Трансформаторный усилитель мощности на транзисторах: Трансформаторные усилители мощности

Содержание

Трансформаторные усилители мощности

Рассмотрим однотактный усилитель мощности, в котором трансформатор включен по схеме с ОЭ (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Трансформаторный усилитель мощности

Трансформаторы ТР1 и ТР2 предназначены для согласования нагрузки и выходного сопротивления усилителя и входного сопротивления усилителя с сопротивлением источника входного сигнала соответственно.

Элементы R и D обеспечивают начальный режим работы транзистора, а элемент С увеличивает переменную составляющую, поступающую на транзистор Т.

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания Pпотр=Ек·Iкн.

Следовательно, КПД усилителя

.

Для идеального усилителя теоретический КПД усилителя . Реальный же КПД .

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности (рис. 11.7). Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис. 11.7,

а), либо с ОБ (рис. 11.7,б).

Обе схемы могут работать в режиме класса В (резисторы R1 и R2 обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).

Двухтактный усилитель можно рассматривать как две независимые схемы, работающие поочередно, каждая в течение полупериода входного сигнала (рис. 11.8).

Средний ток (постоянная составляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока Iк0

.

Коэффициент полезного действия двухтактного усилителя мощности класса В

.

 

Рис. 11.7. Двухтактный усилитель мощности

 

 

Рис. 11.8. Временные диаграммы двухтактного усилителя класса В



Для идеального усилителя Uкт

= Ек, Iкт = I1, ηтр = 1, а следовательно, теоретический КПД . Реальный же КПД составляет 0,6÷0,7.

 

Бестрансформаторные усилители мощности

В настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности. Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости (комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис. 11.9). Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения uвх транзистор Т1 работает в режиме усиления, а транзистор Т2 – в режиме отсечки. При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями.

 

 

Рис. 11.9. Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности

Максимально возможная мощность нагрузки определяется выражением

.

При максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением

.

Отсюда получаем максимально возможный коэффициент полезного действия усилителя

.

Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса АВ (рис. 11.10). При этом коэффициент полезного действия несколько уменьшается.

 

Рис. 11.10. Двухтактный усилитель АВ-класса

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем (рис. 11.11). В схеме использована общая отрицательная обратная связь (резисторы R

1 и R2), охватывающая оба каскада (на операционном усилителе и на биполярных транзисторах), благодаря которой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что часто не требует дополнительных цепей смещения для каскада на транзисторах Т1 и Т2.

 

Рис. 11.11. Двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем

Поскольку напряжение на нагрузке Rн примерно равно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителя ограничивается выходным напряжением ОУ.

 

ЭЛЕКТРОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Фильтром называют устройство, которое передает (пропускает) синусоидальные сигналы в одном определенном диапазоне частот (в полосе пропускания) и не передает (задерживает) их в остальном диапазоне частот (в полосе задерживания). Фильтры используют для передачи не только синусоидальных сигналов, но, определяя полосы пропускания и задерживания, ориентируются именно на синусоидальные сигналы. Зная, как фильтр передает синусоидальные сигналы, обычно достаточно легко определить, как он будет передавать сигналы и другой формы.

В устройствах электроники, широко использующих фильтры, различают аналоговые и цифровые фильтры. В аналоговых фильтрах обрабатываемые сигналы не преобразуют в цифровую форму, а в цифровых фильтрах перед обработкой сигналов осуществляют такое преобразование.

Аналоговые фильтры строят на основе как пассивных элементов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов), так и активных элементов (транзисторов, операционных усилителей).

Для аналоговой фильтрации широко используют также электромеханические фильтры: пьезоэлектрические и механические. В пьезоэлектрических фильтрах используют естественный и искусственный кварц, а также пьезокерамику. Основу механического фильтра составляет то или иное механическое устройство.

Важно различать требования, предъявляемые к фильтрам силовой и информативной (информационной) электроники. Фильтры силовой электроники должны иметь как можно больший коэффициент полезного действия. Для них очень важной является проблема уменьшения габаритных размеров. Такие фильтры строятся на основе только пассивных элементов. К фильтрам силовой электроники относятся сглаживающие фильтры выпрямителей, проходные фильтры силовых трансформаторов и т. д.

Фильтры информативной электроники чаще разрабатывают при использовании активных элементов. При этом широко используют операционные усилители.

Фильтры, содержащие активные элементы, называют активными. В современных конструкциях фильтров обычно не используют катушки индуктивности из-за их больших габаритов и высокой трудоемкости изготовления.

Поэтому активные фильтры могут быть изготовлены с применением технологии интегральных микросхем. Нередко активные фильтры оказываются дешевле соответствующих фильтрах на пассивных элементах и занимают меньшие объемы. Активные фильтры способны усиливать сигнал, лежащий в полосе пропускания. Во многих случаях их достаточно легко настроить.

К недостаткам активных фильтров можно отнести:

· использование источника питания;

· невозможность работы на таких высоких частотах, на которых используемые операционные усилители уже не способны усиливать сигнал.

 

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все…

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор…

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала. ..

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования…


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

для усилителя НЧ, на транзисторах, схемы

Автор Andrey Ku На чтение 7 мин Опубликовано

Трансформаторные усилители мощности (ТУМ) – это аппараты, которые обеспечивают заданный параметр мощности воздействия Рн при действующем сопротивлении воздействия Rн. Эти устройства могут иметь один или два такта. Первые функционируют в режиме категории А, вторые – В или АВ. Есть различные их виды, и наиболее распространённые представлены далее.

Содержание

  1. Согласующий трансформатор: сущность и принцип действия
  2. Состав
  3. Разновидности усилителей мощности для согласующих трансформаторов
  4. Разновидности и схемы усилителей мощности
  5. Усилитель мощности НЧ на пяти транзисторах 100-200 Ватт (TIP142, TIP147)
  6. Усилитель на трех транзисторах КТ315
  7. УНЧ на германиевых транзисторах
  8. Каскадная схема ОИ-ОБ в усилителе мощности низкой частоты
  9. Трехполосный усилитель на транзисторах и ОУ (14 Вт)
  10. Высококачественный усилитель мощности НЧ (36Вт на 8Ом)
  11. Высококачественный транзисторный усилитель НЧ класса В (30 Ватт)
  12. Термостабильный усилитель с малыми динамическими искажениями (26 Ватт)
  13. Схема
  14. УНЧ на транзисторах с малыми динамическими искажениями (20 Ватт)

Согласующий трансформатор: сущность и принцип действия

СТ (аббревиатура данного трансформатора) – это агрегат, который передаёт частотные сигналы в разном спектре с наименьшими сбоями и стабильным показателем передачи сигналов.

Сущность заключается в содержании подложки, которая сделана из диэлектрика и ферритной пластины.

Состав

  • указанная подложка (цифра 1 на схеме),
  • проводники (цифры 2-4),
  • полосковый проводник (5),
  • металлизация (6),
  • щелевой контур (7),
  • ферритная пластина (8),
  • вторая металлизация (9),
  • зазоры (10, 11)
  • вспомогательные щелевые участки (12, 13).

Принципы работы СТ отражается в таком алгоритме:

  • В обмотку 4 поступает сигнал. С помощью пластины и металлизации (6) проводники (2-4) связываются друг с другом.
  • С одной стороны добавляется проводник (4), со второй – металлизация (9).

Благодаря связям проводников частоты сокращаются вдвое.

Разновидности усилителей мощности для согласующих трансформаторов

Здесь фигурируют такие устройства:

  • Входные. Их задача – согласовывать выходное сопротивление входного сигнального источника с идущим после этого каскадом.
  • Межкаскадные. Согласовывают это же сопротивление, но предыдущего каскада. При этом идёт входное сопротивление нового каскада.
  • Выходные. Нормализуют обозначенное сопротивление, но оконечного каскада с сопротивлением его воздействия.

Входные данные обозначаются буквами:

  • Т – первый компонент.
  • ВТ – входной сигнал для транзисторных аппаратов.
  • Нумерация разработки.

Пример: ТВТ-1 – это входной трансформатор для транзисторных агрегатов с числовым обозначением разработки 1.

Выходные СТ обозначаются так:

  • компонент – Т,
  • ОТ (оконечный вариант для транзисторных приборов)
  • порядковая цифра разработки.

Пример: ТОТ-4 – выходной СТ для устройств с транзисторами, разработка №4.

Межкаскадные виды имеют такие обозначения:

  •  Т,
  • М,
  • число – показатель мощности,
  • нумерация разработки.

Пример – ТМ15 – 45. Это миниатюрный СТ с каскадами, мощностью 15 А. Разработка №45.

Также существуют выходные модели ТОЛ. Здесь:

  • Т – трансформатор,
  • О – оконечный,
  • Л – ламповый тип.

Они полностью удерживают заданные параметры в спектре от 300 до 10 000 Гц. Их рабочие мощности находятся в диапазоне 0,1…6 В*А. Допустимая неравномерность характеристик на предельных частотах составляет максимум 2 дБ. Наивысший показатель искажений – 5%.

Разновидности и схемы усилителей мощности

Здесь присутствуют следующие классификации:

  • Виды сигналов: гармонические или импульсные.
  • Типы усиливаемого тока: постоянный или переменный.
  • Спектры частот: низкие (УНЧ), высокие (УВЧ).
  • Частотные полосы: узкие, либо широкие.
  • Амплитудно-частотные параметры. Усилители могут быть избирательными, резонансными и апериодическими.
  • Развивающийся электрический показатель: напряжение, ток или мощность.

Усилитель мощности НЧ на пяти транзисторах 100-200 Ватт (TIP142, TIP147)

При мостовом соединении двух таких устройств мощности развивается до 400-500 Вт. Этот аппарат можно задействовать в комбинации со стационарной звуковоспроизводящей техникой.

В схеме его питания необходимо наличия выпрямителя, имеющего такую схему:

Конденсаторы здесь ставятся на напряжение 63 В.

Транзисторы TIP142 и TIP147 выглядят так:

При работе аппарата они рассеивают много тепла. Поэтому ставятся на радиаторы с солидной площадью тепловой генерации. Также устанавливается дополнительный охладитель, например кулер.

Требования по электричеству:

  • Резерв мощности блока питания для моноканала – 350 Вт. Для стерео – 450-700 Вт.
  • Каждая вторичная обмотка должна получать напряжение 34В.
  • У выпрямителя каждая линия питания должна снабжаться предохранителем на 5-6 А.

Усилитель на трех транзисторах КТ315

Его технические данные:

  • Мощность на выходе – 1 Вт.
  • Параметр сигнала на входе – 250 мВ

Его схема:

Обозначенные транзисторы есть почти в любой отечественной радиотехнике. Их можно заменять аналогами, например КТ3102. Их вид и схема представлены ниже:

​Источником питания – батарея Крона 9В.

УНЧ на германиевых транзисторах

В его схеме присутствует минимум деталей. В источнике питания один полюс и нет стабилизации, но имеется дроссель.

Категория работы выходного каскада – АВ.

Схема устройства такова:

Его параметры:

  • Совокупный КНИ – 3%.
  • Мощность на выходе – 10 Вт.
  • Нагрузка – громкоговорители на 8 Ом.

Каскадная схема ОИ-ОБ в усилителе мощности низкой частоты

Она выглядит так:

Статистические данные по вольтам и амперам на выходе таковы:

Если отсутствует входной сигнал, каска функционирует в спокойном режиме. Благодаря резистору Rи формируется напряжения сдвига U0=Iс0·Rи. Оно задаёт ток статичности стока Iс0.

Координаты функциональной точки отражаются следующими обозначениями:

Uс0 =Uвых + UR,

Здесь UR – рубеж участка контролируемого сопротивления на обозначенных выходных данных

UR =(1…2) – это показатель В;

Iс0 =Uвых/R?,

R= Rс + Rн — сопротивление каскадной нагрузки по меняющемуся току.

Получается такая формула:

Здесь Uотс — параметр отсечки (напряжение)

Iси — ток стока, когда Uзи=0 В о

Резистор Rи вносит в каскад ООС, ведущую к температурной стабилизации. На сигнальных частотах её можно убрать, включив Cи.

Оба каскада (ОЭ и ОИ) производят инвертирование входного сигнала.

Схема устройства для низких частот такова:

Трехполосный усилитель на транзисторах и ОУ (14 Вт)

Его основные характеристики:

  • Номинальный частотный спектр: 20 – 200 000 Гц.
  • Частоты разделения – 400 и 4000 Гц.
  • Мощность на выходе при сопротивлении 8 Ом составляет –14 В. Это условие для каналов с НЧ и СЧ. Для канала ВЧ – 5 В при 16 Ом.
  • Уровни шумов на НЧ – 90 дБ. На СЧ и ВЧ – 80 дБ.

В каждом канале есть три разделительных фильтра. Первые два имеют частотный срез 400 Гц. Последний – 4000 Гц.

Высококачественный усилитель мощности НЧ (36Вт на 8Ом)

Он имеет две главные специфики:

  • Мощную стойкость к самовозбуждению.
  • Скромные искажения.

Это заслуга ООС, охватывающей каскад на выходе.

Его основные показатели:

  • Номинальный частотный спектр: 20 – 20 000 Гц.
  • Мощность на выходе при 8 Ом – 36 Вт.
  • Шумовой уровень при замкнутом входе – 104 дБ.

В устройстве есть каскады, усиливающие сигнальное напряжение. Их всего три:

  • Дифференциальный. Затрагивает транзисторы V7 и V2.
  • Второй касается деталей V7 и V8.
  • Выходной. Отражается в элементах VІ5—V18.

Эти процессы отражены на данной схеме:

Высококачественный транзисторный усилитель НЧ класса В (30 Ватт)

Его главная специфика заключается в том, что в его работе присутствует прямая связь, которая снижает искажения.

Его основные данные:

  • Частотный диапазон: 20 – 20 000 Гц.
  • Мощь на выходе при 8 Ом – 30 Вт, 4 Ом – 40 Вт.
  • Сопротивление на входе – 20 кОм.
  • Шумовой уровень – 75 дБ

В устройстве есть:

  • Усилитель с 4 каскадами. Он функционирует в режиме А и касается транзисторов V3—V6, V9.
  • Каскад на выходе. Режим его работы – В. Он касается деталей V12, V15, V16.
  • Оборона п.2. от замыканий и перегруза.
  • Компоненты С6, R15, R29 – сокращают искажения, образуя нормализованный стабильный мост.

Термостабильный усилитель с малыми динамическими искажениями (26 Ватт)

Его особенности:

  • Слабые динамические искажения.
  • Высокая температурная стабильность.

Основные данные:

  • Частоты: 20 – 20 000 Гц.
  • Мощность на выходе при 8 Ом – 20 Вт, 4 Ом – 26 Вт. Показатель на входе – при 8 Ом – 1 Вт.
  • Шумы – 70 дБ.

В устройстве действуют три каскада:

  • Дифференциальный. Охватывает транзисторы V1 и V2.
  • Устроенный на деталях V4 и V5.
  • Выходной – на элементах V9 и V10.
Схема

УНЧ на транзисторах с малыми динамическими искажениями (20 Ватт)

Особенность – резкие скачки уровней сигналов. Для их минимизации действует «отражатель токов». Он делает усиливаемый сигнал симметричнее на оконечном каскаде.

Основные данные:

  • Рабочие частоты: 16 – 100 000 Гц.
  • Показатель на выходе при 8 Ом – 20 Вт.
  • Шумы составляют -60 Дб.

Каскады данного усилителя:

  • Дифференциальный. Затрагивает транзисторы V 1 и V2.
  • Второй, симметрия которого обеспечивается п.1 на деталях VЗ и V4-6.
  • Выходной – на деталях V14— V17.
  • Защита от замыканий на элементах V9 и V10.

Трансформаторный и двухтактный усилители мощности. Принцип действия — Студопедия

Поделись  


Рассказывая в начале этой статьи о назначении каскадов усилителя, я, как бы забегая вперед, сказал, что в выходных каскадах, являющихся усилителями мощности, радиолюбители используют такие же маломощные транзисторы, как и в каскадах усиления напряжения. У вас тогда, естественно, мог возникнуть вопрос, а может быть возникал: как это достигается? Отвечаю на него сейчас. Такие каскады называют двухтактными усилителями мощности. Причем они могут быть трансформаторными, т.е. с использованием в них трансформаторов, или бестрансформаторными. В ваших конструкциях будут применены обе разновидности двухтактного усилителя колебаний звуковой частоты. Разберемся в принципе их работы. Упрощенная схема двухтактного трансформаторного каскада усиления мощности и графики, иллюстрирующие его работу, приведены на (рис. 6). В нем, как видите, два трансформатора и два транзистора. Трансформатор Т1 межкаскадный, связывающий предоконечный каскад со входом усилителя мощности, а трансформатор Т2 — выходной. Транзисторы V1 и V2 включены по схеме ОЭ. Их эмиттеры, как и средний вывод вторичной обмотки межкаскадного трансформатора, «заземлены» — соединены с общим проводником источника питания Uи.п. — отрицательное напряжение питания на коллекторы транзисторов подается через первичную обмотку выходного трансформатора Т2: на коллектор транзистора V1 — через секцию Iа, на коллектор транзистора V2 — через секцию Iб. Каждый транзистор и относящиеся к нему секции вторичной обмотки межкаскадного трансформатора и первичной обмотки выходного трансформатора представляют обычный, уже знакомый вам однотактный усилитель. В этом нетрудно убедиться, если прикрыть листком бумаги одно из таких плеч каскада. Вместе же они образуют двухтактный усилитель мощности.

Рис. 6 Двухтактный трансформаторный усилитель мощности и графики, иллюстрирующие его работу.

Сущность работы двухтактного усилителя заключается в следующем. Колебания звуковой частоты (графика на рис. 6) с предоконечного каскада подаются на базы обоих транзисторов так, что напряжения на них изменяются в любой момент времени в противоположных направлениях, т.е. в противофазе. При этом транзисторы работают поочередно, на два такта за каждый период подводимого к ним напряжения. Когда, например, на базе транзистора V1 отрицательная полуволна, он открывается и через секцию Iа первичной обмотки выходного трансформатора идет ток только этого транзистора (график б). В это время транзистор V2 закрыт, так как на его, базе положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод, наоборот, положительная полуволна будет на базе транзистора V1, а отрицательная — на базе транзистора V2. Теперь открывается транзистор V2 и через секцию Iб первичной обмотки выходного трансформатора идет ток его коллектора (график в), а транзистор V1, закрываясь, «отдыхает». И так при каждом периоде звуковых колебаний, подводимых к усилителю. В обмотке трансформатора коллекторные токи обоих транзисторов суммируются (график г), в результате на выходе усилителя получаются более мощные электрические колебания звуковой частоты, чем в обычном однотактном усилителе. Динамическая головка В, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, преобразует их в звук. Теперь, пользуясь схемой на (рис. 7), разберемся в принципе работы бестрансформаторного двухтактного усилителя мощности. Здесь также два транзистора, но они разной структуры: транзистор Vl — p — n — p, транзистор V2 — n — p — n. По постоянному току транзисторы включены последовательно, образуя как бы делитель напряжения питающего их источника постоянного тока. При этом на коллекторе транзистора V1 относительно средней точки между ними, называемой точкой симметрии, создается отрицательное напряжение, равное половине напряжения источника питания, а на коллекторе транзистора V2 — положительное, и также равное половине напряжения источника питания Uн.п. Динамическая головка В включена в эмиттерные цепи транзисторов: для транзистора V1 — через конденсатор С2, для транзистора V2 — через конденсатор С1. Таким образом, транзисторы по переменному току включены по схеме ОК (эмиттерными повторителями) и работают на одну общую нагрузку — головку В.


Рис. 7 Двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности.

На базах обоих транзисторов усилителя действует одинаковое по значению и частоте переменное напряжение, поступающее от предоконечного каскада. А так как транзисторы разной структуры, то и работают они поочередно, на два такта: при отрицательной полуволне напряжения открывается только транзистор V1 и в цепи головка В — конденсатор С2 появляется импульс коллекторного тока (на рис. 6 — график б), а при положительной полуволне открывается только транзистор V2 и в цепи головка — конденсатор С1 появляется импульс коллекторного тока этого транзистора (на рис. 6 — график в). Таким образом, через головку течет суммарный ток транзисторов (график г на рис. 6), представляющий собой усиленные по мощности колебания звуковой частоты, которые она преобразует в звуковые колебания. Практически получается тот же эффект, что и в усилителе с трансформаторами, но, благодаря использованию транзисторов разной структуры, отпадает надобность в устройстве для подачи на базы транзисторов сигнала в противофазе. Вы должны были заметить одно противоречие в моем объяснении работы двухтактных усилителей мощности: на базы транзисторов не подавались напряжения смещения. Вы правы, но особой ошибки здесь нет. Дело в том, что транзисторы двухтактного каскада могут работать без начального напряжения смещения. Но тогда в усиливаемом сигнале появляются искажения типа «ступенька», особенно сильно ощущаемые при слабом входном сигнале. Ступенькой же их — называют потому, что на осциллограмме синусоидального сигнала они имеют ступенчатую форму (рис. 8). Наиболее простой способ устранения таких искажений — подача на базы транзисторов напряжения смещения, что и делают на практике.

Рис. 8 Искажения типа «Ступенька».

Теперь, прежде чем начать разговор об усилителях, обеспечивающих громкое звуковоспроизведение, хочу познакомить вас с некоторыми параметрами и классами усиления характеризующими усилитель НЧ. Ниже будут подробно рассмотренны все плюсы двухтактных усилителей.









Трансформаторный усилитель нч 20 ватт.

Профессиональные усилители мощности. Изготовление усилителя низкой частоты

Местами используются стоковые фото, по причине отсутствия своих в надлежащем качестве. Осторожно! На фото присутствует ковер, коврофобам не смотреть:) Очень много больших фото, трафик!

Приветствую! Как и обещал, расскажу о том как я мощник для акустики собирал. Так как промышленные варианты меня не устраивали, я нацелил свой выбор на diy варианты. Усилитель будет использоваться с полочной высокочувствительной акустикой, я решил что буду собирать усилитель мощностью 15-30 Вт, обязательно в A классе (Да, да, вместо обогревателя). Перебрал очень много проектов, остановился на клоне Krell KSA 50 — HifiDIY A20. Он полностью меня устроил, мощностью, габаритами, комплектующими. И я принялся за сборку.

Немного технических характеристик:

Частотный диапазон:5 – 100000 кГц

Выходная мощность в классе А: 25 Вт/8 Ом

Выходная мощность в классе АB: 100 Вт/8 Ом

Искажения: 0,01%

Размеры (ШхВхГ): 25х13х32 см

Покупка:

Все стандартно, заказал, оплатил, и через восемнадцать дней получил такую красоту:

Благо упаковка была отличная, на усилителе ни царапины, а коробкой явно поиграли в футбол, впрочем все как обычно.

Сборка блока питания:

Блок питания выполнен по стандартной схеме, в качестве защиты используется микросхема upc1237, именно она, потому-что требует минимум обвязки и достаточно надежна. Общая емкость фильтра 88000 мкФ. Трансформатор универсальный, две первички по 110, для наших сетей, надо соединить последовательно, и четыре вторички по 16 В на 6 А.

Вот так соединять обмотки:

И более наглядно:

Все запустилось, сразу, собственно по другому и быть не могло:) Начинаем собирать платы усиления. Планирую в скором времени поставить софт старт, так-как при зарядке емкостей блок питания работает в почти коротком замыкании.

Сборка усилительной части:

Усилитель собран на довольно качественных комплектующих, конденсаторы nichicon muse, резисторы 1% dale, реле omron. Все проходит по привычному принципу, от малого к большому, для начала подготовим плату и сформируем выводы резисторов:

Запаяли резисторы, припаяем конденсаторы, диоды (не спутайте направление включения) и стабилитроны (тоже не путайте:))

Теперь конденсаторы и резисторы эмиттеров выходных транзисторов:

Клеммы питания, запаивать надо с двух сторон, а то есть риск вырвать, клеммы надеваются плотно:

Теперь недостающие транзисторы, реле, переменные резисторы:

Теперь поставим транзистор термостабилизации, крепится на выходной:

Готовим радиатор, можно обезжирить и протереть спиртом, вкручиваем стойки:

Примерка:

Не забываем про втулки и подложки:

Теперь устанавливаем выходные транзисторы, тоже не забываем про подложки, втулки уже не нужны:

Не забываем закрепить транзистор термостабилизации и диодный мост:

Подготовка к тестовому запуску прошла, собрал, включил, нет ни шума, ни хруста, треска, хмм, через пару секунд пошел дым с v+, мне очень повезло что сгорел флюс а не кусок дорожки на плате. Проверил все наверное раз пять, не могу найти ошибку, с плохим настроением отложил сборку на следующий день. Потом с утра меня осенило, надо бы проверить выходники, не спутал ли npn с pnp, как оказалось спутал, да, позор, но что делать, переделал и усилитель сразу завелся. Ура!

Готовые платы:

Теперь необходимо включить конструкцию и настроить ток покоя и ноль на выходе, выставляем ноль, потом ток покоя: у меня 500 мА на транзистор, 2 A на канал, можно и больше, но при комнатной температуре в +23°С, корпус разогревается до 50-60 °С и это не предел:) Ток покоя устанавливается на резисторе R20, значение меряется между d6 и q10. Сначала нужно поставить меньшее значение чем нужно, с прогревом конструкции ток покоя ползет вверх, необходимо в течении получаса — часа разогреть усилитель до рабочей температуры, а уже потом выставлять ток, после того как выставили ток, установите ноль на выходе, он регулируется на резисторе R13, а текущее значение измеряется между r21 и j4. Вот и все, настройка завершена, самое время собрать усилитель в корпус.

Собираем корпус:

Для начала соберем заднюю панель, я xlr не подключал, но усилитель можно использовать и при балансном подключении, только потребуется два усилителя, по одному на канал. Очень понравился выключатель, размыкает сразу фазу и ноль, очень удобно, чтобы случайно при сборке ни за что не схватиться.

Прикручиваем ножки к шасси и ставим блок питания:

Начинаем собирать шасси, компоновка ОЧЕНЬ плотная, это обернулось тем, что в конце сборки я все операции делал пинцетом. Получилось вот так:

Силовые провода как можно дальше отвел от сигнальных, использовал экранированный провод, на выходные клеммы идет кабель 2,5 мм 2 , что в общем-то достаточно. Крепления для подсветки индикатора не было, я просто прикрепил его стяжками к сигнальному. Стекло с логотипом вклеил суперклеем. Провод к выходным разъемам паяется очень туго, у меня даже 70 ваттная паяльная станция прилипала:) Так что нужно дедовское лудило для ведер:)

Итоги:

Усилитель получился не большой, но тяжелый, зато с отличным звуком, будет радовать меня своим звуком в холодные вечера, 360 Вт тепла рассеивается на корпусе, как никак:)

Схемы:

Схема усилителя

Схема блока питания

Идеи по доработке:

  1. В цепи ООС стоят 2 полярных электролита, соединенные плюсами, заменить их на качественный неполярный электролит (Что-то вроде Nichicon ES)
  2. Источники тока для входных диффкаскадов — на 2 резисторах и стабилитроне — заменить на что-то на транзисторе.
  3. Добавить софт-старт.

Готовый продукт:

Усилитель мощности ЗЧ, схема которого показана на рисунке выполнен на лампах от старых черно-белых телевизоров или радиол. Это предварительный усилитель с фазоинвертором на двойном триоде 6Н2П и двухтактный выходной каскада на двух лампах 6П14П.

Использование таких старых компонентов, часто являющихся ненужными, или полученных путем разборки или утилизации старой аппаратуры, делает себестоимость данного усилителя, приближающейся к нулю. Хотя, с другой стороны, ламповых сейчас уже не так уж много и осталось.

Характеристики усилителя

Усилитель развивает на нагрузке сопротивлением 8 Ом мощность около 20 Вт при коэффициенте нелинейных искажений не более 0,6%. При коэффициенте нелинейных искажений не более 0,25% мощность составляет 14 Вт. Диапазон рабочих частот при неравномерности 6 Дб равен 30…20000 Гц. Чувствительность входа усилителя 250 мВ. Регулировка громкости переменным резистором R3.

Принципиальная схема усилителя

На схеме показан монофонический вариант усилителя. Стереоусилитель представляет собой два таких же усилителя, питающихся от одного общего мостового выпрямителя на диодах VD1- VD4.

Входной сигнал через разъем Х1 и регулятор громкости на R3, поступает на каскад предварительного усиления, выполненный на первом триоде лампы h2. Сигнал отрицательной обратной связи поступает в цепь катода этого триода с отвода вторичной обмотки выходного трансформа-тора Т1.

Усиленный сигнал снимается с анода и поступает через конденсатор С6 на сетку второго триода лампы Н1. Второй триод фазоинверсным каскадом, создающим противофазные сигналы, необходимые для работы выходного двухтактного усилителя мощности.

Рис.1. Принципиальная схема простого лампового усилителя мощности на 14-20 Ватт, 6Н2П, 6П14П.

Прямой сигнал снимается с катода этого триода и через конденсатор С5 поступает на сетку пентода Н3. Инверсный сигнал снимается с анода триода и через С4 поступает на сетку пентода Н2.

В анодной цепи пентодов включена первичная обмотка выходного трансформатора Т1. Питание на каскад поступает через отвод данной обмотки.

Рис.2. Схема включения обмоток трансформатора.

Для исключения самовозбуждения по высоким частотам в цепях сеток Н2 и НЗ включены резисторы R10 и R12. Экранирующие сетки пентодов Н2 и Н3 подключены к плюсу источника питания через резисторы R15 и R16. Теперь о деталях.

Детали

Все конденсаторы кроме C3 и C6 должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 350V, конденсаторы C3 и C6 -на напряжение не ниже 50V. Диодный мост на VD1-VD4 можно заменить другим на выпрямительных диодах, допускающих ток не ниже 1А и напряжение не ниже 350V.

Таблица 1.

Трансформаторы, как выходной, так и сетевой, выполнены на одинаковых сердечниках Ш85. Обмотка 1-2 сетевого трансформатора Т2 содержит 1000 витков ПЭВ 0,43. Обмотка 3-4 — 1300 витков ПЭВ 0,2.

Накальная обмотка 5-6 содержит 33 витка ПЭВ 0,96. На рисунке 2 приводится схема намотки выходного трансформатора Т1. Буквами Н и К на схеме обозначены, соответственно, начало и конец секции обмотки. Другими буквами обозначены секции обмотки. Намоточные данные Т1 сведены в таблицу 1.

Усилитель, предназначенный для использования в профессиональных аудиосистемах, должен отвечать целому ряду специфических требований. В первую очередь это повышенная выходная мощность, которую должен развивать аппарат в течение длительного времени, а также простая и надежная конструкция.

Современные усилители для профессионального использования обычно работают в классе D, который позволяет получить высокую выходную мощность при небольшом нагреве схемы. Также подобные модели могут иметь эффективный импульсный блок питания, способный отдать в нагрузку значительный импульсный ток. Важным показателем качества схемы профессионального усилителя является коэффициент демпфирования нагрузки, так как техника этого класса обычно работает на акустические кабели большой длины. А для лучшей помехозащищенности подобный аппарат должен иметь балансные входные клеммы. Профессиональный усилитель мощности должен быть рассчитан на установку в стандартную рэковую стойку, и, как правило, имеет систему принудительного охлаждения. Профессиональные усилители мощности используются как при озвучивании общественных заведений, так и создании аудиосистем для концертных выступлений. Концертный усилитель имеет как стандартные, так и специализированные разъемы (Speakon, TRS) для подключения акустических систем и источников сигнала и световую индикацию режимов работы хорошо различимую в условиях ограниченно освещенности. Ввиду значительной выходной мощности концертные усилители, как правило, оснащаются схемой «мягкого старта», которая позволяет избежать перегрузки электросети при его включении.

Комментарии (19):

Спасибо большое а мучился бы опять долго) очень хороший сайт! +5

А из за чего может быть сильный фон?

#3 root Апрель 01 2011

Может быть из-за плохого фильтра по питанию, попробуй заменить и увеличить эмкость электролитического конденсатора, который стоит после диодного моста в выпрямителе. В качестве фильтра по питанию в приведеной схеме используется С5, поробуй его поменять. Также фон может быть из-за наводок во входных цепях. Провода, по которых идет сигнал на вход усилка, должны быть екранированы, а екран присоиденить к общему(минус).

с с5 всё впорядке поставил на выход выпрямитель 2 кондера по 4000мк 50в и экранировал всё что можно фон сдуло) теперь другая проблема басы хрипят что это может быть? С колонкой впорядке всё.

#5 root Апрель 02 2011

В данном случае уже вариантов побольше, приведу те, с которыми я сталкивался:

  1. Наиболее вероятно что источник питания не выдерживает нагрузки, при раскачке данного усилителя он потребляет немалый ток. Попробуй подключить схему к более мощному блоку питания или к аккумуляторной батарее 12В большой ёмкости.
  2. Возможно бысы при большой громкости искажаются в самом источнике сигнала (он неисправен или плохо настроен эквалайзер), попробовать подключить к усилителю плеер или взять сигнал со звуковой карты компьютера.
  3. Попалась бракованная микросхема, попробовать заменить на купленную в другом магазине(нередко бывает что попадается партия бракованных).
  4. Донастроить цепь обратной связи — R1, C1, C2. Вместо R1 включаем переменный резистор, C1, C2 желательно проверить. Подаем питание и сигнал для усилителя, добиваемся нормального усиления без искажений и перегрузки.

#6 Александр Декабрь 24 2014

Народ в чём проблема? Собрал усилитель по второй схеме, после включения, спустя минут 5 греется конденсатор C5 электролит, и начинаются помехи и шипение, может быть тому причина в резисторах R2,R3 я поставил на 0.8 ом, или в керамике C4,C6,..C9?

#7 root Декабрь 24 2014

Обновили и привели в порядок публикацию, старую информацию и схему из брошюры Баширова удалили поскольку схема и печатная плата там не совпадают и присутствуют другие ошибки.

Александр, очень странно что греется конденсатор С5, вы от какого источника питаете схему? — нужно питать выпрямленным постоянным напряжением — понижающий трансформатор + диодный мост, на выходе получим постоянное напряжение.

#8 Александр Декабрь 24 2014

В общем я нашёл и устранил ошибку,оказывается перепутал полярность конденсатора,питаю от советского БП 6-9 вольт 0,1 ампер, постоянка. Очень благодарен, сайту за схему и помощь в наладке.За обновление сайта 5+

#9 Назар Февраль 24 2015

Почему готовый усилитель тихо играет

#10 root Февраль 24 2015

  • Проверить нет ли замыканий между дорожками и другого мусора на печатной плате;
  • Низкий уровень сигнала на входе усилителя, для эксперимента подать сигнал на усилитель с другого источника;
  • Слабый источник питания, не хватает тока для раскачки УНЧ, попробовать запитать от аккумулятора или мощного блока питания;
  • Один или несколько электролитических конденсаторов неисправны — проверить тестером заряд/разряд, попробовать заменить;
  • Резистор R1 впаян другого номинала;
  • Подпалена микросхема, проверьте не сильно греется ли она в холостом режиме, попробовать заменить микросхему.

#11 Евгений Март 16 2015

Хороший усилитель собрал такой моно. Радует коэффициент усиления, S90 раскачивает. Собрал по производственной печатке. Можно скачать в lay на http://ampexpert. ru/usilitel-20-vt-na-tda2005-mono/

#12 Александр Март 27 2015

добрый день.у меня такая ситуация,усилок воспринимает от источника сигнала помехи, от DVD проигрывателя свист от компа щелчки, от телефона небольшие посвистывания едва уловимы но есть.я грешил на блок питание подключил к компьютерному блоку и тоже самое,потом я по шастал по разным сайтам и обнаружил что есть схемы где на вход микросхемы ставят высоко-частотный транзистор SS9014 ,я думаю просто на входе нужно чуток приподнять частоту что бы не совпадала с сетью,но не знаю насколько это поможет,так как звук он идет от 20 до 20 000 гц а значит приподняв частоту хотя бы до 100 гц допустив от сети приподнял но а как же звук если на 20-40 гц саб, но на самом деле оно может помочь или можно не эксперементировать с этим?

#13 root Март 27 2015

Вот что попробуйте:

  • подключить к входу усилителя переменный резистор на 47-100 кОм для регулировки громкости. Средняя ножка резистора идет к С6, одна из крайних — к земле, после этого на оставшуюся крайнюю и землю подаем сигнал.
  • Между выводом 1 микросхемы и землей включить параллельно соединенные конденсатор на 100 пФ и резистор на 30 кОм. Конденсатор С6 установить на 0,47 — 1 мкФ не электролитический.
  • Для подключения плеера и других источников сигнала к усилителю использовать экранированный кабель, сам экран подключить к земле(общему) на схеме, он же будет служить как минус.

#14 Александр Март 27 2015

По этой схеме собрал насчет динамиков то простой эксперимент но как показывает то оно нормально работает только единственное помехи на входе,я пока занимаюсь вашим советом пытаюсь определить за какие конденсаторы идет речь от какой ножки.

#15 root Март 27 2015

По схеме что вы привели нет смысла включать так динамик — мощность отдаваемая будет равна мощности одного канала, а то и меньше. Посмотрите на схему включения микросхему в данной статье и сравните с той что вы привели: ножки 4, 2(обратная связь) и 5, 1(входы). Мостовой УНЧ — это не просто подключить динамик к выходу каждого из каналов.

#16 Александр Март 27 2015

эврика нету шума,что то с блоком питания от компа он почему то шумел,потом подключал к трансу с блоком конденсаторов и диодным мостом было тоже самое потом подключил от земли к радиаторы конденсаторы 2 по 10 мкф маленькие потом подключил регулятор громкости 1 на 33 ком 0.25 ват и другой последовательно на 100 ком 0.25 ват и удивительно но шум пропал остался фон в корпус положил от блока питания,нужно будет наверное перебрать все конденсаторы в блоке питании может заменить нужно, и я понял,нужно на вход поставить подстроечные сопротивления для понижения входной мощности на 47-100 ком и переменное громкость на 47-100 ком, и тогда шумы проходят.

#17 Евгений Январь 09 2017

Здравствуйте, уважаемые радиолюбители, хотелось бы попросить у вас помощи… С данным усилителем впервые возникла проблема! До этого собирал именно по вашей моно-схеме усилитель и все отлично работало и без каких-либо проблем, но теперь проблема следующая: после сборки усилителя дико греются два резистора, R2 и R3, звук на выходе получается грязным и с дикими помехами. Все проверял тщательно, ничего и нигде не коротит, лежит собранный по той-же схеме усилок и отлично работает, подключаю этот, а он… В общем, очень хотелось бы узнать, быть может причина в том, что этот усилитель — TDA2005R, а старый — просто TDA2005? Помогите пожалуйста разобраться…(

#18 root Январь 10 2017

Евгений, в вашем случае нужно убедиться что блок питания достаточно мощный и проседание напряжения под нагрузкой не очень велико. Возможен вариант что один из каналов микросхемы подпаленный или попался заводской брак.
Нагрев резисторов R2 и R3 может свидетельствовать о том что усилитель перевозбуждается, работает как генератор. Причина может быть в плохой разводке печатной платы, неисправности какого-то из конденсаторов или одного из каналов микросхемы.
TDA2005R — это более новый вариант микросхемы, включение такое же как и у TDA2005. Для данной микросхемы лучше использовать схему включения с вольтдобавкой (boostrap), как на рисунке 5, это немного увеличит выходную мощность УНЧ.

#19 Александр Апрель 23 2017

Вообще лучше и надёжнее всегда брать схемы из самого даташита.Тогда и проблем будет по меньше…

Усилители мощности

Все рассмотренные нами усилители относятся к категории усилителей на­пряжения, их основное назначение — получение максимального размаха выходного напряжения. Когда требуется большая выходная мощность, например для «раскачки» мощных громкоговорителей или антенн или питания электродвигателей, применяются усилители мощности. Они ха­рактеризуются высоким коэффициентом усиления по мощности, который достигается за счет высоких коэффициентов усиления по напряжению и по току.


       
 

Рис. 30.8. Влияние отвода от первичной обмотки трансформатора в    резонансном контуре. Первичная обмотка L3 играет роль автотрансформатора.

 
 

Рис. 30.9. Транзисторный усилитель мощности звуковой частоты с заземленным эмиттером.

 
 

На рис. 30.9 приведена базовая схема выходного транзисторного каска­да с эмиттером, заземленным по переменному току. Для получения не­искаженного выходного сигнала усилитель должен работать в режиме класса А. КПД такого усилителя мощности очень мал из-за большого тока, потребляемого от источника питания. От этого усилителя можно получить только небольшую мощность. Его можно использовать в авто­мобильном радиоприемнике, где величина потребляемого тока не имеет значения.

Двухтактный режим работы

Двухтактные выходные каскады почти повсеместно используются в со­временных транзисторных усилителях. Двухтактный усилитель содер­жит два транзистора, работающих в режиме классаВ, каждый из кото­рых обеспечивает усиление только одного полупериода входного сигнала.

Двухтактный усилитель с использованием двух идентичных транзисторов

На рис. 30.10 показана упрощенная схема двухтактного усилителя. Эмиттерные переходы транзисторов имеют нулевое напряжение смещения, по­этому каждый из транзисторов проводит ток только в одном из двух чере­дующихся полупериодов входного сигнала. Входной трансформатор Tp1 с отводом от средней точки вторичной обмотки работает как расщепитель фазы.

Рис. 30.10. Двухтактный усилитель мощности с двумя идентичными транзи­сторами и трансформаторным расщепителем фазы.

Два равных и противоположных по знаку (противофазных) сигнала формируются в каждом полупериоде на половинах вторичной об­мотки этого трансформатора: сигнал Va, находящийся в фазе с входным сигналом, и сигнал Vb, противофазный входному сигналу. В то время как положительный полупериод сигнала Vaсоответствует положительному периоду входного сигнала, положительный полупериод сигнала Vbсоот­ветствует отрицательному полупериоду входного сигнала. Транзисторы T1 и T2 открываются, когда потенциал базы транзистора становится по­ложительным по отношению к потенциалу эмиттера. Таким образом, транзистор T1 открыт в течение положительного полупериода сигнала Va. При этом через него протекает ток i1 от эмиттера к коллектору и далее через верхнюю половину первичной обмотки выходного трансфор­матора Tp2 к источнику питания VCC. Этот ток создает положитель­ный полупериод выходного сигнала на вторичной обмотке трансформато­ра Tp2. Транзистор T2 открыт в положительном полупериоде сигнала Vb, при этом ток i2 протекает снизу вверх (в обратном по отношению к току i1 направлении) через нижнюю половину трансформатора Tp2, создавая отрицательный полупериод выходного сигнала на его вторичной обмотке. Выходной трансформатор с отводом от средней точки первичной обмотки объединяет эти два полупериода в один полный период выходного сигна­ла. Транзисторы T1 и T2 включены по схеме с общим эмиттером и имеют при этом относительно высокое выходное сопротивление. Так как сопро­тивление нагрузки выходного каскада очень мало, обычно менее 10 Ом в случае громкоговорителя, всегда используется согласующий трансфор­матор Tp2.

Выходной сигнал двухтактного усилителя с нулевым смещением эмиттерных переходов транзисторов воспроизводится с искажениями типа «ступенька», как показано на рис. 30.10. Эти искажения связаны с нели­нейными участками характеристик двух транзисторов. Искажения воз­никают в те моменты времени, когда один транзистор начинает откры­ваться, а другой — закрываться. Для устранения этих искажений на базы транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения (0,1-0,2 В), как показано на рис. 30.11, где резисторы R1 и R2 образу­ют общую цепь смещения для обоих транзисторов. Нелинейности двух транзисторов компенсируют друг друга, и на выходе воспроизводится не­искаженный сигнал.


Рис. 30.11. Цепь смещения R1R2 устраняет искажения типа «ступенька». 

Транзисторные фазорасщепители

На рис. 30.12 показана схема фазорасщепителя на транзисторе прп-типа. Резисторы R3 и R4 имеют равные сопротивления, для того чтобы полу­чить на выходе два равных по величине и противоположных по знаку си­нусоидальных сигнала, снимаемых с эмиттера и коллектора транзистора. Для обеспечения максимальной величины неискаженного выходного сиг­нала отношение сопротивлений R1 : R2 должно находиться в диапазоне от 2 : 1 до 3 : 1. Типичные значения постоянных напряжений, определя­ющих режим транзистора по постоянному току, указаны на схеме.

Рис. 30.12. Транзисторный фазорасщепитель.

Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах

Двухтактный усилитель мощности на комплементарных транзисторах по­зволяет отказаться от использования как фазорасщепителя на входе, так и трансформатора на выходе. В этом усилителе используются два сим­метричных транзистора, рпр- и npn-типа, называемые комплементарной парой. Принцип его работы основан на том факте, что положитель­ный сигнал открывает прп-транзистор, а отрицательный сигнал — рпр-транзистор. На рис. 30.13 приведена базовая схема двухтактного усили­теля на комплементарных транзисторах (иногда называемая каскадом с дополнительной симметрией). Транзисторы T1 и T2 работают в режи­ме класса В, т. е. в точке отсечки. Используются два источника пи­тания: +VCC и VCC. В положительном полупериоде входного сигнала транзистор T1 открыт, а транзистор T2 закрыт. Ток i1 транзистора T1 создает положительную полуволну тока в нагрузочном резисторе R. В отрицательном полупериоде открывается транзистор T2, и теперь его ток i2, имеющий противоположное току i1 направление, протекает через на­грузочный резистор. Таким образом, на нагрузке формируется полный синусоидальный сигнал, соответствующий двум половинам полного пери­ода входного сигнала. Следует отметить, что в рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с общим коллектором, то есть как эмиттерные повторители, поскольку выходной сигнал снимается с эмиттеров транзисторов.

На рис. 30.14 приведена полная схема двухтактного усилителя мощно­сти на комплементарных транзисторах вместе с предвыходным каскадом.

Рис. 30.13. Базовая схема двухтактного усилителя на комплементарных тран­зисторах.


 

Рис. 30.14. Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах с неза­висимой цепью смещения для транзистора T1 предвыходного каскада.

Схема модифицирована для питания от одного источника. Транзистор T1 работает в предвыходном каскаде (предусилителе мощности). Цепь сме­щения R1R2 обеспечивает работу этого каскада в режиме класса А. При подаче питания устанавливается нормальный статический режим тран­зистора T1 (транзистор открыт). Разделительный конденсатор Сз раз­ряжен. Следовательно, потенциал точки А, где соединяются эмиттеры транзисторов T2 и T3, равен нулю. Однако базы этих транзисторов нахо­дятся под положительным потенциалом, определяемым напряжением на коллекторе транзистора T1. Это положительное напряжение открывает транзистор T2. Транзистор T3 (рпр-типа) при этом закрыт. Таким обра­зом, ток i2, протекающий через открытый транзистор, будет заряжать конденсатор C3, как показано на схеме. По мере заряда этого конденса­тора возрастает напряжение в точке А. Процесс зарядки продолжается до тех пор, пока не закроется транзистор T2. Это происходит в тот момент, когда напряжение на эмиттере этого транзистора (в точке А) сравнива­ется с напряжением на его базе.

Если статический режим транзистора T1 выбран таким образом, что его коллекторное напряжение равно 0,5VCC, то транзистор T2 закроется, как только потенциал точки А возрастет до 0,5VCC. В результате схе­ма будет сбалансирована по постоянному току и каждому транзистору будет приложено напряжение, равное половине напряжения источника питания. Транзисторы T2 и T3 оказываются в отсечке (режим класса В) с нулевым напряжением смещения на их эмиттерных переходах, т. е. они находятся на грани включения при отсутствии входного сигнала.

При подаче входного сигнала транзистор T1 находится в проводящем состоянии в течение всего периода, усиливая этот сигнал и обеспечивая «раскачку» выходных транзисторов T2 и T3. Комплементарная пара выходных транзисторов обеспечивает дальнейшее усиление сигнала, как это рыло описано выше при рассмотрении базовой схемы.

Схема на рис. 30.14 имеет низкую стабильность по постоянному то­ру. Любое изменение тока транзистора T1 вызывает изменение статиче­ского режима выходной пары транзисторов, что может привести к иска­жениям выходного сигнала. Для улучшения стабильности использует­ся отрицательная обратная связь по постоянному току, обеспечивающая автоматическую подстройку смещения транзистора T1, как показано на рис. 30.15. Постоянное напряжение, действующее в точке А (0,5Vcc), подается обратно на базу транзистора T1 через резистор обратной связи RF. В этой схеме громкоговоритель подключен к положительной шине источника питания через разделительный конденсатор С3. Заметим, что в такой конфигурации ток транзистора T3 заряжает этот конденсатор, а ток транзистора T2 разряжает его. Вообще, транзистор, включенный «последовательно» с разделительным конденсатором, заряжает его, а включен­ный «параллельно» — разряжает. Через резистор R4 на базы выходных транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения, обеспечивающее уменьшение искажений типа «ступенька». Резисторы R6 и R7 в эмиттерных цепях транзисторов T2 и T3 обеспечивают стабильность по постоянному току, а также неглубокую обратную связь по переменному оку, улучшающую частотные характеристики усилителя.

 

Рис. 30.15. Типичный двухтактный усилитель мощности на комплементарных резисторах. Смещение на базу транзистора Т1 подается через резистор отрицательной обратной связи RF.

Усилители постоянного тока

При усилении сигналов постоянного тока между каскадами действует не­посредственная связь, как показано на рис. 30.16. Напряжение на базу транзистора Т2 напрямую подается с коллектора транзистора Т1. По­этому статический режим (в отсутствие сигнала) транзистора Т2 опре­деляется статическим режимом предыдущего каскада. Отсутствие раз­делительного конденсатора позволяет усиливать самые низкочастотные сигналы.

Усилители постоянного тока подвержены так называемому дрейфу, представляющему собой сдвиг рабочей точки усилителя при изменении температуры. Для устранения дрейфа в схему включаются термисторы (термосопротивления) или другие температурно-чувствительные элемен­ты, как показано на рис. 30.16.

Рис. 30.16. Усилитель с непосредственной связью.

 

Обратная связь в усилителях

На рис. 30.17 показана система с обратной связью, в которой часть вы­ходного напряжения подается обратно на вход усилителя. Напряжение υf есть напряжение обратной связи, которое добавляется к входному на­пряжению υi для получения эффективного входного напряжения ei, дей­ствующего непосредственно на входе усилителя. Цепь обратной связи В передает весь или часть β выходного сигнала обратно на вход усилите­ля. Если выходное напряжение равно υ0, то напряжение обратной связи равно

υf  = βυ0

Эффективный сигнал на входе усилителя υi = ei + υf = ei + βυ0. При введении обратной связи коэффициент усиления становится равным


Рис. 30.17. Обратная связь в усилителях.

При введении отрицательной обратной связи, когда напряжение обрат­ной связи находится в противофазе с входным напряжением, эффектив­ное входное напряжение ei = υi – υf, что приводит к уменьшению коэф­фициента усиления всей системы. При положительной обратной связи ситуация изменяется на обратную: напряжение обратной связи находит­ся в фазе с входным напряжением, и эффективное входное напряжение ei = υi + υf,  т. е. превышает входное напряжение на величину напряже­ния обратной связи, в результате увеличивается коэффициент усиления всей системы.

Используя величины, указанные на рис. 30.17, и предполагая, что дей­ствует отрицательная обратная связь, можно рассчитать некоторые па­раметры системы с обратной связью.

Эффективное входное напряжение ei = 10 — 2 = 8 мВ.

Выходное напряжение υ0 = 8 · 100 = 800 мВ.

 Таким образом, коэффициент усиления системы с обратной связью

Коэффициент обратной связи

Различают обратную связь по току и обратную связь по напряже­нию. При обратной связи по току напряжение обратной связи пропорци­онально выходному току. Например, в схеме на рис. 30.18 такая связь осуществляется через резистор R4. Когда напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению, мы имеем дело с обратной свя­зью по напряжению. В схеме на рис. 30.18 обратная связь по напряжению осуществляется через цепь C2 R3.

Таблица 30.1. Сравнение характеристик систем с отрицательной и положи­тельной обратной связью

Положительная обратная связь

Отрицательная обратная связь

1. Высокий коэффициент усиления

2. Узкая полоса пропускания

3. АЧХ с выбросами

4. Низкое входное сопротивление

5. Высокое выходное сопротивление

6.Вносит нестабильность как по переменному току (возникновение колебательных процессов), так и по постоянному току (неустойчи­вость стационарного режима)

7. Применяется в генераторах

1. Низкий коэффициент усиления

2. Широкая полоса пропускания

 3. Плоская АЧХ

4. Высокое входное сопротивление

5. Низкое выходное сопротивление

6. Улучшается устойчивость системы, как по переменному, так и по постоянному току

 7. Часто применяется для улучше­ния устойчивости и расширения полосы пропускания усилителя

Рис. 30.18. Усилитель на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, с двумя видами обратной связи: по току (через резистор R4) и по напряжению (через цепь C2 R3).

Усилители радиочастоты (УРЧ)

На радиочастотах, например в УКВ-диапазоне, влияние межэлектродных емкостей транзистора, особенно между коллектором и базой, становит­ся очень заметным. Для устранения влияния этих емкостей использу­ется усилитель по схеме с общей базой. Однако в схеме с ОБ транзи­стор имеет низкое входное сопротивление, которое чрезмерно нагружает предыдущий каскад, работающий на усилитель.

Рис. 30.19. Каскодный усилитель.

Для решения пробле­мы существуют два метода. В первом методе используется усилительс ОЭ и схемой нейтрализации обратной связи. Такая схема компенсирует, или нейтрализует, отрицательную обратную связь через емкость перехо­да коллектор-база за счет введения еще одной петли обратной связи, но противоположного знака.

Во втором методе используется усилитель с общим эмиттером, каскодно включенный с усилителем с общей базой (рис. 30.19). Транзистор T1 работает в усилителе с ОЭ, а транзистор T2 — в усилителе с ОБ. Входной сигнал подается на базу транзистора T1. Его эмиттер развязан с шасси через конденсатор С3. Выходной сигнал с коллектора транзистора T1 по­дается на эмиттер транзистора T2, база которого развязана с шасси через конденсатор С1. Смещение обоих транзисторов обеспечивает резисторная цепочка R1R2 R3.

 

Hi-Fi-усилители

Английское сокращение Hi-Fi(high fidelity высокая верность переда­чи или воспроизведения, читается «хи-фи») используется для обозначе­ния высокого качества. Этот термин применяется в звуковоспроизводя­щей аппаратуре, которая обеспечивает реалистичное воспроизведение ис­ходного звука, — другими словами, высокое качество воспроизведения. Hi-Fi-системы должны иметь широкую полосу пропускания (40 Гц — 16 кГц), низкий уровень шумов и воспроизводить звук с минимальными искажениями.

Регулировка тембра

регулировка тембра нужна для расширения или сужения (т. е. изме­нения формы) АЧХ усилителя. Регулировка тембра осуществляется в области нижних (низкочастотный участок АЧХ) и верхних (высокоча­стотный участок АЧХ) звуковых частот. Для этой цели используются самые различные схемы: начиная от простейшей цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора и резистора, до очень сложных систем с использованием обратной связи. На рис. 30.20 приведена схе­ма регулятора тембра с возможностью независимой регулировки тембра в области нижних и верхних звуковых частот. На элементах R1 и C1 выполнен делитель напряжения поступающего сигнала ЗЧ. Поскольку реактивное сопротивление конденсатора C1 мало па высоких частотах, этот делитель обеспечивает ослабление верхних звуковых частот, при­чем степень ослабления зависит от установки движка потенциометра R1. Элементы R2 и C2 образуют еще один делитель. Конденсатор C2 имеет высокое реактивное сопротивление в области нижних звуковых частот, поэтому второй делитель ослабляет эти частоты в степени, зависящей от установки потенциометра R2. 

Рис. 30.20. Схема регулятора тембра.

Громкоговорители

Громкоговоритель представляет собой преобразователь электрической энергии в акустическую или звуковую энергию. Один из факторов, определяющих выбор громкоговорителя, — его АЧХ по звуковому давлению, т. е. диапазон эффективно воспроизводимых им звуковых частот. Еслидиапазон частот, воспроизводимых данным громкоговорителем, недостаточно широк, можно использовать два громкоговорителя, один из которых хорошо воспроизводит нижние, а другой — верхние звуковые частоты. На рис. 30.21 иллюстрируется один возможный способ разбиение частотного диапазона с помощью разделительного (двухполосного) фильтра.

Рис. 30.21. Двухполосный разделительный фильтр для акустической системы с использованием низкочастотного и высокочастотного громкоговорителей.

Разделительный фильтр состоит из фильтра нижних частот L1C1, к выходу которого подключается низкочастотный громкоговоритель, и фильтра верхних частот L2C2, связанного с высокочастотным громко­говорителем.

Другими факторами, влияющими на выбор громкоговорителя, явля­ются его выходная мощность, КПД и сопротивление (для согласования с УЗЧ).

В этом видео рассказывается об усилителе мощности для самостоятельной сборки:

Добавить комментарий

Усилители мощности и их классификация

~ ЛЕКЦИЯ 16 ~

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

Усилители мощности – это выходные (оконченные) каскады, к которым подключается внешняя нагрузка.

Классификацию усилителей мощности осуществляют по следующим показателям:

1. Виду усилительного элемента:

—  на биполярных, полевых транзисторах,

—  интегральных микросхемах (ИМС),

—  электронных лампах.

2. Схеме включения усилительного элемента:

—  ОБ,

—  ОЭ,

—  ОИ,

—  ОС.

3. Способу подключения нагрузки:

—  трансформаторные,

—  бестрансформаторные каскады.

4. Используемому классу усиления:

—  А,

—  В,

—  АВ.

Режим класса А применяется в однотактных усилителях, включенных по схеме ОЭ, ОБ, ОИ, ОС. В режимах класса В и АВ усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый из транзисторов служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. Выходной двухтактный каскад при этом имеет более высокий к.п.д. и применяется для усиления больших мощностей, чем однотактный.

Режим класса АВ позволяет существенно снизить нелинейные искажения выходного сигнала, существующие в классе В вследствие нелинейности начального участка входной характеристики транзистора.

Усилитель мощности Класса А с трансформаторным включением нагрузки

Схема усилителя показана на рис. 39. Исходными при расчете такого усилителя являются мощность РН и сопротивление RН.

Рис. 39. Схема усилителя мощности класса А с трансформаторным включением нагрузки.

Определим к.п.д. каскада:

h=hК ×hТР,

где hК — к.п.д. коллекторной цепи;

hТР — к.п.д. трансформатора.

Реально значения h не превышают 0,35¸0,45. Однотактные усилители мощности используют в маломощных предвыходных и выходных каскадах. Преимуществом их является низкий уровень нелинейных искажений.

Двухтактный выходной усилительный каскад с трансформаторной связью

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с трансформаторной связью (рис. 40).

Рис. 40. Схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторной связью.

Назначение элементов схемы:

TV1 и TV2 – входной и выходной трансформаторы,

VT1 и VT2 – биполярные транзисторы, включенные по схеме ОЭ,

R – сопротивление, ограничивающее токи в эмиттерных цепях от источника питания ЕК.

Пояснения по работе TV1 и TV2: обмотки wВХи w1-1 и w1-2 включены в противофазе, обмотки w2-1, w2-2и wН – согласно.

Входной сигнал UВХ подаем с помощью трансформатора TV1 в базовые цепи обоих транзисторов. При появлении входного сигнала, начинающегося с положительной полуволны, на вторичной обмотке w1-1 трансформатора TV1 действует отрицательная относительно общей точки обмоток полуволна напряжения, а на вторичной обмотке w1-2 – положительная полуволна. В результате транзистор VT2 закрыт, транзистор VT1 открыт, в коллекторной цепи протекает ток iK1=b×iБ1. На нагрузке действует положительная полуволна напряжения UH.

При поступлении на вход каскада отрицательной полуволны полярность напряжений на вторичных обмотках меняется на обратную. Теперь закрыт будет VT1, а VT2 открыт. В коллекторной цепи VT2 будет протекать ток iK2 = b×iБ2. На нагрузке будет действовать отрицательная полуволна напряжения UН.

Таким образом, процесс усиления входного сигнала осуществляется в два такта работы схемы. Первый такт сопровождается усилением одной полуволны напряжения с участием первого транзистора, а второй такт – усилением второй полуволны с участием второго транзистора.

К.п.д. рассмотренного усилителя мощности составляет 0,6¸0,7, что в 1,5 раза выше, чем в однотактном.

Недостатками двухтактного усилителя с трансформаторной связью, работающего в классе В, являются большие нелинейные искажения и сложность определения средней точки вторичных обмоток TV1 и TV2. Кроме того, необходимо подбирать транзисторы по коэффициенту усиления b.

Двухтактные бестрансформаторные усилители мощности

Для уменьшения массогабаритных и стоимостных показателей усилителей, а также исполнения в виде интегральной схемы усилители мощности выполняют с емкостной связью.

Рассмотрим двухтактные усилители с емкостной связью с питанием от двух источников ЕК1 и ЕК2 (рис. 41) и одного источника ЕК (рис. 42).

В схемах используются комплиментарные транзисторы с разными типами проводимости, но с одинаковыми параметрами.

Рис. 41. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности с питанием от двух источников.

При появлении положительной полуволны на входе открывается транзистор VT1 (npn типа). Происходит усиление входного сигнала. Отрицательная полуволна открывает транзистор VT2.

Рис. 42. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности с питанием от

одного источника.

Работа усилителя (рис. 42) аналогична предыдущей схеме (рис. 41). Преимуществом является повышение к.п.д. и снижение габаритов и веса.

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

Для создания усилителей мощности на интегральных микросхемах (ИМС) используют гибридные и полупроводниковые микросхемы серий К174К224, К237 и другие. Например, К174УН5, К174УН8, К148УН1, К148УН2, КР544УД1А, КР544УД1В.

Рассмотрим усилитель мощности на микросхеме К174УН5, используемый в выходных каскадах. На рис. 43 показана принципиальная схема усилителя, а на рис. 44 – типовая схема включения ИМС К174УН5.

Выходной каскад ИМС (рис 43) образован транзисторами VT9 (схема ОК) и VT2 (схема ОЭ).

Рис 43. Принципиальная схема усилителя мощности на микросхеме К174УН5.

На них подается двухфазное напряжение с фазоинверсного каскада на комплиментарных транзисторах VT8 (схема ОК) и VT10 (схема ОЭ). Эмиттерный повторитель на транзисторе VT11 усиливает ток транзистора VT10. Входной каскад на транзисторах VT1 и VT2 является дифференциальным, напряжение сигнала через эмиттерный повторитель на транзисторе VT3 передается к предвыходному однотактному каскаду на транзисторе VT7, в цепи коллектора которого находятся транзисторы VT4, VT5 и VT6, предназначенные для получения напряжения смещения и стабилизации тока покоя транзисторов выходной группы. Элементом связи с выходными транзисторами является резистор R6, верхний вывод которого через внешний конденсатор С4 (рис. 44) оказывается присоединенным к выводу 2 ИМС, т.е. к эмиттеру составного транзистора VT8, VT9.

Рис. 45. Типовая схема включения ИМС К174УН5.

Цепь R3 C3 создает вольтдобавку для более полного использования по мощности транзисторов выходного каскада ИМС. Конденсатор С4 образует последовательную положительную обратную связь по напряжению. Выходное напряжение, ослабленное делителем на резисторах R4, R5 и R6 (рис. 44) подается на второй вход дифференциального каскада (вход 6).

Использование усилителей мощности на ИМС уменьшает габариты и вес электронных устройств, улучшает их параметры.

Усилитель класса B с трансформаторной связью

Усилитель класса B – Неэффективность усилителей класса A в основном связана с условиями смещения транзистора. В усилителе класса B транзисторы смещены на отсечку, так что при отсутствии входного сигнала рассеивание мощности на транзисторах отсутствует. Это дает усилителю класса B с трансформаторной связью гораздо большую эффективность, чем схема класса A.

Выходной каскад усилителя с трансформаторной связью класса B показан на рис. 18-8. Трансформер Т 2 соединяет нагрузочный резистор R L с коллекторными цепями транзисторов Q 2 и Q 3 . Обратите внимание, что питание подключается к центральному отводу первичной обмотки трансформатора, а Q 2 и Q 3 имеют заземленные эмиттеры. Базы транзисторов заземлены через резисторы R 1 и R 2 , так что оба смещены.

Входные сигналы, подаваемые на базы транзисторов, состоят из двух отдельных синусоидальных волн, которые идентичны, за исключением того, что они находятся в противофазе. Когда v 1 становится положительным, v 2 становится отрицательным, так что Q 3 смещается дальше, чем Q 2 смещается. Когда ток коллектора в Q 2 увеличивается от нуля, он создает полусинусоиду напряжения на верхней половине первичной обмотки трансформатора, как показано на рисунке. Когда положительный полупериод входного сигнала на базе Q 2 становится отрицательным, сигнал на базе Q 3 начинает становиться положительным. Таким образом, поскольку Q 2 снова становится смещенным, Q 3 смещенным, и полупериод сигнала напряжения генерируется на нижней половине первичной обмотки трансформатора.

Два полупериода в отдельных секциях первичной обмотки трансформатора создают магнитный поток в сердечнике трансформатора, который течет сначала в одном направлении, а затем в противоположном. Этот поток соединяется со вторичной обмоткой и генерирует на выходе полную синусоидальную волну, которая передается на нагрузку.

Говорят, что в схеме класса B два выходных транзистора работают в двухтактном режиме. Двухтактное действие лучше всего проиллюстрировать, нарисовав линию нагрузки переменного тока на составные характеристики для Q 2 и Q 3 . Составные характеристики создаются путем рисования характеристик Q 2 обычным способом и представления характеристик Q 3 в перевернутом виде. Это показано на рис. 18-9.

Теперь рассмотрим влияние сигнала, подаваемого на базы Q 2 и Q 3 в схеме на рис. 18-8. Когда I B1 увеличивается с нуля до 90 мкА, Q 3 остается выключенным, а V CE1  падает до 1,6 В (точка C на сводной характеристике на рис. 18-9). В этот момент напряжение на верхней половине первичной обмотки трансформатора составляет

. точка D на линии нагрузки переменного тока. Это дает 14,4 В на нижней половине первичной обмотки трансформатора. Таким образом, на выходе трансформатора формируется полная синусоида. Когда сигнала нет, оба транзистора остаются закрытыми и рассеивают нулевую мощность. Мощность рассеивается только тогда, когда каждое устройство проводит ток. Потери мощности значительно меньше с усилителем класса B, чем со схемой класса A.

Переходное искажение:

Форма сигнала, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, и результирующий выходной сигнал не являются идеально синусоидальными в цепи класса B. В форме выходного сигнала возникают перекрестные искажения, как показано на рис. 18-9 и 18-10, из-за того, что транзисторы не начинают открываться до тех пор, пока входное напряжение база-эмиттер не станет около 0,5 В для кремниевый прибор, или 0,15 В для германиевого транзистора. Чтобы устранить этот эффект, транзисторы частично смещены, а не смещены. С этой модификацией усилитель класса B становится усилителем класса AB.

Усилитель класса AB:

На рис. 18-11 показан выходной каскад класса AB с трансформаторной связью и драйверный каскад класса A с трансформаторной связью. Выходной трансформатор (T 2 ) имеет первичную обмотку с отводом от середины, причем каждая половина обмотки представляет собой нагрузку для одного из выходных транзисторов (Q 2 и Q 3 ). Резисторы R 4 и R 5 смещения Q 2 и Q 3 частично включены, и резисторы R 6 и R 7 ограничивают токи эмиттера (и коллектора) до требуемых уровней смещения. Трансформатор T 1 вместе с транзистором Q 2 и соответствующими компонентами составляют ступень класса А. Вторичная обмотка T 1 имеет отвод от центра, чтобы обеспечить необходимые противофазные сигналы для Q 2 и Q 3 .

Когда мгновенная полярность выхода T 1 положительна вверху, Q 2 базовое напряжение положительно и Q 3 Базовое напряжение отрицательное, как показано на рисунке. В это время Q 2 включен, а Q 3 выключен. Когда на выходе T 1 меняется полярность, основание Q 3 становится положительным, а основание Q 2 становится отрицательным. Выходной каскад работает точно так же, как и для схемы класса B, за исключением того, что каждое устройство начинает работать непосредственно перед тем, как сигнал на его базе становится положительным. Это устраняет задержку включения транзистора, которая создает кроссоверные искажения в усилителе класса B.

Часть схемы класса A на рис. 18-11 называется каскадом возбуждения просто потому, что она обеспечивает входные сигналы для управления выходным каскадом класса AB. Входная мощность, обрабатываемая каскадом драйвера, намного меньше, чем выходная мощность схемы, поэтому неэффективность каскада класса А не имеет значения.

Эффективность усилителей класса B и класса AB:

Для усилителя класса B мощность источника постоянного тока (см. рис. 18-12) рассчитывается как

Мощность переменного тока, подаваемая на первичную обмотку трансформатора, определяется уравнением 18-5, усилитель мощности с трансформаторной связью,

Опять же, КПД практического усилителя ниже теоретического КПД. Некоторая мощность теряется в транзисторах и эмиттерных резисторах, а КПД трансформатора никогда не достигает 100%.

Эффективность усилителя мощности класса AB, как правило, немного меньше, чем у схемы класса B, из-за дополнительной небольшой потери мощности на поддержание смещения выходных транзисторов во включенном состоянии с малым током. Усилители мощности классов B и AB используются чаще, чем схемы класса A, из-за их большей эффективности,

Усилитель мощности с трансформаторной связью

Усилитель мощности с трансформаторной связью:

Ненастроенный усилитель большого сигнала (усилитель мощности) класса AB и B неизменно использует каскады с трансформаторной связью, в то время как каскады класса A также обычно используют каскады с трансформаторной связью. Стадии с резистивно-емкостной связью не используются, потому что ток покоя, протекающий через нагрузочный резистор, приводит к большим потерям мощности постоянного тока в нем.

Эта мощность постоянного тока, рассеиваемая на нагрузочном резисторе, не влияет на полезную выходную мощность переменного тока. Дальнейшее протекание постоянного тока через выходное устройство нежелательно. Следовательно, предпочтительно соединить импеданс нагрузки с выходной цепью усилителя через трансформатор. Кроме того, входная цепь усилителя с трансформаторной связью также предпочтительно использует трансформатор. В качестве альтернативы входной сигнал на каскад усилителя мощности с трансформаторной связью может подаваться через RC-цепочку. На рис. 1 представлена ​​принципиальная схема каскада усилителя мощности с использованием трансформаторов как в выходной, так и во входной цепи.

Согласование импеданса | Усилитель мощности звука с трансформаторной связью

Если используется сопротивление нагрузки, такое как громкоговоритель, то для максимальной передачи мощности от усилителя с высоким выходным сопротивлением к низкому сопротивлению от 5 до 15 Ом звуковой катушки громкоговорителя, необходимо использовать понижающий выходной трансформатор. Затем для правильного согласования импеданса для идеального выходного трансформатора

          ……(1)

           ……..(2)

Где V 1 (V 2 ) — первичное (вторичное) напряжение, I 1 (I 2 ) — первичный (вторичный) ток и N 1 (N 2 ) — количество первичных (вторичные) обороты.

Передаточное отношение . Для согласования импеданса сохраняем N 2 < N 1 , т. е. n < 1, тогда выходной трансформатор снижает напряжение пропорционально коэффициенту трансформации n. Одновременно ток увеличивается в той же пропорции.

Из уравнения (1) и (2) получаем           …….(3)

Но эффективное входное сопротивление R L1 , а сопротивление нагрузки R L . Затем

           …….(4)

Максимальная выходная мощность | Усилитель мощности звука с трансформаторной связью

Для получения максимальной выходной мощности с искажениями в заданных пределах необходимо выбрать правильное значение коэффициента n. Обычно задача решается графически. Первым шагом является выбор правильной рабочей точки покоя, чтобы максимальные значения P D , I C и V C не превышаются во время эксплуатации. Ток покоящегося коллектора представляет собой где P D — это максимальное значение рассеяния коллектора, указанное производителем, а V C — это значение напряжения покоящегося коллектора, при котором рабочая точка покоя P находится рядом с центром шкалы V CE . . Однако соображения, связанные с выбором V C , не являются жесткими. Единственным требованием является то, чтобы V CE не превышает V C(max) , даже когда транзистор находится в состоянии отсечки.

На рис. 2 приведены характеристики тока коллектора в зависимости от напряжения на коллекторе CE-транзистора и линий нагрузки постоянного и переменного тока. Для транзистора производитель указывает P D = 10 Вт и V CE,max = 25 вольт. Тогда правильно выбранная рабочая точка покоя P находится при V C = 10 вольт и I C = 1,2 ампер. Линия нагрузки постоянного тока — это линия, проходящая через эту точку P с крутизной, соответствующей малому сопротивлению постоянного тока первичной обмотки трансформатора плюс малая эмиттерная цепь — резистор R e , как показано на рисунке 2. Пересечение этой линии нагрузки с осью напряжения дает требуемое напряжение питания коллектора V CC .

В спокойной рабочей точке P базовый ток равен 15 мА. Если транзистор работает слишком близко к отсечке, возникают большие искажения. Следовательно, размах напряжения база-эмиттер от V до от пика к пику ограничен 140 мВ. Здесь предполагается, что входной трансформатор TR 1 на рис. 1 представляет собой подачу напряжения на силовой транзистор Q и сопротивление источника R S отражается на вторичной обмотке входного трансформатора TR 1 незначительно. На рис. 3 дана входная характеристика силового транзистора Q.

Из этой характеристики мы находим, что для этого колебания 140 мВ в V BE относительно рабочей точки покоя P экстремальные значения тока базы равны I bmax = 30 мА и I bmin = 7 мА. Мы находим, что, хотя размах V BE симметричен, размах входного тока базы несимметричен относительно тока покоя I В = 15 мА. Этот несимметричный размах тока базы фактически компенсирует несимметричный размах напряжения коллектора. В результате у нас меньше искажений при возбуждении напряжением, чем при возбуждении током.

На рис. 2 несколько а.с. Линии нагрузки могут быть проведены через точку покоя P для различных значений R L1 . На рис. 2 показаны две такие линии нагрузки для значений R L1 , равных 10 Ом и 20 Ом. Затем, комбинируя заданную линию нагрузки на рис. 2 и входную характеристику на рис. 3, строим соответствующую динамическую передаточную характеристику, изображая ток коллектора i C относительно базового тока i B , а выходная мощность на основной частоте рассчитывается с использованием уравнения

Процесс повторяется для различных линий нагрузки на рисунке 2. Затем мы строим график зависимости выходной мощности P 1 на основной частоте от действующее сопротивление нагрузки R L1 , как показано на рис. 4. Затем для каждого значения R L1 , т.е. для каждой линии нагрузки на рис. против R L1 , как показано на рис. 5. Суммарные гармонические искажения, рассчитанные по уравнению

, нанесены на график в зависимости от сопротивления нагрузки R L1 .

Из рисунка 4 видно, что выходная мощность

  1. Чрезвычайно мала при очень малом значении R L1
  2. Быстро увеличивается с увеличением R L1 до значения R L1 , равного 10 Ом.
  3. Постепенно увеличивается для более высоких значений R L1 , достигая максимума около 2,5 Вт при R L1 около 35 Ом и
  4. Затем уменьшается с дальнейшим увеличением R L1 .

Максимум, однако, довольно широкий.

Из рисунка 5 видно, что искажения минимальны для R L1 около 10 Ом и довольно быстро возрастают при более высоких значениях R L1 . При использовании R L1 = 15 Ом общее искажение составляет менее 10 %, а переменный ток меньше. выходная мощность более 2 Вт. При увеличении R L1 примерно до 35 Ом выходная мощность увеличивается до высокого значения 25%. Следовательно, в большинстве случаев значение R 9Выбирается 0007 L1 в районе около 15 Ом. Выбрав подходящее значение R L1 , можно соответственно выбрать передаточное отношение n.

Проверьте другие лучшие популярные статьи:

, что лежит в основе

Цепь генератора тактовых сигналов

Уменьшение аккумуляторов

Решающие проблемы на Adio Adio Adio Adio Amplifiers

119

Решающий

Q1. Если на рис. 1; R1 = 10 кОм; R2 = 2,2 кОм; RC = 3,6 кОм; РЭ = 1,1. кОм и VCC = + 10 В, найти напряжение постоянного тока. мощность, потребляемая усилителем от источника питания.

Рис. 1

Решение:

Ток I1, протекающий через R1, также протекает через R2 (предположение, поскольку IB мало).

Напряжение постоянного тока на R2, V2 = I1 R2 = 0,82 мА × 2,2 кОм = 1,8 В
Напряжение постоянного тока на RE, VE = V2 – VBE = 1,8 В – 0,7 В = 1,1 В
Ток эмиттера постоянного тока, IE = VE /RE = 1,1 В/1,1 кОм = 1 мА
∴ IC ≅ IE = 1 мА
Полный постоянный ток I T , потребляемый от источника питания;
I T = IC + I1 = 1 мА + 0,82 мА = 1,82 мА
∴ Мощность постоянного тока, потребляемая от источника питания, составляет
Pdc = В CC  I T = 10 В × 1,82 мА = 18,2 мВт

Q2. Определить переменный ток мощность нагрузки для схемы, показанной на рис. 2.

рис. 2

Решение: вольтметр 10,6В. Поскольку а.с. вольтметры показывают среднеквадратичное значение напряжение, у нас есть,

Q3. В усилителе мощности с резистивно-емкостной связью переменный ток напряжение на нагрузке RL (= 100 Ом) имеет размах 18 В. Найдите максимально возможную а.ч. мощность нагрузки.

Решение: 

Размах напряжения, Vpp = 18 В.

Следовательно, пиковое напряжение (или максимальное напряжение) = VPP/2, а среднеквадратичное значение VL = VPP/2√2.

Q4. Усилитель мощности, работающий от батареи 12 В, дает выходную мощность 2 Вт. Найдите максимальный ток коллектора в цепи.

Решение: 

Пусть IC будет максимальным током коллектора.
Мощность = напряжение батареи × ток коллектора
или      2 = 12 × IC
∴ IC = 2/12 = 1/6 A = 166,7 мА

Q5. Усилитель напряжения, работающий от батареи 12 В, имеет коллекторную нагрузку 4 кОм. Найдите максимальный ток коллектора в цепи.

Решение:

Q6. Усилитель мощности подает 50 Вт на 8-омный динамик. Найти (i) п.в. выходное напряжение (ii) переменного тока выходной ток.

Решение:

Q7. Рассчитайте (i) выходную мощность, (ii) входную мощность и (iii) эффективность коллектора схемы усилителя, показанной на рис. 3. Учитывая, что входное напряжение приводит к базовому току 10 мА пик.

Решение:

Линия нагрузки, обнаружив две конечные точки VIS .,

I C ( SAT ) = V CC / R 7 C / R 7 C8 87777 C. 8 8 7 C8 8. Ом = 1 А = 1000 мА

 

и VCE = VCC = 20 В, как показано на рис. 4.

 

 

Рабочая точка Q схемы может быть расположена следующим образом:

Q8. Силовой транзистор, работающий в режиме работы класса А, имеет нулевую рассеиваемую мощность сигнала 10 Вт. Если переменный ток выходная мощность 4 Вт, найти: (i) КПД коллектора (ii) номинальная мощность транзистора.  

Решение :  

Рассеиваемая мощность нулевого сигнала,   Pdc = 10 Вт

а.с. выходная мощность, Po = 4 Вт

 ( ii ) Нулевая мощность сигнала представляет наихудший случай i . и . максимальное рассеивание мощности на транзисторе происходит в условиях нулевого сигнала.

∴ Номинальная мощность транзистора = 10 Вт

Это означает, что во избежание повреждения транзистор должен иметь номинальную мощность не менее 10 Вт.  

Q9. Усилитель мощности класса А имеет трансформатор в качестве нагрузки. Если трансформатор имеет коэффициент трансформации 10 и вторичная нагрузка 100 Ом, найдите максимальное значение переменного тока. выходная мощность. Учитывая, что ток коллектора нулевого сигнала равен 100 мА.

Решение:

Вторичная нагрузка, R L = 100 ω

Q10. У усилителя мощности класса А с трансформаторной связью ток коллектора нулевого сигнала составляет 50 мА. Если напряжение питания коллектора равно 5 В, найдите (i) максимальное значение переменного тока. выходная мощность (ii) номинальная мощность транзистора (iii) максимальная эффективность коллектора.

  Решение :

Это означает, что номинальная мощность транзистора вдвое больше максимальной мощности переменного тока. выходная мощность. Например, если транзистор рассеивает 3 Вт при отсутствии сигнала, то максимальная мощность переменного тока выходная мощность, которую он может обеспечить, составляет 1,5 Вт.

Q11. Силовой транзистор, работающий в режиме работы класса А, питается от 12-вольтовой батареи . Если максимальное изменение тока коллектора равно 100 мА, найти мощность, передаваемую на 5 Ω Гордингер, если он:

(i), непосредственно подключенная в Коллекционере

(II) Трансформатор, связанный с максимальной переносом мощности

второй случай.  

Решение :  

( i ) Громкоговоритель подключен напрямую. На рис.5 показана схема класса Усилитель мощности с громкоговорителем, подключенным непосредственно к коллектору.

Таким образом, когда громкоговоритель напрямую подключен к коллектору, на громкоговоритель передается только 50 мВт мощности.

( ii ) Подключенный трансформатор громкоговорителя. На рис. 6 показан усилитель мощности класса A с подключенным трансформатором динамика. Как указывалось ранее, для согласования импеданса используется понижающий трансформатор.

Q12. В усилителе мощности на транзисторах класса А с общим эмиттером используется транзистор с β =100. Нагрузка имеет сопротивление 81,6 Ом, которое трансформаторно соединено с коллекторной цепью. Если пиковые значения напряжения и тока коллектора составляют 30 В и 35 мА соответственно, а соответствующие минимальные значения равны 5 В и 1 мА соответственно, определите:

(i) приблизительное значение тока коллектора нулевого сигнала

(ii) ток базы нулевого сигнала

(iii) Pdc и Pac (iv) эффективность коллектора (v) коэффициент трансформации трансформатора.

  Решение:  

В идеальном случае минимальные значения vCE ( min ) и iC min равны нулю ( 8 min ) Однако на практике такие идеальные условия реализовать невозможно. В данной задаче эти минимальные значения составляют 5 В и 1 мА соответственно, как показано на рис. 7.  

Q13. Для усилителя класса B, использующего источник питания VCC = 12 В и управляющего нагрузкой 8 Ом, определите (i) максимальную мощность нагрузки (ii) постоянного тока. входная мощность (iii) КПД коллектора .

Q14. В двухтактном усилителе класса B с трансформаторной нагрузкой используются два транзистора мощностью 10 Вт каждый. Какую максимальную мощность можно получить на нагрузке от схемы?

Решение:  

Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, равна PT = 10 Вт. Следовательно, мощность, рассеиваемая двумя транзисторами, равна

                        P 2 T = 2 × 10 = 20 Вт.

  Q15. Усилитель класса B имеет КПД 60%, а каждый транзистор имеет мощность 2,5 Вт. Найдите переменный ток. выходная мощность и постоянный ток входная мощность.

Решение:

Мощность, рассеиваемая каждым транзистором, равна PT = 2,5 Вт.

Следовательно, мощность, рассеиваемая двумя транзисторами, равна P ​​ 2 T = 2×2,5 = 5 Вт.

Усилители мощности класса А

  • Изучив этот раздел, вы сможете понять:
  • Ограничения, связанные с эффективностью усилителей мощности класса А.
  •   • Класс эффективности А
  •   • Влияние на требования к источнику питания.
  • Силовые выходные каскады класса А с трансформаторной связью.
  •   • Влияние индуктивной нагрузки на Vpp.
  •   • Согласование импеданса с трансформаторной связью.

 

Рис. 5.2.1 Смещение класса A

Классы усилителей

Усилитель с общим эмиттером класса A, описанный в модулях усилителя 1, модуле 2 и модуле 3, обладает некоторыми превосходными свойствами, которые делают его полезным для многих задач усиления, независимо от его использования. как усилитель мощности ограничен его низкой эффективностью. Хотя класс A может использоваться для выходных каскадов мощности (обычно от малой до средней мощности), он меньше используется для выходных каскадов более высокой мощности, поскольку более эффективные классы усилителей, такие как классы B, AB или даже классы D, E, F, G и H доступны.

Классы A, B, AB и C относятся к способу смещения усилителей, хотя класс C в основном используется в схемах генераторов. Классы от D до H используются в импульсных усилителях, где мощность экономится за счет быстрого переключения выходных транзисторов между полностью открытыми и полностью выключенными состояниями. В любом из этих состояний транзистор рассеивает мало или вообще не рассеивает мощность.

Усилители мощности класса A

Назначение смещения класса A состоит в том, чтобы сделать усилитель относительно свободным от искажений, сохраняя форму сигнала вне области между 0 В и примерно 0,6 В, где входная характеристика транзистора нелинейна. В конструкции класса А получаются хорошие линейные усилители, но они расточительны по мощности. Выходная мощность, которую они производят, теоретически составляет 50%, но практически только около 25-30% по сравнению с мощностью постоянного тока, которую они потребляют от источника питания.

В усилителях мощности класса А используется метод смещения, показанный на рис. 5.2.1. Этот метод вызывает протекание постоянного тока смещения в течение всего цикла формы сигнала, даже когда сигнал не усиливается. Ток постоянного смещения (ток покоя) достаточен для того, чтобы напряжение коллектора упало до половины напряжения питания, и, следовательно, мощность (P = I C x V CC /2) рассеивается транзистором, независимо от того, какой сигнал усиливается или нет. Это не было большой проблемой в усилителях напряжения класса А, где ток коллектора был очень мал, но в усилителях мощности выходные токи в тысячи раз больше, поэтому эффективное использование мощности имеет решающее значение.

Выход класса А с трансформаторной связью

Схема, показанная на рис. 5.2.2, представляет собой силовой выходной каскад класса А, но его эффективность повышается за счет использования выходного трансформатора вместо резистора в качестве нагрузки.

Рис. 5.2.2 Базовый усилитель мощности класса А

Первичная обмотка трансформатора имеет высокий кажущийся импеданс (Z P ) на звуковых частотах из-за действия трансформатора на «увеличение» импеданса громкоговорителя. Как показывает формула:

Z P = Z LS (N P /N S ) 2

LS ), умноженное на квадрат коэффициента витков.

Хотя импеданс первичной обмотки трансформатора высок, его сопротивление постоянному току (при 0 Гц) практически равно нулю. Поэтому, хотя можно ожидать, что усилитель напряжения класса А будет иметь коллекторное напряжение, равное примерно половине напряжения питания, усилитель мощности класса А будет иметь постоянное напряжение коллектора, приблизительно равное напряжению питания (+12 В на рис. 5.2.2) и из-за действия трансформатора, это позволяет колебание напряжения на 12 В выше и ниже напряжения коллектора постоянного тока, что делает максимальное пиковое напряжение сигнала (V стр. ) доступно на 24 В.

При отсутствии сигнала ток покоя коллектора выходного транзистора (средней мощности) обычно может составлять около 50 мА. При подаче сигнала ток коллектора будет существенно изменяться выше и ниже этого уровня.

Усилители мощности класса А, использующие относительно линейную часть характеристик транзисторов, меньше подвержены искажениям, чем другие классы смещения, используемые в усилителях мощности, и хотя их меньшая эффективность улучшается при использовании выходных трансформаторов, введение трансформатора само по себе может привести к дополнительные искажения. Это можно свести к минимуму, ограничив амплитуду сигнала, чтобы использовать не полную мощность усилителя, но даже в оптимальных условиях эффективность класса А представляет проблемы. Поскольку существенно менее 50% мощности, потребляемой от источника питания, идет на мощность сигнала, подаваемого на громкоговоритель, потерянная мощность просто вырабатывается в виде тепла, в основном в выходных транзисторах.

В больших усилителях большой мощности класс А нецелесообразен. Например, усилителю, используемому для выдачи 200 Вт на большую акустическую систему, потребуется усилитель мощностью 400 Вт, производящий с максимальной эффективностью, 200 Вт избыточного тепла, которое должно быть рассеяно очень большими транзисторами и еще более крупными радиаторами в случае перегрева и последующего отказа компонентов. следует избегать. Поэтому выходные каскады класса А используются в основном в выходных каскадах малой и средней мощности от 1 до 2 Вт и ниже, например, в бытовых радио- или телевизионных приемниках и усилителях для наушников.

К началу страницы

 

Трансформаторный выход усилителя на МОП-транзисторах — The Paper Horn от Inlow Sound

The Iron Butterfly: дифференциальный усилитель на МОП-транзисторах с трансформаторным входом/выходом.

Устали от сложных проектов? Вот невероятно простой дифференциальный усилитель с истоковым повторителем и повышающими трансформаторами, нагружающими вход/выход. Производя (при входном напряжении 2 В RMS) выходную мощность 40 Вт RMS при частоте 500 Гц, его звук приятный, теплый и очень ламповый. К моему изумлению, его среднечастотный тон/сладость сокрушает любой другой полупроводниковый усилитель, который я изготовил.

Проблема большинства полупроводниковых усилителей заключается в отсутствии атаки на ноты. Записанная музыка не звучит для меня вживую при воспроизведении через стандартный заурядный песочный усилитель. Усилитель, представленный на этой странице, атакует ноты как сумасшедший — ударные имеют панч, который заставит вас сесть и обратить внимание, гитарные фразы имеют офигенное качество, а любой саксофон, с которым вы сталкиваетесь, вызывает улыбки и ухмылки в достаточном количестве. ) (некоторые из нас были там, сделали это!)

Сьюзен Паркер получает признание за то, что вдохновила меня на разработку этого сверхпростого небольшого проекта, который начался с потребности в усилителе средних частот для моих 100-герцовых рупоров. То, что вы видите на картинке выше, — это пара мосфетов IRFP044N, соединенных со вторичными обмотками того 35-фунтового, большого, черного зверя силового трансформатора в середине слева на странице. Двойные вторичные обмотки трансформатора рассчитаны на 14 вольт, первичная — 125 вольт. Вы можете наблюдать последовательность подключения на схемах ниже.

Вот строящийся прототип усилителя — это провод заземления/динамика/питания 10-го калибра. Верхний правый угол: я использую источник питания постоянного тока на 15 вольт, который случайно завалялся для напряжения смещения. На трансформаторах находится плата смещения для обоих каналов. Усилитель питается 110 В переменного тока и 12 В постоянного тока от отдельного источника питания (вверху справа). На данный момент усилитель весит где-то около 100 фунтов. и блок питания весит около 50 фунтов.

Повышающий трансформатор-усилитель (фильм) 9) Вот минутный клип, в котором я делаю все возможное, чтобы вызвать у вас головокружение.

Цепь:

На схеме видно, что вторичные обмотки имеют отвод от центра, а отвод идет на землю. Вы также заметите, что в смеси нет силовых резисторов — ни одного — я полагаю, что если я буду осторожен, трансформатор имеет достаточное сопротивление для защиты транзистора. Честно говоря, звук слишком хорош, чтобы быть правдой. Будучи мидбасовым усилителем, мне не нужна широкая полоса пропускания, и я не ожидал многого от силового трансформатора, в котором нет чередования между первичными и вторичными обмотками, но частота работает значительно выше 6000 Гц (фактически, осциллограф показал респектабельный , хотя и значительно меньше, выходной синус 4 вольта при 20k). Сидя здесь, в своей лаборатории, я в настоящее время слушаю параллельно подключенную пару драйверов JBL 2123 (с последовательно соединенными дросселями 0,18 мГн) в портированном корпусе с фазоинвертором 100 Гц с компрессионным драйвером JBL 2446 (с конденсатором 2 мкФ), соединенным к рупору 2380А. Мой ресивер настроен на обрезание частотной характеристики ниже 100 Гц, поэтому 2123 защищены от тяжелых басовых переходных процессов. У меня есть активный сабвуфер, вытягивающий первые пару октав.

В этой конфигурации я использую МОП-транзисторы с напряжением V+ 12 вольт — V- не требуется. Радиатор немного теплый. VGS в настоящее время настроен на 3,7 вольта, поэтому полевые транзисторы почти не включаются, и я предполагаю, что этот усилитель довольно быстро переходит в класс A/B. Я заметил, что при низком VGS усилитель с этим трансформатором звучит прилично. Я также ценю более холодные радиаторы. Эффективность должна быть фантастической.

Входной сигнал подается через преобразователь CineMag CMMI-5C с повышающим коэффициентом от 5 до 1. Будучи повторителем, все усиление создается входными и выходными трансформаторами (а не транзисторами, их работа заключается в модуляции тока). Потрясающая концепция, если вы спросите меня. 9)

Моя первоначальная идея состояла в том, чтобы изготовить простой, нагруженный трансформатором, мидбасовый усилитель, который имел бы прямой, чистый звук и не требовал обратной связи. Также нужно было избегать ударов при включении/выключении. Я чувствую, что это было достигнуто. Из моего недавно приобретенного опыта работы с ламповым звуком я пришел к выводу, что частью очарования ламповых устройств является выходной трансформатор. Мне нравится теплота и упругая живость, которые вы получаете с этой компоновкой, поэтому на ум пришла концепция более мощного и доступного MOSFET/трансформаторного усилителя средних частот. Мощные МОП-транзисторы довольно распространены по разумной цене (доллар США за штуку по сравнению с 30 долларами за силовую лампу KT-88 начального уровня), имеют шелковистую звуковую сигнатуру при правильном смещении и довольно хорошо заполняют нижнюю часть моей звуковой системы. Я использовал транзистор IRFP044N, потому что он предпочитает пропускать большой ток и делает это при низком VGS. Частью получения хорошего звука от усилителя является размещение транзистора в среде, где напряжение и ток должным образом совпадают. Поскольку в этом усилителе нет мощных резисторов, а двойные вторичные обмотки трансформатора имеют чрезвычайно низкий импеданс по постоянному току (сопротивление настолько низкое, что его невозможно измерить с помощью моего мультиметра), можно с уверенностью сказать, что этот усилитель пропустит много Текущий. Следовательно, потребность в способности IRFP044N пропускать ток, как будто она выходит из моды.

Примечание: оглядываясь назад и после долгих экспериментов, я заметил, что IRFP044N пропускает слишком много тока и требует мощного резистора на центральном отводе выходного повышающего трансформатора. Если кто-то продолжит этот проект, имейте это в виду. Мне больше повезло с IRFP240 в отношении текущих правил.

Усовершенствования:

Сначала идет блок питания — я хотел поэкспериментировать с бифилярным дросселем для LC-фильтра (на первом рисунке вверху страницы показан LC-блок питания со стандартным дросселем). Назовите меня сумасшедшим, но я думал, что коэффициент ослабления синфазного сигнала улучшится, сопротивление дросселя уменьшится, и, самое главное, я найду способ использовать лишние дроссели, которые я заказал для моего усилителя класса А с дроссельной нагрузкой. .

Ну, во-первых, концепция прекрасно работает! Гул от 4-омной нагрузки (2 восьмиомных драйвера параллельно) уменьшился почти до нуля. С родным блоком питания LC слышал небольшой гул, после этого применения он пропал.

Чего я никак не ожидал, так это того, что LC-цепь будет вести себя так, как будто дросселя на пути нет (хотя гул из-за дросселя пропал), т.е. напряжение с моего 14-вольтового вывода силового трансформатора было не прежние 12 вольт, но держится почти на 19вольт. Ты мог сбить меня с ног пером! Ниже приведено изображение блока питания и его проводки.

Вы можете видеть зеленый провод, подключенный к отводу 14 В на силовом трансформаторе. Он и розовый провод подключаются к мостовому выпрямителю. Оттуда положительный выход выпрямителя подключается к центральному отводу дросселя с бифилярной обмоткой желтым проводом. Внешние наконечники дросселя (1 и 3) подключаются к положительному выводу батареи конденсаторов парой желтых проводов калибра 10. Это так просто, что даже страшно, как и этот усилитель. Я продолжаю проверять динамики (с исходным материалом на паузе), чтобы услышать гул или помехи. Мертвая тишина.

Идем дальше:

Я модифицировал исходную схему (больше не показана, чтобы избежать путаницы), чтобы получить полный контроль над напряжением смещения MOSFET (обратите внимание, в частности, на специальный источник напряжения смещения 15 В). Это сенсационная идея, поскольку колебания в первичном источнике питания не вызовут колебаний VGS и неконтролируемого поведения. Этот усилитель потребляет много тока, и все, даже незначительные корректировки смещения VGS резко изменяют напряжение/потребляемый ток первичного источника питания, что, в свою очередь, влияет на напряжение затвора и результирующий ток, протекающий через транзистор. Несколько раз, когда я первоначально получал питание смещения транзистора от первичного источника питания, я слышал жужжание, а затем хлопки — конечным результатом была пара перегоревших МОП-транзисторов. Это лишает эксперимент удовольствия.

Примечание. Для защиты МОП-транзисторов имеется пара стабилитронов на 9,1 В, соединяющих R7 и R16 с землей .

В моей тестовой модели R5/2 составляют 100 тыс., а не 68 тыс., как показано в симуляторе. Резисторы 68k увеличат VGS и потребляемую мощность. Первоначально я действую с осторожностью, используя устройства 100k. На данный момент я установил напряжение смещения VGS на 3,4 вольта.

Регулировка: Хорошо, я просто заменил R5/2 на резисторы 68k и отрегулировал смещение VGS до 4 вольт. Синус выглядит сильнее, круглее по сравнению с пилообразным. Транзисторы получают 7 вольт на стоках и нагреваются гораздо быстрее при смещении VGS 4 вольта.

Регулировка: я понизил смещение VGS до 3,7 вольт и заметил, что напряжение питания вариатора подскочило с 7 вольт до 8,3 вольт. Звук не такой насыщенный, но мосфеты работают значительно холоднее.

Регулировка: Я поднял напряжение питания до 12 вольт и слышу, как в микс возвращается пышность. Транзисторы еле греются. (Примечание: хотя радиатор холодный, когда прижимной винт транзистора нагревается до точки дискомфорта при прикосновении, через транзистор проходит слишком большой ток).

Регулировка: Довел ВГС до 3,75 вольта и замечаю более плавный звук. Радиаторы теплые, не горячие, и я могу держать на них руку сколь угодно долго.

Я заметил (на осциллографе), что изменение основного напряжения питания не влияет на выходную синусоидальную волну (по крайней мере, на амплитуду сигнала, который я использую. Более высокое выходное напряжение может все изменить). Я могу поднять первичное напряжение от 3 вольт до 12, а синус останется прежним. Я тестирую через силовой резистор (вместо динамика), поэтому не могу описать звуковую характеристику. Увеличение VGS увеличивает выходное напряжение, поэтому я буду изучать эту функцию и буду комментировать по мере сбора информации. (Впоследствии я слушал 6 вольт против 12 и заметил, что более высокие напряжения дают лучшую звуковую сигнатуру)

Наконец: После модификации моего блока питания бифилярным дросселем и подачи на усилитель 19 вольт вместо 12 (как упоминалось выше), я взорвал транзисторы IRFP044N. Дело в том, что они перегревались. Один из них загорелся, раньше такого не было. К счастью, ничего, кроме пары силовых мосфетов, не пострадало. После некоторого размышления я принял во внимание тот факт, что 044N любят пропускать большой ток, и, возможно, мне стоит попробовать IRFP240 (они пропускают примерно 1/10 тока с аналогичными VGS). Я подключил согласованную пару и слушал почти полчаса без каких-либо сбоев. Я держу напряжение затвора на уровне 4,6 вольт, а измеренное значение VGS составляет 4,25 вольта. Это включает транзистор, но не настолько сильно, чтобы убить его током. Это тоже хорошо звучащий транзистор.

27/12/2014: Я получил прекрасное электронное письмо от Сьюзан Паркер, автора концепции этого усилителя, и она упомянула идею предотвращения паразитных колебаний с использованием ферритовых колец в источнике MOSFET (я полагаю, вы бы использовали бусинка вокруг штифта затвора, но она могла иметь в виду контакт истока, потому что он подключен к повышающему трансформатору). Я запросил у нее дополнительную информацию по этому вопросу и опубликую результаты моего запроса по мере их поступления.

Я быстро пробежался по поисковой машине Google и собрал некоторые идеи о том, что ферритовые бусины могут быть использованы для этого проекта. Простое надевание их на затвор MOSFET подавит высокочастотное излучение и эффекты, которые оно вызывает в транзисторе. Если бы кто-то добавил их к контакту источника, я полагаю, что любое излучение / звон, исходящий от повышающего трансформатора, также будет подавлено …. хмммм.

21.05.2015: Прошло некоторое время, но я проверяю усилитель в лаборатории. Первое, что я заметил, это синусоидальная волна, колеблющаяся вокруг прицела… 8-омная резисторная нагрузка тоже сильно нагревается. По какой-то причине, просматривая схемы Cinemag, я заметил неиспользуемые черный и белый провода заземления (их можно увидеть на фото ниже). Я подключил белый провод к земле — ничего не изменилось в прицеле. Хорошо, как насчет черного провода. Престо! колебание синусоиды заметно уменьшилось. Резистор остыл и остается холодным.

(Схема ниже представляет собой базовый усилитель — нажмите, чтобы увеличить)

Вот фото прицела на частоте 500 Гц. Обратите внимание, что входное напряжение 1 В (пиковое, а не среднеквадратичное) дает на выходе около 10,75 В.

Внизу, полная громкость: входное среднеквадратичное значение 2 В дает выходное среднеквадратичное значение 17,7 В (измерено моим вольтметром) и результирующее изображение на осциллографе. Обрезки пока нет. Что действительно круто: на этом снимке я использовал только блок питания на 12 В.

Если вы хотите получить серьезный прирост напряжения, постройте ламповый гибрид:


Это очень простое устройство, в котором используется однотактная драйверная трубка с пластинчатым/анодным трансформатором с высоким коэффициентом Генри. Выход трансформатора питает входы дифференциального каскада MOSFET. Это так же просто, как играть в шашки, и звучит фантастически. В этом видео динамики JBL 2123 работают параллельно. Нет ни НЧ-динамика, ни ВЧ-динамика, а JBL 2123 — это драйвер средних/верхних средних частот. В целом, я очень впечатлен этим приложением.

Моделирование 600 Вт:

Приведенная ниже схема является симуляцией и не тестировалась. Я покажу необходимые изменения после того, как соберу зверя. Что интересно, так это экстремальный прирост напряжения/мощности при всего лишь 12-вольтовом блоке питания. Кажется невозможным добиться производительности такого масштаба, и время покажет. Поскольку в этой конструкции нет силовых резисторов, я дал каждому мосфету собственную цепь смещения. Возможно, настраивая/поддерживая соответствие VGS на каждом устройстве, можно предотвратить перегрузку по току и потенциальный ущерб.

Некоторые мысли:

1. Входной повышающий трансформатор выдает чуть меньше 17 вольт — и это хорошо, затворы не выдерживают более 20 вольт.

2. МОП-транзисторов будет больше, чем показано на схеме. Теплоотвод будет больше, чем у тестовой модели.

(нажмите, чтобы увеличить)

Моделирование мощностью 1500 Вт:

Да, от этого усилителя можно получить больше — по крайней мере, в виртуальном мире программного обеспечения для моделирования. Вот такой здоровенный зверь должен быть моноблоком и иметь довольно внушительный вид. Первичное напряжение должно быть увеличено до 20 В, а напряжение смещения должно быть снижено для компенсации. Я с нетерпением жду возможности поэкспериментировать с этим дизайном. (нажмите, чтобы увеличить)

Разделительные кадры:

Несколько резисторов, пара колпачков и потенциометры — это все, что требуется для базового модуля печатной платы усилителя. Эта схема используется просто для смещения транзисторов. Будучи конфигурацией транзистора истокового повторителя (без усиления от МОП-транзисторов), входные/выходные трансформаторы создают усиление.

Ниже вы видите входной трансформатор (как упоминалось выше, заземлите черный провод, чтобы смягчить колебания):

Хотя это трудно заметить, вертикальный зеленый провод соединяет центральный ответвитель: 14–0 В. Фиолетовые провода также 14В и 0В; один находится на нижнем левом наконечнике 14 В, другой — на верхнем правом наконечнике 0 В.

Оригинальный блок питания LC показан ниже. Я услышал легкий гул при таком расположении, поэтому попробовал дроссели с бифилярной обмоткой, как упоминалось ранее в тексте. Снижение шума как днем ​​и ночью.

Мой старый, верный, комплект динамик/рупор JBL:

Solid State History — www.davidmorrin.com

Работа в процессе. Это далеко не «история». Но возвращайтесь, так как детали будут добавлены и расширены.

1947 год — хорошо известный год, когда был разработан работающий транзистор с точечным контактом, но транзисторным усилителям мощности потребовалось почти на два десятилетия больше, чтобы оказать существенное влияние на мир воспроизведения звука.

Ранние транзисторы изготавливались почти исключительно из германия и выпускались только в разновидности PNP. Это привело к запутанному периоду, когда самое отрицательное напряжение было записано вверху схемы, а самое положительное напряжение было внизу схемы, и, таким образом, транзисторы были нарисованы в ориентации «эмиттерами вверх». это может дезориентировать современные глаза.

Твердотельные конструкции с выходными трансформаторами

Поскольку ранние транзисторы имели только одну полярность, ранние конструкции усилителей мощности следовали традиционным конструкциям ламповых усилителей. (Лампы также бывают только одной полярности.) Такие конструкции будут включать выходные трансформаторы для соединения транзисторных усилителей с громкоговорителями. Эти конструкции относительно редки. Изучение конструкций ламповых усилителей в сочетании с теорией транзисторов должно способствовать пониманию этого типа усилителей.

George Sziklai

В 1953 году George Sziklai написал статью под названием «Симметричные свойства транзисторов», в которой изложил идею транзисторного усилителя мощности, использующего PNP и NPN транзисторы для управления громкоговорителем. К сожалению, силовые транзисторы NPN не будут достаточно мощными или достаточно быстрыми, чтобы реализовать эту конструкцию в течение многих лет. В патенте Шиклаи того же года, US 2762870, показана пара PNP/NPN, управляющая выходным трансформатором.


Поскольку «комплементарная» конструкция PNP/NPN еще не могла быть реализована, практические усилители должны были полагаться исключительно на доступные устройства PNP, сделанные из германия.

Имя Шиклая используется для конфигурации транзистора, известной под несколькими именами, включая «Пара Шиклаи», «Пара комплементарной обратной связи» (CFP) или «составной транзистор».

https://en.wikipedia.org/wiki/Sziklai_pair

NPN-транзистор малой или средней мощности может управлять мощным выходным PNP-транзистором, так что выходной сигнал PNP имитирует выходной сигнал NPN. Хотя это изобретение носит имя Шиклаи, другой инженер, Хунг Чанг Лин, разработал выходную секцию, в которой использовались преимущества пары Шиклаи.

Lin Topology

В 1956 году д-р Хунг Чанг Лин построил и продемонстрировал «квазикомплементарный» выходной каскад. На этапе Линя используется выходное устройство PNP для подачи тока на нагрузку и еще один PNP в паре Шиклаи для отвода тока от нагрузки. Транзисторы имеют достаточно низкий импеданс как в режиме стока, так и в режиме источника, чтобы напрямую управлять громкоговорителем таким образом. В оригинальной конструкции Лина использовался один источник питания, поэтому выходное напряжение составляло 1/2 напряжения питания, и, следовательно, требовался блокирующий конденсатор постоянного тока между выходом усилителя и громкоговорителем. Если используется симметричный источник питания, выходное напряжение усилителя может быть очень близко к 0,000 В, что позволяет исключить конденсатор. (Конденсатор имеет много отрицательных свойств: он должен иметь большое значение Фарада, чтобы обеспечить хорошую низкочастотную характеристику, поэтому он будет физически большим, вероятно, дорогим, и электролитического типа, который более подвержен отказу, чем другие типы.)

Дизайн Лин также немного опередил свое время. Транзисторные усилители в основном ограничивались приложениями, где экономия веса была важнее высокой точности воспроизведения или максимальной мощности. Это означало портативные и автомобильные радиоприемники, но не домашние системы «высокой точности». Бестрансформаторная конструкция Линя какое-то время не применялась в системах большой мощности.

http://www.semiconductormuseum.com/Transistors/RCA/OralHistories/Lin/Lin_Page7.htm

Тотемные столбы

Очень популярный выходной каскад получил прозвище «Тотемный столб». Это «стек» транзисторов одной полярности, обычно германиевые PNP-устройства в 50-х и 60-х годах, а позже NPN и кремниевые устройства появились в 60-х и 70-х годах.

Выходной каскад в стиле тотемного столба

На приведенной выше упрощенной схеме Q1 является источником тока для громкоговорителя, а Q2 — потребляющим током. Q1 работает как усилитель с общим коллектором (эмиттерный повторитель), а Q2 работает как усилитель с общим эмиттером. Это вызывает серьезные проблемы с искажениями. Не показан путь отрицательной обратной связи, который будет работать для исправления этих проблем с искажениями, но даже большое количество отрицательной обратной связи не может полностью устранить проблемы, связанные с этой асимметричной конструкцией.

Этот усилитель работал достаточно хорошо, чтобы быть очень популярным для многих гитарных усилителей, разработанных в 1960-х годах. R1 и R3 обеспечивают «включение» баз транзисторов. И наоборот, R2 и R4 будут относительно небольшими, и они должны «выключать» транзисторы. R1-R4 — это «резисторы смещения», которые устанавливают ток холостого хода. Когда все резисторы и транзисторы идеально согласованы, напряжение холостого хода на C1 будет равно 1/2 В-. Если используется симметричный источник питания, так что R6 и R4 будут подключаться к V+ вместо 0 В, то идеально согласованная схема будет простаивать при 0 В на «выходном узле».

Выходной каскад Totem Pole с каскадом формирователя трансформатора

Трансформатор формирователя T1 обеспечивает два сдвинутых по фазе сигнала на 180° для выходного каскада. Q4 является драйвером для первичной обмотки, и этот транзистор обычно подключается к радиатору, поскольку он аналогичен выходному каскаду класса А. Q3 обеспечивает точку входа на базе, а также узел отрицательной обратной связи на эмиттере. Есть обратная связь от конечного выхода через R7 и обратная связь от стадии Q4 через R9. R8 обеспечивает путь постоянного тока для смещения Q3, и это также может обеспечить обратную связь для более ранней ступени. Как и в предыдущем примере, если используется симметричный источник питания, то C1 можно исключить, если выходной каскад достаточно сбалансирован (т. е. около 0,0 В постоянного тока на динамике).

60-е годы

В 1965 году многие производители музыкальных инструментов выпустили полупроводниковые модели. В 1966 году даже Fender присоединился к победе. Усилители Fender потерпели серьезную неудачу для компании. Конструкции представляют собой сочетание типов тотемного столба и трансформатора драйвера (Bassman 100) и квазикомплементарных типов (Lin). Усилители были ненадежны. В Fender: The Inside Story Форрест Уайт объяснил отказ линии новым инженером, который спроектировал усилители так, чтобы их было трудно обслуживать в полевых условиях. Эти усилители также были сконструированы с использованием печатных плат и ванн для пайки: методы, новые и незнакомые заводским рабочим, которые якобы производили предрасположенные к сбоям усилители из-за отсутствия обучения и понимания нового оборудования. Сегодня редко можно увидеть рабочий ранний полупроводниковый усилитель Fender.

Vox — еще одна компания, известная своими ранними полупроводниковыми усилителями. Усилители Vox, произведенные в Великобритании, полностью отличаются от усилителей Vox, произведенных в США. В США усилители производила компания Thomas Organ. Эти усилители печально известны тем, что их сложно обслуживать. Печатные платы обычно связаны множеством одножильных проводов, которые легко рвутся. Платы часто требуют отпаивания некоторых проводов для обслуживания, а затем другие непреднамеренно ломаются. Усилители Vox британского производства намного лучше. В обоих случаях они обычно представляют собой тотемный столб с драйвером трансформаторного типа.

Усилители Acoustic и Sunn 1960-х и 1970-х годов гораздо чаще можно увидеть в эксплуатации, чем усилители Fender или Vox. В них используются тотемные столбы с драйверными трансформаторами.

70-е годы

Транзистор наконец получил широкое распространение в конце 1960-х годов. В студиях звукозаписи устанавливались твердотельные микшерные пульты. В розничных магазинах высококачественные полупроводниковые стереосистемы вытесняли старые ламповые устройства.

Конструкторы приняли топологию Lin, и межкаскадные трансформаторы исчезли из усилителей мощности. Германий исчез, а дополнительные кремниевые устройства оказались мощными и надежными.

В 70-х появилось много конструкций, основанных на интегральных схемах, которые стали широко доступны в конце 60-х. Конструкция операционного усилителя и конструкция усилителя мощности стали очень похожими. Хотя есть много способов сделать усилитель мощности, наиболее распространенным вариантом является, по сути, большой операционный усилитель.

Современные тенденции

К 1990-м годам технологии полностью вплелись в ткань общества, и такие вещи, как аудиоусилители, воспринимались как нечто само собой разумеющееся как вездесущий элемент жизни. Они больше не были экзотическими и дорогими приспособлениями, требующими ухода и внимания; усилитель был просто чем-то, что имело утилитарное назначение, и ему лучше работать правильно и не причинять вреда (например, разрушать динамики). Им также нужно было стать меньше и легче.

Практически все мощные усилители, начиная с 1990-х годов, используют как минимум одну или несколько подсхем, предназначенных для «защиты цепи». Наиболее распространенная схема заключается в использовании выходных реле, которые подключают выход к динамикам только тогда, когда «схема защиты» считает, что все в порядке. Термовыключатель, контролирующий температуру радиатора, может использоваться для отключения выходного реле или источника питания при обнаружении перегрева. В современных усилителях могут использоваться микроконтроллеры, запрограммированные на обнаружение отказов усилителя. Эти схемы защиты обычно выключают усилитель и включают светодиод, информирующий пользователя о необходимости поездки в ремонтную мастерскую.

Усилители класса D, которые теоретически были доступны еще в 1940-х годах, на самом деле не появлялись на рынке до 1990-х годов, но получили широкое распространение в 21 веке. Они имеют преимущество в размере, весе и эффективности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.