Как работает двухкаскадный усилитель на транзисторах. Какие компоненты нужны для сборки простого аудиоусилителя. Как правильно подключить транзисторы NPN и PNP для усиления сигнала. Почему двухкаскадная схема эффективнее однотранзисторной.
Принцип работы двухтранзисторного усилителя звука
Двухтранзисторный усилитель звука состоит из двух каскадов усиления, построенных на транзисторах разного типа проводимости — NPN и PNP. Такая схема позволяет получить более высокий коэффициент усиления по сравнению с однокаскадным усилителем.
Как работает эта схема?
- На вход первого каскада (транзистор NPN) подается слабый звуковой сигнал
- Транзистор NPN усиливает этот сигнал по току
- Усиленный сигнал с коллектора первого транзистора поступает на базу второго (PNP)
- Второй каскад на PNP транзисторе обеспечивает дополнительное усиление
- С коллектора PNP транзистора снимается окончательно усиленный выходной сигнал
Таким образом, происходит двухкаскадное усиление исходного звукового сигнала.
Компоненты для сборки двухтранзисторного усилителя
Для сборки простого двухкаскадного усилителя звука потребуются следующие компоненты:
- Транзисторы: BC547 (NPN) и BC557 (PNP)
- Резисторы: 100 Ом, 10 кОм, 12 кОм, 100 кОм, 120 кОм
- Конденсаторы: 2 шт по 100 нФ
- Источник питания 9В
- Динамик или наушники
Какую роль играют эти компоненты в схеме усилителя?
- Транзисторы обеспечивают непосредственно усиление сигнала
- Резисторы задают рабочие точки транзисторов и обеспечивают межкаскадную связь
- Конденсаторы разделяют постоянную и переменную составляющие сигнала
- Источник питания обеспечивает энергией всю схему
- Динамик или наушники преобразуют электрический сигнал в звук
Особенности подключения транзисторов в схеме усилителя
При сборке двухтранзисторного усилителя важно правильно подключить транзисторы NPN и PNP:
- У NPN транзистора (BC547) эмиттер подключается к общему проводу
- У PNP транзистора (BC557) эмиттер подключается к плюсу питания
- Коллектор первого транзистора соединяется с базой второго
- Выходной сигнал снимается с коллектора PNP транзистора
Почему используются транзисторы разных типов проводимости? Это позволяет получить большее усиление при меньшем количестве компонентов.
Преимущества двухкаскадной схемы перед однотранзисторной
Двухкаскадный усилитель имеет ряд преимуществ по сравнению с однотранзисторной схемой:
- Более высокий коэффициент усиления (до 1000 и выше)
- Меньшие искажения сигнала
- Более широкая полоса пропускания
- Возможность работы с более слабыми входными сигналами
- Лучшая стабильность работы
За счет чего достигаются эти преимущества? Использование двух каскадов позволяет распределить общее усиление, снизив нагрузку на каждый отдельный транзистор.
Настройка и регулировка двухтранзисторного усилителя
После сборки схемы усилителя может потребоваться его настройка для получения оптимальных параметров:
- Подбор сопротивлений резисторов в цепях базы для установки рабочих точек
- Регулировка межкаскадной связи для максимального усиления
- Проверка отсутствия самовозбуждения и паразитных колебаний
- Измерение коэффициента усиления и уровня искажений
Как проводится настройка усилителя? С помощью осциллографа или измерителя нелинейных искажений подбираются оптимальные номиналы компонентов.
Области применения двухтранзисторных усилителей
Простые двухкаскадные транзисторные усилители находят применение во многих областях:
- Усиление сигналов с микрофонов и звукоснимателей
- Предварительные усилители в аудиосистемах
- Усилители для наушников
- Компактные переносные усилители
- Учебные схемы для изучения основ усиления
Почему такие усилители до сих пор актуальны? Они просты, дешевы в изготовлении и при этом обеспечивают неплохое качество звучания.
Модификации базовой схемы двухтранзисторного усилителя
Базовая схема двухкаскадного усилителя допускает различные модификации для улучшения характеристик:
- Добавление цепей обратной связи для стабилизации режима
- Использование составных транзисторов для повышения усиления
- Применение эмиттерной термокомпенсации
- Введение частотной коррекции для расширения полосы
- Дополнение выходным эмиттерным повторителем
Какие преимущества дают эти модификации? Они позволяют улучшить стабильность работы, снизить искажения и расширить функциональность базовой схемы усилителя.
2. Транзистор как усилитель тока. Первая модель
Рассмотрим для определенности кремниевый транзистор n-p-nтипа. Все наши рассуждения сохраняются и дляp-n-pтранзисторов, если полярности всех источников тока изменить на противоположные.
Рассмотрим схему, приведенную на рис.4. Если переключатель П разомкнут, то в соответствии с тем, что мы узнали из предыдущего раздела, измеритель тока А2ничего не покажет:IК=0. Если замкнуть П, то пойдет токIБ. Полярность источника Е1такова, что переход база-эмиттер пропускает ток. Величина этого тока может регулироваться резисторомR. При этом возникает токIК, его величина зависит отIБи значительно больше, чемIБ. Меняя величину токаIБс помощью резистораRи варьируя напряжения источников Е1и Е2, можно заметить следующее:
1. Ток в цепи коллектора возникает
только в том случае, если ток базы не
равен нулю.
2. Величина тока коллектора зависит от величины тока в цепи базы. Но чтобы этот ток возник, необходимо, чтобы напряжение источника в цепи базы превышало 0,6В.
3. Величина тока коллектора почти не зависит от напряжения источника питания в цепи коллектора.
Величина =IКIБназывается коэффициентом усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером. Часто ее обозначают какh21Э. Это обозначение связано со стандартизированной системой параметров транзисторов. Более подробно это рассмотрено в общем курсе радиоэлектроники.
Величина
может лежать в
пределах от нескольких единиц до
нескольких тысяч. Ее конкретное значение
зависит прежде всего от марки транзистора,
кроме того различные транзисторы одной
и той же марки могут значительно
отличаться по величине.
Параметрзависит
от многих причин: величины тока коллектора,
температуры, времени и т.д. Поэтому
электрическая схема может считаться
хорошей только в том случае, если она
некритична к величине(естественно, в разумных пределах).
Напряжения, прикладываемые к транзистору, могут быть не любые. Для каждой конкретной марки транзистора существуют значения токов коллектора и базы IКmaxиIБmax, которые нельзя превышать, так же как и значенияUКэmaxи мощность, рассеиваемую транзистором Рmax. Превышение любого из этих параметров, а также и некоторых других, указанных в справочниках, приводит к выходу транзистора из строя.
Усилительные
свойства транзистора можно охарактеризовать
и несколько иначе. Как видно из рис.4,
ток эмиттера при такой схеме включения
состоит из суммы токов базы и коллектора
IЭ=IБ+IК.
Ясно, что при фиксированном значенииI КразностьIЭ-IК будет тем меньше, чем больше.
Поэтому отношение токовIК/IЭ=также может служить мерой усилительных
свойств транзистора.
Коэффициентесть коэффициент усиления транзистора
в схеме с общей базой. Он иногда
обозначается какh21Б.
Действительно,
(1)
и чем ближе к 1, тем больше величина. Легко получить связь междуи
. (2)
Самая
простая схема, реализующая усилительные
свойства транзистора, аналогична реле
(рис.5). Эта схема иллюстрирует работу
транзистора в так называемом ключевом
режиме. Пусть величина напряжения Е
соответствует номинальному напряжению
используемой лампочки накаливания.
Тогда максимальный ток, который может
течь в цепи коллектора, не будет превышать
значение номинального тока лампы I
Для этого по справочнику
подберем транзистор, у которогоUКЭmaxЕ
иIКmaxIНЛ.
Определим по справочнику значениедля выбранного транзистора (в справочнике
обычно указано так:h21Э=…..
и далее указаны минимальное и максимальное
значения). Чтобы нам подошел любой
конкретный экземпляр транзистора данной
марки, мы должны ориентироваться на
самый плохой случай ‑=min.
Поэтому необходимо:IБIНЛ.
ВеличинуIБнайдем по закону Ома. Воспользуемся теперь еще и тем, что переход база-эмиттер – этоp-nпереход, смещенный в прямом направлении. Падение напряжения на нем почти не зависит от тока и равно приблизительно 0,6В. Поэтому. Откуда легко найдем
. (3)
При
этой величине резистора Rток в цепи базы достаточен для возникновения
в цепи коллектора тока, большего, чемIНЛ.
Формула (3)
ограничивает значениеRсверху, однако, на практике стараются
брать его значение как можно ближе к
вычисленному по формуле (3), ибо чем
большеR, тем меньше ток,
текущий через выключатель.
Усилитель на германиевом транзисторе — высокая точность звука
Усилитель на германиевом транзисторе, который по качеству звучания напоминает ламповый звук. Несколько лет назад мне удалось достать несколько фирменных германиевых транзисторов AD161-AD162. Поэтому, исходя из того, что если эти редкие в России компоненты у меня уже имеются, я решил для эксперимента построить на них усилитель мощности.
Содержание
- Высококлассный усилитель на германиевом транзисторе
- Схема усилителя
- Процесс сборки
Забегая вперед, скажу, что этим экспериментальным усилителем на паре германиевых транзисторах я до сего времени пользуюсь и слушаю его практически каждый день, а времени прошло с момента его изготовления немного-немало, примерно где-то лет пятнадцать.
Возвращаясь к тому времени, теперь почти былинному, когда я начал собирать этот усилок, то честно скажу, сначала звук мне не понравился.
Схема усилителя
То-есть звучание было не совсем такое как я ожидал. Но это было и не удивительно, ведь я на тот момент был ограничен в возможности подбора пар выходных германиевых транзисторов ввиду их малого количества. А подбирать их попарно по коэффициенту усиления нужно обязательно. Кроме этого, усилитель на германиевом транзисторе требует, чтобы в звуковом тракте были установлены аудиофильские конденсаторы, а я в тот момент устанавливал то, что было под рукой.
Во-первых, указанный в схеме с сопротивлением обратной связи cizirdayip конденсатор 6,8 нФ не работал просто остановился. Когда ставил что-то улучшенное или даже совсем отмененное, я пошел вместо 470пФ. AC153 мы также попробовали оба с BC327 вместо BD140.
Затем я нарисовал принципиальную схему усилителя на германиевом транзисторе, показанная ниже, с таким расчетом, чтобы можно было по бокам печатной платы разместить два радиатора охлаждения с эффективной площадью рассеивания тепла.
Кроме этого, в процессе тестирования, выяснилось, что не все так гладко, пришлось внести несколько изменений в схему. Дело в том, что цепочка обратной связи, состоящей из резистора 1кОм и шунтирующего конденсатора 6,8nF, просто не работала.
Процесс сборки
Поэтому я вместо конденсатора 6,8nF поставил 470pF. В качестве предвыходного транзистора, указанного на схеме как AC153 (аналог российского транзистора ГТ402И), был установлен BC327 вместо BD140. Здесь транзистор становится немного горячим, поэтому его нужно установить куда-нибудь, где охлаждение будет более эффективнее. Двухканальная схема сконфигурирована как полностью независимая друг от друга на одной плате, каждый канал питается от отдельного источника питания.
Печатная плата была изготовлена на фольгированном текстолите методом трафаретной печати. Из-за нехватки места на лицевой стороне платы, пришлось подпаивать некоторые элементы со стороны пайки — прямо на дорожки. Для усиления токопроводящих дорожек, я дополнительно облудил их припоем.
Один из самых важных аспектов при установке выходных транзисторов на радиатор, это обязательное изолирование транзистора от теплоотвода, так как это комплементарная пара, поэтому каждый транзистор в паре имеет разную проводимость.
В качестве изоляционного материала выбираем вот например из этого: теплопроводные керамические прокладки, на сегодняшний день они являются самыми эффективными, но если нет в наличии таковых, то можно использовать прокладки из многослойной слюды. Также следует обратить внимание во время установки германиевого транзистора на теплоотвод, крепящий винт, тоже должен быть изолирован от транзистора. Самый легкий способ это сделать, это одеть на него небольшой отрезок термоусадочной трубки.
Опишите работу транзистора как усилителя с помощью аккуратной принципиальной схемы. Нарисуйте форму входной и выходной волны.
Получение изображения
, пожалуйста, подождите .
..Регистр сейчас для специальных предложений
+91
Дом
>
Английский
>
Класс 12
>
.
Глава
>
Образец бумаги-05 (решено)
>
Опишите функцию тра…
Обновлено: 27-06-2022
(00 : 00)
Текст Решение
Решение : Транзистор в качестве усилителя:
Транзистор, работающий в активная область имеет возможность усиливать слабые сигналы. Усиление — это процесс увеличения мощности сигнала (увеличение амплитуды). Если требуется большое усиление, транзисторы каскадируются с элементами связи, такими как резисторы, конденсаторы и трансформаторы, которые называются многокаскадными усилителями.
Здесь усиление электрического сигнала объясняется с помощью одноступенчатого транзисторного усилителя, как показано на рисунке (а).
Одноступенчатый означает, что схема состоит из одного транзистора со смежными компонентами. Транзистор NPN подключен по схеме с общим эмиттером.
Начнем с точки или рабочей точки транзистор фиксируется так, чтобы получить максимальный размах сигнала на выходе (ни в сторону насыщения, ни в сторону отсечки). Сопротивление нагрузки «R_(C)» подключается последовательно к цепи коллектора для измерения выходного напряжения. Конденсатор C_(1) пропускает только сигнал переменного тока. Шунтирующий конденсатор эмиттера CE обеспечивает путь с низким реактивным сопротивлением для усиленного сигнала переменного тока. Конденсатор связи C используется для соединения одного каскада усилителя со следующим каскадом при создании многокаскадных усилителей. V — источник синусоидального входного сигнала, подаваемый на базу-эмиттер. Выход берется через коллектор-эмиттер.
Ток коллектора, `I_(C)=betaI_(B)[потому чтоbeta=(I_(C))/(I_(B))]`
Применяя закон Кирхгофа для напряжения в выходном контуре, коллектор -напряжение эмиттера определяется как `V_(CE)=V_(CC)-I_(C)R_(C)`
Работа усилителя:
.
Во время положительного полупериода
Входной сигнал `(V_(s))` увеличивает прямое напряжение между эмиттером и базой. В результате базовый ток `(I_(B))` увеличивается. Следовательно, ток коллектора `(I_(C))` увеличивается в B раз. Это увеличивает падение напряжения на резисторе R, что, в свою очередь, уменьшает напряжение коллектор-эмиттер `(V_(CE))`. Следовательно, входной сигнал в положительном направлении создает на выходе усиленный сигнал в отрицательном направлении. Следовательно, выходной сигнал инвертируется на 180°, как показано на рисунке (b).
• Во время отрицательного полупериода
Входной сигнал `(V_(s))` уменьшает прямое напряжение между эмиттером и базой. В качестве базового тока res `(I_(B))`. уменьшается и, в свою очередь, увеличивается ток коллектора `(I_(C))`. Увеличение тока коллектора (1) уменьшает падение потенциала на резисторе R и увеличивает напряжение коллектор-эмиттер `(V_(CE))`. Таким образом, входной сигнал в отрицательном направлении создает на выходе усиленный сигнал в положительном направлении.
(@)`.
Схема двухтранзисторного усилителя звука
Фарва Навази
14 368 просмотровВведение
Во многих наших руководствах мы создавали различные типы схем усилителей, более простые или более сложные, и мы изо всех сил старались придумать различные схемы усилителей, которые дают четкое понимание новичкам. Из этих схем одной из основных схем, которые мы сделали, был усилитель на одном транзисторе.
Схема хороша для понимания, но не может обеспечить эффективное и достаточное усиление на выходе. Чтобы сделать это более эффективным или полезным или получить больше выгоды, дизайнеры уже придумали идею нескольких этапов. Итак, эта статья основана на той же идее или топологии. Следовательно, в этом уроке мы будем использовать два каскада с двумя разными транзисторами, NPN и PNP, чтобы создать нашу схему усилителя.
Эта схема широко известна как двухтранзисторный усилитель или схема двухкаскадного усилителя. Схема обеспечивает более высокую пропускную способность при меньших затратах.
Купить у Amazon
Аппаратные компоненты
Следующие компоненты требуются для создания аудио усилителя.
22955.
10082 1
29555547 1
29555547 1
29555547 1
29555547 1. BC547
Распиновка BC557
Для получения подробного описания распиновки, размеров и технических характеристик загрузите техническое описание схемы аудиоусилителя BC557
Принцип работы
