Схема УНЧ на полевых транзисторах
Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.
Автор: Перенесу сюда схему усилителя с предыдущей страницы.
Рис.1 Схема усилителя класса «А»
При указанном питании максимальная выходная мощность УМЗЧ, ограниченная 1%-ми нелинейных искажений, составляет: 20Вт на 4-омной нагрузке, 16Вт — на 6-омной, 14Вт — на 8-омной при стоковых токах выходных транзисторов 1,2А.
Если усилитель предполагается использовать только с 6 или 8-омной акустикой, то ток покоя транзисторов целесообразно снизить до 1,1А в первом случае и до 1А — во втором. У меня под рукой оказались 6-омные колонки, поэтому дальнейшее описание буду проводить исходя из этого.
Для интересующихся приведу зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности усилителя:
0,5Вт — 0,01%, 1Вт — 0,02%, 2Вт — 0,03%, 4Вт — 0,05%, 8Вт — 0,12%, 12Вт-0,4%, 16Вт — 1%.
0,5Вт — 0,01%, 1Вт — 0,015%, 2Вт — 0,02%, 4Вт — 0,04%, 8Вт — 0,08%, 12Вт-0,2%, 16Вт — 0,3%.
Максимальная выходная мощность усилителя, ограниченная 1% — 28Вт.
Полоса пропускания усилителя по уровню -3дБ: 10Гц — 150кГц.
Теперь по схеме.
Выходной каскад выполнен на мощных комплементарных транзисторах Т2, Т3, включённых по схеме с ОИ. Такое построение, в отличие от
схемы с ОС позволяет не только обеспечить усиление сигнала по току, но и по напряжению. За счёт этого, размах выходного напряжения
усилителя может достигать значений, практически равных напряжению питания усилителя.
Достаточно высокие значения сопротивлений истоковых резисторов R18 и R19 выбраны из соображений максимальной температурной стабильности выходного каскада, работающего в режиме А, а значит при высоких токах транзисторов, не зависящих от уровня входного сигнала.
Стабилитроны D2, D3 носят предохранительный характер. Они защищают полевики от возможности превышения допустимых значений Uзи в начальный момент включения источника питания или подаче на вход усилителя импульсного сигнала значительной величины.
Подстроечный резистор R12 отвечает за напряжение на затворе Т3, а значит и общий ток покоя выходных транзисторов.
Ну и наконец, ОС по переменному току через R8+RвыхТ1, R11 устаканивает коэффициент усиления выходного каскада на уровне 8,4дБ и подводит черту под местными обратными связями нашего оконечника.
Ввиду невысокого коэффициента усиления выходного каскада, для получения приемлемой чувствительности усилителя (в пределах 1В) необходим
драйвер, т.е. усилительный каскад, обладающий коэффициентом усиления — около 7. С его функцией замечательно справился такой же
мощный полевик Т1, включённый по канонам лампового жанра по схеме с общим истоком (катодом) и работающий при значительном токе покоя.
Не один менее мощный транзистор на его месте не смог обеспечить уровень искажений, сопоставимый с IRFP140.
Корпус транзистора Т1 следует снабдить небольшим радиатором.
Ну, что ещё скажешь — всё предельно просто, как и должно быть в настоящей ламповой схемотехнике.
Оппонент: Почти везде ставят RC фильтры на выходах усилителей, и на радиолюбительских и на заводских. Я так понимаю, они нужны для ограничения полосы выходного сигнала.
Автор: А шланг у противогаза нужен для того, чтобы при взрыве башка далеко не улетала.
Не выпучивайся, это аллегория. Бедолага Отто Юлия Цобель, перевернулся бы в гробу, а может даже и выпрыгнул оттуда, узнав, что цепь, придуманная им в муках творчества для компенсации реактивного сопротивления динамиков, будет трактоваться нерадивыми Оппонентами как фильтр для ограничения полосы выходного сигнала.
Необходимость применения корректирующей цепочки Цобеля зависит и от типа усилителя и от типа нагрузки. Многие усилители вообще не могут
устойчиво работать без этой цепи при любом раскладе.
В нашем случае, ввиду отсутствия глубоких отрицательных обратных связей, схема сохраняет высокую устойчивость при работе
с широким диапазоном видов нагрузок. Хотя, теоретически, при высокой добротности динамика, через сток-истоковые ёмкости выходных
транзисторов может организоваться положительная ОС, которая и приведёт-таки к потере устойчивости нашей устойчивой схемы.
В идеале, нужно стремиться избегать каких-либо корректирующих цепей, но в любом случае после полной отладки схемы
с эквивалентом нагрузки, нелишним будет подключить к усилителю реальный громкоговоритель,
ткнуться в него осциллографом и, подав на вход усилителя 1кГц сигнал, при выходной мощности близкой к максимальной
пронаблюдать на приборе идеальную синусоиду. Если на пиках синусоидального сигнала поселилась посторонняя рябь, можете смело обращаться к
наследию Цобеля или Буше, ничего страшного.
Теперь, что касается настройки. Она проста, но есть моменты, на которые надо обратить серьёзное внимание.
АХТУНГ №1 !!! R18 и R19 должны быть мощностью не менее 1 вт. Не используйте проволочные резисторы, а то вместо мощного НЧ усилителя, получите мощный ВЧ генератор. И не стоит размышлять о том, что проволочный резистор непременно должен внешне отличаться от непроволочного. Я специально указал на схеме 1-омные резисторы, поскольку непроволочные резисторы меньшего номинала найти достаточно сложно.
АХТУНГ №2 !!! Если не хотите отправить Ваши мощные транзисторы к праотцам электроники Ому и Амперу, не торопитесь их подпаивать к плате.
После того, как схема будет спаяна, установите центральные выводы подстроечных резисторов R10 и R12 в нижнее по схеме положение. Очень желательно, чтобы они были многооборотными. Подключите питание и вольтметром проверьте напряжения на центральном выводе R12 — оно должно быть равно 0v.
А вот теперь можно подпаивать транзисторы и приступать к настройке схемы.
Подключаем амперметр между шиной питания и стоками выходных транзисторов. Не торопясь, вдумчиво покручивая R12,
устанавливаем ток стока транзистора Т3, равный 1,2А.
Отключаем амперметр. Мысленно поднимаем тост за успех мероприятия.
На этот раз берём вольтметр и подключаем его между шиной питания и все теми же стоками транзисторов.
Уже не так вдумчиво крутим подстроечный резистор R10 до тех пор, пока прибор не начнёт показывать значение, равное
половине напряжения питания.
Усомнившись в окончательности результата, подключаем амперметр в разрыв цепи питания и убеждаемся в том,
что через транзисторы течёт все тот же 1,2А. Если показания все же незначительно отличаются, резистором R12 возвращаем
значение тока в родные пенаты.
Повторяем манипуляции с вольтметром и R10.
Не выключая питания, трогаем пальцем радиатор с транзисторами. Матерясь и рассматривая волдырь на пальце, делаем вывод, что произошла роковая ошибка, и радиатор, который казался достаточно большим для 20 ваттного усилителя, вообще не справляется с возложенным на него высоким доверием.
Достаём из холодильника недопитую в выходные бутылку водки, наливаем рюмаху и выпиваем её залпом и без тоста. Обзывая себя куском идиота, северным оленем и грёбаным упырём, заказываем в интернете нормальный радиатор, предварительно рассчитанный по формуле из умной книжки. И не забываем — мощность, выделяемая в виде тепла на обоих транзисторах = Iпокоя*Еп.
Если мы прошли все эти этапы, а в шкафу завалялся низкочастотный генератор с размахом выходного напряжения +-1,5В, подключаем его на вход нашего усилителя, на выход сажаем эквивалент нагрузки и умилённо наблюдаем на экране осциллографа — то чистую синусоиду, то мягкое и симметричное ограничение выходного сигнала, в зависимости от уровня поступающего на вход сигнала.
Всё! Теперь со спокойной совестью можем выпить и закусить и даже вспомнить какой-нибудь тост из грузинского фольклора.
Вот такой мой сказ.
Оппонент: А темброблок для настоящего High End не нужен!
Автор: А это мы обсудим на следующей странице.
Схемотехника усилителей мощности низких частот
Усилители мощности низких частот имеют в качестве основной задачи усиление сигнала частотой от 10 Гц до 20000 Гц. Применяются такие усилители, как в промышленных проектах и устройствах, так и в быту. Многие любители электронной техники самостоятельно создают УНЧ в домашних условиях, пользуясь готовыми схемами. А вот составить схему такого устройства будет очень непросто, так как схемотехника усилителей весьма специфична и требует определенных знаний. Подробно о конструктивных особенностях и принципе работы описано в учебном пособии авторов Завьялова С. А. и Мурасова К. В. под названием «Схемотехника усилителей мощности низких частот»
Данное пособие актуально и в наши дни, не смотря на то, что издано еще в 2010 году. Содержит в себе не только теоретические знания о базовых понятиях работы усилителей, но и практические исполнения, что поможет закрепить всю информацию в голове и воплотить в реальном устройстве.
Усиление звуковой частоты может быть трансформаторным и бестрансформаторным, однотактным и двухтактным или мостовым. Раньше, практически все схемы были трансформаторными. Одна из них представлена ниже.
Рис. 1. Трансфоматорная схема
Самым существенным недостатком был объем готового устройства и его вес. Естественно, что трансформатор требовалось мотать самостоятельно, что не каждый мог осуществить. Поэтому, большую популярность стали приобретать бестрансформаторные схемы и схемы, собранные на транзисторах.
Схема простого УНЧ на транзисторах существенно выделяется своей компактностью и простотой сборки.
Рис. 2. Схема простого УНЧ на транзисторах
Запитывается вся схема от «Кроны» или источника постоянного напряжения 9В.
Следующая схема так же без трансформатора, но с большим количеством электронных компонентов.
Рис. 3. Безтрансформаторная схема
Она признана многими радиолюбителями, довольно таки проста в сборке. Выдаваемая мощность получается достаточно существенной, начиная от 100 Вт, чего уже вполне достаточно для серьезного усилителя. Соединив такой усилитель по мостовой схеме, вполне можно ожидать мощности до 500 Вт. Входное напряжение двуполярное при этом составляет около 45 – 50 Вольт. При желании запитать подобную схему от сети потребуется собрать дополнительно простенький двуполярный выпрямитель.
Рис. 4. Двуполярный выпрямитель
Современное устройство уже собирается на микросхемах, которые из себя представляют почти оконченный УЗЧ.
Автор: RadioRadar
Среди любителей лампового ренессанса гибридные однотактные усилители мощности класса «А» становятся всё более популярными, так как они обеспечивают более удачное, чем чисто ламповое, согласование с низкоомной нагрузкой. Такие усилители не охватываются обратными связями (ООС), и качество их звучания зависит от каждого элемента схемы. Общая принципиальная схемотехника однотактных гибридных усилителей класса «А» понятна без сложнотехнического объяснения, так как — это есть классическое включение радиолампы и транзистора. Однотактный усилитель — усилитель с одним усилительным плечом, нет разделения и обратного слияния сигнала. Вследствие этого отсутствуют переходные процессы и искажений звука свойственные разделению / слиянию. Этим объясняется повышенная достоверность / музыкальность звуковоспроизведения однотактников. Исключительно все однотактные усилители работают в чистом классе «А», что обеспечивает им высокую линейность + минимальные искажения сигнала. Недостаток схемы класса «А», это то, что большая часть энергии идёт на нагрев активных элементов схемы и только 20% на отдачу звуковой мощности — низкий коэффициент полезного действия (КПД). Вынужденное применение очень качественных — дорогостоящих компонентов, а также их кропотливый подбор + низкое КПД, это основные причины отталкивающие всех производителей, от построения полных гибридных однотактников. Усилительный каскад класса «А» может иметь максимальный КПД равный 50% при условии работы с трансформаторным выходом, когда амплитуда выходного напряжения (на обмотках трансформатора) достигает величины напряжения питания. У каскада с резистивной нагрузкой, где максимальная амплитуда выходного напряжения ограничена величиной, равной половине напряжения питания, максимальный КПД составляет 25%. Однотактные схемыПриводим основные однотактные схемы гибридных усилителей звука, в чистом классе «А», на MOSFET транзисторах. Схемы простые и не требуют заумного технического обоснования, хотя качество звучания на высоте и зависит исключительно от аудиофильных свойств применяемых компонентов. Можно и нужно удалить из схем все резисторы, микросхемы, MOSFET, электролиты, интеграторы и поднять качество звука до максимального предела, но в результате получится серийный усилитель «Grimmi». Однако — это сложно, хлопотно, дорого. Все радиосхемы имеют низкое выходное сопротивление 0.2 — 0.05ом, что принципиально отличает их, от чисто ламповых однотактных усилителей. Высокая верность воспроизведения и мощная динамическая активность (даже на малом уровне громкости) — отличительные звуковые качества этих схем. Самая первая — экспериментальная конструкция однотактного гибридного усилителя «Grimmi», выпущена в одном экземпляре в 2009 г. Отлично работает по настоящее время. Хотя качество звукоусиления уступает современному серийному образцу. Отличительная черта — стабилизаторы напряжения на варисторах, что является новым принципиальным схемотехническим решением в аудио. Убираем резисторыРазрабатывать и тестировать однотактную гибридную схемотехнику начали сразу после апгрейда лампового усилителя на триодах, так как звук «чистой» лампы нас не покорил. Реальное звучание усилителя «Grimmi» Рабочие моменты. Моно запись (18 минут) сделана с мобильного телефона (объём 1.7гб) и сжата до 52 мб, по программе «Total Video Converter 3.5». Основополагающая схемотехника GrimmiРаздел: Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах класс: A, B, A/B, C, D |
Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука. Мы не создаём иллюзий, Земля — то, что всегда дорого | Разводка земельных шин | СхемотехникаВ промышленной радиоэлектронике, это ёмкое название нашей планеты доставляет множество хлопот. Радиоинженер-конструктор-технолог знает — ошибочная разводка земельных шин изменит изначальную схемотехнику до неузнаваемости и расположение компонентов в корпусе оказывает существенное влияние на построение схемы в целом. Но, проводить подобные эксперименты практически невозможно, так как материальная — затратная часть неизвестна. Ввиду этого, производители серийной High-End Audio продукции моделируют новые изделия на хорошо отработанных конструкциях, что ограничивает схемотехнические нововведения. Разводка земельных шин (звезда) частично балансирует схему — ликвидирует фон переменного тока и электровозбуждение. Это позволяет скорректировать схему построения — удалить местную ОС и антизвонные резисторы. Следовательно, возможны отступления от традиционной схемотехники. Где принято, организовывать напряжение смещения из общего питания, игнорируя, независимую подачу местного напряжения смещения. Имея ввиду, что изготовить отдельные блоки питания для каждого усилительного элемента и его управления дорого стоит, а их неумелое внедрение в общую конструкцию приведёт к всеобщему возбуждению. Убрать сверхвозбуждение возможно только резисторами и ОС. Итак, всё идёт по кругу — одно (возбуждение) убрал, другое (качество звука) упустил. Как быть дальше? Нет конструктивного ответа. Впрочем усилитель «Grimmi» построен по такому — малореальному принципу и производится серийно. Аналогов конструкции нет и никогда не будет — «чудовищно» дорого и конструктивно непонятно. Как, в таком относительно маленьком корпусе можно разместить гибридный однотактник мощностью более 30 ватт на канал, без резисторов, без обратных связей, без электролитов, с раздельным питанием активных элементов (16 силовых трансформаторов). Итого: экспериментируя с земельными проводниками и расположением элементов, частично убираем резисторы. |
Схемы лучших умзч на транзисторах. Мощный усилитель на транзисторах. Источник питания для умзч
- 20.09.2014
Номинал пассивных компонентов для поверхностного монтажа маркируется по определенным стандартам и не соответствует напрямую цифрам, нанесенным на корпус. Статья знакомит с этими стандартами и поможет Вам избежать ошибок при замене чип-компонентов. Основой производства современных средств радиоэлектронной и вычислительной техники является технология поверхностного монтажа или SMT-технология (SMT — Surface Mount Technology). …
- 21.09.2014
На рисунке показана схема простого сенсорного переключателя на ИМС 555. Таймер 555 работает в режиме компаратора. При прикосновении пластин происходит переключение компаратора, который в свою очередь управляет транзистором VT1 с открытым коллектором. К «открытому» коллектору можно подключать внешнюю нагрузку с питанием её от внешнего или внутреннего источника питания, внешнее питание …
- 12.12.2015
В предварительном усилителе для динамического микрофона используется двухканальный операционный усилитель uA739. Оба канала предварительного усилителя одинаковые, поэтому на схеме показан только один. На неинвертирующий вход ОУ подано 50 % напряжение питания, которое задается резисторами R1 и R4 (делитель напряжения), при этом это напряжение используется одновременно двумя каналами усилителя. Цепь R3C3 является …
- 23.09.2014
Часы со статической индикацией обладают более ярким свечением индикаторов по сравнению с динамической индикацией, схема таких часов показана на рисунке 1. В качестве уст-ва управления индикатором является дешифратор К176ИД2, эта микросхема обеспечит достаточно высокую яркость свечения светодиодного индикатора. В качестве счетчиков используются микросхемы К561ИЕ10, каждая содержит по 20а четырех разрядных …
Редакция сайта «Две Схемы» представляет простой, но качественный усилитель НЧ на транзисторах MOSFET. Его схема должна быть хорошо известна радиолюбителям аудиофилам, так как ей уже лет 20. Схема является разработкой знаменитого Энтони Холтона, поэтому её иногда так и называют — УНЧ Holton. Система усиления звука имеет низкие гармонические искажения, не превышающие 0,1%, при мощности на нагрузку порядка 100 Ватт.
Данный усилитель является альтернативой для популярных усилителей серии TDA и подобных попсовых, ведь при чуть большей стоимости можно получить усилитель с явно лучшими характеристиками.
Большим преимуществом системы является простая конструкция и выходной каскад, состоящий из 2-х недорогих МОП-транзисторов. Усилитель может работать с динамиками сопротивлением как 4, так и 8 Ом. Единственной настройкой, которую необходимо выполнить во время запуска — будет установка значения тока покоя выходных транзисторов.
Принципиальная схема УМЗЧ Holton
Усилитель Холтон на MOSFET — схема
Схема является классическим двухступенчатым усилителем, он состоит из дифференциального входного усилителя и симметричного усилителя мощности, в котором работает одна пара силовых транзисторов. Схема системы представлена выше.
Печатная плата
Печатная плата УНЧ — готовый вид
Вот архив с PDF файлами печатной платы — .
Принцип работы усилителя
Транзисторы Т4 (BC546) и T5 (BC546) работают в конфигурации дифференциального усилителя и рассчитаны на питание от источника тока, построенного на основе транзисторов T7 (BC546), T10 (BC546) и резисторах R18 (22 ком), R20 (680 Ом) и R12 (22 ком). Входной сигнал подается на два фильтра: нижних частот, построенный из элементов R6 (470 Ом) и C6 (1 нф) — он ограничивает ВЧ компоненты сигнала и полосовой фильтр, состоящий из C5 (1 мкф), R6 и R10 (47 ком), ограничивающий составляющие сигнала на инфранизких частотах.
Нагрузкой дифференциального усилителя являются резисторы R2 (4,7 ком) и R3 (4,7 ком). Транзисторы T1 (MJE350) и T2 (MJE350) представляют собой еще один каскад усиления, а его нагрузкой являются транзисторы Т8 (MJE340), T9 (MJE340) и T6 (BD139).
Конденсаторы C3 (33 пф) и C4 (33 пф) противодействуют возбуждению усилителя. Конденсатор C8 (10 нф) включенный параллельно R13 (10 ком/1 В), улучшает переходную характеристику УНЧ, что имеет значение для быстро нарастающих входных сигналов.
Транзистор T6 вместе с элементами R9 (4,7 ком), R15 (680 Ом), R16 (82 Ом) и PR1 (5 ком) позволяет установить правильную полярность выходных каскадов усилителя в состоянии покоя. С помощью потенциометра необходимо установить ток покоя выходных транзисторов в пределах 90-110 мА, что соответствует падению напряжения на R8 (0,22 Ом/5 Вт) и R17 (0,22 Ом/5 Вт) в пределах 20-25 мВ. Общее потребление тока в режиме покоя усилителя должен быть в районе 130 мА.
Выходными элементами усилителя являются МОП-транзисторы T3 (IRFP240) и T11 (IRFP9240). Транзисторы эти устанавливаются как повторитель напряжения с большим максимальным выходным током, таким образом, первые 2 каскада должны раскачать достаточно большую амплитуду для выходного сигнала.
Резисторы R8 и R17 были применены, в основном, для быстрого измерения тока покоя транзисторов усилителя мощности без вмешательства в схему. Могут они также пригодиться в случае расширения системы на еще одну пару силовых транзисторов, из-за различий в сопротивлении открытых каналов транзисторов.
Резисторы R5 (470 Ом) и R19 (470 Ом) ограничивают скорость зарядки емкости проходных транзисторов, а, следовательно, ограничивают частотный диапазон усилителя. Диоды D1-D2 (BZX85-C12V) защищают мощные транзисторы. С ними напряжение при запуске относительно источников питания у транзисторов не должно быть больше 12 В.
На плате усилителя предусмотрены места для конденсаторов фильтра питания С2 (4700 мкф/50 в) и C13 (4700 мкф/50 в).
Самодельный транзисторный УНЧ на МОСФЕТ
Управление питается через дополнительный RC фильтр, построенный на элементах R1 (100 Ом/1 В), С1 (220 мкф/50 в) и R23 (100 Ом/1 В) и C12 (220 мкф/50 в).
Источник питания для УМЗЧ
Схема усилителя обеспечивает мощность, которая достигает реальных 100 Вт (эффективное синусоидальная), при входном напряжении в районе 600 мВ и сопротивлением нагрузки 4 Ома.
Усилитель Холтон на плате с деталями
Рекомендуемый трансформатор — тороид 200 Вт с напряжением 2х24 В. После выпрямления и сглаживания должно получиться двух полярное питание усилители мощности в районе +/-33 Вольт. Представленная здесь конструкция является модулем монофонического усилителя с очень хорошими параметрами, построенного на транзисторах MOSFET, который можно использовать как отдельный блок или в составе .
Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.
Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10… 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.
Простой усилитель на одном транзисторе
Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3…12 В.
Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.
Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.
Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20…30 кОм и переменный сопротивлением 100… 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.
Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 — 4).
Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя
Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.
Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.
Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.
Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.
В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.
Двухкаскадный усилитель на транзисторах
Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.
Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.
Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.
В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.
Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах
Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2…4 до 64 Ом и выше.
При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.
Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.
Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.
Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5…0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.
Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50…60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).
Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью
На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.
Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.
В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30…50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1…2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].
Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах
На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].
Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.
Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.
Экономичный УНЧ на трех транзисторах
Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.
При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.
Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.
Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.
Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2… 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:
1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),
где Uпит — напряжение питания в Вольтах (В).
Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.
Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами
Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 — 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.
Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).
Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.
Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 — вариант 2.
Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.
В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 — 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.
Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.
Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).
Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.
Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.
Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой
Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.
Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.
Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.
Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.
Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.
Недавно обратился некий человек с просьбой собрать ему усилитель достаточной мощности и раздельными каналами усиления по низким, средним и высоким частотам. до этого не раз уже собирал для себя в качестве эксперимента и, надо сказать, эксперименты были весьма удачными. Качество звучания даже недорогих колонок не очень высокого уровня заметно при этом улучшается по сравнению, например, с вариантом применения пассивных фильтров в самих колонках. К тому же появляется возможность довольно легко менять частоты раздела полос и коэффициент усиления каждой отдельно взятой полосы и, таким образом, проще добиться равномерной АЧХ всего звукоусилительного тракта. В усилителе были применены готовые схемы, которые до этого не раз были опробованы в более простых конструкциях.
Структурная схема
На рисунке ниже показана схема 1 канала:
Как видно из схемы, усилитель имеет три входа, один из которых предусматривает простую возможность добавления предусилителя-корректора для проигрывателя винила (при такой необходимости), переключатель входов, предварительный усилитель-тембролок (также трёхполосный, с регулировкой уровней ВЧ/СЧ/НЧ), регулятор громкости, блок фильтров на три полосы с регулировкой уровня усиления каждой полосы с возможностью отключения фильтрации и блок питания для оконечных усилителей большой мощности (нестабилизированный) и стабилизатор для «слаботочной» части (предварительные каскады усиления).
Предварительный усилитель-темброблок
В качестве него была применена схема, не раз проверенная до этого, которая при своей простоте и доступности деталей показывает довольно хорошие характеристики. Схема (как и все последующие) в своё время была опубликована в журнале «Радио» и затем не раз публиковалась на различных сайтах в интернете:
Входной каскад на DA1 содержит переключатель уровня усиления (-10; 0; +10 дБ), что упрощает согласование всего усилителя с различными по уровню источниками сигнала, а на DA2 собран непосредственно регулятор тембров. Схема не капризна к некоторому разбросу номиналов элементов и не требует никакого налаживания. В качестве ОУ можно применить любые микросхемы, применяемые в звуковых трактах усилителей, например здесь (и в последующих схемах) пробовал импортные ВА4558, TL072 и LM2904. Подойдёт любая, но лучше, конечно, выбирать варианты ОУ с возможно меньшим уровнем собственного шума и высоким быстродействием (коэффициентом нарастания входного напряжения). Эти параметры можно посмотреть в справочниках (даташитах). Конечно, здесь вовсе не обязательно применять именно эту схему, вполне можно, например, сделать не трёхполосный, а обычный (стандартный) двухполосный темброблок. Но не «пассивную» схему, а с каскадами усиления-согласования по входу и выходу на транзисторах или ОУ.
Блок фильтров
Схем фильтров, также, при желании можно найти множество, так как публикаций на тему многополосных усилителей сейчас достаточно. Для облегчения этой задачи и просто для примера, я приведу здесь несколько возможных схем, найденных в различных источниках:
— схема, которая была применена мной в этом усилителе, так как частоты раздела полос оказались как раз такие, которые и нужны были «заказчику» — 500 Гц и 5 кГц и ничего пересчитывать не пришлось.
— вторая схема, попроще на ОУ.
И ещё одна возможная схема, на транзисторах:
Как уже писал ваше, выбрал первую схему из-за довольно качественной фильтрации полос и соответствии частот разделения полос заданным. Только на выходах каждого канала (полосы) были добавлены простые регуляторы уровня усиления (как это сделано, например, в третьей схеме, на транзисторах). Регуляторы можно поставить от 30 до 100 кОм. Операционные усилители и транзисторы во всех схемах можно заменить на современные импортные (с учётом цоколёвки!) для получения лучших параметров схем. Никакой настройки все эти схемы не требуют, если не требуется изменить частоты раздела полос. К сожалению, дать информацию по пересчёту этих частот раздела я не имею возможности, так как схемы искались для примера «готовые» и подробных описаний к ним не прилагалось.
В схему блока фильтров (первая схема из трёх) была добавлена возможность отключения фильтрации по каналам СЧ и ВЧ. Для этого были установлены два кнопочных переключателя типа П2К, с помощью которых просто можно замкнуть точки соединения входов фильтров — R10C9 с их соответствующими выходами — «выход ВЧ» и «выход СЧ». В этом случае по этим каналам идёт полный звуковой сигнал.
Усилители мощности
С выхода каждого канала фильтра сигналы ВЧ-СЧ-НЧ подаются на входы усилителй мощности, которые, также, можно собрать по любой из известных схем в зависимости от необходимой мощности всего усилителя. Я делал УМЗЧ по известной давно схеме из журнала «Радио», №3, 1991 г., стр.51. Здесь даю ссылку на «первоисточник», так как по поводу этой схемы существует много мнений и споров по повод её «качественности». Дело в том, что на первый взгляд это схема усилителя класса «B» с неизбежным присутствием искажений типа «ступенька», но это не так. В схеме применено токовое управление транзисторами выходного каскада, что позволяет избавиться от этих недостатков при обычном, стандартном включении. При этом схема очень простая, не критична к применяемым деталям и даже транзисторы не требует особого предварительного подбора по параметрам К тому же схема удобна тем, что мощные выходные транзисторы можно ставить на один теплоотвод попарно без изолирующих прокладок, так как выводы коллекторов соединены в точке «выхода», что очень упрощает монтаж усилителя:
При настройке лишь ВАЖНО подобрать правильные режимы работы транзисторов предоконечного каскада (подбором резисторов R7R8) — на базах этих транзисторов в режиме «покоя» и без нагрузки на выходе (динамика) должно быть напряжение в пределах 0,4-0,6 вольт. Напряжение питания для таких усилителей (их, соответственно, должно быть 6 штук) поднял до 32 вольт с заменой выходных транзисторов на 2SA1943 и 2SC5200, сопротивление резисторов R10R12 при этом следует также увеличить до 1,5 кОм (для «облегчения жизни» стабилитронам в цепи питания входных ОУ). ОУ также были заменены на ВА4558, при этом становится не нужна цепь «установки нуля» (выходы 2 и 6 на схеме) и, соответственно меняется цоколёвка при пайке микросхемы. В результате при проверке каждый усилитель по этой схеме выдавал мощность до 150 ватт (кратковременно) при вполне адекватной степени нагрева радиатора.
Блок питания УНЧ
В качестве блока питания были использованы два трансформатора с блоками выпрямителей и фильтров по обычной, стандартной схеме. Для питания НЧ полосных каналов (левый и правый каналы) — трансформатор мощностью 250 ватт, выпрямитель на диодных сборках типа MBR2560 или аналогичных и конденсаторы 40000 мкф х 50 вольт в каждом плече питания. Для СЧ и ВЧ каналов — трансформатор мощностью 350 ватт (взят из сгоревшего ресивера «Ямаха»), выпрямитель — диодная сборка TS6P06G и фильтр — два конденсатора по 25000 мкф х 63 вольт на каждое плечо питания. Все электролитические конденсаторы фильтров зашунтированы плёночными конденсаторами ёмкостью 1 мкф х 63 вольта.
В общем, блок питания может быть и с одним трансформаторм, конечно, но при его соответствующей мощности. Мощность усилителя в целом в данном случае определяется исключительно возможностями источника питания. Все предварительные усилители (темброблок, фильтры) — запитаны также от одного из этих трансформаторов (можно от любого из них), но через дополнительный блок двуполярного стабилизатора, собранный на МС типа КРЕН (или импортных) или по любой из типовых схем на транзисторах.
Конструкция самодельного усилителя
Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты:-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:
Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):
— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.
Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:
Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):
В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта сайт ).
После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.
Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.
Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.
Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.
Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.
Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.
Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.
Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.
Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.
И наконец — третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.
Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.
Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.
Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Усилитель на микросхеме TDA2003 | |||||||
| Аудио усилитель | TDA2003 | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | 47 мкФ х 25В | 1 | В блокнот | ||||
| С2 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | Пленочный | В блокнот | ||
| С3 | Электролитический конденсатор | 1 мкФ х 25В | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ х 16В | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 100 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Переменный резистор | 50 кОм | 1 | От 10 кОм до 50 кОм | В блокнот | ||
| Ls1 | Динамическая головка | 2-4 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Усилитель на транзисторах схема №2 | |||||||
| VT1-VT3 | Биполярный транзистор | КТ315А | 3 | В блокнот | |||
| С1 | Электролитический конденсатор | 1 мкФ х 16В | 1 | В блокнот | |||
| С2, С3 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ х 16В | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 100 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Переменный резистор | 50 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Динамическая головка | 2-4 Ом | 1 | В блокнот | ||||
| Усилитель на транзисторах схема №3 | |||||||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ315А | 1 | В блокнот | |||
| VT3 | Биполярный транзистор | КТ361А | 1 | В блокнот | |||
| VT4 | Биполярный транзистор | КТ815А | 1 | В блокнот | |||
| VT5 | Биполярный транзистор | КТ816А | 1 | В блокнот | |||
| VD1 | Диод | Д18 | 1 | Или любой маломощный | В блокнот | ||
| С1, С2, С5 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ х 16В | 3 | ||||
Project 101 – усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота
Я часто говорил, что не являюсь фанатом усилителей мощности на полевых транзисторах, но этот усилитель изменил мои взгляды, и я считаю, что это «эталонная» система во всех отношениях. Он использует полевые транзисторы. Производительность очень хорошая, с невероятно низким уровнем искажений, большой мощностью, широкой полосой пропускания и «самозащитой» выходных транзисторов. Но это не означает, что усилитель не выйдет из строя, просто он гораздо более терпим к сбоям, чем биполярный транзисторный усилитель, а для ограничения тока требуется всего лишь пара стабилитронов.
Все дорожки на печатной плате выполнены как можно более короткими, что сводит к минимуму вероятность появления шума. Усилитель будет стабильно работать при напряжениях питания от ±5 В до ±70 В.
При напряжении питания ±70 В (которое не должно превышаться!), выходная мощность составляет около 180 Вт/8 Ом или 250 Вт/4 Ом. Кратковременная мощность около 240 Вт/8 Ом или 380 Вт/4 Ом. Рекомендуемое напряжение питания составляет ±56 В.
Если максимальная мощность не нужна, я предлагаю использовать напряжение питания ±56 В, полученное от трансформатора с вторичными обмотками 40 В + 40 В. Вы получите мощность около 150 Вт/8 Ом от такого напряжения, а также уменьшите требования, предъявляемые к выходным транзисторам и радиаторам.
На фото показана печатная плата. Выходные транзисторы монтируются под платой и крепятся винтами. Никакой другой монтаж не требуется. Зеленая жила вдоль переднего края плата является землей, так что основные токонесущие дорожки не были повреждены. Вся входная часть находится между электролитическими конденсаторами и намеренно максимально компактна. Это повышает производительность, гарантируя отсутствие длинных дорожек для входного каскада, которые в противном случае могут ловить шум, который может серьезно ухудшить звучание.
Характеристики:
| Выходная мощность | > 180 Вт | <1% THD, 8 Ом |
| > 275 Вт | <1% THD, 4 Ом | |
| Смещение постоянного тока | <20 мВ | типичный |
| Шум | RMS <2 мВ | Невзвешенный (-54 дбВ) |
| THD | 0,015% | Без нагрузки, напряжение 30 В, 1 кГц |
| 0,017% | 8 Ом, напряжение 30 В, 1 кГц | |
| 0,02% | 4 Ом, напряжение 30 В, 1 кГц | |
| Выходное сопротивление | <10 мОм | 1 кГц, нагрузка 4 Ом |
| <25 мОм | 10 кГц, нагрузка 4 Ом | |
| Диапазон частот | 10 – 50000 Гц | При 1 Вт -1,5 дБ |
Значения искажений показывают, что нагрузка на усилитель дает очень небольшие отклонения. В форме искажения нет видимых или слышимых компонентов высокого порядка. Выходное сопротивление измерялось на полностью готовом усилителе, включая внутреннюю проводку. Это влечет за собой около 200 мм провода (на канал), поэтому выходной импеданс самого усилителя явно ниже указанного. При нагрузке 8 Ом коэффициент демпфирования при 1 кГц составляет около 800 (8/10 милли Ом).
Шум измерялся при разомкнутом входе, и при -54 дБВ может выглядеть не слишком хорошо, но это невзвешенное измерение с шириной полосы, значительно превышающей 100 кГц. Несмотря на это, отношение сигнал/шум (в расчете на полную мощность) составляет 86 дБ (невзвешенный), а сам усилитель полностью бесшумный в АС. Даже подключение наушников непосредственно к выходам усилителя показало, что шума не было слышно.
Интермодуляционные искажения я не смог измерить, так как нет подходящего оборудования. Но я добавил графики измерений. Большая часть гармоник присутствует в двух генераторах, которые я использовал, и усилитель практически ничего не дает.
10 кГц + 12 кГц, +20 дбВ, выход 8 Ом
Описание
Первое, что вы заметите, это то, что номиналы элементов не показаны. Учитывая производительность схемы и тот факт, что я уже продал пару готовых усилителей, я не собираюсь раскрывать все свои секреты. Если вы хотите узнать номинал деталей, вы должны купить печатную плату.
Обратите внимание: наиболее важным аспектом дизайна является компоновка печатной платы, и очень сомнительно, что если вы создадите свою собственную плату, вы получите такие же параметры как у меня. Выходная мощность практически не изменяется, но искажения и стабильность достигаются благодаря компактной и тщательно спроектированной компоновке, которая сводит к минимуму любые неблагоприятные соединения на дорожках печатной платы, которые могут вызывать искажения.
Версия усилителя с пониженной мощностью
Как показано на приведенных ниже схемах усилитель может быть выполнен в версии с высокой или низкой мощностью.
В качестве выходных полевых транзисторов используются Hitachi/Renesas, 2SK1058 (N-канал) и 2SJ162 (P-канал). Они разработаны специально для аудио и намного более линейны, чем многие другие. К сожалению, они не дешевы, но их производительность в аудио намного лучше, чем в вертикальных MOSFET, HEXFET и т.д. Обратите внимание, что использование HEXFET или любого другого вертикального типа MOSFET не допускается.
Альтернатива (и, возможно, незначительно лучше, чем у серии 2SK/2SJ) – это Exicon ECX10N20 и ECX10P20 (доступны от Profusion PLC в Великобритании). Они были использованы в большинстве усилителей, которые я построил и работают очень хорошо. Таким образом, проверяйте доступность деталей перед покупкой печатной платы. Вы также можете использовать BUZ901P/BUZ905P или ALF08N16V/ALF08P16V. Минимальное номинальное напряжение составляет 160 В. Все остальные части вполне стандартные. Renesas также производит полевые транзисторы 2SK2221/2 и 2SJ351/2. Они имеют меньшую мощность (рассеиваемая мощность 100 Вт), но имеют довольно разумную цену и должны подходить для пониженных напряжений питания.
Транзисторы и полевые транзисторы в этой версии те же, что и для варианта с пониженной мощностью. Показанные дополнительные конденсаторы (C11 и C12) предназначены для балансировки емкости затвора. Транзисторы с P-каналом имеют значительно более высокую емкость затвора, чем их аналоги с N-каналом, а крышки гарантируют, что две стороны усилителя примерно равны. Без этих заглушек усилитель почти всегда будет нестабильным.
Как отмечено выше, печатная плата одинакова для обеих версий. Версия с высокой мощностью также может использоваться при более низких напряжениях питания, с небольшим увеличением мощности, но значительно более низкими рабочими температурами даже при максимальной мощности и большей надежностью.
В обеих версиях страница конструкторов дает дополнительную информацию, а схемы содержат расширенную цепь Цобеля на выходе для большей стабильности при самых сложных нагрузках. Это предусмотрено на печатной плате и позволяет усилителю оставаться стабильным практически при любых условиях.
Вся схема была оптимизирована для минимального тока в драйвере класса A, но при этом обеспечивала достаточный привод для обеспечения полной мощности до 25 кГц. Скорость нарастания в два раза выше, чем требуется для полной мощности при 20 кГц (15 В/мкс). Ее довольно просто увеличить, но этот усилитель уже превосходит многие другие, и более быстрая работа не требуется и не желательна.
В обеих версиях усилителя R7 и R8 выбраны для обеспечения тока в 5 мА через каскад усилителя напряжения. Вам нужно будет изменить значение, если будете использовать другое напряжение питания.
R7 = R8 = Vs / 10 (кОм) (где Vs – напряжение питания)
Например, установка правильного тока при питании ±42 В:
R7 = R8 = 42/10 = 4,2 кОм (используйте стандартное значение – 3,9 кОм)
Конструкция
Как указывалось выше, я настоятельно рекомендую вам приобрести плату для этого усилителя, иначе вы почти наверняка получите результаты, которые далеко не соответствуют реальным возможностям усилителя. Печатная плата также делает конструкцию легкой, кроме блока питания, установленного на самой плате. Как и многие другие усилители мощности, полевые транзисторы монтируются под платой, для чего требуется всего два (или четыре) винта для крепления печатной платы и выходных устройств. Как всегда, полная информация о конструкции будет доступна при покупке платы.
Радиаторы. Поскольку усилитель предназначен для использования в Hi-Fi, вентиляторы нежелательны, поэтому радиатор должен быть значительным. Я предлагаю вам использовать радиатор с тепловым сопротивлением около 0,4 °C/Вт для версии с высокой мощностью. Конечно, она может быть несколько меньше для версии с низким энергопотреблением, но я рекомендую, чтобы она была не меньше чем ~ 1 °C/Вт.
Используемые радиаторы должны иметь полностью плоскую заднюю стенку, без каких-либо выступов или чего-либо еще. Выходные транзисторы должны быть электрически изолированы от радиатора, и вы можете использовать тонкие изоляторы из слюды, каптона (25 мкм) или оксида алюминия. Не пытайтесь использовать силиконовые прокладки – они имеют слишком большое тепловое сопротивление и приведут к выходу из строя транзисторов.
Предлагаемый блок питания полностью условен. Трансформатор для источника питания должен соответствовать ожидаемой мощности, которую вы хотите получить от усилителя. В следующей таблице приведены рекомендуемые значения напряжения трансформатора и мощность для одного канала. Используйте два трансформатора или один с удвоенным значением мощности для стерео. Например, трансформатор с питанием на вторичке 40-0-40 В и мощность 300 Вт может использоваться для стереофонического усилителя мощностью 150 Вт, который используется для Hi-Fi.
| АС, В | DC, В | Вт | Вт/8 Ом | |
| 20-0-20 | ±28 | 100 | 40 | Отлично подойдет для использования в маломощном варианте |
| 25-0-25 | ±35 | 100 | 50 | Штраф за использование в системе Hi-Fi |
| 30-0-30 | ±42 | 160 | 80 | Максимальное напряжение для версии с пониженной мощностью |
| 40-0-40 | ±56 | 200 | 150 | Рекомендуемое напряжение питания для версии с повышенной мощностью |
| 50-0-50 | ±70 | 300 | 240 | Абсолютный максимум, может использоваться, но не рекомендуется |
Обратите внимание, что все показанные мощности являются «кратковременными» или пиковыми – постоянная мощность всегда будет меньше, поскольку источник питания падает при нагрузке.
На рисунке выше показана принципиальная электрическая схема источника питания ±56 В, и в этом нет ничего нового. Как всегда я рекомендую диодный мост 400 В/35 А с установкой на радиатор.
Конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны (как минимум) на номинальное напряжение питания, а лучше выше. Если возможно, используйте конденсаторы с температурой 105 °C.
Примечание. Предохранитель следует выбирать в соответствии с размером силового трансформатора. Для любого тороидального трансформатора мощностью выше 300 Вт настоятельно рекомендуется схема плавного пуска. Используйте предохранитель, рекомендованный производителем трансформатора.
Источник постоянного тока должен быть взят от клемм конденсатора, а не от диодного моста. Использование нескольких маленьких конденсаторов даст лучшую производительность, чем один большой, и, как правило, так дешевле. Например, производительность 10 конденсаторов емкостью 1000 мкФ намного лучше (во всех отношениях), чем один на 10000 мкФ.
Приобретая печатную плату, вы не только получите все значения компонентов, но также получите доступ к информации для источника питания, оптимизированного для наилучшей производительности для обычного источника питания.
Тестирование
Подключите к подходящему источнику питания – помните, что заземление должно быть подключено! При первом включении используйте последовательно с каждым источником питания «защитные» резисторы от 10 до 22 Ом, чтобы ограничить ток, если вы допустили ошибку в проводке.
Перевод: LDS, специально для ldsound.ru
На момент декабря 2019 года печатная плата стоит 20 долларов.
Автор проекта: Род Эллиот Elliott Sound Products
Источник
113, 1
Усилитель низких частот. на курсовой проект — Курсовая работа #1100178 — Схемотехника аналоговых электронных устройств
Задание на курсовой проект 3
Введение 4
1. Усилитель низкой частоты на транзисторах 6
1.1 Расчет структурной схемы усилителя низкой частоты на транзисторах 6
1.2 Электрический расчет усилителя низкой частоты на транзисторах 11
1.2.1 Расчет выходного каскада 11
1.2.2 Расчет каскада предварительного усиления КПУ3 23
1.2.3 Расчет каскада предварительного усиления КПУ2 31
1.2.4 Расчет каскада предварительного усиления КПУ1 39
1.2.5 Расчет входного каскада 47
2. Расчет интегрального варианта усилителя 51
Заключение 54
Список использованной литературы 56
1. Атаев Д.И., Болотников В.А. Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения. – М.: Радио и связь, 1986. – 97 с.
2. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе / Сост. С.Г. Прохоров, В.Г. Трусенев. — Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2001. – 44 с.
3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.
4. Усатенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1989. – 325 с.
5. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – 3-е изд., перераб. и доп. М.; Радио и связь, 1988 – 199 с.
6. Кибакин В.М. Основы теории и разработки транзисторных низкочастотных усилителей мощности. М.: Радио и связь, 1988. – 240 с.
7. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 9-е изд., перераб. К.: Техника, 1980. – 464 с.
8. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности./А.А. Зайцев: Под ред А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1994. – 384 с.
9. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности./А.А. Зайцев:Под ред А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1994. – 384 с.
10. Войшвилло Г.В., Караванов В.И. Проектирование усилительных устройств на транзисторах. М.: Связь, 1992. – 184 с.
| Тема: | Усилитель низких частот |
| Артикул: | 1100178 |
| Дата написания: | 18.07.2011 |
| Тип работы: | Курсовая работа |
| Предмет: | Схемотехника аналоговых электронных устройств |
| Оригинальность: | Антиплагиат.ВУЗ — 65% |
| Количество страниц: | 61 |
Усилитель на транзисторах : Радиосхема.ру
Промышленность выпускает гигантское количество интегральных микросхем — мощных усилителей низкой частоты. Номенклатура и ассортимент позволяют выбрать, что душе угодно. Душе начинающего любителя угодно, чтобы попроще и помощней, а также — подешевле. В результате появилось немерянное количество конструкций, выполненных на микросхемах, предназначенных для автомобильной аудиотехники. Вроде — просто, но что скрывается за этой простотой?
Смотрим в даташиты, и видим: «номинальное напряжение питания-14 вольт… Максимальное напряжение- 18 вольт…» То есть выше 15 вольт — работоспособность микросхем не гарантируется. Далее — ток потребления. Для обеспечения требуемой выходной мощности требуется и соответствующий ток от источника питания — не менее 3 ампер для стерео режима. А если система типа домашнего кинотеатра — 6 каналов? Потребуется источник с током 9 ампер, и выходным стабилизированным напряжением 14 вольт. Сделать линейный стабилизатор с такими параметрами ой как не просто.
Можно сделать импульсный, или использовать компьютерный. А стабилизатор необходим, иначе есть риск повреждения микросхем в режиме работы без нагрузки, когда вырастает напряжение не нагруженного стабилизатора, или будет падать максимальная неискажённая мощность при подаче пикового сигнала. Ёмкость фильтрующего конденсатора для 12-вольтового питания можно рассчитать из условия 3000мкф на один ампер. Да, баночки получаются не хилые.. И диоды выпрямительного моста — тоже требуют радиатора.. И провода питания нужно соответствующие… (М-р-р.. Хозяин, а что сказать про внутреннюю схемотехнику интегральных УНЧ? Там ведь не один десяток полупроводниковых структур, и каждая может быть источником шумов и искажений. Примечание кота Сэра Мурра). Короче говоря — использование автомобильных УНЧ в стационарной аппаратуре — тупиковый путь.
Критика тогда хороша, когда она конструктивна. Поэтому предлагаю вернуться назад, к истокам транзисторной схемотехники. (Я наблюдаю возрастание интереса к ретро-технике, теперь «продвинутые» любители вдруг обнаружили, что схемотехника 30-40-летней давности на слух воспринимается, почти как ламповый хай-энд. Примечание кота Сэра Мурра). Итак, схема:
Схема содержит восемь транзисторов и девять резисторов, причём два из них — подстроечные. Усилитель охвачен обратной связью через резисторы R4 R5 и конденсатор С2. Структура усилителя соответствует двухкаскадному усилителю напряжения. Первый каскад собран на транзисторе Т1. Второй каскад — на транзисторе Т2, содержит в качестве нагрузки генератор тока для обеспечения тока покоя выходного каскада — транзистор Т3, и генератор тока Т4.
Выходной каскад собран на составных транзисторах по так называемой схеме Шиклаи, что позволило объединить коллекторы выходных транзисторов и позволяет устанавливать их на общий радиатор без изоляционных прокладок. Кроме того, коэффициент передачи напряжения в такой схеме немного выше, чем у обычного составного эмиттерного повторителя. Из теории построения усилителей известно, что двухкаскадный усилитель является устойчивым вплоть до единичных коэффициентов усиления, и поэтому наш усилитель обходится без дополнительных корректирующих цепей. Нагрузка может подключаться традиционным способом — через выходной конденсатор, но лучше — с использованием искусственной средней точки. В этом случае выходные конденсаторы служат одновременно и фильтрующими для выпрямителя.
Усилитель работоспособен в широком диапазоне питающих напряжений — от 9 до 30 вольт. При этом можно обойтись только настройкой необходимого тока покоя — от 10мА при 9 вольтах, до 50..100 мА при 30 вольтах. Для стабилизации тока покоя желательно вынести на радиатор и закрепить рядом с выходными транзисторами либо диод D1, либо транзистор Т3. Размеры радиатора для выходной мощности 10 ватт — не менее 200 кв. см. Двойной размах выходного напряжения меньше напряжения питания примерно на 2 вольта. Коэффициент нелинейных искажений возрастает от 0,1% при малых выходных мощностях, до 1 % при достижении порога ограничения сигнала в диапазоне частот30 Гц — 20 кГц. Динамический диапазон- 80 дб, соотношение сигнал — шум 90 дб. Транзисторы могут использоваться любые, подходящие по смыслу. В описаниях заграничной аппаратуры они так и называются — транзисторы общего назначения.
Размеры печатной платы соответствуют размерам печатной платы интегрального усилителя аналогичной мощности, и при желании могут быть уменьшены. Но начинающим любителям наоборот, лучше немного увеличить размеры, для облегчения монтажа.
PPT — UNIT- V Модели низкочастотных транзисторных усилителей для слабых сигналов: презентация PowerPoint
UNIT- V Низкочастотный транзистор для малых сигналов Модели усилителя :
BJT: двухпортовая сеть, гибридная модель транзисторов, определение h-параметры, преобразование h-параметров, обобщенный анализ модели транзисторного усилителя с использованием h-параметров, Анализ усилителей CB, CE и CC с использованием точного и приближенного анализа, Сравнение транзисторных усилителей.• FET: Обобщенный анализ модели слабого сигнала, Анализ усилителей CG, CS и CD, сравнение усилителей FET.
Модель гибридных параметров Ii Io Линейное двухпортовое устройство Vo Vi
Параметры h h21 = hi = входное сопротивление h22 = hr = коэффициент обратного передаточного напряженияoh31 = hf = коэффициент прямого передаточного токаoh32 = ho = выход Адмиттанс
Гибридная эквивалентная модель Гибридные параметры: hie, hre, hfe, hoe разработаны и используются для моделирования транзистора.Эти параметры можно найти в спецификации транзистора.
Определение параметра h32 — это проводимость!
Общие h-параметры для любой конфигурации транзистора • hi = входное сопротивление • hr = коэффициент напряжения обратного переноса (Vi / Vo) • hf = коэффициент прямого тока переноса (Io / Ii) • ho = выходная проводимость
Гибридная эквивалентная схема с общим эмиттером
Гибридная эквивалентная схема с общей базой
Упрощенная общая модель h-параметров Модель может быть упрощена на основе следующих приближений: hr 0, поэтому hrVo = 0 и ho (высокое сопротивление на выходе) Упрощенное
Общий эмиттер re vs.Модель h-параметра • hie = re • hfe = • hoe = 1 / ro
h-параметры общего эмиттера • [Формула 7.28] • [Формула 7.29]
Common-Base re против модели h-параметров • hib = re • hfb = -
Общие h-параметры • [Формула 7.30] • [Формула 7.31]
МАЛЫЙ СИГНАЛ НИЗКАЯ ЧАСТОТА РАБОТА ТРАНЗИСТОРОВ Параметры гибрида и двухпортовая сеть Для описываемой гибридной эквивалентной модели параметры определяются в рабочей точке, которая может дать или не дать реальную картину рабочего состояния усилителя.Величины hie, hre, hfe и hoe называются гибридными параметрами и являются компонентами эквивалентной схемы слабого сигнала. Описание гибридной эквивалентной модели начинается с общей двухпортовой системы. Представление двухпортовой системы (реализация модели Блэка)
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ЦЕПИ ЧЕРЕЗ ГИБРИДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАК ДВУХПОРТОВАЯ СЕТЬ Для транзистора, даже несмотря на то, что он имеет три основные конфигурации, все они являются четырехконтактными, и, таким образом, результирующая эквивалентная схема будет иметь тот же формат.Однако h-параметр будет изменяться с каждой конфигурацией. Чтобы различать, какой параметр был использован или какой доступен, к обозначению h-параметра был добавлен второй нижний индекс. (i) Для конфигурации с общей базой: строчная буква b (ii) Для конфигурации с общим эмиттером: строчная буква e (iii) Для конфигурации с общим коллектором: строчная буква c Полная гибридная эквивалентная модель
ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ Транзистор n – p – n в режиме смещения общей базы
ВЫРАЖЕНИЯ УСИЛЕНИЯ ТОКА, ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЯ УСИЛЕНИЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Схема эквивалента h-параметра транзистора усилитель, имеющий источник напряжения Vg, с входным сопротивлением Rg, подключенным к входным клеммам, и сопротивлением нагрузки RL, подключенным к выходным клеммам.Эквивалентная схема h-параметра транзистора
ВЫРАЖЕНИЯ УСИЛЕНИЯ ТОКА, ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЯ УСИЛЕНИЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Коэффициент усиления по току (AI) Входное сопротивление (RI)
ВЫРАЖЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕ УСИЛЕНИЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Повышение напряжения: — Прирост напряжения или усиление напряжения определяется как отношение выходного напряжения V2 к входному напряжению V1. Где, выходное сопротивление (RO)
ЧАСТОТНАЯ ЧАСТОТА УСИЛИТЕЛЯ CE С ИСТОЧНИКОМ И БЕЗ ИСТОЧНИКА ИМПЕДАНС На разных частотах входного сигнала характеристики устройства различаются.До сих пор анализ ограничивался среднечастотным спектром. Частотная характеристика усилителя относится к изменению амплитуды и фазы усилителя в зависимости от частоты. a) Зависимость коэффициента усиления от частоты для усилителя CE. (b) Зависимость фазового угла от частоты для усилителя CE
EMITTER FOLLOWER Транзистор эмиттерного повторителя представляет собой конструкцию, которая в основном представляет собой усилитель CC. Коэффициент усиления по току: Входное сопротивление: Коэффициент усиления по напряжению: Выходное сопротивление Конфигурация эмиттерного повторителя со смещением Эмиттерный повторитель используется для согласования импеданса.
Рисунок Эквивалентная схема слабого сигнала для полевых транзисторов.
Рисунок Эквивалентная схема малосигнала на полевых транзисторах, учитывающая зависимость iD от vDS.
Рисунок Определение gm и rd. См. Пример 5.5.
Рисунок Усилитель с общим источником.
Для построения эквивалентной схемы переменного тока усилителя. • Предположим, что все конденсаторы C1, C2, Cs являются элементами короткого замыкания для сигнала переменного тока • Замкните накоротко источник питания постоянного тока • Замените полевой транзистор на его малосигнальную модель
Анализ усилителя CS Схема эквивалентной схемы переменного тока Упрощенная схема эквивалента переменного тока
Анализ усилителя CS со смещением делителя потенциала Это конфигурация усилителя CS, поэтому вход находится на затворе, а выход — на стоке.
Рисунок vo (t) и vin (t) в зависимости от времени для усилителя с общим источником, показанного на рисунке 5.28.
Схема усилителя с использованием полевого МОП-транзистора (CS Amp.) Рисунок Усилитель с общим истоком.
Эквивалентная схема слабого сигнала CS Amp. Рисунок Эквивалентная схема слабого сигнала для усилителя с общим источником.
Рисунок vo (t) и vin (t) в зависимости от времени для усилителя с общим источником, показанного на рисунке 5.28.
Рисунок Амплитуда усиления в зависимости от частоты для усилителя с общим источником, показанного на рисунке 5.28.
Рисунок Последователь источника.
Рисунок Эквивалентная схема слабосигнального переменного тока для повторителя источника .
Рисунок Эквивалентная схема, используемая для определения выходного сопротивления истокового повторителя.
Рисунок Усилитель с общим затвором.
Схема активного транзисторного фильтра верхних частот »Примечания по электронике
Часто бывает полезно иметь простую однотранзисторную схему активного фильтра верхних частот, использующую всего несколько компонентов и простые вычисления для использования в различных конструкциях электронных схем.
Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей
Общий эмиттер
Эмиттер-повторитель
Общая база
Пара Дарлингтона
Пара Шиклай
Текущее зеркало
Длиннохвостая пара
Источник постоянного тока
Множитель емкости
Двухтранзисторный усилитель
Фильтр высоких частот
См. Также: Конструкция транзисторной схемы
Хотя операционные усилители могут составлять основу активного фильтра верхних частот, один транзистор также может обеспечивать ту же функцию с очень приемлемыми характеристиками.
Иногда бывает удобнее использовать один транзистор, чем операционный усилитель. В подобных обстоятельствах приведенная ниже простая конструкция может стать отличным решением для активного фильтра верхних частот.
Хотя схема фильтра верхних частот с одним транзистором не будет работать так же хорошо, как версия с операционным усилителем, поскольку она имеет меньшее усиление, производительность все равно будет достаточно хорошей для большинства приложений проектирования электронных схем.
Основные сведения о фильтре высоких частот
Как следует из названия, фильтр верхних частот — это разновидность фильтра, используемого в конструкции электронных схем, который пропускает более высокие частоты и отклоняет более низкие частоты.
Цепи фильтра верхних частот могут использоваться в различных приложениях, включая уменьшение гула и общего низкочастотного шума в аудиосхемах до удаления множества низкочастотных элементов сигналов перед переходом к дальнейшим этапам проектирования электронной схемы. .
Кривая отклика фильтра верхних частотФорма кривой имеет значение. Одна из самых важных характеристик — частота среза. Обычно это точка, в которой отклик упал на 3 дБ, т.е.е. напряжение упало до 1 / √2 или 70,7% от внутриполосного значения.
Еще одна важная особенность — окончательный уклон ската. Обычно это зависит от количества «полюсов» в фильтре. Обычно на каждый конденсатор или катушку индуктивности в фильтре приходится по одному полюсу.
При построении графика в логарифмической шкале окончательный спад становится прямой линией, при этом отклик падает с максимальной скоростью спада. Это 6 дБ на полюс внутри фильтра.
Преимущество использования схемы операционного усилителя для фильтра высоких частот состоит в том, что многополюсная схема может быть сделана с использованием только конденсаторов и резисторов, а не катушек индуктивности, которые в противном случае могли бы потребоваться.
Одна транзисторная схема активного фильтра верхних частот
Схема транзисторного фильтра верхних частот, приведенная ниже, обеспечивает двухполюсный фильтр с единичным усилением. Это означает, что окончательная скорость спада будет 12 дБ за декаду.
Этот фильтр, использующий всего один транзистор, удобно размещать в более крупной схеме, поскольку он содержит мало компонентов и не занимает слишком много места.
Являясь важной формой эмиттерного повторителя, эта конструкция электронной схемы обеспечивает только единичное усиление напряжения для внутриполосных частот.
Схема активного транзистора верхних частот довольно проста, в ней используются всего четыре резистора, два конденсатора и один транзистор. Условия работы транзистора устанавливаются обычным образом. R2 и R3 используются для установки точки смещения для базы транзистора. Часто это устанавливается так, чтобы базовое напряжение составляло половину напряжения шины, так что максимальные скачки напряжения могут быть сделаны без перехода к напряжению шины.
Один транзисторный фильтр верхних частотЗначения этих резисторов также должны быть установлены таким образом, чтобы общее значение резисторов, включенных параллельно, не влияло на работу фильтра, как мы видим ниже, в то же время обеспечивая достаточный ток для базы транзистор.
Эмиттерный резистор Re — эмиттерный резистор рассчитан для обеспечения необходимого тока через транзистор, зная напряжение на нем, поскольку оно будет на 0,6 В ниже напряжения на базе кремниевого транзистора. Для германиевого транзистора оно всего на 0,2–0,3 В ниже базового напряжения. Зная напряжение на эмиттере, достаточно просто вычислить по закону Ома, чтобы определить номинал резистора эмиттера.
Компоненты фильтра включены в отрицательную обратную связь от выхода схемы к входу.Компоненты, которые образуют активную сеть фильтров, состоят из C1, C2, R1 и комбинации R2 и R3, включенных параллельно, при условии, что входное сопротивление цепи эмиттерного повторителя очень велико и им можно пренебречь.
Конденсаторы должны быть с достаточно жесткими допусками — идеально подходят керамические, металлопленочные и т. Д. Не следует использовать алюминиевые электролитические конденсаторы, поскольку они часто имеют допуск от -20% до + 50%, и это может привести к некоторым нежелательным рабочим характеристикам.
Уравнения для определения значений компонентов дают ответ Баттерворта.Этот отклик фильтра обеспечивает максимальную равномерность полосы пропускания за счет максимально быстрого достижения максимального спада. Это было выбрано, потому что эта форма фильтра подходит для большинства приложений, и математика работает легко. Хотя это может быть не тот вид фильтра, который нужен для всех конструкций электронных схем, он более чем подходит для большинства.
Уравнения для расчета значений в однотранзисторном фильтре верхних частот приведены ниже:
C1 = 2 C2R3 = R1 R2R1 + R2
Чтобы нагрузка на компоненты фильтра была минимальной и вычисления не компенсировались влиянием нагрузки самого транзистора:
Re (β + 1) >> R1 R2R1 + R2fo = 24 π R3 C2
Где:
Β = коэффициент усиления прямого тока транзистора
f 0 = частота среза фильтра верхних частот
π = греческая буква пи и равна 3.14159
При проектировании схемы может потребоваться небольшая итерация для оптимизации значения, чтобы можно было использовать доступные компоненты, а значения импеданса и т. Д. Могли находиться в допустимых пределах.
Простая двухполюсная схема активного фильтра верхних частот позволяет включать простую схему в области, где может быть неудобно использовать другой подход. Простые вычисления и небольшое количество используемых компонентов делают его идеальным для использования.
Эту схему с одним транзисторным фильтром верхних частот можно использовать, когда необходимо, чтобы схема устраняла низкочастотный гул, но сохраняла высокочастотный звук и т. Д..
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .
Гибкие низковольтные высокочастотные органические тонкопленочные транзисторы
Гибкие органические транзисторы с малым контактным сопротивлением и высокочастотными характеристиками.(A) Фотография органических TFT и схем, изготовленных при максимальной температуре процесса 100 ° C на гибкой прозрачной подложке PEN. (B) Схематическое поперечное сечение TFT и химических структур органических материалов, используемых при их производстве: n-тетрадецилфосфоновая кислота (TDPA), используемая для самоорганизующегося монослоя (SAM) в гибридном диэлектрике затвора оксида алюминия / SAM, используется PFBT для обработки золотых контактов истока и стока для уменьшения контактного сопротивления и низкомолекулярных органических полупроводников DPh-DNTT и C10-DNTT.(C) Фотография TFT, имеющего длину канала 8 мкм, полное перекрытие затвор-контакт 4 мкм и ширину канала 200 мкм. (D) Обзор литературы по нормированному по ширине контактному сопротивлению (RCW) в органических TFT. Пунктирные линии при 102 и 105 Ом · см показывают типичный диапазон контактных сопротивлений, указанных для органических TFT. (E) Обзор литературы по задержке распространения сигнала на ступень (τ) кольцевых генераторов на основе органических TFT в зависимости от напряжения питания. (F) Обзор литературы о наивысших нормированных по напряжению транзитных частотах (fT / V) органических TFT, изготовленных на жестких и гибких подложках.Сплошные горизонтальные линии показывают нормированные по напряжению транзитные частоты LTPS TFT, используемых в дисплеях смартфонов, и современных низкотемпературных IGZO TFT; пунктирная линия указывает приблизительно минимальные требования к мобильным дисплеям (3 МГц V − 1). Фото: Джеймс В. Борхерт, Институт исследования твердого тела Макса Планка. Кредит: Science Advances , DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156.Электронные приложения на нетрадиционных подложках, требующие низкотемпературных методов обработки, в основном стимулировали разработку органических тонкопленочных транзисторов (TFT) в последние несколько десятилетий.Для таких приложений в первую очередь требуется высокочастотное переключение (скорость, с которой электронный переключатель выполняет свою функцию) или усиление при низких рабочих напряжениях. Однако большинство технологий органических TFT демонстрируют ограниченные динамические характеристики, если исследователи не применяют высокие рабочие напряжения для преодоления их высокого контактного сопротивления и больших паразитных емкостей, то есть емкости, которая существует между частями электронных компонентов или схемы из-за их близости друг к другу. В этой работе Джеймс У.Борхерт и группа междисциплинарных исследователей в области нанонауки, химии, квантовой науки и твердотельных исследований в Германии и Италии представили низковольтные органические TFT. Устройства регистрировали статические и динамические характеристики, включая контактное сопротивление до 10 Ом · см, отношение тока включения / выключения до 10 10 и транзитные частоты до 21 МГц. Инвертированная компланарная структура TFT, разработанная в этой работе, может быть легко адаптирована к стандартным отраслевым литографическим методам.
В настоящее время гибкая электроника — это отрасль с оборотом 20 миллиардов долларов в год, обусловленная последними тенденциями в области дисплеев для смартфонов на органических светодиодах с активной матрицей (AMOLED) на полиимидных подложках. Среди многих проблем, связанных с переходом, ученые должны сократить процесс технологии тонкопленочных транзисторов (TFT) с помощью низкотемпературного поликристаллического кремния (LTPS), чтобы сделать его совместимым с полиимидными подложками, сохранив при этом характеристики TFT.В этой работе Borchert et al. продемонстрировали возможности ранее описанного метода разработки низковольтных органических тонкопленочных транзисторов с низким контактным сопротивлением для улучшения статических и динамических характеристик.
Они изготовили тонкопленочные транзисторы и схемы на листах гибкого полиэтиленнафталата (PEN) с силиконовыми трафаретными метками высокого разрешения для создания рисунка на всех слоях устройства. Команда объединила низкое контактное сопротивление с небольшой длиной канала и малым перекрытием между контактами, чтобы получить рекордные статические и динамические характеристики.Они измерили динамические характеристики отдельных TFT, работающих в режиме насыщения, с помощью анализа двухпортовой сети (электрическая сеть с двумя выводами, подключенными к внешним цепям). Borchert et al. затем измерили зависимость транзитной частоты от длины канала и определили нормированное по ширине контактное сопротивление 10 ± 2 Ом · см. Экспериментальные характеристики представляют собой важное подтверждение концепции разработки маломощных гибких схем на основе органических TFT для использования в гибких дисплеях AMOLED.
Процесс изготовления устройства и характеристика материалов. (A) Схема технологического процесса для изготовления органических TFT с нижним контактом (инвертированная компланарность). Все металлические и полупроводниковые слои осаждаются термическим испарением или сублимацией в вакууме и формируются с использованием кремниевых трафаретных масок высокого разрешения. (B) Инфракрасная спектроскопия отражения и поглощения (IRRAS) объемного пентафторбензолтиола (PFBT, черный) и хемосорбированного монослоя PFBT на поверхности золота (красный).(C) АСМ сканирование по высоте тонкой пленки органического полупроводника DPh-DNTT, нанесенной на гибридный диэлектрик затвора AlOx / SAM на гибкой подложке PEN. Предоставлено: Science Advances, DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156.Команда разработала низкомолекулярные органические полупроводники в качестве активного слоя TFT на гибких полимерных подложках с длиной канала 8 мкм, перекрытием затвор-контакт 4 мкм и шириной канала 200 мкм. Они определили передаточные и выходные характеристики TFT на основе различных полупроводников, составляющих устройство.Экспериментальные результаты были аналогичны предыдущим исследованиям и подтвердили хорошую воспроизводимость процесса изготовления. В ходе экспериментов ученые использовали два типа полупроводниковых материалов, сокращенно DPh-DNTT и C 10 -DNTT, чтобы сформировать термостойкие тонкопленочные транзисторы (TFT). Затем они наблюдали статические и динамические характеристики схемы с помощью инвертора, состоящего из TFT на основе DPh-DNTT и 11-ступенчатого кольцевого генератора на основе TFT на основе C 10 -DNTT. Размеры были идентичны в обеих схемах и сохраняли одинаковую конструкцию смещенной нагрузки.
Статические и динамические характеристики инвертора. (A) Статические передаточные характеристики инвертора на основе двух DPh-DNTT TFT в схеме со смещенной нагрузкой, изготовленной на гибкой подложке PEN для напряжения питания (VDD) 2 В и напряжения смещения (Vbias) -1 В. Тонкопленочные транзисторы имеют длину канала (L) 1 мкм и полное перекрытие затвор-контакт 4 мкм. На вставках представлена принципиальная схема и фотография инвертора. Фото: Джеймс В. Борхерт, Институт исследования твердого тела Макса Планка.(B) Статические передаточные характеристики того же инвертора для напряжений смещения в диапазоне от -1 до 0 В. Белые кружки указывают напряжение отключения. (C) Динамические характеристики инвертора в ответ на прямоугольный входной сигнал с частотой 2 МГц, скважностью 50% и амплитудой 2,5 В. Характерные постоянные времени нарастания и спада задержек переключения (τrise , τfall) были определены путем подгонки простых экспоненциальных функций к измеренной форме выходного сигнала. (D) Постоянные времени нарастания и спада, измеренные для напряжения питания (VDD), равного 1.5, 2,0 и 2,5 В. Амплитуда прямоугольного входного сигнала была идентична напряжению питания, и Vbias = -VDD для каждого измерения. Предоставлено: Science Advances, DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156.Чтобы понять динамические характеристики инвертора, Borchert et al. подавали прямоугольный входной сигнал с частотой 2 МГц и амплитудой 1,5, 2,0 или 2,5 В. Они обнаружили наименьшие постоянные времени (19 и 56 наносекунд — нс) для напряжения питания 2,5 В, а затем суммировали результаты от 11-ступенчатого кольцевого генератора.Команда сфотографировала 11-ступенчатую схему кольцевого генератора с помощью сканирующей электронной микроскопии и измерила его выходной сигнал. Задержка распространения сигнала в установке была наименьшим значением, о котором сообщалось на сегодняшний день (143 нс для напряжения питания 1,6 В и 79 нс для напряжения питания 4,4 В) при напряжении питания менее 50 В.
Характеристики динамической схемы. (A) Принципиальная схема и фотография 11-каскадного кольцевого генератора на основе инверторов со смещенной нагрузкой, изготовленных на подложке PEN.Фото: Джеймс В. Борхерт, Институт исследования твердого тела Макса Планка. (B) СЭМ-микрофотография области канала отдельного C10-DNTT TFT в кольцевом генераторе. Все TFT в схеме имеют длину канала (L) 1 мкм и полное перекрытие затвор-контакт (Lov, общее) 4 мкм. (C) Измеренный выходной сигнал кольцевого генератора, работающего с напряжением питания (VDD) 4,4 В. Задержка распространения сигнала на ступень (τ) 79 нс определяется путем подгонки синусоидальной волны к выходному сигналу. (D) Задержка ступени и эквивалентная частота (feq = 1 / 2τ) в зависимости от напряжения питания.Предоставлено: Science Advances, DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156.Команда получила более подробную информацию о динамических свойствах отдельных TFT с помощью двухпортового сетевого анализа. Используя измерения параметра рассеяния (S-параметра), команда исследовала высокочастотные характеристики органических тонкопленочных транзисторов. На основе этого метода они выполнили подробные динамические характеристики тонкопленочных транзисторов и обнаружили, что нормированная по площади емкость затвор-сток остается постоянной с частотой во всех измерениях.Ученые определили частоты прохождения и отметили их зависимость от длины канала, чтобы таким образом определить контактное сопротивление и внутреннюю подвижность канала.
Двухпортовый сетевой анализ гибких органических транзисторов. (A) Фотография органического TFT, предназначенного для анализа двухпортовой сети, изготовленного на подложке PEN. Все рассматриваемые здесь TFT имеют полное перекрытие затвор-контакт (Lov, общее) 10 мкм и ширину канала (W) 100 мкм. Фото: Джеймс У.Борхерт, Институт исследования твердого тела им. Макса Планка. (B) Принципиальная схема двухпортовой сети с TFT в качестве тестируемого устройства. (C) Компонент стока общей емкости затвора (CGD), нормированный площадью перекрытия затвор-сток (WLov, GD), и построенный как функция частоты измерения (f) для всех TFT в двухпортовом сетевой анализ. Емкость затвор-сток CGD рассчитывалась из измеренных параметров полной проводимости (| Y21 | = 2πfCGD). (D) Величина усиления тока слабого сигнала (| h31 |) транзисторов TFT с длиной канала (L) от 0.От 7 до 10,5 мкм и с номинально идентичными перекрытиями затвор-исток и затвор-сток (Lov, GS = Lov, GD) в зависимости от частоты измерения. Частоты прохождения (fT) определяются как частота, на которой | h31 | = 0 дБ (красная линия). (E) Транзитная частота (fT) в зависимости от длины канала (L). Красная линия соответствует уравнению. 1, полученный в ходе исследования на основе данных измерений (синие кружки), что дает нормированное по ширине контактное сопротивление (RCW) (10 ± 2) Ом · см и собственную подвижность канала (μ0), равную (6 ± 1) см2 · В− 1 с-1.(F) СЭМ-микрофотография области канала асимметричного DPh-DNTT TFT с длиной канала (L) 0,6 мкм, перекрытием затвор-исток (Lov, GS) 1,7 мкм и затвор-сток перекрытие (Lov, GD) 8,3 мкм. (G) Измеренное усиление тока слабого сигнала (| h31 |) того же TFT, построенное как функция частоты измерения, что указывает на частоту прохождения (fT) 21 МГц. (H) Измеренные передаточные характеристики и крутизна (gm) в зависимости от напряжения затвор-исток того же TFT. Предоставлено: Science Advances, DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156Эффекты паразитной периферийной емкости в полевых транзисторах также могут возникать, когда полупроводниковый слой выходит за края устройства. Таким образом, команда уменьшила перекрытие затвор-исток, сохранив при этом общее перекрытие затвор-контакт и постоянную длину канала, чтобы получить меньшую общую емкость затвора и более высокую частоту передачи. Оптимизировав размеры TFT, ученые получили транзитную частоту 21 МГц, что является самым высоким значением, зарегистрированным на сегодняшний день для органического транзистора, сделанного на гибкой подложке.Результаты продемонстрировали возможность создания органических TFT на гибких подложках со статическими и динамическими характеристиками для высокочастотных мобильных электронных приложений. Результаты работы приблизились к результатам отраслевых стандартных низкотемпературных поликристаллических кремниевых TFT, при этом использовалась архитектура TFT, которая соответствовала существующим отраслевым стандартным процессам изготовления.
Новые металлооксидные транзисторы с высокой стабильностью работы
Дополнительная информация: Джеймс У.Borchert et al. Гибкие низковольтные высокочастотные органические тонкопленочные транзисторы, Science Advances (2020). DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5156
Крис Майни. Разработка гибких интегральных схем на основе тонкопленочных транзисторов, Nature Electronics (2017). DOI: 10.1038 / s41928-017-0008-6
Xinge Yu et al. Оксиды металлов для оптоэлектронных приложений, Nature Materials (2016). DOI: 10.1038 / nmat4599
© 2020 Сеть Science X
Ссылка : Гибкие низковольтные высокочастотные органические тонкопленочные транзисторы (29 мая 2020 г.) получено 23 ноября 2021 г. из https: // techxplore.ru / news / 2020-05-гибкие-низковольтные-высокочастотные-тонкопленочные-транзисторы.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
% PDF-1.1 % 1 0 объект > транслировать %! FontType1-1.0: DLHPAO + Universal-NewswithCommPi 1 13 дикт начать / FontName / DLHPAO + Universal-NewswithCommPi def / FontType 1 def / FontBBox {-7-227 989 764} только для чтения def / FontMatrix [0,001 0 0 0,001 0 0] только для чтения по умолчанию / PaintType 0 def / FontInfo 12 dict dup begin / версия (001.000) только для чтения def / Уведомление (Copyright (c) 1988 Adobe Systems Incorporated. Все права защищены.) Только для чтения def / FullName (Universal News w. Commercial Pi 97) только для чтения def / FamilyName (Universal) только для чтения def / ItalicAngle 0 def / isFixedPitch ложное определение / UnderlinePosition -100 def / Подчеркивание Толщина 50 деф. / Вес (средний) def / BaseFontName (Universal-NewswithCommPi) def конец определения / Кодирование 256 массива 0 1 255 {1 index exch /.notdef put} для dup 32 / поставить пробел dup 33 / h21537 поставить dup 34 / h22339 положить dup 35 / h21539 положить dup 36 / h21540 положить dup 37 / h21555 поставить dup 38 / h21543 положить dup 39 / h22132 поставить dup 40 / h21542 положить дуп 41 / х32120 поставить dup 42 / h21541 положить dup 43 / h33551 поставил дуп 44 / х32810 поставить дуп 45 / х32117 поставить dup 46 / h32813 поставить dup 47 / h30038 положить dup 48 / h32118 поставить dup 49 / h21502 поставить dup 50 / h21503 положить дуп 51 / х21504 поставить дуп 52 / х21505 поставить дуп 53 / х21506 поставить dup 54 / h32109 положить dup 55 / h21034 поставить dup 56 / h21032 поставить dup 57 / h21033 положить dup 58 / h22330 положить dup 59 / h22133 положить dup 60 / h32814 поставить dup 61 / h33740 положить dup 62 / h32817 поставить dup 63 / h30040 положить dup 64 / h21538 поставить dup 65 / h32108 поставить dup 66 / h21083 положить dup 67 / h28537 положить dup 68 / h30326 положить dup 69 / h33008 положить dup 70 / h30327 положить dup 71 / h30325 поставить dup 72 / h32074 положить dup 73 / h2118 положить dup 74 / h32072 поставить dup 75 / h22332 положить дуп 76 / х22331 поставить dup 77 / h28554 поставить dup 78 / h28551 положить дуп 79 / ч2100 поставить дуп 80 / х2120 поставить dup 81 / h27050 положить dup 82 / h33005 поставить dup 83 / h30324 поставить dup 84 / h33006 поставить dup 85 / h22012 положить dup 86 / h28540 поставить dup 87 / h27051 поставить dup 88 / h32669 поставить dup 89 / h33007 поставить dup 90 / h32668 поставить dup 91 / h24063 положить dup 92 / h24067 поставить dup 93 / h32001 поставить дуп 94 / х32110 поставить dup 95 / h32119 поставить дуп 96 / х21501 поставить dup 97 / h32107 поставить dup 98 / h28543 поставить dup 99 / h28533 поставить dup 100 / h30322 положить dup 101 / h33043 поставить dup 102 / h30323 поставить dup 103 / h30321 положить dup 104 / h32073 поставить dup 105 / h24060 поставить dup 106 / h32071 поставить dup 107 / h22134 положить дуп 108 / х22135 поставить dup 109 / h28549 положить dup 110 / h28546 положить dup 111 / h24061 положить dup 112 / h24062 положить dup 113 / h27015 положить dup 114 / h33040 положить dup 115 / h30320 положить dup 116 / h33041 положить dup 117 / h22011 положить дуп 118 / х28567 поставить dup 119 / h27016 положить dup 120 / пуля положить dup 121 / h33042 положить дуп 122 / х28528 поставить dup 123 / h2127 положить dup 124 / h24667 положить dup 125 / h2606 поставить dup 126 / h21536 поставить dup 167 / h27076 поставить dup 169 / h27075 поставить dup 181 / h42890 поставить dup 182 / h27073 поставить dup 196 / h27074 поставить dup 198 / h2674 поставить dup 248 / h42891 поставил dup 249 / h42893 положить dup 250 / h32076 поставить только чтение def конец текущего дикта текущий файл eexec #R BJ6ND653u I.Ea h0duJ`UPŗr̨ {() Iyo =? / — 7KG0q6Y˭-9 = M
Высокочастотная модель транзистора
Мы обсудили анализ слабого сигнала BJT под ключевым словом «Анализ слабого сигнала». Когда входной сигнал усилителя находится в диапазоне от десяти до сотен килогерц, для анализа можно использовать низкочастотную модель транзистора с малым сигналом. Но по мере увеличения частоты внутренняя емкость транзистора сильно влияет на его производительность. Низкочастотная модель не может работать в этой ситуации.Чтобы приспособиться к этим изменениям характеристик транзистора, разработана отдельная модель для высокочастотных операций. Эта высокочастотная модель представлена на рис. 1. Высокочастотная гибридная пи-модель также известна как модель Джаколетто.| Рис. 1 Высокочастотная модель |
| Рис. 2 Низкочастотная модель |
Низкочастотная модель представлена на Рис.Он приведен в посте «Транзистор — модель слабого сигнала и параметры слабого сигнала». Входное сопротивление (r π ), крутизна (g m ) и выходное сопротивление (r o ) хорошо объяснены там. Пожалуйста, пройдите через это, просто чтобы освежить клетки своего мозга.
Высокочастотная модель — объяснение
В высокочастотной модели в дополнение к компонентам низкочастотной модели добавлены резистор и два конденсатора.
1) Резистор RX известен как Базовый резистор
.На рис. 1 точка B ‘является внутренней по отношению к транзистору и является частью базовой области.rx обозначает сопротивление кремниевого материала между внешней клеммой B и внутренней клеммой B ‘. Его значение обычно меньше 100 Ом и оказывает существенное влияние на высокочастотный отклик. В низкочастотном анализе крена нет. rx << r π .
2) База — Емкость эмиттера C π
Эта емкость возникает из-за комбинированного эффекта диффузионной емкости эмиттерного перехода Cde и емкости обеднения эмиттерного перехода Cje.(Диффузионная и обедненная емкость есть в вашем учебнике «Твердотельные устройства».) Это значение находится в диапазоне от нескольких пФ до нескольких десятков пФ.
3) Емкость коллектор-база CμЭто емкость перехода коллектор-база транзистора. Он варьируется от долей пФ до нескольких пФ.
| Рис.3 Внутренняя емкость BJT |
Схемы полевых транзисторов, май 1967 г. Electronics World
Май 1967 Мир электроники Стол содержанияВоск, ностальгирующий по истории ранней электроники.См. Статьи из Electronics World , опубликовано в мае 1959 г. — Декабрь 1971 г. Все авторские права подтверждаются. |
Если вы только вводите области электроники, концепции, представленные в этой статье полувековой давности для основные полевые транзисторы по-прежнему актуальны. Значительные улучшения есть было сделано с тех пор, но основы остаются в силе. Один из самых полезных предметов в Эта статья представляет собой Таблицу 1, в которой сравниваются и противопоставляются вакуумные лампы, биполярный переход транзисторы и полевые транзисторы.Рассматриваемые темы включают общие свойства полевых транзисторов, повторителей источников (а-ля повторителей эмиттеров в BJT), усилителей с общим истоком (как усилители с общим эмиттером в биполярных транзисторах), генератор Миллера, комбинации Полевые транзисторы и биполярные транзисторы, а также стробируемый амплитудный модулятор.
Схемы на полевых транзисторах
Джозеф Х. Вуджек-младший и Макс Э. МакГи
Группа из шести простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы. работы полевого транзистора.
Рис. 1 — Табличное сравнение ламп, транзисторов и полевых транзисторов.
Рис. 2 — Схема исток-повторитель вместе с частотной характеристикой.
Рис. 3 — Схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком вместе с характеристикой.
Рис. 4 — Схема генератора Миллера.
Рис. 5 — Пара полевой транзистор / транзистор имеет усиление и высокое входное сопротивление.
Рис. 6 — Схема расширителя импульсов с полевым транзистором и транзисторами.
Одним из важнейших новых полупроводниковых устройств является полевой транзистор. (FET). В этой статье описываются шесть недорогих схем, которые могут быть построены для демонстрации важные свойства полевых транзисторов. Используются полевые транзисторы с р-каналом U-110 и / или U-112. в обсуждаемых схемах и относительно невысокая цена. Siliconix предлагает U-110 и U-112 вместе в пакете по 2 доллара.75. У-110 можно оставить в одиночестве для 1 доллар США по этому предложению. Полевые транзисторы промышленного типа, U-146 и U-147, немного выше в цене. В качестве биполярных транзисторов используются эпоксидные устройства General Electric. которые продаются по цене от 0,50 до 1 доллара за штуку.
Общие свойства полевого транзистораДля удобства сходства среди электронных ламп, транзисторов и полевых транзисторов показаны на рис. 1. Мы должны признать внутренние различия, которые существуют между электронными лампами, транзисторами и полевыми транзисторами и таблица служит только для помощи в указании полярностей предубеждений.
Полевой транзистор похож на вакуумную лампу тем, что сопротивление, смотрящее на затвор очень высока и может составлять порядка сотен МОм. Кроме того, полевой транзистор — это устройство с низким уровнем шума, лучше, чем биполярные транзисторы, и конкурирует с электронными лампами. С другой стороны, полевые транзисторы похожи на транзисторы по токам утечки, которые протекают между их электродами, когда устройство отключено.
Последователь Источника
Схема истокового повторителя аналогична катодному повторителю на электронных лампах. или транзисторный эмиттер-повторитель.Мы можем ожидать аналогичного поведения от этих схем. так оно и есть. Таким образом, у нас высокий входной импеданс, относительно низкий выходной импеданс, и коэффициент усиления по напряжению, который можно сделать очень близким к единице.
На рис.2 показана простая схема истокового повторителя и характеристики полосы пропускания. получается с двумя разными полевыми транзисторами. Резистор 2 МОм устанавливает затвор. смещения и аналогичен резистору утечки сетки, используемому в ламповой работе. Однако этот резистор должен быть достаточно маленьким, чтобы увеличился ток утечки между затвором и источник не изменит кардинально предвзятость.Для У-110 и У-112 утечка между затвором и истоком при комнатной температуре порядка 5 наноампер (5 x 10 -9 amp), поэтому резистор на 1 или 2 МОм будет достаточным.
При повышенных температурах увеличение тока утечки приведет к тому, что резистор меньшего размера должен использоваться, чтобы уменьшить изменения смещения с током утечки. Это можно смещать полевые транзисторы так, чтобы получился очень небольшой температурный дрейф.
Усилитель с общим источником
Схема с общим истоком аналогична транзистору с общим эмиттером и общим катодом. ламповые схемы.Опять же, свойства этой схемы аналогичны транзистору. и ламповые аналоги. Входное и выходное сопротивление имеют промежуточное значение и может быть реализовано усиление по напряжению больше единицы.
На рис. 3 показаны схема с общим источником и диаграмма полосы пропускания, полученная с использованием либо полевой транзистор U-110, либо U-112.
Генератор Миллера
Очень высокий входной импеданс полевого транзистора позволяет нам построить простую схему Миллера. осциллятор рис.4. Высокое сопротивление схемы затвора приводит к небольшой нагрузке. кристалла. Комбинация LC в контуре стока настроена так, чтобы слегка резонировать ниже параллельного резонанса кристалла. Для рассматриваемого типа устройств В этой статье верхний предел работы по частоте составляет всего несколько мегагерц. Для кристаллов, отличных от показанного блока 512 кГц, необходимо изменить комбинацию LC. соответственно.
Выход генератора не выдержит большой нагрузки, но источник-повторитель Схема может использоваться в качестве драйвера для обеспечения низкого выходного сопротивления без нагрузки ступень генератора чрезмерно.Учитывая различия в типах полевых транзисторов и деталях компоновки, также может потребоваться некоторая модификация сети LC. Для тестируемой схемы «чистые» колебания наблюдались для четырех типов полевых транзисторов, указанных на рисунке. без перенастройки схемы и при напряжении питания от 6 до 22 вольт.
Пара полевых транзисторов / транзисторов
Схема, которая работает как улучшенный повторитель-источник или повторитель-эмиттер. показан на рис.5. Полевой транзистор снова обеспечивает очень высокое входное сопротивление, в то время как транзисторный выход обеспечивает низкий выходной импеданс. В отличие от последователя-источника или ведомого-эмиттера, эта схема может быть построена так, чтобы коэффициент усиления по напряжению был больше единицы. Это выполнено резистором в цепи обратной связи, как показано на рис. 5A (внизу справа).
На рис. 5В приведены характеристики полосы пропускания при использовании с коэффициентом усиления по напряжению, равным единице. и с усилением по напряжению больше единицы. Полоса пропускания зависит от импеданса. источника движения.При возбуждении испытательным генератором на 600 Ом верхние 3 дБ точка составляет 2 МГц. Полоса пропускания уменьшается по мере увеличения импеданса источника возбуждения. В на низких частотах входное сопротивление усилителя составляет около 100 МОм, а выходное сопротивление менее 2000 Ом.
На рис. 6 показан стретчер, который измеряет пиковую амплитуду импульса и удерживает этот уровень напряжения на время, намного превышающее ширину импульса. Диаграмма включает кнопку для подачи импульса, но, конечно, импульс может быть связан из подходящего внешнего источника.
Транзисторы Q1 и Q3 обеспечивают преобразование импеданса и изолируют полевой транзистор от как источник, так и нагрузка. При появлении входного импульса конденсатор заряжается через Q1 и диод. По окончании входного импульса Q1 отключается, и диод с обратным смещением. Входное сопротивление Q2 очень велико, так что заряд утекает из конденсатора в основном за счет тока утечки через диод и конденсатор. Затем полевой транзистор (Q2) представляет постоянный ток. уровень до Q3, который действует как выходной драйвер.На рис. 6 также показана длительность выходного сигнала, полученного с четырьмя различными полевыми транзисторами. (Обратите внимание, что полевой транзистор подключен в обратном порядке, чтобы сделать сток отрицательным.)
Постоянная времени может быть увеличена за счет использования полевого транзистора с очень низкой утечкой затвора. и выбрав диод и конденсатор с очень низкой утечкой. Используя эти больше дорогие компоненты, схемы стретчера на полевых транзисторах с длительностью выходных импульсов до 30 часов построено. Схема может использоваться как детектор пиковой амплитуды или для получения необходимой выдержки времени.Сброс осуществляется путем разрешения выхода на распад или замыканием конденсатора на массу.
Полевой транзистор также можно использовать в качестве линейного затвора или электронного переключателя, как показано на рис. 7. Сопротивление между истоком и стоком при «замкнутом» переключателе составляет примерно 1 / г м . Когда переключатель находится в «разомкнутом» положении, только небольшой ток утечки протекает между источник и сток. Этот тип схемы также может использоваться как амплитудный модулятор.
Рис.7 — Схема линейного стробирования или амплитудного модулятора.
Мы представили шесть простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы работы полевого транзистора. Эти схемы предназначены для понимания устройств и стимулировать размышления о других приложениях.
Авторы выражают признательность г-ну Чарльзу Макдональду за сотрудничество. из Siliconix, Inc. и г-на Эл Кенрика из General Electric Company.
