзисторами. Мощность, рассеиваемая (в виде тепла) транзисторами в усилителе класса B, представляет собой разницу между входной мощностью, подаваемой V CC, и выходной мощностью, подаваемой на нагрузку i. е. P T P dc P ac, где P T мощность, рассеиваемая двумя транзисторами Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, равна P T P P dc P T ac Примечание. Чтобы узнать об эффективности коллектора усилителей класса C, читатель может обратиться к главе 15 (Усилители с настройкой на транзисторах). Пример Для усилителя класса B, использующего источник питания V CC 1 В и управляющего нагрузкой 8 Ом, определите (i) максимальную мощность нагрузки (ii) постоянный ток. входная мощность (iii) эффективность коллектора. Решение. V CC 1 V; R L 8 Ом (i) Максимальная мощность нагрузки, P o (макс.) 0,5 В CC I C (насыщ.) VCC VCC 0.5 В CC (IC (sat)) RRLWL

24 транзисторных усилителя мощности звука 39 (ii) Входная мощность постоянного тока, P dc VIVV π π R CC C (sat) CC CC 1 1 π 8,87 WLP o (max) 5 (iii ) Коллектор η P dc% Пример Двухтактный усилитель класса B с трансформаторной связью использует два транзистора мощностью 10 Вт каждый. Какую максимальную выходную мощность можно получить при нагрузке от схемы? Решение. Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, составляет P T 10 Вт. Следовательно, мощность, рассеиваемая двумя транзисторами, составляет P T 10 0 Вт.Теперь P dc P o (max) + P T; Максимум. η Po (макс.) Po (макс.) Po (макс.) Макс. η PP + PP + или или PPP o (макс.) P o (макс.) или P o (макс.) () 15,7 dc o (макс.) T o (макс.) 0 o (max) o (max) P o (max) W Пример 1.0. Усилитель класса B имеет КПД 60%, а каждый транзистор имеет мощность 5 Вт. Найдите переменный ток. выходная мощность и постоянный ток входная мощность Решение. Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, составляет P T,5 Вт. Следовательно, мощность, рассеиваемая двумя транзисторами, составляет P T.5 5 Вт. Теперь P dc P ac + P T; η 0,6 Pac P η ac Pdc Pac + P T Pac или 0.6 или 0,6 P P + 5 ac + 3 P ac P ac ac W и P dc P ac + P T W Пример 1.1. Усилитель класса B использует напряжение V CC 10 В и управляет нагрузкой 10 Ом. Определите значения конечной точки переменного тока. линия нагрузки. Решение. VCC 10 В I C (насыщ.) R (10 Ом) 500 мА Это определяет местонахождение одной конечной точки переменного тока. Линия нагрузки на оси тока коллектора. V CE (выкл.) V CC L 10V 5V

25 330 Принципы работы электроники Он определяет местонахождение второй конечной точки линии нагрузки переменного тока на оси напряжения коллектор-эмиттер.Объединив эти две точки, переменный ток Линия нагрузки усилителя построена Усилитель с комплементарной симметрией. Под комплементарной симметрией понимается принцип сборки двухтактного усилителя класса B без использования трансформаторов с центральным отводом на входном и выходном каскадах. Фиг.8 показывает транзисторный двухтактный усилитель с использованием комплементарной симметрии. Он использует один транзистор npn и один pnp и не требует трансформаторов с центральным отводом. Действие схемы следующее. Во время положительной половины входного сигнала транзистор T 1 (npn-транзистор) проводит ток, в то время как T (pnp-транзистор) отключен.Во время отрицательного полупериода сигнала T проводит, а T 1 отключен. Таким образом, транзистор npn усиливает положительные полупериоды сигнала, а транзистор pnp усиливает отрицательные полупериоды сигнала. Обратите внимание, что мы обычно используем выходной трансформатор (не с центральным ответвлением) для согласования импеданса. Рис.1.16 Преимущества (i) Эта схема не требует трансформатора. Это позволяет сэкономить на весе и стоимости. (ii) Равные и противоположные напряжения входного сигнала не требуются. Недостатки (i) Трудно получить пару транзисторов (npn и pnp) с похожими характеристиками.(ii) Нам нужны как положительные, так и отрицательные напряжения питания. ВОПРОСЫ ДЛЯ НЕСКОЛЬКИХ ВЫБОРОВ 1. Выходной каскад многокаскадного усилителя также называется … (i) каскад смесителя (ii) каскад мощности (iii) каскад детектора (iv) R.F. каскад …. связь обычно используется в усилителях мощности. (i) трансформатор (ii) RC (iii) прямой (iv) импеданс

26 3. В усилителе мощности класса A используются … (i) два транзистора (ii) три транзистора (iii) один транзистор (iv) ни один из выше 4.Максимальный КПД усилителя мощности класса A с резистивной нагрузкой составляет … (i) 78,5% (ii) 50% (iii) 30% (iv) 5% 5. Максимальный КПД усилителя мощности класса A с трансформаторной связью составляет … (i) 30% (ii) 50% (iii) 80% (iv) 45% 6. Усилитель мощности класса … имеет самый высокий КПД коллектора. (i) C (ii) A (iii) B (iv) AB 7. Усилители мощности обрабатывают … сигналы по сравнению с усилителями напряжения. (i) маленький (ii) очень маленький (iii) большой (iv) ничего из вышеперечисленного 8. При работе класса A рабочая точка обычно находится… постоянного тока линия нагрузки. (i) в точке отсечки (ii) в середине (iii) в точке насыщения (iv) ни один из вышеперечисленных 9. Усилители класса C используются в качестве … (i) усилителей НЧ (ii) детекторов (iii) R.F. усилители (iv) ничего из вышеперечисленного 10. Усилитель мощности имеет сравнительно … β. (i) малый (ii) большой (iii) очень большой (iv) ничего из вышеперечисленного 11. Максимальная эффективность коллектора для работы класса B составляет … (i) 50% (ii) 90% (iii) 60,5% ( iv) 78,5% 1. Усилитель мощности класса B на транзисторе A обычно называется . .. усилитель звука. (i) двойной (ii) двухтактный (iii) симметричный (iv) дифференциальный 13. Если транзистор работает таким образом, что выходной ток течет на 60º входного сигнала, то это … операция. (i) класс A (ii) класс B (iii) класс C (iv) ни один из вышеперечисленных транзисторных усилителей мощности звукового сигнала. Если рассеяние мощности нулевого сигнала транзистора составляет 1 Вт, то номинальная мощность транзистора должна быть как минимум. . (i) 0,5 Вт (ii) 0,33 Вт (iii) 0,75 Вт (iv) 1 Вт 15. Когда транзистор отключен, … (i) на транзисторе появляется максимальное напряжение (ii) протекает максимальный ток (iii) максимальное напряжение появляется на нагрузке (iv) ни одно из вышеперечисленных 16.Усилитель мощности класса А иногда называют … усилителем. (i) симметричный (ii) несимметричный (iii) возвратно-поступательный (iv) дифференциальный 17. Работа класса … дает максимальное искажение. (i) A (ii) B (iii) C (iv) AB 18. В выходном каскаде многокаскадного усилителя обычно используется . .. (i) двухтактный усилитель (ii) предварительный усилитель (iii) усилитель мощности класса A (iv) ) ничего из вышеперечисленного 19. Размер силового транзистора сделан значительно большим, чтобы … (i) обеспечить простоту обращения (ii) рассеивать тепло (iii) облегчить соединения (iv) ничего из вышеперечисленного 0.Низкий КПД усилителя мощности приводит к … (i) низкому прямому смещению (ii) меньшему потреблению батареи (iii) большему расходу батареи (iv) ни к чему из вышеперечисленного 1. В каскаде драйвера обычно используется … (i) класс Усилитель мощности (ii) двухтактный усилитель (iii) усилитель класса C (iv) ничего из вышеперечисленного. Если номинальная мощность транзистора составляет 1 Вт, а ток коллектора составляет 100 мА, то максимум

аудиосхем | Принципиальная электрическая схема.Org

Магнитный микрофон хорошего качества лучше угольного микрофона. Схема представляет собой очень маленькую конструкцию, в которой используется несколько деталей для преобразования угольного микрофона. Схема содержит …

Это простая схема электронной сирены, которую можно использовать во многих схемах, где требуется сирена. Схема очень проста с использованием всего двух ….

Схема тонального генератора 555 на базе микросхемы таймера NE555. В этой схеме ИС используется как нестабильный генератор….

Вот схема очень чувствительного микрофонного предусилителя, который можно использовать для увеличения усиления микрофона или усиления звуковых сигналов, исходящих от микрофона ….

Высококачественный усилитель мощностью 12 Вт со стерео. Сердцем схемы является микросхема TDA 2616, которая представляет собой микросхему стереоусилителя, имеющую 9 выводов и корпус SOT131 ….

Очень простая схема усилителя с двумя транзисторами, которую можно использовать в любом месте, где требуется небольшое усиление звука.Этот простой транзисторный усилитель построен на основе ….

.

Очень полезная, простая, портативная, легкая в изготовлении схема гитарного усилителя, которую можно использовать для тренировки или мониторинга игры на гитаре. Сердце схемы — микросхема TDA7052 ….

Очень качественная и простая схема внутренней связи, использующая всего три транзистора. При нажатии переключателя S2 схема генерирует вызывные сигналы. Для изготовления двухстороннего …

Это схема стереоусилителя звука мощностью 10 Вт, использующего микросхему усилителя TDA2009A.TDA2009A — хорошая ИС, обеспечивающая качественный звук. Он имеет встроенные функции, такие как …

Принципиальная схема простого 7-ваттного аудиоусилителя на микросхеме усилителя TDA2003. Это хорошая ИС со многими встроенными функциями, такими как низкий уровень гармонических искажений, защита от короткого замыкания ….

Простая принципиальная схема усилителя мощностью 6 Вт с микросхемой TA7222AP. Это качественная микросхема усилителя звука, имеющая множество хороших функций, таких как …

Вот принципиальная схема усилителя для наушников своими руками, который увеличивает или усиливает звук в ваших наушниках. Вы можете использовать эту схему усилителя наушников …

Ниже приведена принципиальная схема схемы усилителя речи, этот тип схемы используется для усиления голоса человека в толпе, чтобы его мог слышать каждый …

Это очень простой миниатюрный усилитель мощности мощностью 2 Вт, который идеально подходит для небольших проектов, таких как карманные радиоприемники и другие небольшие аудиоустройства, также работает с ртутными кнопочными элементами 3 В, это хорошая микросхема …

Это полезная и простая схема звукового усилителя мощностью 2 Вт, использующая микросхему усилителя TBA820.Это отличная схема для использования в качестве лабораторного усилителя звука …

Ниже приведена принципиальная схема цепи LM386 / усилителя LM386, который можно использовать в качестве простого усилителя звука для увеличения звука вашего радио, mp3-плееров и т. Д. .