Транзисторный усилитель: Транзисторный усилитель — устройство, сборка, советы | Электронщик

Содержание

Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр

На Хабре уже были публикации о DIY-ламповых усилителях, которые было очень интересно читать. Спору нет, звук у них чудесный, но для повседневного использования проще использовать устройство на транзисторах. Транзисторы удобнее, поскольку не требуют прогрева перед работой и долговечнее. Да и не каждый рискнёт начинать ламповую сагу с анодными потенциалами под 400 В, а трансформаторы под транзисторные пару десятков вольт намного безопаснее и просто доступнее.

В качестве схемы для воспроизведения я выбрал схему от John Linsley Hood 1969 года, взяв авторские параметры в расчёте на импеданс своих колонок 8 Ом.

Классическая схема от британского инженера, опубликованная почти 50 лет назад, до сих пор является одной из самых воспроизводимых и собирает о себе исключительно положительные отзывы. Этому есть множество объяснений:
— минимальное количество элементов упрощает монтаж. Также считается, что чем проще конструкция, тем лучше звук;
— несмотря на то, что выходных транзисторов два, их не надо перебирать в комплементарные пары;
— выходных 10 Ватт с запасом хватает для обычных человеческих жилищ, а входная чувствительность 0.

5-1 Вольт очень хорошо согласуется с выходом большинства звуковых карт или проигрывателей;
— класс А — он и в Африке класс А, если мы говорим о хорошем звучании. О сравнении с другими классами будет чуть ниже.


Внутренний дизайн

Усилитель начинается с питания. Разделение двух каналов для стерео правильнее всего вести уже с двух разных трансформаторов, но я ограничился одним трансформатором с двумя вторичными обмотками. После этих обмоток каждый канал существует сам по себе, поэтому надо не забывать умножать на два всё упомянутое снизу. На макетке делаем мосты на диодах Шоттки для выпрямителя.

Можно и на обычных диодах или даже готовых мостах, но тогда их необходимо шунтировать конденсаторами, да и падение напряжения на них больше. После мостов идут CRC-фильтры из двух конденсаторов по 33000 мкф и между ними резистор 0.75 Ом. Если взять меньше и ёмкость, и резистор, то CRC-фильтр станет дешевле и меньше греться, но увеличатся пульсации, что не комильфо.

Данные параметры, имхо, являются разумными с точки зрения цена-эффект. Резистор в фильтр нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3 Вт тепла, поэтому лучше взять с запасом на 5-10 Вт. Остальным резисторам в схеме мощности 2 Вт будет вполне достаточно.

Далее переходим к самой плате усилителя. В интернет-магазинах продаётся куча готовых китов, однако не меньше и жалоб на качество китайских компонентов или безграмотных разводок на платах. Поэтому лучше самому, под свою же «рассыпуху». Я сделал оба канала на единой макетке, чтобы потом прикрепить её ко дну корпуса. Запуск с тестовыми элементами:

Всё, кроме выходных транзисторов Tr1/Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторах, об этом чуть ниже. К авторской схеме из оригинальной статьи нужно сделать такие ремарки:

— не всё нужно сразу впаивать намертво. Резисторы R1, R2 и R6 лучше сначала поставить подстроечными, после всех регулировок выпаять, измерить их сопротивление и припаять окончательные постоянные резисторы с аналогичным сопротивлением.

Настройка сводится к следующим операциям. Сначала с помощью R6 выставляется, чтобы напряжение между X и нулём было ровно половиной от напряжения +V и нулём. В одном из каналов мне не хватило 100 кОм, так что лучше брать эти подстроечники с запасом. Затем с помощью R1 и R2 (сохраняя их примерное соотношение!) выставляется ток покоя – ставим тестер на измерение постоянного тока и измеряем этот самый ток в точке входа плюса питания. Мне пришлось ощутимо снизить сопротивление обоих резисторов для получения нужного тока покоя. Ток покоя усилителя в классе А максимальный и по сути, в отсутствие входного сигнала, весь уходит в тепловую энергию. Для 8-омных колонок этот ток, по рекомендации автора, должен быть 1.2 А при напряжении 27 Вольт, что означает 32.4 Ватта тепла на каждый канал. Поскольку выставление тока может занять несколько минут, то выходные транзисторы должны быть уже на охлаждающих радиаторах, иначе они быстро перегреются и умрут. Ибо греются в основном они.

— не исключено, что в порядке эксперимента захочется сравнить звучание разных транзисторов, поэтому для них тоже можно оставить возможность удобной замены.

Я попробовал на входе 2N3906, КТ361 и BC557C, была небольшая разница в пользу последнего. В предвыходных пробовались КТ630, BD139 и КТ801, остановился на импортных. Хотя все вышеперечисленные транзисторы очень хороши, и разница может быть скорее субъективной. На выходе я поставил сразу 2N3055 (ST Microelectronics), поскольку они нравятся многим.

— при регулировке и занижении сопротивления усилителя может вырасти частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0.5 мкф, а 1 или даже 2 мкф в полимерной плёнке. По Сети ещё гуляет русская картинка-схема «Ультралинейный усилитель класса А», где этот конденсатор вообще предложен как 0.1 мкф, что чревато срезом всех басов под 90 Гц:

— пишут, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землёй ставится цепь Цобеля: R 10 Ом + С 0.1 мкф.
— предохранители, их можно и нужно ставить как на трансформатор, так и на силовой вход схемы.
— очень уместным будет использование термопасты для максимального контакта между транзистором и радиатором.

Слесарно-столярное

Теперь о традиционно самой сложной части в DIY — корпусе. Габариты корпуса задаются радиаторами, а они в классе А должны быть большими, помним про 30 Ватт тепла с каждой стороны. Сначала я недоучёл эту мощность и сделал корпус со средненькими радиаторами 800см² на канал. Однако при выставленном токе покоя 1.2А они нагрелись до 100°С уже за 5 минут, и стало ясно, что нужно нечто помощнее. То есть нужно либо ставить радиаторы побольше, либо использовать кулеры. Делать квадрокоптер мне не хотелось, поэтому были куплены гигантские красавцы HS 135-250 площадью 2500 см² на каждый транзистор. Как показала практика, такая мера оказалась немного избыточной, зато теперь усилитель спокойно можно трогать руками – температура равна лишь 40°С даже в режиме покоя. Некоторой проблемой стало сверление отверстий в радиаторах под крепления и транзисторы – изначально купленные китайские свёрла по металлу сверлили крайне медленно, на каждую дырку уходило бы не менее получаса. На помощь пришли кобальтовые свёрла с углом заточки 135° от известного немецкого производителя — каждое отверстие проходится за несколько секунд!

Сам корпус я сделал из оргстекла. Заказываем у стекольщиков сразу нарезанные прямоугольники, выполняем в них необходимые отверстия для креплений и красим с обратной стороны чёрной краской.

Покрашенное с обратной стороны оргстекло смотрится очень красиво. Теперь остаётся только всё собрать и наслаждаться музы… ах да, при окончательной сборке ещё важно для минимизации фона правильно развести землю. Как было выяснено за десятилетия до нас, C3 нужно присоединять к сигнальной земле, т.е. к минусу входа-входа, а все остальные минуса можно отправить на «звезду» возле конденсаторов фильтра. Если всё сделано правильно, то никакого фона не расслышать, даже если на максимальной громкости поднести ухо к колонке. Ещё одна «земляная» особенность, которая характерна для звуковых карт, не развязанных с компьютером гальванически – это помехи с материнки, которые могут пролезть через USB и RCA. Судя по интернету, проблема встречается часто: в колонках можно услышать звуки работы HDD, принтера, мышки и фон БП системника. В таком случае проще всего разорвать земляную петлю, заклеив изолентой заземление на вилке усилителя. Опасаться тут нечего, т.к. останется второй контур заземления через компьютер.

Регулятор громкости на усилителе я не стал делать, поскольку достать какой-нибудь качественный ALPS не удалось, а шуршание китайских потенциометров мне не понравилось. Вместо него был установлен обычный резистор 47 кОм между «землёй» и «сигналом» входа. Тем более регулятор у внешней звуковой карты всегда под рукой, да и в каждой программе тоже есть ползунок. Регулятора громкости нет только у винилового проигрывателя, поэтому для его прослушивания я приделал внешний потенциометр к соединительному кабелю.

Я угадаю этот контейнер за 5 секунд...

Наконец, можно приступать к прослушиванию. В качестве источника звука используется Foobar2000 → ASIO → внешняя Asus Xonar U7. Колонки Microlab Pro3. Главное достоинство этих колонок — это отдельный блок собственного усилителя на микросхеме LM4766, который можно сразу убрать куда-то подальше. Намного интереснее с этой акустикой звучали усилок от мини-системы Panasonic с гордой надписью Hi-Fi или усилитель советского проигрывателя Вега-109. Оба вышеупомянутых аппарата работают в классе АВ. Представленный в статье JLH переиграл всех вышеперечисленных товарищей в одну калитку, по результатам слепого теста для 3 человек. Хотя разницу было слышно невооружённым ухом и без всяких тестов – звук явно детальнее и прозрачнее. Весьма легко, например, услышать различие между MP3 256kbps и FLAC. Раньше я думал, что эффект lossless больше как плацебо, но теперь мнение изменилось. Аналогичным образом гораздо приятнее стало слушать нескомпрессованые от loudness war файлы — dynamic range меньше 5 Дб вообще не айс. Линсли-Худ стоит затрат времени и денег, ибо аналогичный брендовый усилок будет стоить намного дороже.
Материальные затраты

Трансформатор 2200 р.
Выходные транзисторы (6 шт. с запасом) 900 р.
Конденсаторы фильтра (4 шт) 2700 р.
«Рассыпуха» (резисторы, мелкие конденсаторы и транзисторы, диоды) ~ 2000 р.
Радиаторы 1800 р.
Оргстекло 650 р.
Краска 250 р.
Разъёмы 600 р.
Платы, провода, серебряный припой и пр. ~1000 р.
ИТОГО ~12100 р.

Транзисторный усилитель

Ремарка по Свореню ("Электроника шаг за шагом"):

Усилитель на самом деле ничего не усиливает! Он создаёт копию входного сигнала, используя при этом энергию источника питания.

Резистор R1 выполняет роль нагрузки, дабы не было короткого замыкания и наш транзистор не сгорел.

Наш транзистор npn-типа, и открывается только при положительном значении полуволны, а при отрицательном закрывается. Помимо этого транзистор, как и любой полупроводниковый прибор, имеет нелинейные характеристики в отношении напряжения и тока. Чем меньше значения тока и напряжения, тем сильней эти искажения. Мало того что от нашего сигнала осталась только полуволна, так она ещё и искажена будет.

Чтобы избавиться от этих проблем, нам нужно сместить наш сигнал в рабочую зону транзистора, где поместится вся синусоида сигнала и нелинейные искажения будут незначительны. Для этого подают на базу напряжение смещения, допустим в 1 вольт, с помощью составленного из двух резисторов R2 и R3 делителя напряжения.

Наш сигнал, входящий в транзистор, будет выглядеть так:

Если говорить об усилении звука (переменного напряжения), то нам нужно изъять наш полезный сигнал с коллектора транзистора. Для этого установим конденсатор C1:

Как мы помним, конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный, поэтому он нам будет служить фильтром, пропускающим только нашу синусоиду. А постоянная составляющая, не прошедшая через конденсатор, будет рассеиваться на резисторе R1. Переменный же ток будет стремиться пройти через конденсатор, так как сопротивление конденсатора для него ничтожно мало по сравнению с резистором R1.

Вот и получился первый транзисторный каскад нашего усилителя. Но существуют ещё два маленьких нюанса...

Мы не знаем на 100% какой сигнал входит в усилитель, вдруг всё таки источник сигнала неисправен, всякое бывает, опять же статическое электричество или вместе с полезным сигналом проходит постоянное напряжение. Это может стать причиной неправильной работы транзистора или даже его поломки. Для этого установим конденсатор С2, он подобно конденсатору С1, будет блокировать постоянный электрический ток, а так же ограниченная ёмкость конденсатора не будет пропускать пики большой амплитуды, которые могут испортить транзистор. Такие скачки напряжения обычно происходят при включении или отключении устройства.

И второй нюанс - для регулировки входного сопротивления добавим в цепь эмиттера резистор R4:

Он выполняет роль нагрузки для источника сигнала и, самое главное, создает обратную отрицательную связь по току коллектора.

Если растет ток коллектора (например, из-за увеличения температуры), увеличивается падение напряжения на R4. Это напряжение приложено (через R3) между базой и эмиттером, причем, в отрицательной полярности (минусом на базу). Рост напряжения на R4 приводит к закрытию транзистора и падению коллекторного тока. Таким образом, R4 стабилизирует режим работы транзистора.

Часто ООС нужна только по постоянному току, а по переменному она вредна — уменьшает коэффициент усиления. Тогда R4 шунтируют конденсатором (таким же, как С2). В этом случае по переменному току эмиттер замкнут на общий провод, и ООС не возникает, а по постоянному — все работает, как описано выше.

Отношение между R1 и R4 обычно принимается 1 к 10:
R1 = R4*10;

Простейший усилитель постоянного тока

Чаще всего используется усилитель с общим эмиттером. Изображенная схема содержит цепь смещения на основе делителя напряжения и эмиттерную цепь обратной связи. В цепях этого типа не используется конденсатор связи. Входной сигнал подается прямо на базу транзистора. Выходной сигнал снимается с коллектора.

Усилитель постоянного тока может обеспечивать усиление как по току, так и по напряжению. Однако, он применяется, главным образом, в качестве усилителя напряжения. Усиление по напряжению одинаково для сигналов постоянного и переменного токов.

В большинстве случаев одного каскада усиления недостаточно. Для получения более высокого усиления требуются два или более каскадов. Соединенные вместе два или более каскадов называются многокаскадным усилителем.

Входной сигнал усиливается первым каскадом. После этого усиленный сигнал поступает на базу транзистора второго каскада. Общее усиление цепи равно произведению коэффициентов усиления по напряжению двух каскадов. Например, если и первый, и второй каскады имеют коэффициент усиления по напряжению равный 10, то общий коэффициент усиления цепи равен 100.

Комплементарный усилитель

В нем используются транзисторы типов n-p-n и n-p-n. Цепь такого типа называется комплементарным усилителем. Функции этой цепи такие же, как и у цепи,  двухкаскадного усилителя. Разница только в том, что транзистор второго каскада p-n-p типа, p-n-p транзистор, перевернут, так что на эмиттер и коллектор подается напряжение смещения правильно.

Схема Дарлингтона

На рисунке изображены два соединенных вместе транзистора, работающих, как одно целое. Эта цепь называется схемой Дарлингтона.

Транзистор Qt используется для управления проводимостью транзистора Qr. Входной сигнал, поданный на базу транзистора Qx, управляет током базы транзистора Q2. Схема Дарлингтона может быть изготовлена в одном корпусе с тремя выводами: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Она используется как простой усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления по напряжению.

Основным недостатком многокаскадных усилителей является их высокая температурная нестабильность. В цепях, требующих три или четыре каскада усиления постоянного тока, оконечный каскад может не усиливать исходный сигнал постоянного или переменного тока, так как он будет сильно искажен. Та же самая проблема существует и со схемой Дарлингтона.

В случаях, когда требуется и высокий коэффициент усиления, и высокая температурная стабильность, необходим усилитель другого типа. Это — дифференциальный усилитель:

Его особенность в том, что он имеет два отдельных входа и может обеспечить либо один, либо два выходных сигнала. Если сигнал подан на вход транзистора Q1, усиленный сигнал появится между выходом А и землей, как в обычном усилителе. Однако малый сигнал появится также на резисторе R4 и на эмиттере транзистора Q2. Транзистор Q2 работает, как усилитель с общей базой. Усиленный выходной сигнал появится между выходом В и землей. Выходной сигнал с выхода В сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению к сигналу на выходе А. Это делает дифференциальный усилитель более универсальным, чем обычный.

Обычно дифференциальный усилитель не используется для получения выходного напряжения между одним из выходов и землей. Выходной сигнал получают между выходом А и выходом В. Поскольку два выходных сигнала сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов по фазе, то между этими точками существует значительное выходное напряжение. Входной сигнал может быть подан на любой вход.

Дифференциальный усилитель обладает высокой температурной стабильностью, так как транзисторы Q1 и Q2 расположены близко друг к другу и испытывают одинаковое влияние температуры. Кроме того, коллекторные токи транзисторов Q1 и Q2 испытывают одинаковые тенденции к увеличению и уменьшению, так что выходное напряжение остается постоянным.

Дифференциальный усилитель широко используется в интегральных микросхемах и в электронном оборудовании. Он используется для усиления и(или) сравнения амплитуд сигналов как постоянного, так и переменного токов. Дифференциальные усилители можно соединять последовательно для получения более высокого усиления. В некоторых случаях дифференциальный усилитель используется в качестве первого каскада в многокаскадных обычных усилителях. Дифференциальные усилители, благодаря их универсальности и температурной стабильности, являются наиболее важным типом усилителей с гальванической связью.

Простой транзисторный усилитель своими руками

Сейчас в интернете можно найти огромное количество схем различных усилителей на микросхемах, преимущественно серии TDA. Они обладают достаточно неплохими характеристиками, хорошим КПД и стоят не так уж и дорого, в связи с этим и пользуются такой популярностью. Однако на их фоне незаслуженно остаются забытыми транзисторные усилители, которые хоть и сложны в настройке, но не менее интересны.

Схема усилителя


В этой статье рассмотрим процесс сборки весьма необычного усилителя, работающего в классе «А» и содержащего всего 4 транзистора. Эта схема разработана ещё в 1969 году английским инженером Джоном Линсли Худом, несмотря на свою старость, она и по сей день остаётся актуальной.

В отличие от усилителей на микросхемах, транзисторные усилители требуют тщательной настройки и подбора транзисторов. Эта схема – не исключение, хоть она и выглядит предельно простой. Транзистор VT1 – входной, структуры PNP. Можно экспериментировать с различными маломощными PNP-транзисторами, в том числе и с германиевыми, например, МП42. Хорошо себя зарекомендовали в этой схеме в качестве VT1 такие транзисторы, как 2N3906, BC212, BC546, КТ361. Транзистор VT2 – структуры NPN, средней или малой мощности, сюда подойдут КТ801, КТ630, КТ602, 2N697, BD139, 2SC5707, 2SD2165. Особое внимание стоит уделить выходным транзисторам VT3 и VT4, а точнее, их коэффициенту усиления. Сюда хорошо подходят КТ805, 2SC5200, 2N3055, 2SC5198. Нужно отобрать два одинаковых транзистора с как можно более близким коэффициентом усиления, при этом он должен более 120. Если коэффициент усиления выходных транзисторов меньше 120, значит в драйверный каскад (VT2) нужно поставить транзистор с большим усилением (300 и более).

Подбор номиналов усилителя


Некоторые номиналы на схеме подбираются исходя из напряжения питания схемы и сопротивления нагрузки, некоторые возможные варианты показаны в таблице:

Не рекомендуется поднимать напряжение питания более 40 вольт, могут выйти из строя выходные транзисторы. Особенность усилителей класса А – большой ток покоя, и, следовательно, сильный разогрев транзисторов. При напряжении питания, например, 20 вольт и токе покоя 1.5 ампера усилитель потребляет 30 ватт, не зависимо от того, подаётся на его вход сигнал или нет. На каждом из выходных транзисторов при этом будет рассеиваться по 15 ватт тепла, а это мощность небольшого паяльника! Поэтому транзисторы VT3 и VT4 нужно установить на большой радиатор, используя термопасту.
Данный усилитель склонен в появлению самовозбуждений, поэтому на его выходе ставят цепь Цобеля: резистор сопротивлением 10 Ом и конденсатор 100 нФ, включенные последовательно между землёй и общей точкой выходных транзисторов (на схеме эта цепь показана пунктиром).
При первом включении усилителя в разрыв его питающего провода нужно включить амперметр для контроля тока покоя. Пока выходные транзисторы не разогрелись до рабочей температуры, он может немного плавать, это вполне нормально. Также при первом включении нужно замерять напряжение между общей точкой выходных транзисторов (коллектор VT4 и эммитер VT3) и землёй, там должна быть половина питающего напряжения. Если напряжение отличается в большую или меньшую сторону, нужно покрутить подстроечный резистор R2.

Плата усилителя:



Плата изготовлена методом ЛУТ.

Собранный мной усилитель







Несколько слов о конденсаторах, входном и выходном. Ёмкость входного конденсатора на схеме обозначена 0,1 мкФ, однако такой ёмкости не достаточно. В качестве входного следует поставить плёночный конденсатор ёмкостью 0,68 – 1 мкФ, иначе возможен нежелательный срез низких частот. Выходной конденсатор С5 стоит взять на напряжение не меньшее, чем напряжением питания, жадничать с ёмкостью также не стоит.
Преимуществом схемы этого усилителя является то, что она не представляет опасности для динамиков акустической системы, ведь динамик подключается через разделительный конденсатор (С5), это значит, что при появлении на выходе постоянного напряжения, например, при выходе усилителя из строя, динамик останется цел, ведь конденсатор не пропустит постоянное напряжение.

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).

 

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

 

Интегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

 

 

Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.

 

Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.

 

Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.

 

Главная цель усилителя мощности - усилить сигнал до значения, которое позволит подключённым акустическим системам воспроизвести его с достаточной громкостью. Усилители мощности, как правило, не имеют каких-либо настроек, в том числе не имеют и регулировки громкости, так как все регулировки производятся с подключённого к усилителю мощности предусилителя. Усилители мощности также бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.

 

Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.

 

Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.

 

Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.

 

Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем,  детальность может обернуться "звоном" и "зернистостью" высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.

 

Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.

 

Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.

 

Выносной блок питания – Часть усилителя, вынесенная в отдельный корпус и отвечающая за питание всех его схем. Состоит из трансформатора и блока конденсаторов. В большинстве случаев блок питания делают встроенным, но часть производителей в топовых моделях своих усилителей предпочитают выносить его за пределы общего корпуса, так как блок питания - это один из основных источников помех.

 

Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.

 

Усилитель типа «двойное моно» - это усилитель, каналы усиления которого (левый и правый) выполнены полностью автономно и независимо друг от друга, даже трансформатор блока питания у каждого канала свой.

Получается, что внутри одного корпуса размещаются два независимых друг от друга усилителя, каждый для своего канала усиления. Усилитель типа «двойное моно» - это золотая середина между интегральными и моноблочными усилителями.

 

 

Аналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.

 

 

Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.

 

Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.

 

Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

 

 

Усилитель класса «А» (однотактный усилитель) - это усилитель, у которого один усилительный элемент (лампа или транзистор) усиливает обе полуволны сигнала (положительную и отрицательную). Таким образом, каждый последующий усилительный каскад построен на базе только одной лампы или транзистора. Использование только одного усилительного элемента для обеих полуволн сигнала устраняет необходимость точной состыковки положительной и отрицательной волн от двух разных элементов, как происходит в усилителях класса «АВ», таким образом усилители класса «А» не обладают таким видом искажения сигнала как «центральная отсечка», свойственного некоторым усилителям класса «АВ».

 

Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса "А" в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.

 

Усилитель класса «АВ» (двухтактный усилитель) - это усилитель, в каждом последующем каскаде усиления которого за усиление положительных и отрицательных полуволн отвечают разные усилительные элементы (один за положительную полуволну, другой за отрицательную).

Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.

 

Транзисторный усилитель мощности НЧ 4-й группы сложности 😉

Всем доброго времени суток! Вот с чем я осмелюсь с Вами поделиться. Тема для многих известна, и понятна. В чём она состоит. Дальше чисто моё ИМХО.

Классы аудио-аппаратуры, транзисторы, лампы...

Давно любителям звука внушают – если лампы, то в любом проявлении, а если транзисторы, то чтобы их было o-очень много! Иначе лапового звука не добьёшься ).

Например советские стандарты сначала классифицировали аудио-аппаратуру по кассам 4-й, 3-й, 2-й, 1-й!, и наконец ВЫСШИЙ!!!

Что в принципе для ламповой аппаратуры отображало состояние вещей. Но потом, в транзисторную эпоху, какой-то умник предложил классифицировать всё по сложности.

То есть, чем больше деталей, тем аппарат лучше и соответственно дороже )!!! Значит усилитель в котором больше транзисторов и микросхем выигрывает в классификации перед теми, у которого деталей меньше.

А усилитель с очень простой схемой так это вообще 4-я группа сложности! И по их понятиям эта группа априори звучать не должна вообще. Так может лучше измерять класс аппаратуры вёдрами? Ведро деталей – 0-я; полведра -1-я и т.д…шутка ). Да и давно это кануло… Но осадок остался.

И как-то раз мне захотелось вернуться в старые времена, когда транзисторы были ещё не так распространены (времена  господствования ламп) и вспомнить о тех усилках, которые собирали ещё на германиевых П201, П4,П203, МП39...

Тогда о кремнии мы даже не подозревали ). А низкие напряжения питания, да ещё появившиеся  комплементарные германиевые n-p-n транзисторы, позволявшие убрать трансформаторы,  как-то вселяло надежду ухода от ламп. Это потом стало трендом, что лампы непобедимы в звуке. Но вернемся к теме.

Прошло время, сменились поколения транзисторов и схемотехнических решений. Основным течением стало получение максимальных объективных параметров. 

Стали появляться монстороидальные схемы с сверхсимметричными структурами  суперглубокими ОООС, КНИ с исчезающе малыми процентами, полосы пропускания от 0 до 100000…. Гц, скорости нарастания 100… в/мкс, и.т.д.

Но чем больше бьются в угоду объективным измерительным приборам, чем больше усложняют схемы, тем больше субъективные уши напрягаются ).

И самое главное, как я считаю - это наличие в таких сложных схемах большого количества корректирующих конденсаторов, устраняющих их неизбежную неустойчивость.

Я так рассуждал: для расширения полосы частот и повышения скорости нарастания выходного сигнала применяют чуть ли не СВЧ транзисторы. Логично.

Но схема неустойчива к возбудам, и начинается процесс убивания частотных свойств транзисторов обвешиванием цепей прохождения сигнала конденсаторами.

Что становится с ВЧ транзистором, если ему между коллектором и базой включить конденсатор? Да, частотные и скоростные свойства транзистора сильно страдают, он становится более низкочастотным.

Это как для быстрой езды купить феррари а сзади прицепить телегу. И вот происходит всем известный процесс – на входной каскад с одной стороны приходит хороший исходный сигнал, а с другой – задержанный трактом усиления сигнал обратной связи. Со всеми вытекающими…Помните про динамические искажения?

А что лампы? Человек воспринимает нечто другое, чем то, что показывают приборы. Для интереса почитайте Лихницкого. Какие в довоенном «телефункене» параметры? Мистика..? 

Но то, что лампы звучат не с миллионными долями процента нелинейных искажений, а с нормальными полными процентами, и с АЧХ не до радиочастот, а нормальных килогерц, не останавливают упоротых биться за идеальный транзисторный усил., который  низвергнет лампы своими охренительными параметрами и разрабатывать всё более изощрённые схемотехнические навороты.

Но я о своём. Как-то раз мне пришло в голову попробовать древнюю транзисторную схему на современных элементах, естественно используя их открывшиеся дополнительные возможности.

Ясное дело, до такой крайности, как германиевые транзюки, я не дошел. Были использованы хорошие «быстрые» транзисторы.

Результат был получен потрясающий. Это была песня… Идея была верна – не гнаться за выжиманием максимальных параметров, а дать звуку просто пройти по тракту быстро, нигде не «зацепившись».

И еще. Моё мнение о лампостроителях, которые повторяют транзисторную архитектуру на лампах, и вынуждены обвешивать их фазокорректирующими конденсаторами, что люди специально добиваются от них классического «транзисторного» звучания. 

Принципиальная схема транзисторного УМЗЧ

Свою транзисторную схему я снабдил однополярным стабилизированным питанием и с разделительным выходным конденсатором (как в старые добрые времена).

ООС по постоянке и переменке складываются с входным сигналом в одной точке. На всю схему только один транзистор работает по схеме с ОЭ, что благоприятно сказывается на устойчивости, и делает ненужными корректирующие конденсаторы.

Он, разгруженный мощным  повторителем,  определяет всё усиление по напряжению. Этим объясняется и достаточно небольшая глубина ОС.

К тому же эта пара транзисторов, является довольно мощным линейным однотактным усилителем, имеющим токовое управление.

Рис. 1. Принципиальная схема УМЗЧ на шести транзисторах в эмуляторе Electronics Workbench.

Входной эмиттерный повторитель обеспечивает преобразование входного напряжения в управляющий ток. Далее выходной повторитель - и в нагрузку. Как мне кажется, короче тракт усиления сделать невозможно. И уменьшить задержку сигнала ОС тоже. Хотя…В конце статьи я об этом приписал.

Вот самый простой вариант схемы. Чем не 4-я группа сложности – всего 6 транзисторов! На типы транзисторов внимание можно не обращать - я выбирал из того, что было в коллекции Workbench, а ему всё равно, какие напряжения и токи выдерживает тот или иной тип транзистора.

Даже такой примитив уже будет звучать прилично.

А дальше - уже 7 транзисторов. И больше не надо. Разве что параллелить выходные  для умощнения.

Рис. 2. Принципиальная схема УМЗЧ на семи транзисторах в эмуляторе Electronics Workbench.

Эксперименты и реальное применение схем

По примерно такой схеме (естественно немного развив) я сделал несколько разных усилителей. Все они интегрированные и имеют схемы коммутации, стабилизации, автоматики и т.п.,  поэтому может показаться, что они сложны. Но я речь веду только об усилителе мощности.

На этом я впервые испытал возможности данного схемного решения.

Рис. 3. Вариант 1 - интеграция УМЗЧ в корпус с эквалайзером, 2х75вт/4ом.

Вот как можно использовать никому не нужную вещь;)  Причем даже штатная начинка не пострадала! Его только немного «причесать» и может кому пригодится.

Следующий вариант: вес 7.4кг, 2x170Вт/4Ом, 2x100Вт/8Ом. Питание - 92В, стабилизированное.

Рис. 4. Вариант 2 - УМЗЧ 2x170Вт/4Ом, 2x100Вт/8Ом.

Ушел он от меня, даже фото нутра не осталось. Там ещё планировалось гнездо “Phones”, даже положение переключателя пустует, но… не осилил:)))
 
Третий экземпляр: вес 3,8кг; 2х75Вт/4Ом, 2х45Вт\8Ом. Питание - 62В стабилизированное. Малыш. Я его хочу попробовать ещё и как гитарный.

Рис. 5. Вариант 3 - Малыш выдающий 2х75Вт/4Ом, 2х45Вт\8Ом.

«Ламповизатор» уже встроен, только кнопку управления усилением установить (пустое место на передней панели само просится его занять).

Четвертый экземпляр. Неброский, но самый лучший, Вес 6,3кг. Выходная мощность - 200 Вт на канал.

Рис. 6. Четвертый вариант реализации УМЗЧ на транзисторах (вид спереди).

Рис. 7. Четвертый вариант реализации УМЗЧ на транзисторах (вид со стороны разъемов).

Фейс не оформлен по причине трудностей технического характера.

Большая часть элементов питания и автоматики находится в подвале шасси снизу. Там ещё был симисторный нормализатор питания с отводами от первички, но я потом посчитал это вредным излишеством. Ведь 1,7 вольта падения на симисторе тоже деньги;)

Третий и четвертый делались как референсные, легкие и компактные, которые можно носить с собой в сумке, например для сравнительного прослушивания.

При этом они имеют вполне «взрослые» характеристики: выходная мощность последнего на 4 Ома - не менее 200 ватт на канал (до прогрева трансформатора я получал неискаженных 250 Вт), на 8 Ом не менее 120 Вт. При этом его звучание превосходит все немногочисленные доступные мне усилители (Arcam, NAD, Fisher…).

Вот полная схема последнего:

Рис. 8. Принципиальная схема четвертого варианта УМЗЧ с выходной мощностью 2х200Вт на 4Ом.

В стиле Workbench )

Термомодуль (термостат) поддерживает стабильность симметрии выходного сигнала в широком диапазоне рабочих температур. Это же однополярка…

А вот доводить ли до ума пятый, сомнения появились. Кому такой монстр нужен? Динамики я и предыдущим попортил.

Ожидалось: вес порядка 9,5-11кг, мощность расчетная номинальная 2х450Вт/4Ом, 2х250Вт/8Ом, максимальная 2х550Вт, 2х290Вт. Питание усилителя мощности - 140В стабилизированное.

Да и в последнее время на лампы отвлекся.  Может быть закончу его, если только разживусь полкиловаттными басовиками. Или кому может понадобится.

Рис. 9. Не завершенный УМЗЧ - пятый вариант, 2х450Вт/4Ом, 2х250Вт/8Ом.

Кстати, меня заинтересовало схемное решение двуполярника NAD (он без дифкаскада на входе). И следующим моим экспериментом возможно, будет попытка применить модифицированную мной схему УМ усилителей NAD:

Рис. 10. Схема транзисторного УМЗЧ с двуполярным питанием.

Может это подойдет для него. Тогда назову его усилителем 3-й группы сложности.  Придется ради мощи чем-то пожертвовать. Надеюсь не слишком фатально.

Детальки не все указал, может с кем придется ещё пообщаться та эту тему 🙂

В завершение

И ещё. Самый на мой взгляд большой недостаток таких схем, это невозможность реализации обычной защиты выходных транзисторов по мощности. В одной полярности реализуемо, в другой – будет дым.

Поэтому эксплуатировать их нужно аккуратно: не коротить, и сильно не перегружать. Правда были мысли, но схемы сильно разрастались, и не факт, что без потерь. Придется, как в древних усилителях применять триггерную защиту. Для домашнего применения пойдет.

Сомневающимся (типа, трансы мелкие) скажу - все ватты честные, все дело в…Хотя это отдельная тема.

Понятно, что хвалиться качеством поделок не приходится – всё делалось на коленках и на обеденном столе с помощью напильников и ручного инструмента. Но речь ведь идет о схемном решении.

И наконец. Есть у меня подозрение, что такое решение не я первый придумал. Когда-то давно в журнале, то ли «радио», то ли «радиолюбитель», то ли…, был обзор о выставке подобных устройств где-то в Москве.

И там некий пожилой товарищ выставил усилок, который наделал шороху. Там и фотка была. Схему он засекретил. И я бы так же сделал – покажи такую схему, тебя не то, что не допустили бы к прослушиванию, а осмеяли, унизили и вышвырнули с такого серьезного мероприятия. 

Все слушатели отметили, что стереобаза у него шире, чем у всех остальных! Но потом успокаивали друг друга, заподозрив наличие в той поделке некого расширителя стереобазы (типа химия).

А насчет просто высокого качества звучания, всё списали на класс А – «там же вентиляторы  - неспроста!»J. Хотя усилок был маленьким но мощным – какой там «А»!. Если кто нароет ту статью, сообщите, плс!.

Потом, подумав, я всё же нашел решение, как ещё более приблизить звук к идеалу. Идея пришла прямо при перечитывании своего же текста! Правда, массогабаритные показатели от этого подрастут (но это если не снижать выходную мощность). Но об этом только после экспериментов.

Ой, чую, как меня сейчас начнут бить! Они такое г…но даже на макете пробовать не станут! Ведь для нормальных грамотных людей всё и так понятно – так мало транзисторов звучать не могут (потому что, когда и много -  всё равно не звучат)!  Не то, что пара ламп…

А истина где-то там… 

73!

С ув. Васильев В.И. E--mail: vlivas[собачка]i.ua; vasigvlad[собачка]gmail.com

Транзисторный усилитель мощности на 100 Ватт


Всем Привет! В этой статье я буду подробно описывать как изготовить классный усилитель для дома или авто. Усилитель несложный в сборке и настройке, и имеет хорошее качество звучания. Ниже вашему вниманию представлена принципиальная схема самого усилителя.

Схема выполнена на транзисторах и не имеет дефицитных деталей. Питание усилителя двуполярное +/- 35 вольт, при сопротивлении нагрузки в 4 Ома. При подключении 8-ми Омной нагрузки, питание можно увеличить до +/- 42 вольт.

Резисторы R7, R8, R10, R11, R14 - 0,5 Вт; R12, R13 - 5 Вт; остальные 0.25 Вт.
R15 подстроечный 2-3 кОм.
Транзисторы: Vt1, Vt2, Vt3, Vt5 - 2sc945 (на корпусе пишется обычно c945).
Vt4, Vt7 - BD140 (Vt4 можно заменить нашим Кт814).
Vt6 - BD139.
Vt8 - 2SA1943.
Vt9 - 2SC5200.

ВНИМАНИЕ! У транзисторов c945 есть разная цоколевка: ЭКБ и ЭБК. Поэтому перед впайкой нужно проверять мультиметром.
Светодиод обычный, зеленого цвета, именно ЗЕЛЕНОГО! Он здесь не для красоты! И НЕ должен быть сверхъярким. Ну а остальные детали видно на схеме.

И так, Погнали!

Для изготовления усилителя нам понадобятся инструменты:
-паяльник
-олово
-канифоль (желательно жидкий), но можно обойтись и обычным
-ножницы по металлу
-кусачки
-шило
-медицинский шприц, любой
-сверло 0.8-1 мм
-сверло 1.5 мм
-дрель (лучше какую-нибудь мини дрель)
-наждачная бумага
-и мультиметр.

Материалы:
-односторонняя текстолитовая плата размером 10х6 см
-лист тетрадной бумаги
-ручка
-лак для дерева (желательно темного цвета)
-небольшой контейнер
-пищевая сода
-лимонная кислота
-соль.

Список радиодеталей я перечислять не буду, их видно на схеме.
Шаг 1 Готовим плату
И так, нам нужно изготовить плату. Так как лазерного принтера у меня нет (вообще нет ни каково), плату мы будем изготавливать «по старинке»!
Для начала нужно просверлить отверстия на плате для будущих деталей. У кого есть принтер, просто распечатайте эту картинку:


если нет, то тогда нам надо перенести на бумагу разметку для сверловки. Как это сделать вы поймете на фото ниже:

когда будете переводить, не забудьте про размер платы! (10 на 6 см)


вот как то так!
Отрезаем ножницами по металлу нужный нам размер платы.

Теперь прикладываем листок к вырезанной плате и фиксируем скотчем, чтобы не съехала. Далее берем шило и намечаем (по точкам) где будем сверлить.

Можно конечно обойтись без шила и сверлить сразу, но сверло может съехать!

Дальше должно получиться вот так:


Теперь можно и начать сверловку. Сверлим дырки 0.8 - 1 мм.Как я говорил выше: лучше использовать мини дрель, так как сверло очень тонкое и легко ломается. Я например использую моторчик от шуруповерта.


Дырки под транзисторы Vt8, Vt9 и под провода сверлим сверлом 1.5 мм. Теперь надо зачистить наждачкой нашу плату.

Вот теперь можно и начать рисовать наши дорожки. Берем шприц, стачиваем иголку, чтоб была не острой, набираем лак и вперед!

Подравнивать косяки лучше когда лак уже застынет.

Шаг 2 Травим плату
Для травления плат я использую самый простой и самый дешевый метод:
100 мл перекиси, 4 ч ложки лимонной кислоты и 2 ч ложки соли.

Размешиваем и погружаем нашу плату.


Далее счищаем лак и получается вот так!

Желательно сразу все дорожки покрыть оловом для удобства пайки деталей.

Шаг 3 Пайка и настройка
Паять удобно будет по этой картинке (вид со стороны деталей)

Для удобства с начало впаиваем все мелкие детали, резисторы и прочее.

А потом уже все остальное.

После пайки плату нужно отмыть от канифоли. Отмыть можно спиртом или ацетоном. На крайняк можно даже бензином.

Теперь можно и пробовать включать! При правильной сборке усилитель работает сразу. При первом включении резистор R15 надо вывернуть в сторону максимального сопротивления (меряем прибором). Колонку не подключать! Выходные транзисторы ОБЯЗАТЕЛЬНО на радиатор, через изолирующие прокладки.

И так: включили усилитель, светодиод должен гореть, меряем мультиметром напряжение на выходе. Постоянки нет, значит все хорошо.
Далее нужно установить ток покоя (75-90mA): для этого замкните вход на землю, нагрузку не подключать! На мультиметре поставьте режим 200mV и подсоедините щупы к коллекторам выходных транзисторов. (на фото отмечено красными точками)


Далее медленным вращением резистора R15 нужно установить 40-45 mV.

Выставили, теперь можно подключить динамик и погонять усилитель на небольшой громкости 10-15 мин. Потом опять нужно будет подкорректировать ток покоя.
Ну вот и все, можно наслаждаться!

Вот видео работы усилителя:

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Статьи об Hi-End аппаратуре, ламповых усилителях, акустике, радиолампах.

Разговоры о том, что лучше, транзисторы или лампы, ведутся с незапамятных времен. Доминирующее мнение лет эдак за двадцать пять плавно и, соответственно, незаметно меняется на противоположное. И если в начале семидесятых на транзисторных приемниках указывалось количество транзисторов, на которых этот аппарат выполнен (предполагалось, что связь количество-качество прямая), то в конце девяностых в передних панелях аппаратуры сверлят дырочки, чтобы мы могли видеть священный огонь лампы или ламп внутри ультрасовременных предварительных усилителей или звуковых процессоров, и трепетать уже от одного этого. Трепет подобного плана, в общем, дело неплохое - эмоция скорее положительная. Но за него предлагается платить дополнительные деньги и, как правило, немалые. Производители ламповой техники, естественно, пытаются укрепить в нас уверенность в том, что если аппарат ламповый, значит он непременно хорош. Делать они это пытались всегда, но на этот раз, ввиду того, что эволюционная спираль уже практически совершила полный оборот, им это, похоже, удается, и в настоящее время мы находимся на первой стадии лампового бума. Подтверждается это еще и тем, что на вопрос "Почему так дорого?" стал нормой ответ - "А что же ты хочешь, он же ламповый". Бум желательно встречать во всеоружии - с трезвой головой и ясным пониманием того, что тебе нужно. Это непросто. Если звукоинженеру с многолетним стажем работы по специальности, слышавшему большое количество как ламповой, так и транзисторной техники, повесить лапшу на уши довольно сложно, то музыкального полупрофессионала или любителя, коих большинство, сбить с толку попроще. Возможности сравнивать звучание разной аппаратуры весьма ограниченные. Информация, полученная от продавцов музыкального оборудования, сдобренная слухами (часто инспирированными компаниями-производителями), модой и пафосом, моде сопутствующим - далеко не лучшая платформа для выбора аппаратуры.

Прежде всего, надлежит разобраться в том, чем отличается ламповое звучание от транзисторного и почему. Мне представляется красивым, лаконичным и, более того, почти достаточным следующее объяснение: ну в самом деле - в транзисторе звук рождается в кристалле, а в лампе - в вакууме. Трудно придумать среды более несхожие. Так как же не разниться звучаниям? Лед и пламень! Тут я не оригинален, поскольку посвященные этой теме статьи в зарубежных журналах, часто выходят под заголовками типа: "Warm and Cool", "Hot or Cold" и т. п.

В одной из таких статей, в которой автор достаточно аргументировано доказывает превосходство лампы над транзистором по всем показателям (правда, почему-то в ней ни словом не упомянут такой немаловажный показатель звучания, как шум), приводится интересное объяснение привлекательности лампового звучания на примере использования в семидесятых классических конденсаторных микрофонов с ламповыми предусилителями. Дело оказывается в том, что эти микрофоны имеют сигнал очень высокого уровня (до 1,5 В) и предварительные усилители вынуждены практически постоянно работать с перегрузкой. При перегрузке лампы во-первых происходит естественная компрессия звука, в результате чего он воспринимается как более "плотный". Во-вторых происходит искажение звука, в результате чего он обогащается гармониками. В ламповой технике расположение этих гармоник по громкости практически совпадает с обертоновым рядом, то есть добавляются вторая (октава), третья (квинта), четвертая, пятая и т. д. гармоники, что субъективно воспринимается как приятное на слух, "музыкальное" звучание. Подобный принцип обогащения исходного сигнала гармониками применяется, например, в таком приборе, как эксайтер.

При перегрузке транзисторной техники звук также искажается, но сигнал при этом насыщается в основном нечетными гармониками, то есть третьей, пятой, седьмой, девятой и т. д. Из них седьмая и девятая гармоники - диссонирующие, что слух, мягко говоря, не ласкает и воспринимается именно так, как оно и есть - как искажения.

Поскольку звучание транзисторов и ламп серьезно отличается друг от друга, очевидно, что и варианты применения техники, построенной на столь несхожих компонентах, должны отличаться. Видимо, в каких-то случаях предпочтительней лампа, а в каких-то - транзистор. Для ответа на вопрос - для чего лучше использовать то и другое, необходимо дать общие характеристики звучания как ламповых, так и полупроводниковых звуковых приборов. Последние в дальнем зарубежье принято называть "твердотельными" (solid state).

Итак, лампа. 
Плюсы: звучит тепло, при перегрузке придает звучанию дополнительную "музыкальность". 
Минусы: шум (как следствие сложности с качественным усилением сигналов низкого уровня), громоздкость, малый срок службы (некоторые гитаристы вынуждены менять лампы в своих усилителях каждый месяц), плохо переносят транспортировку, низкий КПД (большая часть потребляемой ламповой техникой энергии расходуется на обогрев помещения, что может приветствоваться только зимой, да и то лишь при неработающем отоплении).

Транзисторы и прочие полупроводники. 
Плюсы: корректность, неокрашенность звучания, малые шумы, компактность полупроводниковых устройств, низкое потребление энергии.  
Минусы: сухое звучание, резко ухудшающееся при перегрузке.

Как мы видим, характеристики диаметрально противоположные - то, что хорошо у ламп, плохо у транзисторов, и наоборот. Особенно удачным можно считать применение ламп в режиме перегрузки, то есть там, где необходимо как раз изменить, окрасить исходный сигнал. При этом ламповое оборудование (будь то микрофонный предусилитель, компрессор или гитарный комбик) становится как бы обработкой, простейшим, (но, как оказалось, далеко не худшим) процессором эффектов. Ярким примером использования ламп в качестве утеплителя звука является прибор TL Audio Valve Interface - восьмиканальное устройство в котором есть восемь входов, восемь выходов и выключатель питания. Ни одной регулировки. А внутри находятся лампы, способные разом утеплить что-нибудь восьмиканальное, например, ADAT. Транзисторную же технику лучше использовать там, где особенно важны неокрашенность звучания, низкий уровень шума и искажений.

Вообще, мне кажется, что к "характерам" транзисторов и ламп вполне можно применять теорию полов и учитывать это при подборе аппаратуры. Лампа - явно выраженная дама. Ее звучание мягко и комфортно, она хорошо переносит перегрузки (преобразуя неблагоприятные обстоятельства в благоприятный результат) и может сделать звучание вашего недорогого динамического микрофона похожим на звучание конденсаторного микрофона с большой мембраной (женщинам свойственны преувеличения). Явное преимущество перед транзисторами лампы имеют в гитарной аппаратуре. Надо сказать, что гитаристы вообще народ весьма консервативный и, по существу, с ламп на транзисторы и не переходили или, во всяком случае, всегда предпочитали ламповое звучание. А вот в качестве студийной контрольной аппаратуры ламповую технику, видимо, использовать не стоит - тут необходим как раз бескомпромиссный, минимально окрашенный, не вводящий в заблуждение звук транзисторов. Он не выдаст желаемое за действительное - на него можно положиться. Мужской, одним словом, звук.

Возникает совершенно закономерный вопрос, а что, нельзя разве, при современном-то развитии электроники, сделать звук транзисторного прибора теплым, а лампового - достоверным? Конечно можно! И такая техника существует. Стоит она, правда, немеряно. Например, студийный ламповый референсный усилитель для наушников Tube-Tech PA 6, дающий неокрашенный звук, стоит 1999 американских долларов. Так что предлагаю не использовать-таки специальных женщин в качестве телохранителей и не менее специальных мужчин в качестве украшающих офис секретарей-референтов. Но если любители экзотики желают платить, то запретить им этого никто, естественно, не может...

Теперь о ценах. Близкие по классу полупроводниковые и ламповые приборы должны иметь сопоставимые цены. Да, сами лампы дороже, чем транзисторы, но зато ламповые устройства сильно проще и содержат на порядок меньше деталей (в том числе и этим ламповые адепты сегодня объясняют удивительное качество звучания подшефных устройств). Тем не менее, исторически сложилось так, что ламповая техника все-таки несколько дороже (существуют приятные исключения: например, весьма приличный микрофонный предусилитель ART Tube MP ценой 199$). Несколько, но не в разы, прошу иметь это ввиду, когда в разгар ламповой моды вам будут предлагать за бешеные деньги все, в чем хоть что-нибудь светится. А вообще, абсолютно необходимыми на сегодня можно признать только лампочки Ильича или устройства, их заменяющие (например, керосиновые или масляные лампы).

Некоторые компании, производящие профессиональную звуковую аппаратуру, изготавливают комбинированную лампово-полупроводниковую технику, пытаясь соединить в ней лучшие качества ламп и транзисторов, тем самым доказывая, что коня и трепетную лань можно использовать в качестве тягловой силы, если делать это с умом. В качестве примера можно привести Aphex Tubessence 107 - лампово-полупроводниковый микрофонный предусилитель, получивший в 1995 году награду TEC в номинации "дополнительное оборудование". Определенных успехов достигла и английская компания TL Audio, делающая предварительные усилители, компрессоры и эквалайзеры, в которых входные каскады полупроводниковые - на малошумящих микросхемах, а каскады, непосредственно отвечающие за компрессию или регулирование частот, выполнены на лампах. В результате чего на лампы сигнал поступает уже усиленным, что позволяет получить в целом приличное соотношение сигнал/шум. Таким образом, полупроводники обеспечивают малые шумы, а лампы занимаются именно тем, что им хорошо удается: компрессированием и утеплением звука. Идиллия, да и только.

Очень хочется верить в то, что путь к компромиссу найден и будущее за комбинированной техникой, в которой, как в счастливой семье, заживут герои этой статьи, дополняя друг друга, радуя нас с вами и радуясь сами. Тем более, что на сегодня отзывы о комбинированной аппаратуре весьма обнадеживающие.

Необходимо упомянуть еще и об аппаратуре Hi-End. Вот уж где применение ламп абсолютно оправдано, так как служит эта аппаратура исключительно для услаждения слуха и должна звучать максимально красиво. Хотя авторы аудиожурналов, по-моему, уже давно начисто перепутали два таких понятия, как красота звука и его естественность, и часто ставят знак равенства между двумя этими, далеко не всегда совпадающими, понятиями. В хайэндовом мире лампа непоколебимо сидит на троне и, поскольку нетерпимость аудиофилов скоро должна войти в поговорки, наиболее спокойной из характеристик, даваемых ими транзисторной технике, является сентенция: "Хороший транзисторный усилитель - отключенный от сети транзисторный усилитель!"

На прощание хочется повторить, что подходить к выбору аппаратуры нужно спокойно и взвешенно. Фразы типа "только лампа" или "транзистор - однозначно!" были бы забавны, если бы общаться с людьми, склонными к подобным подходам, не было бы так неприятно. Там, где начинается безапелляционность - кончается компетентность, да и спору эти люди предпочитают ругань. Так что советую вам сомневаться - слушать - читать - думать. Удачи!

 

Источник: http://lesrecords.ucoz.ru/publ/3-1-0-1

Биполярные транзисторы как усилители

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Распознавать основные режимы подключения транзисторного усилителя.
  • • Эмиттер обыкновенный.
  • • Общий коллектор.
  • • Общая база.
  • Опишите основные параметры каждого режима усилителя.
  • • Коэффициент усиления по напряжению.
  • • Текущее усиление.
  • • Входное и выходное сопротивление.

Как подключен транзистор для создания усилителя.

Рис. 3.6.1 Подключение усилителя.

Поскольку усилитель должен иметь два входа и два выхода, транзистор, используемый в качестве усилителя, должен иметь один из трех контактов, общих для входа и выхода, как показано на рис.6.1. Выбор клеммы, используемой в качестве общего подключения, оказывает заметное влияние на характеристики усилителя.

Транзистор, подключенный в трех режимах, показанных на рис. 3.6.2–3.6.4 будут показывать совершенно разные характеристические кривые для каждого режима. Эти различия могут быть использованы разработчиком схем для создания усилителя с характеристиками, наиболее подходящими для конкретной цели. Обратите внимание, что схемы показаны здесь в упрощенном виде и не предназначены для использования в качестве практических схем.

В схеме транзисторного усилителя, показанной на рис. 3.6.2–3.6.4, линия питания + V и линия 0V могут рассматриваться как одна и та же точка, если речь идет о любом сигнале переменного тока. Это связано с тем, что, хотя очевидно, что между этими двумя точками существует напряжение (напряжение питания), источник постоянного тока всегда отключается большим конденсатором (например, резервуарным конденсатором в источнике питания), поэтому не может быть разницы в напряжении переменного тока. между шинами + V и 0V.

Рис.3.6.2 Режим общего эмиттера.

Режим общего эмиттера

Наиболее распространенная функция транзистора - использование в режиме ОБЩЕГО ЭМИТТЕРА. В этом способе подключения небольшие изменения тока базы / эмиттера вызывают большие изменения тока коллектора / эмиттера. Следовательно, это схема усилителя ТОКА. Для усиления НАПРЯЖЕНИЯ в цепь коллектора должен быть подключен нагрузочный резистор (или импеданс, например, настроенная цепь), чтобы изменение тока коллектора приводило к изменению напряжения, возникающего на нагрузочном резисторе.Значение резистора нагрузки влияет на УСИЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ усилителя. Это связано с тем, что чем больше резистор нагрузки, тем большее изменение напряжения будет вызвано данным изменением тока коллектора. Обратите внимание, что из-за этого метода подключения форма выходного сигнала будет противофазна входному сигналу. Это связано с тем, что увеличение напряжения базы / эмиттера вызовет увеличение тока базы. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока коллектора, но по мере увеличения тока коллектора падение напряжения на нагрузочном резисторе увеличивается, и, поскольку напряжение на верхнем конце нагрузочного резистора (напряжение питания) не изменится, напряжение на резисторе нагрузки не изменится. нижний конец должен уменьшиться.Следовательно, увеличение напряжения база / эмиттер вызывает снижение напряжения коллектор / эмиттер.

Общие параметры эмиттера

Усиление напряжения: высокое (около 100).

Текущее усиление: высокое (от 50 до 800).

Входное сопротивление: среднее (от 3 кОм до 5 кОм).

Выходное сопротивление: среднее (приблизительное значение резистора нагрузки).

Рис. 3.6.3 Режим общего коллектора.

Режим общего коллектора

Рис.3.6.3 иллюстрирует режим ОБЩИЙ КОЛЛЕКТОР; также называется режимом эмиттерного повторителя, поскольку в этой схеме форма выходного сигнала на эмиттере не инвертируется и поэтому «следует» за формой входного сигнала на базе. Этот метод подключения часто используется в качестве БУФЕРНОГО УСИЛИТЕЛЯ для таких задач, как согласование импедансов между двумя другими цепями. Это связано с тем, что этот режим дает усилителю высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Коэффициент усиления по напряжению в этом режиме немного меньше единицы (x 1), но доступен высокий коэффициент усиления по току (называемый h fc в режиме общего коллектора).Другой способ использования этого режима подключения - УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, часто используемый для выходных цепей, которые должны управлять сильноточными устройствами переменного тока, такими как громкоговорители или устройствами постоянного тока, такими как двигатели и т. Д.

Параметры общего коллектора

Коэффициент усиления напряжения: чуть меньше единицы (1).

Текущее усиление: высокое (от 50 до 800)

Входное сопротивление: высокое (несколько кОм)

Выходное сопротивление: низкое (несколько Ом)

Рис.3.6.4 Режим общей базы.

Режим общей базы

COMMON BASE MODE обычно используется для усилителей VHF и UHF, где, хотя коэффициент усиления по напряжению невелик, существует небольшая вероятность того, что выходной сигнал будет возвращен во входную цепь (что может быть проблемой на этих частотах). Поскольку в этом режиме база транзистора соединена с землей, он образует эффективный заземленный экран между выходом и входом. Поскольку ток коллектора в этом режиме будет равен току эмиттера минус ток базы, коэффициент усиления по току (h fb в режиме общей базы) меньше единицы (<1).

Параметры общей базы

Коэффициент усиления по напряжению: средний (от 10 до 50).

Текущее усиление: менее единицы (<1)

Входное сопротивление: низкое (около 50 Ом)

Выходное сопротивление: высокое (около 1 МОм)

Начало страницы

Транзистор

как усилитель: работа и его применение

Усилитель - это базовая схема, полученная из транзисторов.Эти устройства сконструированы таким образом, что транзисторы с низким значением входного сигнала преобразуются в сигналы, обладающие высокой силой. Они наиболее широко используются в концепции междугородной связи, а также там, где беспроводная передача данных используется в качестве носителя.

Это основные устройства, устанавливаемые в передатчики и приемники. Поскольку транзисторы бывают разных типов, это может быть биполярный переходный транзистор (BJT), полевой транзистор (FET) и полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET).

Усилители являются производными от транзисторов, потому что они способны работать в трех областях: активная, отсечка и насыщение. С целью усиления фокус будет на активной области. Основное назначение этих усилителей - без изменений усилить подаваемый входной сигнал.

Транзистор как усилитель

Усилители - это схемы, которые предназначены для улучшения интенсивности сигналов. Применяемый вход может быть сигналами напряжения или тока в соответствии с требованиями.Этот процесс усиления используется в радиосигналах, междугородной связи и т. Д.

Транзистор должен быть эффективным с точки зрения усиления, линейности. Он должен обладать высокой пропускной способностью. Если эти параметры существуют в транзисторе, его можно использовать в различных приложениях, в частности, в усилителях звука.

Схема транзистора для усиления спроектирована таким образом, что вход всегда подается на переход, который смещен в прямом направлении. Точно так же выходной сигнал может быть собран через смещенный в обратном направлении переход транзистора.Причина рассмотрения этого условия заключается в том, что оно точно обеспечивает результаты амплификации. На входной стороне транзистор имеет низкое значение сопротивления, по этой причине он может обеспечивать изменения выходного значения, если есть какое-либо существенное изменение входного сигнала.

Транзистор как схема усилителя

К схеме может быть приложено даже постоянное напряжение. Таким образом, на вход подается низкое значение сигнала, поскольку из-за конструкции внутренней схемы генерируемый выходной сигнал обладает такой же силой выходного сигнала.В целом схема, разработанная здесь, действует как усилитель. Чтобы удовлетворить параметры и конструктивные соображения в целом, в приложениях усилителя используется конфигурация с общим эмиттером.

Рабочий

Рассмотрим схему усилителя, выполненного с базовой схемой общего эмиттера. В этой конфигурации напряжение прикладывается к клеммам базы и эмиттера. Поскольку соединение между ними считается находящимся в режиме смещения пересылки.Рассматриваемый выход берется через резистор, который действует как нагрузка, подключенная между коллектором и базой.

Поскольку низкое сопротивление присутствует на входной стороне в спроектированной схеме, сигналы малой силы были поданы на вход, и сгенерированный выход будет очевиден по силе полученного сигнала. Таким образом, транзистор работает как усилитель. Существуют различные типы усилителей.

Это, во-первых, транзисторы с биполярным переходом, которые классифицируются как общая база, общий эмиттер и общий коллектор.Во-вторых, классы усилителей классифицируются на основе применяемого входа и собираемого выхода. Это класс A, класс B, класс AB, класс C, класс D и т. Д., Наконец, усилители, разработанные на основе их главного фактора, называемого эффективностью. Для достижения эффективности он может быть выполнен в виде ступеней: одноступенчатые, многоступенчатые и т. Д.

Проект

В электронных схемах обычно используется BJT типа N-P-N. Он также считается наиболее часто используемым.В частности, конфигурация с общим эмиттером выбрана из-за ее способности усиления. Сторона входа может состоять из резистора, подключенного таким образом, что он образует цепь делителя потенциала. Этот вид смещения чаще всего используется в усилителях, созданных с помощью BJT.

Усиление звука

Транзистор на входе с резистором делает его одноступенчатым усилителем. Если выход одноступенчатого каскада используется как вход подключенного к нему транзистора, то он становится многокаскадным усилителем.

Конструкция транзистора за счет такого смещения делает схему транзистора более стабильной. Следовательно, вся функциональность транзистора полностью зависит от смещения, приложенного к транзистору.

Применение транзистора в качестве усилителя

Транзистор, работающий в качестве усилителя, имеет различные преимущества и применения в области электроники и связи. Их
1. Его можно использовать в междугородной связи, потому что интенсивность сигнала, получаемого на выходе, будет высокой.
2. Эти транзисторные усилители используются в усилении радиосигналов.
3. Усилители играют важную роль в беспроводной связи.
4. Усиление сигналов с использованием транзисторов в качестве усилителей может быть использовано в радиовещании ЧМ-сигналов.
5. В волоконно-оптической связи также используются усилители этих типов.
6. Основное применение этого транзисторного усилителя - аудиоусилитель, который используется в повседневной деятельности, с которой мы сталкиваемся.

Таким образом, усилитель на транзисторах имеет множество применений. Дизайн очень прост. Просто схема, разработанная с резистором и снабженная источниками напряжения на выводах транзистора.

Конструкция может быть различных типов, конструкция которой зависит от требований. Таким образом, после анализа транзистора, который может работать как усилитель, можете ли вы описать, кроме усиления, где вы можете использовать транзисторы?

Конструкция усилителя с общим эмиттером на транзисторе

»Lectronics Notes

Простые в использовании пошаговые инструкции по проектированию электронной схемы каскада усилителя на транзисторах с общим эмиттером, показывающие расчеты значений электронных компонентов.


Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Конструкция схемы с общим эмиттером Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем


Усилитель с общим эмиттером широко используется, и его электронная схема относительно проста.

Есть несколько простых расчетов, которые можно комбинировать с простой схемой проектирования, чтобы получить надежный результат.В конструкции усилителя с обычным эмиттером довольно легко выбрать предпочтительные значения компонентов.

Есть несколько вариантов усилителя с общим эмиттером, и они могут быть легко включены в конструкцию. Самая основная форма конструкции усилителя с общим эмиттером - это простой логический буфер / выход, состоящий из транзистора и пары резисторов. В него можно добавить несколько дополнительных компонентов, которые позволят превратить его в усилитель со связью по переменному току со смещением по постоянному току и резистором обхода эмиттера.

Простая логическая конструкция усилителя с общим эмиттером

Эта очень простая конструкция логического буфера или усилителя с общим эмиттером настолько проста, насколько может быть любая конструкция.

На схеме показан транзистор с входным резистором и коллекторным резистором. Входной резистор используется для ограничения тока, протекающего в базу, а резистор коллектора используется для создания этого напряжения на выходе.

Когда на входе виден высокий логический уровень, это заставляет ток течь через R1 в базу.Это вызывает включение транзистора. В свою очередь, напряжение на коллекторе падает почти до нуля, и все напряжение вырабатывается на резисторе R1.

Видно, что есть инверсия фазы. При высоком входном напряжении выходной сигнал низкий, т.е. Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером - этот вариант часто используется с логическими схемами в качестве простого переключателя.

Усилитель с общим эмиттером, действующий как буфер для логической ИС, очень легко спроектировать.

Хотя это не единственный способ спроектировать сцену, можно использовать следующее пошаговое руководство.

  1. Выберите транзистор: Выбор транзистора, обозначенного на схеме как TR1, будет зависеть от ряда факторов:
    • Ожидаемое рассеивание мощности.
    • Требуемая скорость переключения - для коммутационных приложений выбирайте переключающий транзистор, а не другую форму транзистора с широкой полосой пропускания, фут.
    • Требуется текущий коэффициент усиления.
    • Требуемый ток.
    • Напряжение коллектор-эмиттер.
    Все это можно предвидеть с достаточной точностью до начала проектирования. После завершения проектирования следует проверить все цифры, чтобы убедиться, что транзистор соответствует выбранным значениям.
  2. Расчет резистора коллектора: Выбрав тип транзистора, необходимо определить значения других электронных компонентов.Определение резистора коллектора R2 достигается путем определения тока, необходимого для протекания через резистор. Это будет зависеть от таких элементов, как ток, который должна обеспечивать цепь. Также может потребоваться светодиодный индикатор, включенный последовательно с резистором коллектора. Сила тока должна быть определена так, чтобы обеспечить требуемый световой поток. Номинал резистора можно определить с помощью закона Ома, зная ток, протекающий через резистор, и напряжение на нем.
  3. Определите номинал резистора базы: Ток базы - это ток коллектора, деленный на значение β или hfe, которое практически одинаково. Убедитесь, что имеется достаточный ток привода, чтобы включить транзистор для самых низких значений β даже при низких температурах, когда значения β будут ниже. Следует проявлять осторожность, чтобы не пропускать чрезмерный ток в базу, поскольку в результате переключение может занять больше времени, поскольку необходимо удалить избыточный накопленный заряд.
  4. Переоценить исходные допущения: После того, как проект завершен, необходимо повторно оценить некоторые из начальных решений и оценок на случай, если окончательный проект что-то изменил.

Простая конструкция усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току

Схема электронной схемы для базовой схемы усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току приведена ниже.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером и одиночным базовым резистором смещения

Эта схема не получила широкого распространения, поскольку трудно определить точную рабочую точку схемы из-за встречающихся вариаций значений β.

Можно использовать пошаговый процесс, показанный ниже:

  1. Выберите транзистор: Выбор транзистора будет зависеть от факторов, включая ожидаемую рассеиваемую мощность, напряжение коллектор-эмиттер, полосу пропускания и т. Д.
  2. Выберите резистор коллектора: Значение должно быть выбрано таким образом, чтобы коллектор находился примерно на половине питающей шины для требуемого тока. Величину сопротивления можно определить просто по закону Ома. Текущее значение следует выбирать так, чтобы сопротивление / выходное сопротивление было приемлемым для следующего этапа.
  3. Выберите базовый резистор: Используя показатель β для транзистора, определите базовый ток.Затем, используя закон Ома, зная напряжение питания и тот факт, что база будет на 0,5 В (для кремния) над землей, рассчитайте резистор.
  4. вычислить разделительные конденсаторы: Используя знание входного и выходного сопротивлений, определите значение конденсатора, равное импедансу на самой низкой частоте использования. (Xc = 2π f C, где C - в фарадах, а частота - в Гц).
  5. Пересмотрите расчеты: Пересмотрите все расчеты и допущения, чтобы убедиться, что все они остаются в силе в свете того, как развивалась схема.

Комплексная конструкция усилителя с общим эмиттером со связью по переменному току

Включив несколько дополнительных компонентов в общую схему эмиттера, можно обеспечить лучший уровень усиления, а также улучшенную температурную стабильность при постоянном токе.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером

Конструкция усилителя с общим эмиттером относительно проста. В качестве основы можно использовать следующую схему проектирования.

  1. Выберите транзистор: Как и прежде, тип транзистора следует выбирать в соответствии с ожидаемыми требованиями к рабочим характеристикам.
  2. Расчет резистора коллектора: Необходимо определить ток, необходимый для адекватного управления следующей ступенью. Зная ток, необходимый в резисторе, выберите напряжение коллектора, равное примерно половине напряжения питания, чтобы обеспечить равные колебания сигнала вверх и вниз. Это определит номинал резистора по закону Ома.
  3. Рассчитайте резистор эмиттера: обычно для напряжения эмиттера выбирается напряжение около 1 вольт или 10% от значения шины.Это обеспечивает хороший уровень устойчивости схемы по постоянному току. Вычислите сопротивление, зная ток коллектора (фактически такой же, как ток эмиттера) и напряжение эмиттера.
  4. Определить базовый ток: Можно определить базовый ток, разделив ток коллектора на β (или hfe, что по сути то же самое). Если указан диапазон для β, работайте с осторожностью.
  5. Определите базовое напряжение: Это легко вычислить, потому что базовое напряжение - это просто напряжение эмиттера плюс напряжение перехода база-эмиттер.Это принято равным 0,6 В для кремниевых и 0,2 В для германиевых транзисторов.
  6. Определите номиналы резистора базы: Предположим, что ток, протекающий по цепи R1 + R2, примерно в десять раз больше необходимого тока базы. Затем выберите правильное соотношение резисторов, чтобы обеспечить необходимое напряжение на базе.
  7. Конденсатор обхода эмиттера: Коэффициент усиления схемы без конденсатора на резисторе эмиттера составляет приблизительно R3 / R4.Чтобы увеличить коэффициент усиления для сигналов переменного тока, добавлен конденсатор С3 обхода эмиттерного резистора. Это должно быть рассчитано таким образом, чтобы реактивное сопротивление равнялось R4 при самой низкой рабочей частоте.
  8. Определите значение входного конденсатора: Значение входного конденсатора должно равняться сопротивлению входной цепи на самой низкой частоте, чтобы обеспечить падение -3 дБ на этой частоте. Полный импеданс цепи будет β умноженным на R3 плюс любое сопротивление, внешнее по отношению к цепи, т.е.е. сопротивление источника. Внешнее сопротивление часто игнорируется, так как оно, скорее всего, не окажет чрезмерного влияния на схему.
  9. Определите значение выходного конденсатора: Опять же, выходной конденсатор обычно выбирается так, чтобы он равнялся сопротивлению цепи на самой низкой рабочей частоте. Сопротивление цепи - это выходное сопротивление эмиттерного повторителя плюс сопротивление нагрузки, т. Е. Следующей цепи.
  10. Переоценить предположения: В свете того, как развивалась схема, переоценить все предположения схемы, чтобы убедиться, что они по-прежнему остаются в силе.Такие аспекты, как выбор транзистора, значения потребления тока и т. Д.

Можно получить более определенное усиление для каскада для сигналов более высокой частоты, поместив резистор (R5) последовательно с C3. Для низких значений усиления по напряжению это можно определить из простого соотношения A v = R3 / R5.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером и дополнительным эмиттерным резистором в цепи обхода конденсатора

При небольшой практике различные каскады в конструкции транзисторного усилителя с общим эмиттером становятся второй натурой, и их можно очень легко выполнить.Выбор транзистора также может быть упрощен. Как упоминалось выше, очень важно использовать переключающий транзистор для коммутационных приложений - даже транзисторы с большим ft или отсечкой не будут работать так же хорошо, как правильный переключающий транзистор.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Транзисторный усилитель с общим эмиттером »Примечания по электронике

Конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению и является одной из наиболее широко используемых конфигураций транзисторов для проектирования электронных схем.


Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Конструкция схемы с общим эмиттером Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем


Схема усилителя на транзисторах с общим эмиттером - одна из основных схем для использования в проектировании электронных схем, предлагающая множество преимуществ.

Конфигурация схемы с общим эмиттером используется во многих областях проектирования электронных схем: в качестве усилителя звука, в качестве основного переключателя для логических схем, в качестве аналогового усилителя общего назначения и во многих других приложениях.

Конфигурация схемы с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению в сочетании с умеренным усилением по току, а также со средним входным и средним выходным сопротивлением. Таким образом, конфигурация с общим эмиттером является хорошей универсальной схемой для использования во многих приложениях.

Также на этом этапе стоит отметить, что усилитель на транзисторах с общим эмиттером инвертирует сигнал на входе. Следовательно, если на вход усилителя с общим эмиттером поступает растущий сигнал, это приведет к падению выходного напряжения. Другими словами, он имеет изменение фазы на 180 ° в цепи.

В зависимости от конструкции самой электронной схемы, общий эмиттер не использует слишком много электронных компонентов, иногда всего два резистора, хотя, если требуется настройка смещения для аналоговых схем, можно использовать четыре резистора и три конденсатора.

Основы транзисторного усилителя с общим эмиттером

Из трех типов конфигурации транзисторов, используемых в проектировании электронных схем, общий эмиттер является наиболее широко используемым из-за его ключевых свойств.

Сигнал усилителя с общим эмиттером подается на базу, а выходной сигнал снимается с коллекторной цепи. Однако, как следует из названия этой схемы, ключевым атрибутом является то, что схема эмиттера является общей как для ввода, так и для вывода.

Конфигурация схемы общего эмиттера транзистора

Конфигурация общего эмиттера в равной степени применима как к вариантам транзистора NPN, так и к вариантам транзистора PNP.Тем не менее, разновидность NPN более широко используется из-за более широкого использования транзисторов NPN.

Сводка характеристик усилителя на транзисторах с общим эмиттером

При выборе конфигурации транзистора для использования в конструкции электронной схемы необходимо учитывать различные атрибуты трех типов: общий эмиттер, общий коллектор и общая база, и выбрать наиболее подходящий.

В таблице ниже приведены основные характеристики конфигурации транзистора с общим эмиттером.


Характеристики усилителя на транзисторах с общим эмиттером
Параметр Характеристики
Коэффициент усиления напряжения Средний
Коэффициент усиления по току Средний
Прирост мощности Высокая
Соотношение фаз вход / выход 180 °
Входное сопротивление Средний
Выходное сопротивление Средний

Из этих характеристик видно, что конфигурация с общим эмиттером обеспечивает хорошие универсальные характеристики.Одним из ключевых факторов является то, что он обеспечивает хороший уровень усиления по напряжению - атрибут, который требуется при проектировании электронных схем для многих приложений.

Схема также относительно проста и требует нескольких электронных компонентов, в зависимости от того, как выполняются требования к конструкции электронной схемы.

Уровни импеданса усилителя с общим эмиттером

Одним из ключевых атрибутов, которые следует учитывать при проектировании любой электронной схемы, являются уровни импеданса.

Входное сопротивление обычно составляет около 1 кОм, хотя оно может значительно варьироваться в зависимости от значений и условий цепи. Низкое входное сопротивление является результатом того факта, что вход применяется через базу и эмиттер, где есть прямое смещение перехода,

Также выходной импеданс может быть относительно высоким. Опять же, это значительно варьируется в зависимости от выбранных значений электронных компонентов и допустимых уровней тока. Выходное сопротивление может достигать 10 кОм или, возможно, больше.Однако, если сток позволяет потреблять более высокие уровни тока, выходное сопротивление может быть значительно уменьшено. Уровень сопротивления или импеданса определяется тем фактом, что выходной сигнал снимается с коллектора, где есть обратносмещенный переход.

Коэффициент усиления транзисторного усилителя с общим эмиттером

Еще один важный фактор, который следует учитывать при проектировании электронной схемы, - это достижимый уровень усиления. Можно определить два вида усиления: усиление по току и усиление по напряжению.

Коэффициент усиления по току для схемы усилителя с общим эмиттером обозначается греческим символом β. Это отношение тока коллектора к току базы. Это можно представить как отношение выходного тока к входному. Чтобы получить точное значение коэффициента усиления сигнала, часто используется коэффициент усиления по току для небольших входных изменений тока. Используя это, коэффициент усиления по току β и изменения входного и выходного тока связаны следующим образом:

Где
β = усиление по току
ΔIc = изменение тока коллектора
ΔIb = изменение базового тока

Чтобы посмотреть на коэффициент усиления по напряжению схемы усилителя с общим эмиттером, необходимо посмотреть на сопротивления или импедансы для входа и выхода.

β = ΔIcΔIb = ΔVcRcΔVbRb

Av = ΔVcΔVb

Следовательно:

Av = β RcRb

Где
Av = усиление по напряжению
Rc = выходное сопротивление коллекторной цепи
Rb = входное сопротивление базовой цепи

Соотношение фаз на входе и выходе с общим эмиттером

Транзисторный усилитель с общим эмиттером - единственная конфигурация, которая обеспечивает инверсию на 180 ° между входным и выходным сигналами.

Причину этого можно увидеть из того факта, что по мере увеличения входного напряжения увеличивается ток через базовую цепь.В свою очередь, это увеличивает ток в цепи коллектора, то есть имеет тенденцию включать транзистор. Это приводит к падению напряжения между выводами коллектора и эмиттера.

Таким образом, увеличение напряжения между базой и эмиттером привело к падению напряжения между выводами коллектора и эмиттера, другими словами, фаза двух сигналов была инвертирована.

Практические схемы усилителя с общим эмиттером

При проектировании электронной схемы для различных приложений и для удовлетворения различных требований можно использовать один из множества вариантов схемы транзистора с общим эмиттером.

В то время как основные теоретические схемы, показанные выше, могут описать базовую работу усилителя с общим эмиттером в концепции.

Однако, чтобы схема могла работать в реальной системе, необходимо добавить другие элементы, такие как смещение, развязка и т.п. В результате общая схема усилителя с общим эмиттером использует несколько компонентов, чтобы гарантировать, что он может работать требуемым образом.

Усилитель простой логики с общим эмиттером

Первый пример - это простейшая форма схемы с общим эмиттером, в которой используется очень мало электронных компонентов.Обычно он используется для управления нагрузкой с цифрового выхода предыдущего каскада.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером
R1 R1 ограничивает базовый ток и предотвращает повреждение эмиттерного перехода базы. Он должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток коллектора при минимальном усилении тока транзистора, и включать некоторый запас для обеспечения его правильного включения.
R2 Этот резистор обеспечивает заземление и помогает регулировать скорость переключения транзистора.
R3 Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.

При управлении маленьким транзистором общего назначения от логического выхода 5 В типичные значения могут быть 2 кОм для R1 и 22 кОм для R2.

Простой усилитель с общим эмиттером для управления реле

Часто бывает полезно использовать простую схему с общим эмиттером для управления реле.Простая схема, показанная выше, может быть адаптирована для управления реле.

Необходимо учитывать ток, необходимый для переключения и удержания реле, и в базовой цепи должен протекать ток, достаточный для протекания необходимого тока в цепи коллектора.

Для многих реле сопротивление резистора R1 может быть около 2 кОм, а R2 - 22 кОм, но они должны быть рассчитаны в конструкции электронной схемы, чтобы обеспечить требуемый ток.

Схема

управления реле простого транзистора с общим эмиттером Следует отметить, что при высоком входном напряжении реле активируется.Это когда коллектор включен, и напряжение коллектора понижено.

Диод включен для подавления обратной ЭДС, индуцированной при отключении тока, протекающего через катушку реле. Важно предотвратить повреждение транзистора.

Схема общего эмиттера с использованием транзистора смещения с одной базой

Схема с общим эмиттером с использованием транзистора смещения с одной базой
R1 R1 ограничивает базовый ток и предотвращает повреждение эмиттерного перехода базы.Он должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток коллектора при минимальном усилении тока транзистора, и включать некоторый запас для обеспечения его правильного включения.
R1 Этот резистор обеспечивает смещение для транзистора. Его значение следует рассчитать, чтобы получить требуемый ток коллектора.
R3 Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.Его значение рассчитывается таким образом, чтобы при токе покоя коллектора оно упало наполовину от напряжения шины, при условии, что конструкция электронной схемы используется в качестве линейного усилителя.

Этот тип схемы с общим эмиттером очень прост, минимизирует количество электронных компонентов и использует один резистор для смещения базы. Он не обеспечивает производительность, требуемую для многих схем, поскольку коэффициент усиления транзистора будет варьироваться от одного устройства к другому, и это изменит работу схемы.

Схема общего эмиттера с использованием транзистора смещения с одной базой (2)

Эта версия эмиттерного повторителя смещения базы с одним резистором предлагает немного большую предсказуемость схемы.

За счет подключения резистора смещения между коллектором и базой это обеспечивает дополнительную стабильность для условий постоянного тока.

Схема с общим эмиттером с использованием транзистора смещения с одной базой между коллектором и базой

Транзисторный усилитель с общим эмиттером со смещением постоянного тока и связью по переменному току

На схеме ниже показана конструкция электронной схемы усилителя с общим эмиттером с резисторами, обеспечивающими необходимое смещение для линейной работы, а также конденсаторы связи и развязки для работы на переменном токе.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером

В схеме имеется ряд компонентов, которые обеспечивают различные функции, позволяющие всей схеме работать требуемым образом:


R1, R2 Эти резисторы обеспечивают смещение для базы транзистора.
R3 Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.
R4 Этот резистор в усилителе с общим эмиттером обеспечивает обратную связь по постоянному току, чтобы гарантировать, что условия постоянного тока в цепи поддерживаются.
C1, C2 Эти конденсаторы обеспечивают связь по переменному току между ступенями. Их нужно выбирать так, чтобы они обеспечивали незначительное реактивное сопротивление на рабочих частотах.
C3 Это байпасный конденсатор. Эффект R4 заключается в уменьшении коэффициента усиления схемы. Обход резистора позволяет достичь более высоких уровней усиления переменного тока.

Схема, показанная выше, представляет собой базовый усилитель с общим эмиттером, связанный по переменному току.

Схема с общим эмиттером может использоваться в различных формах.- иногда в качестве транзисторного логического выхода, усилителя с прямой связью и во многих других областях. Он широко используется, обеспечивая хороший компромисс между коэффициентом усиления по напряжению и току, а также входным и выходным сопротивлением.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Базовый транзисторный усилитель - биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Прежде чем переходить к базовому транзисторному усилителю, вам следует ознакомиться с двумя терминами: УСИЛИТЕЛЬ и УСИЛИТЕЛЬ. Усиление - это процесс увеличения силы СИГНАЛА. Сигнал - это просто общий термин, используемый для обозначения любого конкретного тока, напряжения или мощности в цепи. Усилитель - это устройство, которое обеспечивает усиление (увеличение тока, напряжения или мощности сигнала) без существенного изменения исходного сигнала.

Транзисторы часто используются в качестве усилителей. Некоторые транзисторные схемы представляют собой усилители ТОКА с малым сопротивлением нагрузки; остальные схемы рассчитаны на усиление НАПРЯЖЕНИЯ и имеют высокое нагрузочное сопротивление; другие усиливают СИЛУ.

Базовый транзисторный усилитель (версия NPN)

Теперь взглянем на NPN-версию базового транзисторного усилителя на рисунке выше и посмотрим, как он работает.

Путем вставки одного или нескольких резисторов в схему могут быть достигнуты различные методы смещения, и эмиттер-база аккумулятор устранен.Помимо устранения батареи, некоторые из этих методов смещения компенсируют незначительное изменения характеристик транзистора и изменения проводимости транзистора в результате температурных отклонений. Обратите внимание на рисунок выше, что батарея эмиттер-база была удалена, а резистор смещения Rb был вставлен. между коллектором и цоколем. Резистор Rb обеспечивает необходимое прямое смещение для перехода эмиттер-база. Ток течет в цепи смещения эмиттер-база от земли к эмиттеру, через вывод базы и через Rb к Vcc.Поскольку ток в базовой цепи очень мал (несколько десятков микроампер) и прямое сопротивление цепи транзистор имеет низкий уровень, только несколько десятых вольт положительного смещения будут ощущаться на базе транзистора. Тем не мение, этого достаточно напряжения на базе, вместе с землей на эмиттере и большим положительным напряжением на коллекторе, правильно смещать транзистор.

При правильном смещении Q1 постоянный ток течет непрерывно, с входным сигналом или без него, на всем протяжении схема.Постоянный ток, протекающий по цепи, вызывает не только базовое смещение; он также развивает напряжение коллектора (Vc), протекающее через Q1 и Rl. Обратите внимание на напряжение коллектора на графике выхода. Поскольку он присутствует в схеме без входного сигнала, то выходной сигнал начинается с уровня Vc и либо увеличивается, либо уменьшается. Эти постоянные напряжения и токи, которые существуют в цепи до применения сигнала известны как напряжения и токи в состоянии покоя (состояние покоя схемы).

Резистор Rl, резистор нагрузки коллектора, помещен в схему, чтобы сохранить полный эффект коллектора. напряжение питания от коллектора. Это позволяет напряжению коллектора (Vc) изменяться в зависимости от входного сигнала, что, в свою очередь, позволяет транзистору усиливать напряжение. Без Rl в цепи напряжение на коллекторе всегда будет равно Vcc.

Конденсатор связи (Cc) - еще одно новое дополнение к схеме транзистора. Он используется для передачи входного сигнала переменного тока и заблокируйте постоянное напряжение от предыдущей схемы.Это предотвращает появление постоянного тока в схеме слева от муфты. конденсатор от воздействия смещения на Q1. Конденсатор связи также блокирует смещение Q1 от попадания на вход. источник сигнала.

На вход усилителя подается синусоидальная волна, которая колеблется на десятки милливольт выше и ниже нуля. Он вводится в цепь за счет конденсатора связи и применяется между базой и эмиттером. Когда входной сигнал становится положительным, напряжение на переходе эмиттер-база становится более положительным.Фактически это увеличивает прямое смещение, которое вызывает базовый ток увеличивается с той же скоростью, что и входной синусоидальный сигнал. Также увеличиваются токи эмиттера и коллектора. но намного больше, чем базовый ток. С увеличением тока коллектора на R1 возникает большее напряжение. С напряжение на R1 и напряжение на Q1 (коллектор-эмиттер) должны в сумме равняться Vcc, т.е. увеличение напряжения на Rl приводит к одинаковому снижению напряжения на Q1. Следовательно, выходное напряжение усилителя, снятое на коллектор Q1 по отношению к эмиттеру представляет собой отрицательное изменение напряжения, которое больше, чем входное, но имеет одинаковые характеристики синусоидальной волны.

Во время отрицательного изменения входа входной сигнал противодействует прямому смещению. Это действие уменьшает базу ток, что приводит к уменьшению как эмиттерных, так и коллекторных токов. Уменьшение тока через Rl уменьшается его падение напряжения и заставляет напряжение на транзисторе расти вместе с выходным напряжением. Следовательно, на выходе для отрицательного чередования входа - положительное чередование напряжения, которое больше, чем входное, но имеет те же характеристики синусоидальной волны.

Изучая как входные, так и выходные сигналы для одного полного чередования входа, мы можем видеть, что выход усилитель является точным воспроизведением входного сигнала, за исключением обратной полярности и увеличенной амплитуды. (десятки милливольт по сравнению с несколькими вольт).

Базовый транзисторный усилитель (версия PNP)

Версия PNP этого усилителя показана выше. Основное отличие NPN а усилитель PNP - полярность источника напряжения.При отрицательном Vcc базовое напряжение PNP немного отрицательное. относительно земли, что обеспечивает необходимое условие прямого смещения между эмиттером и базой.

Когда входной сигнал PNP становится положительным, он противодействует прямому смещению транзистора. Это действие отменяет некоторые из отрицательное напряжение на переходе эмиттер-база, которое снижает ток через транзистор. Следовательно напряжение на нагрузочном резисторе уменьшается, а напряжение на транзисторе увеличивается.Поскольку Vcc отрицательно, напряжение на коллекторе (Vc) идет в отрицательном направлении (как показано на выходном графике) в сторону -Vcc (например, от -5 вольт до -7 вольт). Таким образом, выходной сигнал представляет собой отрицательное изменение напряжения, которое изменяется с той же скоростью, что и выходное напряжение. входной синусоидальной волны, но имеет противоположную полярность и гораздо большую амплитуду.

Во время отрицательного изменения входного сигнала ток транзистора увеличивается, потому что входное напряжение помогает прямой уклон. Следовательно, напряжение на R1 увеличивается, и, следовательно, напряжение на транзисторе уменьшается или идет в положительном направлении (например: с -5 вольт до -3 вольт).Это действие приводит к положительному выходное напряжение, которое имеет те же характеристики, что и входное, за исключением того, что оно усилено и полярность наоборот.

Таким образом, входные сигналы в предыдущих схемах были усилены из-за небольшого изменения тока базы вызвало большое изменение тока коллектора. И, поместив резистор Rl последовательно с коллектором, напряжение усиление было достигнуто.

Эксперимент: Проектирование схем транзисторов


Процедура

Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работе транзисторов.Теперь мудрее, мы знаем, что ниже есть некоторые ошибки в математике с вычислениями фильтра. Мы перепроектируем эту схему, когда позволят время и ресурсы, но учтите, что схема все еще работает (может усиливать пики).

Все, что вам нужно, чтобы построить усилитель, - это транзистор, источник питания, резисторы и конденсаторы. Есть много способов смешать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и предположения, с которыми можно работать, а затем проведем вас через дизайн вашего самого первый простой био-усилитель!

Существует несколько конфигураций с использованием транзисторов NPN, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», потому что она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилителем с общим эмиттером»? - поскольку база - это вход, коллектор - это выход, а «общий» или земля - ​​это эмиттер.

Как любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина действительно выполняла». В нашем биоусилителе мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте стремимся к «усилению» 150 или увеличению амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и в реальном SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется "высокочастотным" сигналом.

Таким образом, у нас есть два требования

  1. Прирост 150.
  2. Настройка фильтра: фильтр высоких частот 300 Гц.

А теперь вернемся к искусству дизайна электроники. В основе нашего усилителя лежит превосходная книга Пола Шерца «Практическая электроника для изобретателей».

Детали
Помимо тараканов, кабеля и электрода, упомянутых выше, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить:
  1. два NPN транзистора (2N4401) - из набора образцов транзисторов
  2. четыре 4.Резисторы 7 кОм - из набора образцов резисторов
  3. четыре резистора 1 кОм из той же упаковки образцов
  4. один резистор 50 Ом из того же набора образцов
  5. два конденсатора по 1 мкФ
  6. четыре конденсатора по 10 мкФ
  7. перемычка
  8. макетная плата без пайки
  9. разъем аккумулятора 9В
  10. батарея 9В
  11. разъем RCA
  12. динамик RadioShack (мы любим эти вещи)
Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, на который можно положить ногу таракана.

Проектирование схемы

Эмиттерные и коллекторные резисторы

Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, и наши шипы имеют как положительный, так и отрицательный компонент:

Мы хотим, чтобы нейронный сигнал превышал +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «места» для напряжения, чтобы усилить как отрицательную, так и положительную части сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы V c или напряжение на коллекторе составляло 1/2 V cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В).Таким образом, нам нужно поставить резистор на V c , чтобы установить V c = 1/2 V cc , и мы используем закон Ома V = IR, который мы можем переписать как:

I c - это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета вы используете лист данных транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I c .

4,7 кОм - стандартное значение для комплекта резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R c

.

Коэффициент усиления нашей схемы, как он есть, составляет ΔV c / ΔV e , что равно отношению R c / R e .

Мы уже установили R c = 4,7 кОм, а R e уже встроен в транзистор. Его R e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как:

I e примерно такое же, как I c , поэтому сопротивление составляет 26 Ом.

Мы можем рассчитать выигрыш следующим образом:

Однако сопротивление транзистора может быть нестабильным, поэтому нам нужно добавить собственное сопротивление R в дополнение к сопротивлению.Шерц рекомендует V e с напряжением 1 В для стабилизации нестабильности сопротивления, поэтому согласно закону Ома:

Но обратите внимание, что добавление этого R в схему:

У нас будет изменение в прибыли. Новое усиление:

о нет! Наше первоначальное усиление 180 исчезло! И наш выигрыш теперь намного меньше, чем нам нужно! Но не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно с резистором 1 кОм, который фактически заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать:

Фильтр высоких частот

Параллельно подключенные резистор и конденсатор действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наш фильтр высоких частот составлял 300 Гц. Это легко подсчитать.

У нас уже есть R = 1 кОм, а f должно быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ.

Все, что остается, - это входной конденсатор для устранения любого смещения постоянного тока на входном сигнале и поддержания стабильности нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ.

Установка напряжений смещения

Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без нажатия нижнего предела напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения.

Мы хотим, чтобы напряжение на базе V b было на 0,6 В выше, чем напряжение на уровне V e , поэтому

Мы знаем, что V e должно быть 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V b должно быть 1.6В. Сделаем делитель напряжения!

Наш V в имеет курс 9 В, а наш V out равен 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения:

Мы можем переставить уравнение и вычислить ...

Таким образом, R1 должен быть в ~ 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как показывает практика, для этой конструкции транзистора:

Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, поскольку мы уже используем эти значения резисторов и имеем их под рукой.

Вот и все! Пришло время ...

Построить схему

Вы посчитали, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите аккумулятор, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода / вывода на макетную плату, как показано ниже:

Присмотритесь к схеме на макетной плате:

Вставьте электроды в лапу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Полностью поверните динамик и почистите ногу таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте еще немного усилим шипы. Вы можете создать «вторую стадию» усиления, так же, как мы делаем с нашим обычным SpikerBox, где у вас есть выход схемы, переходящий во вход другой копии схемы, как показано ниже:

Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного снизим усиление на втором этапе.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с R и , чтобы немного понизить усиление второй ступени, но все равно сделают более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже.

Теперь вы создали свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляю! Сообщите нам, если вы нашли способ сделать схему проще, чище и с большим усилением.

Обсуждение

Вы находитесь на пути к изобретению еще многих чудесных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть вещи очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир, недоступный нашим невооруженным чувствам. Теперь начнем открывать.

Вопросы для обсуждения

  1. Почему шипы от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя «шумнее», чем SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет намного больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются с инструментальными усилителями.Добро пожаловать в искусство электроники!
Усилитель с общим эмиттером

: работа и его характеристики

Схема усилителя

Обычно мы используем различные типы электронных устройств для разработки электронных проектов или схем. В некоторых схемах или проектах выходные сигналы будут иметь низкую силу и должны быть усилены для обнаружения или использования выхода. Таким образом, выходной сигнал может быть усилен с помощью схем усилителя, таких как одноступенчатые транзисторные усилители, многокаскадные транзисторные усилители, усилитель с общим эмиттером и т. Д.Но что такое схема усилителя?

Схема усилителя

Электронное устройство или схема, которая может использоваться для усиления сигнала (увеличения мощности сигнала), называется схемой электронного усилителя или усилителем. Электронная схема, которая может использоваться для управления и усиления выходного сигнала, чтобы он соответствовал (форме) и был сильнее входного сигнала, называется схемой усилителя. Цепи усилителя можно разделить на различные типы в зависимости от каскадов усилителя, физического размещения, представления входного сигнала (линейного или нелинейного) и т. Д.В первую очередь, электронные усилители можно разделить на усилители напряжения, тока, крутизны и сопротивления. Но эти усилители могут быть реализованы с использованием различных топологий транзисторов. Наша цель здесь - подробно обсудить усилитель с общим эмиттером и его работу. Но прежде всего мы должны знать о транзисторных усилителях.

Транзисторные усилители

Электронная схема, которая состоит из транзистора (в качестве основного компонента) вместе с другими схемами и способна увеличивать силу слабого сигнала, называется транзисторным усилителем.Эти транзисторные усилители подразделяются на различные типы, такие как одноступенчатые транзисторные усилители и многокаскадные транзисторные усилители. В одноступенчатых транзисторных усилителях для усиления используется только один транзистор и другая схема, тогда как, соединив вместе однокаскадные транзисторные усилители, можно получить многокаскадный транзисторный усилитель.

Транзисторный усилитель с общим эмиттером

Конфигурация транзисторного усилителя

Самая распространенная конфигурация транзисторного усилителя - это транзисторный усилитель с общим эмиттером, который обычно используется в качестве стандартного формата транзисторной схемы, где требуется усиление напряжения.Схема усилителя с общим эмиттером также называется инвертирующим усилителем. Конфигурации транзисторных усилителей представляют собой транзисторные усилители с общей базой и общим коллектором, как показано на рисунке выше.

Характеристики усилителя с общим эмиттером

В конфигурации усилителя с общим эмиттером клемма базы действует как вход, клемма коллектора действует как выход, а клемма эмиттера действует как общая клемма как для выходных, так и для входных клемм. Усилитель с общим эмиттером также называется усилителем с заземленным эмиттером, поскольку эмиттер подключен к земле.Следовательно, эта конфигурация называется конфигурацией с общим эмиттером, а характеристики транзистора с общим эмиттером показаны ниже.

  • Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером средний
  • Коэффициент усиления по току транзисторного усилителя с общим эмиттером средний
  • Коэффициент усиления по мощности схемы усилителя с общим эмиттером высокий
  • Вход / выход имеет фазовое соотношение 180 градусов
  • Входное и выходное сопротивление усилителя с общим эмиттером средние

Характеристики смещения и усиления

На приведенном выше рисунке представлены характеристики смещения и усиления усилителя с общим эмиттером.

Работа усилителя с общим эмиттером

На рисунке ниже показана схема усилителя с общим эмиттером, которая состоит из смещения делителя напряжения и используется для подачи напряжения смещения базы транзистора в соответствии с требованиями. Схема смещения делителя напряжения состоит из делителя потенциала с двумя подключенными резисторами, средняя точка которых используется для подачи напряжения смещения базы.

Схема усилителя с общим эмиттером

Усилитель с общим эмиттером состоит из различных электронных компонентов, которые включают в себя резисторы R1, используемые для определения прямого смещения, R2 используется для создания смещения, RL используется для формирования выхода, называемого резистором нагрузки коллектора, а RE используется для термостойкости.Конденсатор C1, который называется разделительным конденсатором (включая конденсатор C2, который может быть подключен к выходному выводу), который используется для отделения сигналов переменного тока от напряжения смещения постоянного тока. Как показано на рисунке выше, характеристики транзистора усилителя с общим эмиттером смещения относительно усиления, если R2 увеличивается, то прямое смещение будет увеличиваться, а R1 и смещение обратно пропорциональны друг другу.

Если слабый сигнал (AC) подается на базу транзистора схемы усилителя с общим эмиттером, то начинает течь небольшой базовый ток (AC).Таким образом, через коллектор через Rc будет протекать гораздо больший ток (который равен β-beta, умноженному на ток базы). Напряжение на сопротивлении Rc очень велико, потому что значение резистора Rc очень велико (в диапазоне от 4 до 10 кОм). Таким образом, в цепи коллектора появляется очень большой ток в усиленной форме при приложенном слабом базовом сигнале. Следовательно, транзистор с общим эмиттером действует как схема усилителя.

Ток усилителя с общим эмиттером и коэффициент усиления по напряжению

Отношение между током коллектора (изменение тока коллектора) и током базы (изменение тока базы) равно коэффициенту усиления по току, а коэффициент усиления по напряжению определяется как произведение коэффициента усиления по току и отношения выходное сопротивление коллекторной цепи к входному сопротивлению базовой цепи.

Усилитель с общим эмиттером усиления по току и по напряжению

Усилители с общим эмиттером используются в качестве усилителей напряжения низкой частоты и обычно используются в радиочастотных цепях (радиочастотных цепях).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *