Preprost ojačevalnik na tranzistorjih z lastnimi rokami. Ojačevalnik na enem tranzistorju: vezje

Ojačevalnik na tranzistorjih, kljub svoji že dolgi zgodovini, ostaja priljubljen predmet raziskav tako za začetnike kot za častitljive radijske amaterje. In to je razumljivo. To je nepogrešljiv sestavni del najbolj priljubljenih radijskih amaterskih naprav: radijskih sprejemnikov in ojačevalnikov nizke (zvočne) frekvence. Upoštevali bomo, kako so konstruirani preprosti ojačevalniki nizka frekvenca

Frekvenčni odziv ojačevalnika

V vsakem TV ali radijskem sprejemniku, v vsakem glasbenem centru ali zvočnim ojačevalnikom najdete tranzistorje ojačevalce zvoka (nizka frekvenca - LF). Razlika med avdio tranzistorskimi ojačevalniki in drugimi vrstami je njihova frekvenčna značilnost.

Zvočni ojačevalnik na tranzistorjih ima enakomeren frekvenčni odziv v frekvenčnem pasu od 15 Hz do 20 kHz. To pomeni, da vsi vhodni signali s frekvenco v tem območju ojačevalnika pretvarjajo (ojačujejo) približno enako. Na sliki spodaj, v koordinatah "gain ojačevalnik Ku ​​- frekvenca vhodnega signala" prikazuje idealno krivuljo frekvenčnega odziva za zvočni ojačevalnik.

Ta krivulja je praktično ravna od 15 Hz do 20 kHz. To pomeni, da je treba za ojačevalnik uporabiti vhodne signale s frekvencami med 15 Hz in 20 kHz. Za vhodne signale s frekvencami nad 20 kHz ali manj kot 15 Hz se učinkovitost in kakovost njegovega delovanja hitro zmanjšata.

Vrsta frekvenčno karakteristiko ojačevalnika opredeljujejo elektronskih komponent (ERE) svojega vezja, se predvsem tranzistorjev. Avdio ojačevalnik tranzistorji običajno sestavljeni na tako imenovane nizko in srednje frekvence tranzistor s skupno pasovno širino vhodnih signalov iz deset in sto Hz do 30 kHz.

Razred delovanja ojačevalnika

Kot je znano, je odvisno od stopnje kontinuitete toka je v tem obdobju skozi fazo tranzistor ojačevalnika (ojačevalnika) razlikuje njegovega delovanja naslednje razrede: "A", "B", "AB", "C", "D".

V razredu dela trenutni "A" skozi kaskado teče za 100% obdobja vhodnega signala. Delo kaskade v tem razredu je prikazano na naslednji sliki.

V razredu delovanja stopnje ojačevalnika "AB" tok prek njega teče več kot 50%, vendar manj kot 100% obdobja vhodnega signala (glej spodnjo sliko).

V razredu delovanja kaskade "B" tok skozi tok znaša točno 50% obdobja vhodnega signala, kot je prikazano na sliki.

In končno, v razredu delovanja kaskade "C" tok skozi tok manj kot 50% obdobja vhodnega signala.

Nizkofrekvenčni ojačevalnik na tranzistorjih: popačenje v glavnih razredih dela

V delovnem območju ima tranzistorski ojačevalnik razreda "A" nizko stopnjo nelinearnega izkrivljanja. Ampak, če ima signal emisij napetostni impulz, ki vodi do zasičenosti tranzistorjev, višje harmonske (do 11 minut) so okoli vsake "redno" harmonično izhod. To povzroča pojav tako imenovanega tranzistorja ali kovinskega zvoka.

Če je LF močnostni ojačevalniki na tranzistorjih imajo nestabilno moč, njihovi izhodni signali so modulirani v amplitudi v bližini frekvence omrežja. To vodi do togosti zvoka na levem robu frekvenčnega odziva. Različni načini stabilizacije napetosti naredijo načrt ojačevalnika bolj zapleten.

Tipična učinkovitost enostopenjskega ojačevalnika razreda A zaradi trajno odprtega tranzistorja in neprekinjenega pretoka konstantne tokovne komponente ne presega 20%. V načinu push-pull je mogoče izvesti ojačevalnik razreda A, učinkovitost se rahlo poveča, polovični valovi signala pa postanejo bolj asimetrični. Prevajanje istega kaskad iz razreda dela "A" v razred dela "AB" povečuje štirikratne nelinearne izkrivljanja, čeprav se učinkovitost njegove sheme v tem primeru povečuje.

V ojačevalnikih istih razredov "AB" in "B" se izkrivljanje povečuje, ko se raven signala zmanjša. Neobvezno želim, da bi to ojačevalnik spremenil v glasnejši volumen za poln občutkov moči in dinamike glasbe, vendar to pogosto pomaga malo.

Vmesni delovni razredi

Razred dela "A" ima raznolik razred "A +". Tako nizko napetostjo vhodni tranzistorji tega razreda ojačevalnik deluje v razredu "A" in visokonapetostne izhodni tranzistorji so iz ojačevalnika je presežen, če je njihova vhodna signala iti čez določene ravni v razrede "V" ali "AB". Gospodarstvo takih kaskad je boljše kot v čistem razredu "A", nelinearno izkrivljanje pa je manj (do 0,003%). Vendar pa je zvok tudi "kovinski" zaradi prisotnosti višjih harmonikov v izhodnem signalu.

V ojačevalnikih drugega razreda - "AA" je stopnja nelinearnega izkrivljanja še manjša - okoli 0,0005%, vendar so prisotni tudi višji harmoniki.

Vrni se na razred tranzistorjev ojačevalnik "A"?

Danes mnogi strokovnjaki s področja visoke kakovosti reprodukcije zvoka zagovarjajo vrnitev k cevnih ojačevalnikov, saj ravni harmonično popačenje in harmonike, ki jih je uvedla v izhodni signal, seveda je nižja od tranzistorjev. Vendar pa te prednosti v ničemer niso kompenzirane s potrebo po ustreznem transformatorju med fazo izhodne visoke cevi in ​​zvočnimi koloni z nizko impedanco. Vendar pa lahko z izhodom transformatorja naredimo preprost ojačevalnik s tranzistorji, ki bo prikazan spodaj.

Obstaja tudi stališče, da lahko vrhunsko kakovost zvoka zagotovi le hibridni cevni tranzistorski ojačevalnik, katerega vsi kaskadi so enosmerni, niso pokriti negativne povratne informacije in delati v razredu "A". To pomeni, da je ta močnostni repetitor ojačevalnik na enem tranzistorju. Njegova shema ima lahko največjo dosegljivo učinkovitost (v razredu "A") največ 50%. Toda niti moč niti učinkovitost ojačevalnika niso pokazatelj kakovosti reprodukcije zvoka. V tem primeru poseben pomen pridobita kakovost in linearnost značilnosti vseh ERE v shemi.

Ker enociklični sistemi prejmejo takšno perspektivo, bomo upoštevali spodaj možne možnosti.

Enosmerni ojačevalnik na enem tranzistorju

Shema to, izdelana s skupnim oddajnikom in R-C-vezi na vhodnih in izhodnih signalov za razred "A" je prikazano spodaj.

Prikazuje tranzistor Q1 strukture n-p-n. Njegov kolektor skozi tokovni omejevalni upor R3 je povezan s pozitivnim terminalom + Vcc in oddajnikom na -Vcc. Ojačevalnik na tranzistorju p-n-p strukture bo imel enako vezje, toda priključki za napajanje bodo zamenjani.

C1 je ločilni kondenzator, s pomočjo katerega je vir spremenljivega vhodnega signala ločen od vira konstantne napetosti Vcc. V tem primeru C1 ne preprečuje prehoda izmeničnega vhodnega toka skozi tranzistor Q1 tranzistorja osnove-oddajnika. Upori R1 in R2 skupaj z odpornostjo prehoda "EB" napetostni razdelilnik Vcc, da izberete obratovalno točko tranzistorja Q1 v statičnem načinu. Tipična za to shemo je vrednost R2 = 1 kOhm, položaj operacijske točke pa je Vcc / 2. R3 je pull-up upor kolektorskega vezja in služi za ustvarjanje signala izhodne napetosti na zbiralniku.

Ob predpostavki, da Vcc = 20 V, R2 = 1 kOhm, in trenutno ojačevalni faktor H = 150. napetosti na oddajnikom izbranih Ve = 9V, in padec napetosti preko stičišča "E - B" se predpostavlja enaka VBE = 0,7 V. Ta vrednost ustreza tako imenovanemu tranzistorju silicija. Če smo upoštevali ojačevalnik z germanijskimi tranzistorji, bi bil padec napetosti pri odprtem prehodu "EB" Vbe = 0,3 V.

Tok sevanja je približno enak tokovnemu kolektorju

Ie = 9 B / 1 kΩ = 9 mA Asymp-Ic.

Osnovni tok je Ib = Ic / h = 9 mA / 150 = 60 μA.

Padec napetosti preko upora R1

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

R1 = V (R1) / Ib = 10,3 V / 60 μA = 172 kOhm.

C2 je potreben za ustvarjanje vezja za prehod spremenljive komponente toka sevanja (dejansko tok kolektorja). Če ne bi bilo, potem je upor R2 močno omejena na komponente AC, tako da bi bilo predmet moč bipolarni tranzistor nizko trenutni dobiček.

V naših izračunih smo predpostavili, da Ic = Ib h, kjer je Ib - osnova tok, ki teče v njej iz oddajnika in se pojavi, ko se uporablja za podlago pristranskosti. Vendar pa tok puščanja iz kolektorja Icb0 vedno teče skozi osnovo (oboje v prisotnosti premika in brez njega). Zato je dejanski zbirni tok Ic = Ib h + Icb0 h, tj. Uhajanje toka v vezju z MA je pomnoženo 150-krat. Če smo upoštevali ojačevalnik z germanijevimi tranzistorji, je treba te okoliščine upoštevati pri izračunih. Dejstvo je, da imajo germanijev tranzistorji znaten Icb0 reda več μA. Za silicij je tri velikosti manjše (približno nekaj nA), zato jih običajno zanemarimo pri izračunu.

Enosmerni ojačevalnik s tranzistorjem MIS

Tako kot katerikoli ojačevalnik z učinkom polja, ima obravnavano vezje svoj analog med ojačevalniki v bipolarni tranzistorji. Zato si oglejmo podobo prejšnje sheme s skupnim oddajnikom. Izvaja se s skupnim vhodom in priključki R-C za vhodne in izhodne signale za delovanje v razredu "A" in je prikazan na spodnji sliki.

Tukaj je C1 isti ločevalni kondenzator, s pomočjo katerega je vir spremenljivega vhodnega signala ločen od vira konstantne napetosti Vdd. Kot je znano, mora imeti katerikoli FET ojačevalnik potencial vrat MIS-tranzistorjev pod potenciali njihovih virov. V tem vezju se vrata ozemljena upor R1, ki imajo običajno visoko odpornost (100 kOhm 1 MOhm), ni premoščeno z vhodnim signalom. Tok skozi R1 praktično ne preide, zato je potencial vrat v odsotnosti vhodnega signala enak tlorisnemu potencialu. Potencial vira je višji od talnega potenciala zaradi padca napetosti preko upora R2. Potencial vrat je torej pod izvornim potencialom, kar je potrebno za normalno delovanje Q1. Kondenzator C2 in upor R3 imajo enako funkcijo kot v prejšnji shemi. Ker ima to vezje skupen vir, se vhodni in izhodni signali premikajo fazo za 180 °.

Ojačevalnik z izhodom transformatorja

Tretja enostavne enostopenjski ojačevalnik tranzistorji so prikazane na sliki, je nastavljen tudi skupne-oddajnik za delovanje v razredu "A", vendar z nizko impedanco zvočnik je povezan preko transformatorjem.

Primarni navitje transformatorja T1 je obremenitev kolektorskega vezja tranzistorja Q1 in razvija izhodni signal. T1 prenaša izhodni signal na zvočnik in zagotavlja ujemanje izhodne impedance tranzistorja z nizko (zaporedno število impulzov z večjo ohmijo).

Delilnik napetosti vira zbiralnik moči VCC zbrani upori R1 in R3, določa izbiro operacijskega točko tranzistorja Q1 (prednapetosti na svojem dnu). Dodelitev preostalih elementov ojačevalnika je enaka kot v prejšnjih diagramih.

Dvokanalni zvočni ojačevalnik

Dvotaktni nizkopasovni ojačevalnik na dveh tranzistorjih razdeli vhod zvočni signal Pogostnost dveh anti-fazno polovičnega valovanja, od katerih je vsak okrepljen s svojim fazi tranzistorja. Po izvajanju takega pol-val ojačanja a sta združena v integralni harmonično signala, ki se prenaša na sistem zvočnikov. Takšna konverzija signal nizke frekvence (razdeljeno in ponovno združevanje) naravno povzroči nepopravljive motnje v njem zaradi razlike v pogostosti in dinamičnih lastnosti obeh tranzistor vezja. Ta izkrivljanja zmanjšajo kakovost zvoka na izhodu ojačevalnika.

Push-pull ojačevalniki, ki delujejo v razredu "A", ne zadostno reproducirajo zapletenih avdio signalov, ker stalni tok povečane razsežnosti stalno teče v njihovi rami. To vodi do asimetrije polovičnih valov signala, faznih izkrivljanj in končno izgube razumljivosti zvoka. Pri segrevanju dva močna tranzistorja povečata izkrivljanje signala na nizki in infra-nizki frekvenci za polovico. Toda še vedno je glavna prednost pulznega vezja sprejemljiva učinkovitost in povečana izhodna moč.

Na sliki je prikazano vezje potisnega vleka močnostnega ojačevalnika na tranzistorjih.

To je ojačevalnik za delo v razredu "A", vendar ga je mogoče uporabiti in razred "AB" in celo "B".

Transformatorski ojačevalnik brez transformatorjev

Transformatorji, kljub uspehom pri njihovem miniaturizaciji, še vedno ostajajo najbolj zapleteni, težki in dragi ERE. Zato je bil način odstranitve transformatorja iz dvotaktnega vezja ugotovljen tako, da je bil izveden na dveh močnih komplementarnih tranzistorjih različnih tipov (n-p-n in p-n-p). Večina sodobnih močnostnih ojačevalnikov uporablja to načelo in je zasnovana za delo v razredu "B". Tok tega ojačevalnika moči je prikazan na sliki spodaj.

Oba tranzistorja sta vključena v shemo s skupnim kolektorjem (spremljevalec emiterov). Zato vezje prenaša vhodno napetost na izhod brez amplifikacije. Če ni vhodnega signala, sta oba tranzistorja na meji med državo, vendar sta izklopljeni.

Ko se na vhod prilagodi harmonični signal, se njegov pozitivni polavtomat odpira TR1, vendar pa tranzistor TR-2 p-n-p popolnoma pretvori v način prekinitve. Tako se skozi obremenitev teče samo pozitivni pol-val ojačenega toka. Negativni pol-val vhodnega signala se odpre le TR2 in zaklene TR1, tako da se v obremenitev napaja negativni pol-val ojačenega toka. Zaradi tega se obremenitev (zaradi trenutne ojačitve) ojači s sinusom.

Ojačevalnik na enem tranzistorju

Za asimilacijo zgoraj navedenega, z tranzistorji z lastnimi rokami zbiramo preprost ojačevalnik in razumemo, kako deluje.

V vključeno v T. osnovno vezje za krmo nizko napajalni tokokrog kot obremenitev tranzistor BC107 tipa T, vključno slušalke z uporom 2-3 ohmov, bo pristranskosti napetost na ohišje zagotavlja visoko odpornost vrednost upora Ra * 1 MOhm, ločitev kapacitivnosti elektrolitski kondenzator C 10 JlF do 100 p.F. bomo 4.5 V / 0.3 A.

Če upor R * ni povezan, potem ni niti baznega toka Ib niti zbirnega toka Ic. Če je priključen upor, se napetost na podnožju dvigne na 0,7 V in teče tok Ib = 4 μA. Trenutna dobitka tranzistorja je 250, kar daje Ic = 250Ib = 1 mA.

Z montažo preprostega ojačevalnika na tranzistorje z lastnimi rokami ga lahko testiramo. Priključite slušalke in prst po točki 1 vezja. Slišali boste hrup. Vaše telo zazna sevanja električnega omrežja s frekvenco 50 Hz. Hrup, ki ste ga slišali od slušalk, in ali je to sevanje, samo ojačeni tranzistor. Podrobneje pojasnimo ta proces. AC napetost s frekvenco 50 Hz je povezan z bazo tranzistorja preko kondenzatorja C napetost na bazi je sedaj enaka vsoti enosmerne prednapetosti (približno 0,7 V), ki prihaja iz upora R * in AC napetosti "za prste." Kot rezultat, kolektorski tok sprejema izmenično komponento s frekvenco 50 Hz. To izmenični tok se uporabljajo za premik membrane zvočnika in nazaj z isto frekvenco, kar pomeni, da bomo lahko slišali ton 50 Hz izhod.

Če želite poslušati glasnost 50 Hz, ni zelo zanimivo, zato lahko priključite nizkofrekvenčne vire (CD predvajalnik ali mikrofon) na točke 1 in 2 in poslušate ojačeni govor ali glasbo.