Умзч на транзисторах схемы: Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

Усилитель звука своими руками (УМЗЧ): виды, схемы, простые и сложные

Содержание

1. Простейшие
2. Сразу вверх
3. Теоретическая интермедия
4. Лампы
5. Как сделать трансформатор?
6. На микросхемах
7. УМЗЧ для сабвуфера
8. Усилитель для наушников

— Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты).

УМЗЧ мощностью 350 Вт

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения паять электропаяльником и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

Простейшие усилители звука

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

• Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
• Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т. е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
• Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
• Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
• В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
• Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
• Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные ла

Усилитель на транзисторах Класс А 10Вт

Уже и не помню откуда мне пришла идея собрать Унч класса А, зато четко помню как я искал эту схему. А все как было, нашел я на свалке 4 транзистора советских КТ803А в железном корпусе. Они такие были тертые, но тем не менее мультиметр показал что все четыре живые, как пользоваться мультиметром можно посмотреть тут. Ища что можно собрать на этих транзисторах, попала мне схема усилителя Класс А от J. Linsley Hood… Кто этот человек понятия я не имею, но схема рабочая и очень качественная, не смотря что отзывы о ней не лучшие и человеку этому огромное спасибо за качество и простоту…

Короче после кучки эксперементов до ума довел я одну из плат и проект бросил из-за не хватки время, а схема у меня осталась и я сейчас с вами поделюсь..

Схема усилителя Класс А на КТ803А

Используемые в схеме усилителя компоненты
C1 = 1.5мФ
C2 = 100мФ
C3 = 220мФ
C5 = 10000мФ
C7-8 = 0,1мФ

P1 = 100к
R1 = 39к
R2 = 100к
R3 = 8.2к
R4 = 2.7к
R5 = 220
R8 = 2.2к
R9 = 10

VT1 = КТ361
VT2 = КТ602БМ
VT3-4 = КТ803А

Некоторые детали, напряжение питания и ток покоя берутся из этой таблицы исходя из нагрузки, которую вы будете подключать к выходу УНЧ.

Настройка вся сводится к выставлению на плюсовом выходе конденсатора C6 подстроечным резистором P1, половины от напряжения питания, естественно без подключенного источника сигнала и без подключенной нагрузки

Короче собирал я данный усилитель, звук был на столько насыщенный и чистый. Питал все добро от старенького трансформатора от УНЧ Радиотехника У101 вроде(время прошло 2 года как собирал), источник звука был мой пк и неоцифрованный звук компакт диска с любимыми треками моего брата, группы «Любэ».

Все кто будет повторять схему, будьте внимательны к разводке печатной платы. Помните что расположение деталей на плате играет огромное значение в качестве звука…
Удачи в повторении и побольше качественных и простых схем..
С ув. Админ-чек

Усилитель с полевыми транзисторами на выходе

Появилась промышленная печатная плата, см. в конце.

В связи с тем, что выходные транзисторы, рекомендованные для этого усилителя уже не выпускаются, в качестве выходных можно использовать транзисторы IRFP240/IRFP9240. Я немного переработал схему (изменились номиналы некоторых деталей) под эти транзисторы. Новая схема, ее описание, выбор емкости конденсаторов C1 и C2 все это приведено в статье Mosfet-Amp: Усилитель с полевыми транзисторами на выходе.

Новая статья в чем-то повторяет эту, а в чем-то дополняет. Так что читать рекомендую обе, начиная с этой.

Тем не менее, эта статья актуальна, приведенная здесь схема работает, и работает отлично. Эту плату можно использовать и для обновленной схемы. Если хотите сделать плату усилителя самому, то в конце статьи есть файлы для изготовления печатной платы усилителя. Если хотите купить готовую печатную плату – ссылка в конце статьи.

Описание этого усилителя длинное. На самом деле это правильно. Если хотите краткости, то вот вам: это отличный усилитель. Все! Всякие там словесные выкрутасы про мощный упругий бас, чувственную середину и прозрачные верха оставим рекламщикам. Но вот если вы хотите понимать, что вы делаете… Знать как усилитель работает, что можно от него получить, как подстроить его для своих нужд и как добиться от него максимум звука, то нужен подробный рассказ. И разобравшись с усилителем, вы увидите, что мои слова о высоком качестве звучания не рекламное вранье (как иногда бывает), а результат хорошо обдуманной конструкции, грамотного изготовления и правильного питания. И сможете сами добиться такого же отличного звука в вашем усилителе, сделанном под ваши требования.

В некоторых кругах меня считают апологетом микросхемы TDA7294. Действительно, на ней можно сделать простой и весьма неплохой усилитель. А что делать, если нужна выходная мощность побольше? Или качество повыше? В таком случае можно сделать вот этот усилитель.

Описываемый усилитель имеет высокие параметры качества и отличное звучание. Он может быть рекомендован для построения высококачественных звуковоспроизводящих систем. В усилителе можно регулировать выходное сопротивление в пределах от нуля до нескольких десятков ом. Это позволяет улучшить качество звучания акустических систем и делает его идеальным для использования с сабвуферами конструкции «закрытый ящик»: повышенное выходное сопротивление позволяет повысить уровень нижних частот и снизить нижнюю граничную частоту сабвуфера. Иногда повышенное выходное сопротивление воспринимается как «мягкий ламповый звук».

Этот усилитель уже работает у меня совместно с сабвуфером. На момент написания этой статьи усилитель проработал 8 месяцев.

Основные параметры усилителя. Встречается мнение, что параметры не нужны, но это глупости. Я планирую написать статью на эту тему, а пока привожу основные параметры усилителя и кратенько их охарактеризую.

Коэффициент усиления. Ку задается глубиной ООС. Если он слишком мал, усилитель будет «тихим». При очень большом Ку глубина ООС мала и растут искажения. Ку = 30 – самый подходящий вариант. У этого усилителя не следует делать Ку меньше 20, т.к. усилитель может потерять устойчивость.

Завал АЧХ на крайних частотах звукового диапазона меньше, чем разрешающая способность слуха на этих частотах. Т.е. спада уровня сигнала не услышит никто.

Максимальная выходная мощность зависит от блока питания, поэтому в реальности она может быть меньше. Числа, указанные в таблице – это максимум, что можно выжать из усилителя. Для помещения не более 60 м2 такой мощности вполне хватит.

Коэффициенты искажений показывают величину искажений. По определению, искажения – это отличия того, что получаем на выходе от того, что подаем на вход. Разница практически нулевая (раз в 10 меньше разрешающей способности слуха), так что мы услышим только тот звук, который подали на вход, и никакой отсебятины. Разные тесты позволяют оценить работу усилителя с разных сторон. Про искажения в усилителях я тоже планирую написать специальную статью.

Что касается диапазона частот и скорости нарастания выходного напряжения. Очень часто эти цифры используются в рекламных целях – чем больше, тем лучше. До потери здравого смысла. Например, вы покупаете автомобиль. И вам предлагают два варианта. У одного автомобиля максимальная скорость 220 км/ч, у другого – 520 км/ч. Разумеется, вы выберете второй – ведь он быстрее, не так ли? Или все же задумаетесь, а нужна ли такая максимальная скорость? То же самое и со скоростными параметрами усилителя. Ограничение усиления на низких частотах исключает перегрузку громкоговорителя инфразвуком (если он образуется, например, при проигрывании коробленых грампластинок). Да и для людей инфразвук вреден. Ограничение АЧХ на ВЧ во-первых снизит проникновение возможных помех. Во вторых, есть связь между верхней граничной частотой и скоростью нарастания выходного напряжения. Если верхняя граница частотного диапазона ограничена, то при разумной скорости нарастания динамические искажения (которые могут появиться вследствие применения ООС) вообще не возникнут! Те самые, которыми пугают потребителей – в этом усилителе их вообще не будет! Благодаря ограничению частотного диапазона.

И еще один важный момент. Существует по крайней мере два способа измерения скорости нарастания выходного напряжения усилителя:

1. На вход подаем прямоугольный сигнал огромной амплитуды, так, что все транзисторы работают на пределе своих возможностей. Естественно, что все транзисторы выходят из режимов работы и никакие обратные связи при этом не действуют. Этот метод измерения дает очень красивые рекламные цифры, поэтому его часто используют.

2. На вход усилителя подают сигнал с разумными параметрами и режимы работы транзисторов в усилителе сохраняются. Такой способ измерения дает значения в несколько раз меньше, чем первый, но он соответствует реальной работе усилителя в реальных условиях с реальным сигналом. То есть усилитель работает и сигнал воспроизводится. Это примерно как техническая и реальная скорострельность у пулемета. Я в этом усилителе скорость нарастания измерял именно этим, вторым способом.

Принципиальная схема усилителя показана на рисунке 1. Схема построена по топологии Лина. Входной дифференциальный каскад на транзисторах VT3 и VT4 для получения максимального усиления, симметрии и скорости нарастания выходного напряжения нагружен на токовое зеркало VT1 и VT2. Резисторы R5 и R6 в эмиттерах увеличивают линейность каскада и его перегрузочную способность, а также снижают влияние разброса параметров транзисторов. Источник тока VT5, VT6 (по сравнению с резистором, который иногда применяют в этом месте) снижает уровень интермодуляционных искажений. Эмиттерный повторитель VT7 повышает усиление. Транзистор VT9 служит для автоматического уменьшения тока покоя выходных транзисторов VT11, VT12 при повышении их температуры. Резистор R16 регулирует ток покоя выходного каскада.

Повышенное выходное сопротивление создается комбинированной отрицательной обратной связью (ООС) – и по напряжению и по току. ООС по напряжению снимается с выхода усилителя и через резистор R20 подается на его инвертирующий вход. ООС по току снимается с резистора – датчика тока R27 и подается на инвертирующий вход через резистор R21. Несколько необычное включение цепи R9C4 используется, чтобы обеспечить нулевое постоянное напряжение на нагрузке при использовании ООС по току.

Тут надо сказать одну важную вещь. Для получения повышенного выходного сопротивления в усилителе совместно с ООС по напряжению всегда используют ООС по току. То есть одновременно действуют две разные цепи отрицательной обратной связи. Это ЕДИНСТВЕННЫЙ способ получить повышенное выходное сопротивление. А названий у этого способа много: каждый называет по-своему. Я такую обратную связь называю комбинированной, кто-то называет гибридной, а кто-то “бешеной” (Mad Feedback – очень круто звучащее рекламное название). Но разницы между всеми этими системами нет никакой. Всякая разница в звуке будет зависеть в основном от конструкции усилителя. И от той величины выходного сопротивления, которую вы установите. Так что этот усилитель = ТОСник = Mad Feedback ~ ИТУН. Если честно, то разница между усилителями все-таки есть. Для этого моего усилителя (и усилителя с регулируемым выходным сопротивлением на микросхеме TDA7294 / TDA7293) выходное сопротивление можно точно рассчитать. Вообще все параметры моих усилителей, зависящие от цепей ООС, да и сами цепи ООС не приблизительно, а точно рассчитываются по программе, написанной специально для этого.

Цепь R1С2 является фильтром, подавляющим возможные высокочастотные помехи. Не будьте идеалистами, ВЧ помехи в усилитель обязательно пролезут, и этот фильтр – последний бастион на их пути. Значение емкости конденсатора С2 указано для случая, если на входе усилителя установлен регулятор громкости. Если же этот усилитель подключен к предусилителю (и регулятор громкости установлен в предусилителе), то емкость С2 надо увеличить в 2 раза.

Конденсатор С7 выполняет сразу несколько функций, каждая из которых очень полезна:

1. Он “ускоряет” работу ООС.

2. Он ограничивает верхнюю рабочую частоту усилителя. То есть усилитель усиливает до 80 кГц не потому, что его схема или детали плохие и медленные. Без конденсатора С7 верхняя граничная частота усилителя составляет примерно 1200 кГц. То есть, усилитель сам по себе является быстрым, но он включен по схеме фильтра, так, что на высоких частотах глубина ООС увеличивается, и усиление уменьшается. Это снижает искажения на высоких частотах и избавляет усилитель от динамических искажений.

Но в таком применении конденсатора есть ряд опасностей, поэтому я не могу рекомендовать его для абсолютно всех усилителей. Зато абсолютно точно известно, что в моем усилителе это конденсатор полезен.

Внешний вид экспериментального образца усилителя показан на рис.2.

На фотографии видно, что резистор R15 имеет другое значение, а резистор R26 немного подгорел. Это я экспериментировал и измерял параметры. При подаче сигнала частотой 10…20 кГц и мощностью 60 Вт в нагрузке, R26 подгорает. Но в реальном сигнале такого большого напряжения на высоких частотах не бывает.

Для измерения искажений использовалась звуковая карта EMU0404 и программа SpectraPLUS. Поэтому измеренные уровни искажений на самом деле соответствуют системе звуковая карта + усилитель. На рис. 3 показана амплитудно-частотная характеристика суммарного коэффициента гармоник усилителя. По горизонтали на ней откладывается значение частоты тестового тона, на которой измерялся уровень искажений. При измерениях использовался режим с разрядностью ЦАП/АЦП 24 бита и частотой дискретизации 192 кГц. Т.е. возникающие при измерениях гармоники учитывались в диапазоне вплоть до 90 кГц (что очень важно для правильного определения величины Кг на высоких частотах).

Очень часто для того, чтобы получить красивые рекламные цифры, измеряют только те гармоники, частота которых попадает в диапазон от 20 Гц до 20 кГц. При этом пишут «честно»: Кг в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Но имеют в виду не то, что тестовый сигнал лежит в этом диапазоне, а что учитываются только те гармоники, которые попали в этот диапазон. Поэтому при измерении Кг на частоте 10 кГц (когда подают тестовый сигнал частотой 10 кГц, и смотрят гармоники, имеющие частоты 20, 30, 40, 50 кГц и т.д.), то учитывают только вторую гармонику, равную 20 кГц, и все. Она маленькая, и рекламные цифры получаются хорошие. В моих измерениях при частоте тестового сигнала 10 кГц в результаты попали первые 9 гармоник (в реальности их столько и не было – усилитель очень линеен даже на высоких частотах). При частоте тестового сигнала 16 кГц в результаты попали первые 5 гармоник (а вот их практически столько и было). А при измерении на частоте 20 кГц – первые 4 гармоники. Это вполне честно, т.к. гармоника, имеющая наибольшую амплитуду третья, и она была измерена точно на всех частотах.

Рост искажений на высоких частотах обусловлен в основном снижением глубины ООС с ростом частоты. Вторая из основных причин – рост искажений входного каскада из-за повышения его выходного напряжения, которое в свою очередь вызвано снижением усиления каскада усиления напряжения на транзисторе VT8. Как видно, коэффициент гармоник даже на высоких частотах имеет небольшую величину.

На рис. 4 показан спектр искажений на частоте 1 кГц. Как видно, в нем присутствуют только первые три гармоники, остальные ниже порога измерений (измерения проводились при разрядности 24 бита, так что все значения выше -120 дБ верные). Такой узкий спектр искажений хорошо сказывается на качестве звучания, в результате в усилителе полностью отсутствует неприятный «транзисторный звук».

На рис. 5 показан спектр интермодуляционных искажений, измеренных на частотах 18 и 19 кГц при соотношении амплитуд 1:1. Это один из наиболее жестких тестов, позволяющих оценить линейность усилителя на высоких частотах, где глубина ООС существенно снижается. Тест позволяет выявить нелинейность и/или плохие высокочастотные свойства исходного усилителя. Как видно из рис. 5, разностная частота 1 кГц имеет исчезающе малую величину, что говорит о высокой линейности усилителя. Количество «боковых частот», отличающихся от тестовых на величину 1 кГц также невелико и их амплитуды маленькие. Это говорит о том, что спектр искажений остается узким («мягким») даже на высоких частотах.

Все измерения искажений проводились при выходной мощности 60 Вт на нагрузке 6 Ом при питании усилителя от штатного блока питания. Здесь тоже бывают манипуляции для получения красивых рекламных цифр. Иногда на выход вообще не подключают нагрузку (пишут: при выходном напряжении, соответствующем такой-то выходной мощности). Иногда питают усилитель от специального стабилизированного источника. Мои измерения соответствуют работе усилителя в реальных условиях.

Результаты измерений показывают, что по уровню искажений данный усилитель не только не уступает многим дорогим и именитым промышленным моделям, но и превосходит их. Для более наглядного сравнения описываемого усилителя с этими дорогими, на рис. 6 показана зависимость коэффициента гармоник на частоте 1 кГц и нагрузке 4 ома от выходной мощности для 80-ти ваттного варианта блока питания. Это важный момент: не надо забывать, что максимальная выходная мощность усилителя (да и вся его работа) определяется источником питания. Про него рассказ впереди.

Хочу обратить ваше внимание вот на что. Во многих дорогих усилителях при уменьшении выходной мощности искажения растут. Это следствие работы выходного каскада в экономичных режимах. Или следствия экономии в конструкции. Или из-за использования «цифровых» усилителей. В любом случае, рост искажений при снижении выходной мощности – это не хорошо. В данном усилителе такой рост искажений отсутствует: искажения остаются низкими при любой выходной мощности, не превышающей максимальную, и растут только при перегрузке.

Величину выходного сопротивления усилителя при данных значениях номиналов элементов цепей ООС можно регулировать одним только резистором R21. Регулировочная зависимость Rвых от R21 показана на рис. 7. Для получения больших значений выходного сопротивления следует воспользоваться программой расчета комбинированной ООС. Но обычно выходное сопротивление не требуется больше чем 8 Ом, для улучшения работы колонок и сабвуфера хватает сопротивления 2…6 Ом. Если повышение выходного сопротивления не требуется, то резистор R21 из схемы исключается, а резистор R27 заменяется проволочной перемычкой. Тогда усилитель работает как “обычный” с низким выходным сопротивлением (доли ома) и высоким коэффициентом демпфирования.

Конструкция и детали. Усилитель собран на печатной плате. Зелеными линиями на рис.8 показаны отрезки медного провода сечением 1,5 мм2, припаянные на печатный проводник для уменьшения его сопротивления. На самом деле я проверил вариант и без них – все отлично работает, и параметры усилителя не ухудшились (потому что разводка правильная). Но все же для большего душевного спокойствия можно их припаять. Толщина провода не так уж и важна. Главное – его симметричное расположение вверх-вниз на рисунке относительно отверстия в плате для подключения «земли».

Конденсатор С7 напаян на выводы резистора R20. Все резисторы, кроме указанных на схеме, имеют мощность 0,125 или 0,25 Вт. Если усилитель используется в стерео или многоканальном варианте, то желательно использовать резисторы, входящие в цепь ООС (R9, R20, R21), высокой точности, не хуже 1%. Либо подобрать их с одинаковым сопротивлением для всех каналов. Иначе усиление каналов может немного различаться. Резисторы R24, R25, R27 проволочные.

Конденсаторы С2, С3, С7 керамические с ТКЕ группы NP0 (такие конденсаторы линейные и не вносят искажений). При использовании усилителя совместно с сабвуфером номиналы некоторых конденсаторов лучше изменить как указано на схеме. С1, С10 – пленочные на напряжение не менее 63 вольт. Конденсаторы С8 и С11 могут быть как пленочные, так и керамические на напряжение 63 вольта. Учитывайте, что с пленочными конденсаторами не ошибешься – на меньшее напряжение их не выпускают, а керамические могут оказаться низковольтными и их пробьет. Если доступны малогабаритные конденсаторы, например фирмы EPCOS, то емкость С8 и С11 желательно увеличить до 1 мкФ. Конденсаторы С4, С5, С6, С9, С12 любые качественные. В качестве С4 можно использовать полярный электролитический конденсатор. При этом желательно измерить полярность постоянной составляющей на выходе усилителя после сборки и перепаять конденсатор С4 в соответствии с этой полярностью. В процессе работы конденсаторы не нагреваются, так что выгоднее использовать конденсаторы с допустимой температурой 85 градусов – их свойства немного лучше.

Максимальное допустимое напряжение конденсаторов С5, С6, С8, С9, С11, С12 должно быть по крайней мере на 10% больше напряжения источника питания на холостом ходу.

Если очень хочется, то в качестве С5 и С6 можно использовать конденсаторы 470 мкФ, а в качестве С9 и С12 конденсаторы 2200 мкФ. Но это практически ничего не улучшит (кроме чувства удовлетворения). А вот конденсаторы типа Low ERS или Low Impedance в качестве С9 и С12 очень бы подошли (в усилителе, параметры которого приведены здесь, использовались “обычные” конденсаторы Jamicon).

Конденсатор С1 задает частоту среза на низких частотах. С величиной емкости, указанной на схеме, нижняя частота среза равна 7 Гц. Если ваши громкоговорители плохо воспроизводят очень низкие частоты, то есть шанс перегрузить громкоговорители низкими частотами. В этом случае целесообразно повысить нижнюю граничную частоту усилителя, согласовав ее с возможностями колонок. Чтобы избежать перегрузки громкоговорителей низкими частотами, и не потерять бас, нижняя частота среза усилителя должна быть примерно в 2…3 раза ниже нижней рабочей частоты колонок. Конденсатор С1 емкостью 0,47 мкФ обеспечит частоту среза, равную 10 Гц; С1 = 0,33 мкФ – частоту среза 14 Гц; С1 = 0,22 мкФ – частоту среза 22 Гц.

Транзисторы 2N5551/2N5401 можно заменить на 2CS2240/2SA970. Транзисторы 2SA1930/2SC5171 на 2SA1358/2SC3421, либо (что несколько хуже) на 2SB649/2SD669. Транзистор VT9 – любой с проводимостью типа n-p-n в изолированном корпусе ТО-126. В качестве выходных можно использовать транзисторы IRFP240/IRFP9240. А вот популярные транзисторы 2SJ162/2SK1058 фирмы Hitachi лучше не использовать – их параметры хуже. Если же решите их использовать, обратите внимание, что у них другая цоколевка.

Выходные транзисторы размещаются на радиаторах с эффективной площадью не менее 700 см2 на каждый транзистор. Транзисторы изолируются от радиатора при помощи слюды или специальных теплопроводящих пленок. Для улучшения теплоотвода необходимо использовать термопасту (которой смазывается и промежуток транзистор-прокладка, и промежуток прокладка-радиатор).

Усилитель является сравнительно высокочастотным устройством, поэтому для снижения возможных помех рекомендуется использовать на всех кабелях (входных, акустических и питания) ферритовые шайбы. На выводы выходных транзисторов я попробовал устанавливать ферритовые кольца – это не дало никакого результата. А вот ферриты на кабелях – это хорошее решение. Ферритовая шайба – одно из немногих устройств, которое ничего не ухудшит. А вот улучшить может, т.к. высокочастотные помехи от радиоустройств пытаются проникнуть в усилитель абсолютно через все кабели, даже через акустические.

Напряжение питания усилителя ограничивается допустимыми напряжениями его элементов и не должно превышать ±55 вольт. При замене конденсаторов в цепи питания (С5, С6, С8, С9, С11, С12) на конденсаторы с допустимым напряжением 80 вольт, напряжение питания можно увеличить до ±65 вольт. При этом должны быть использованы транзисторы тех типов, что указаны на схеме. И увеличена площадь радиаторов. Однако подобное повышение напряжения питания не рекомендуется, особенно при работе на низкоомную нагрузку (6 ом и меньше).

Налаживание правильно собранного усилителя заключается в установке резистором R16 тока покоя выходных транзисторов в пределах 230…250 мА. После прогрева на холостом ходу ток покоя необходимо подкорректировать. Ток покоя определяется по величине напряжения между истоками выходных транзисторов. Такая величина тока покоя может показаться слишком большой, но установлено, что повышение тока покоя до такой величины по сравнению с “обычными стандартными” значениями снижает искажения выходных транзисторов в несколько раз и заметно сокращает спектр этих искажений.

Важную роль в работе усилителя играет его источник питания. Он же определяет такие параметры усилителя, как максимальная выходная мощность, перегрузочная способность, уровень фона и даже величина искажений.

Схем блоков питания много, и я периодически об этом пишу. В этом усилителе я применил схему, показанную на на рис. 9. Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи, поступающие из сети. Лучше в этом месте использовать специальный помехоподавляющий конденсатор емкостью 0,1…0,15 мкФ на напряжение 275…310 вольт переменного тока, но такие конденсаторы более дефицитны (но доступны в интернет-магазинах). Резисторы R1 и R2 служат для разряда конденсаторов фильтра при выключении питания. Для выпрямления используется либо готовый диодный мост, либо отдельные диоды. Хорошие результаты дает применение в выпрямителе диодов Шоттки. Максимальное допустимое обратное напряжение на диодах должно быть не менее 150…200 вольт, максимальный прямой ток зависит от выходной мощности усилителя и числа его каналов.

Для сабвуфера и стереоусилителя с выходной мощностью не более 80 Вт максимальный прямой ток диодов не должен быть меньше 10 ампер (например, мосты типа RS1003-RS1007 или КВРС1002-КВРС1010). При большей выходной мощности и/или большем числе каналов усиления выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на прямой ток не менее 20 ампер. Например, мосты КВРС4002-КВРС4010, КВРС5002-КВРС5010 или диоды Шоттки 20CPQ150, 30CPQ150 с параллельным включением обоих диодов в корпусе. В этом случае рекомендуется увеличить суммарную емкость конденсаторов фильтра до 30000 мкФ на плечо. Гнаться за какими-нибудь экзотическими конденсаторами не нужно, подойдут и обычные. Также не имеет смысла ставить массив конденсаторов. Если попадутся конденсаторы Low ESR, то они будут работать чуть лучше, чем обычные. Но будет гораздо полезнее установить такие конденсаторы на плату усилителя, где нет влияния длинных соединительных проводов.

Для дальнейшего уменьшения импульсных помех, приходящих из сети, можно каждый из диодов зашунтировать конденсатором 0,01 мкФ на напряжение не ме

виды, схемы, простые и сложные :: SYL.ru

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах – музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» – ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно – чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД – свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД – менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений – не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше – до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется – характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, – обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление – несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков – 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток – существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная – в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий – порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности – они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная – с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм – наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h31 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения – это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле – сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 – 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h31. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое – обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

УНЧ с трансформатором на выходе

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог – например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток — 0,3-0,5 А.

Коснитесь входа усилителя пальцем – должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука – выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

транзисторных схем

Поведение транзистора

Уравнение Эберса-Молла описывает связь между ток коллектора и падение напряжения от базы к эмиттеру от

Присвоение

1. Постройте схему, показанную на рисунке 13.В Потенциометр 5 кОм действует как переменный делитель напряжения, позволяющий вы можете изменять напряжение на переходе база-эмиттер. В Уравнение Эберса-Молла предполагает экспоненциальную зависимость тока течет от коллектора к эмиттеру дальше. Измерьте падение напряжения на резисторах 100 и 1 кОм до вывести и для различных значений. Обратите внимание, что не падение напряжения от базы к земле в эта схема. Начните с малых значений и не допускайте или превышать 5 мА.
2. Используя ваши данные, создайте график зависимости и сравните это с поведением, предсказанным уравнением Эберса-Молла.
3. Используйте уравнение Эберса-Молля и свои данные для определения значений ток утечки и температура вашего транзистор. Прокомментируйте, считаете ли вы уравнение Эберса-Молла хорошая модель.
4. Также используйте ваши данные для определения приблизительной стоимости для вашего транзистора.Базовый ток просто .

Транзисторный переключатель

Схема, показанная на рисунке 14, реализует транзистор как переключатель, управляющий мощностью, подаваемой на « нагрузку ». При правильном выборе замыкание механического переключателя приводит в действие достаточно большой базовый ток, чтобы ток, протекающий через резистор коллектора заставляет напряжение коллектора ниже что из базы.То есть ток коллектора создает напряжение падение напряжения около 5 В. Напряжение коллектора очень близко к эмиттеру (в данном случае земля), а правая ветвь цепи ведет себя так, как будто коллектор заземлен. В этом состояние, называемое насыщением , увеличение базового тока может не производят дальнейшего увеличения тока коллектора, потому что, не транзистор, это ограничение тока. Уравнение Эберса-Молла и грубое правило здесь не применяются.Открытие переключатель опускается ниже 0,6 В, и транзистор закрывается мощность к нагрузке.

При разработке схемы предположим, что k. (Возможно, мы знаем, что это сопротивление нагрузки мы хотели бы переключиться, или, возможно, мы хотим ограничить сборщик ток к мА.) В пределах этих ограничений, нам нужно выбрать подходящее значение производить поведение, описанное выше. Если предположить, что транзистор нам нужен ток базы не менее 0.05 мА для насыщения транзистор и прогнать максимальный ток через. Максимальное значение из тогда k. Однако важно быть консервативным, потому что мы не можем зависеть от конкретной ценности. Транзистор работает в насыщении не чувствителен к избыточному базовому току, поэтому мы можем безопасно используйте базовый резистор, намного меньший, чем наш верхний предел.

Присвоение

1. Постройте схему на рисунке 14, используя k и k.
2. Убедитесь, что схема ведет себя так, как заявлено в приведенной выше конструкции. обсуждение. То есть измерить падение напряжения на и с переключателем в положениях «включено» и «выключено». Также измерьте разница напряжений между коллектором и эмиттером в этих двух состояния. Прокомментируйте свои наблюдения.

Логическое НЕ ворота

Схема на рисунке 15 идентична по форме схема переключателя раздела 3.2, за исключением того, что мы рассматриваем поведение схемы как логического элемента с входом и выходом клеммы, помеченные на рисунке значками и. когда выше примерно 0,6 В, включается базовый ток, значительный ток течет и падает. И наоборот, когда падает ниже 0,6 В, токи базы и коллектора равны нулю, падение напряжения на нем равно нулю и составляет 5 В.Следовательно, эта схема инвертирует свой вход, по крайней мере, в грубом смысле, когда высокий, низкий и наоборот.

Присвоение

1. Постройте схему на рисунке 15, используя k. Постройте график зависимости от покрытия значения в диапазоне 0-5 В для обоих k и k.
2. Стандарт цифровой логики TTL (Transistor-Transistor Logic) присваивает напряжениям в диапазоне 0-0,8 В значение 0 или « ложь » и напряжения в диапазоне 2.0-5 В значение 1 или « истина ». схема с прямоугольным импульсным сигналом, чередующимся между 0 В и 5 В (не между -2,5 В и +2,5 В). Вам нужно будет использовать смещение постоянного тока ручку на генераторе функций, чтобы произвести этот сигнал. Основываясь на этом наблюдение и ваш график передаточной функции схемы, прокомментируйте, насколько это устройство ведет себя как логический инвертор, или НЕ вентиль, с таблицей истинности:

   0-0.8 В	« ложь »	2,4-5 В	« правда »
   2,0-5 В	« правда »	0-0,4 В	« ложный »

   Какое из двух значений лучше для этого приложения? Объясни.

3. Постройте моделирование Spice для сравнения с вашим измерения. Вам нужно будет включить следующее .MODEL заявление для универсального биполярного переходного транзистора npn (с) в файле схемы.

   .МОДЕЛЬ Qnpn NPN (BF = 100)
    

   Затем вы можете указать транзисторы с инструкциями формы

   [Имя] [C] [B] [E] Qnpn
    

   где записи [C], [B] и [E] идентифицируйте узлы коллектора, базы и эмиттера соответственно.

Усилитель с общим эмиттером

Базовая схема

Рассмотрим схему на рисунке 16. Значения резисторы« и выбираются так, чтобы составляет около 7,5 В (с центром в диапазоне 0-15 В) и составляет около На 0,6 В выше эмиттера, гарантируя, что ток всегда течет от коллектор к эмиттеру, независимо от того, возбуждаем ли мы цепь.Это называется состоянием покоя или Рабочая точка постоянного тока цепи.

Если мы подадим на вход изменение напряжения, это изменение отражается эмиттером. Чтобы увидеть это, помните, что транзистор включен, поэтому напряжение на эмиттере остается около 0,6 В. ниже основания. У нас есть , ведущий к изменение тока эмиттера . В коллекторный и эмиттерный токи примерно равны, так как , поэтому мы находим

независимое поведение

Почему нет ?

Утонченная схема

Схема на рисунке 17 включает некоторые уточнения по сравнению с то, что на Рисунке 16.Если мы только хотим увеличить время зависимых сигналов, мы соединяем входные и выходные сигналы с схема с конденсаторами и. Эта емкостная связь устраняет Компоненты постоянного тока на входе и выходе, которые могут мешать рабочая точка постоянного тока усилителя. Эти конденсаторы связи формируют фильтры верхних частот с входным и выходным сопротивлениями. Их значения следует выбирать так, чтобы передавать интересующие сигналы. В Обозначенный конденсатор выбран для обхода резистора эмиттера при частоты сигнала.Вы исследуете влияние этого на усиление. Шунтирующий конденсатор не влияет на поведение постоянного тока цепь.

Присвоение

1. Разработайте схему рисунка 16 для ток покоя коллектора / эмиттера около 1 мА. ⁵ Выберите для центрирования выходного напряжения 7.5 V. Выбрать ограничить влияние изменчивости на прирост до 5%. вместе с покоящимся набором эмиттер напряжения. Выберите и, чтобы разместить базу на 0,6 В выше эмиттер. Это устанавливает их соотношение. Затем выберите их абсолютные значения чтобы найти баланс между следующими двумя конкурирующими проблемами. Первый, мы хотели бы, чтобы входной импеданс схемы был как возможный. Во-вторых, импеданс и присутствует в базе должно быть намного меньше, чем входное сопротивление у базы.Этот гарантирует, что импеданс «входного источника» мал по сравнению с к нагрузке, которую он везет. Другими словами, это гарантирует, что достаточно тока, чтобы обеспечить необходимые изменения в базовом токе.

   Импеданс, который присутствует в базе, может быть определяется путем отключения источника напряжения и определения их сопротивление между базой и землей (без учета транзистора для момент). Входное сопротивление базы выглядит так, как показано через базовый эмиттерный переход.Небольшое изменение базового тока производит большое изменение тока эмиттера соответствует смене эмиттера вольтаж . Следовательно, глядя в база имеет входной импеданс .

2. Рассчитайте входное и выходное сопротивления (в Thevenin смысл) вашего усилителя. Вот подсказка для расчета выхода импеданс. Сопротивление, смотрящее в коллектор, составляет огромных , потому что коллектор потребляет фиксированный ток для данного значения .Транзистор поддерживает этот ток, изменяя при необходимости увеличьте напряжение коллектора. Это последнее предложение подразумевает очень большой импеданс коллектора.
3. Проверьте свои проектные работы, измерив рабочее напряжение постоянного тока база и эмиттер. Напряжения и токи покоя то, что вы ожидаете, что они будут?
4. Добавьте конденсаторы связи и показаны на Рисунок 17. Используя ваши входные и выходные сопротивления, выберите такие значения, чтобы точка 3 дБ в цепи составляла 100 Гц.Заметка что эти два фильтра верхних частот, работающие вместе, дают более низкий 3 дБ для схемы, чем они дают индивидуально. Измерьте коэффициент усиления как функция частоты, что позволяет отображать результаты в виде графика, и экспериментально найдите точку 3 дБ схемы.
5. Добавить в схему шунтирующий конденсатор эмиттера, и наблюдайте, как это влияет на коэффициент усиления схемы как функцию частоты. То есть создайте график зависимости усиления от частоты для сравнения с вашим графиком без байпасного конденсатора. ⁶
6. Проверьте линейность вашего усилителя, как с без шунтирующего конденсатора эмиттера, управляя им треугольником форма волны. Любое искажение формы выходного сигнала обнаруживает нелинейное усиление.

Соображения по дизайну

Рассмотрим схему на рисунке 18. После работы с усилитель с общим эмиттером, который вы, вероятно, разработали интуиция о том, как выбрать номиналы резисторов и конденсаторы в этой схеме.Как и в случае с усилителем с общим эмиттером, рабочая точка постоянного тока схемы будет держать транзистор активирован. Изменения в базовом напряжении отражаются на эмиттере, потому что эмиттер остается примерно на 0,6 В ниже базы, когда Транзистор включен и не насыщен. Следовательно а также . ⁷ Значение резистора эмиттера выбирается для центрирования выхода постоянного тока напряжение при 7,5 В для желаемого покоящегося коллектора / эмиттера текущий. Соотношение установлено для размещения основания 0.6 В выше эмиттер, а абсолютные значения устанавливаются так же, как и для усилитель с общим эмиттером (см. раздел 3.4).

Присвоение

1. Постройте схему, показанную на рисунке 18. Первый этап проектирования — выбрать покоящийся коллектор / эмиттер текущий.Без учета конкретной нагрузки произвольный выбор mA поможет вам начать. Выберите конденсаторы связи которые дают точку 3 дБ для цепи 100 Гц. Обратите внимание, что эти два фильтра верхних частот, работающих вместе, дают более низкий 3 дБ для схемы, чем они дают индивидуально.
2. Проверьте свои проектные работы, измерив рабочее напряжение постоянного тока база и эмиттер. Напряжения и токи покоя то, что вы ожидаете, что они будут?
3. Определите входное сопротивление, подключив резистор последовательно. с источником и измерения падения выходного напряжения.(Думать делитель напряжения.)
4. Определите выходное сопротивление, измерив верхний Точка 3 дБ схемы, использующей конденсатор в качестве нагрузки (в параллельно), а не как конденсатор связи.

Описанное выше устройство известно как триггер Шмитта. Это пример класса устройств под названием бистабильные мультивибраторы или вьетнамки . Эти устройства, потому что у них есть два возможных состояния выхода, зависящие от истории входного сигнала, имеют (при минимум кратковременная (!) память.

Соображения по дизайну

Схема на рисунке 20 представляет собой триггер Шмитта. цепь. Два транзистора и являются ключом к бистабильное поведение схемы. Со схемой в «на» состояние, активно ( V) пока есть неактивный (V).В «выключенном» состоянии они торгуют роли. Ни один из транзисторов не насыщен. Важно отметить, что это не выводы, которые можно сделать глядя Рисунок 20 при отсутствии значений сопротивления. Вместо, это утверждения, которые помогают нам понять поведение схемы. Также полезно начинать слева от Рис. 19 и продумайте создание выходной импульс следующим образом.

• низкий, низкий (триггер «выключен»)
  В этом состоянии триггер выключен.Начнем с предположения который в этом состоянии неактивен и активен. Если мы мысленно удалим из схемы, как показано на На рисунке 21 (а) у нас есть то, что выглядит как несколько запутанный усилитель с общим эмиттером. Базовое напряжение устанавливается делителем напряжения, состоящим из и. Если активен, но не насыщен, V или
  

  (9)

  
  где — ток коллектора.Для наших целей мы могут и считают коллекторный и эмиттерный токи равно. Далее выходное напряжение, соответствующее состоянию «выключено». дан кем-то
  

  (10)

  
  

  Рисунок 21: Триггер Шмитта в (а) «выключен» (неактивное) и (б) «включено» (неактивное) состояния.

  (а) (б)

• возрастающий, низкий (триггер «выключен»)
  Отмечая, что излучатели и связаны вместе, мы заключают, что напряжения базы и базы эмиттера, при которых они активировать равны.Мы уже знаем напряжение базы когда схема находится в «выключенном» состоянии. Следовательно, у нас есть вход порог включения и срабатывания перехода в Состояние «on»,
  

  (11)

  
  
• высокий, высокий (триггер «на»)
  Триггер находится в состоянии «включено» (см. Рисунок 21). Когда-то неактивен, и нет падения напряжения.Можно сделать вывод, что
  

  (12)

  
  
• падение, высокое (триггер «на»)
  В этом состоянии есть три уникальных тока, и протекает в контуре, как показано на Рисунок 21 (б). Правило узла дает
  

  (13)

  
  Далее мы можем наблюдать с помощью правила цикла, что
  

  (14)

  
  Ключ к поиску « выключить » пороговое входное напряжение распознает, что база напряжения эмиттера и равны В, когда деактивируется и активируется.Это дает треть ограничение
  

  (15)

  
  что вместе с уравнениями 13 и 14 позволяет нам устранить три неизвестных токи. Таким образом можно показать, что
  

  (16)

  
  

Присвоение

1. Используйте Spice для прогнозирования поведения схемы, предполагая к, к, к, k и k.Вам нужно будет использовать два отдельных анализа развертки постоянного тока (один от 0 В до до 5 В и один от 5 В до 0 В) вместо переходного анализ. ⁸ Постройте график зависимости. Обратите внимание на значения « и эта специя предсказывает.
2. Создайте схему, используя значения сопротивления, которые вы использовали в своем Моделирование Spice и используйте режим XY осциллографа для составить график vs. для сравнения с вашим Расчет специй.Измерьте фактические значения, , , а также . Насколько хорошо Spice и эксперимент сравнить?
3. Используйте уравнения 9-11 показать это
   

   (17)

   
   
4. Заполните недостающие шаги, ведущие от Уравнения с 13-15 по Уравнение 16 в обсуждении дизайна над. Сравните теоретические предсказания, ,, и с вашими измерениями и Результаты приправы.
5. Каковы теоретические входные и выходные импедансы цепи с точки зрения сопротивлений«, и ? Характеристики напряжения вашего триггера Шмитта (значения из,,, и вы сообщаете) фактически зависят от входного и выходного сопротивления вашего триггера, входное сопротивление нагрузки и выходное сопротивление привода цепь.Если вы хотите, чтобы ваша схема соответствовала этим спецификации с точностью до 1%, оценка (а) верхнего предела производительности импедансы цепей, используемых для генерации входных сигналов для вашего Schmitt триггера, и (б) нижний предел входных сопротивлений нагрузки с помощью триггера Шмитта. Сделайте функцию генератора и осциллографа вы привыкли оценивать попадание схемы в эти пределы?

— основы, характеристики, схема переключения и приложения

IGBT — это сокращенная форма биполярного транзистора с изолированным затвором , комбинация биполярного переходного транзистора (BJT) и Металлооксидный полевой транзистор (MOS-FET) . Это полупроводниковое устройство, используемое для переключения приложений.

Поскольку IGBT представляет собой комбинацию полевого МОП-транзистора и транзистора , он обладает преимуществами обоих транзисторов и полевого МОП-транзистора.MOSFET имеет преимущества высокой скорости переключения с высоким импедансом, а с другой стороны, BJT имеет преимущество в виде высокого усиления и низкого напряжения насыщения, оба присутствуют в транзисторе IGBT. IGBT — это полупроводник с регулируемым напряжением , который обеспечивает большие токи коллектора-эмиттера с почти нулевым током затвора.

Как уже говорилось, IGBT имеет преимущества как MOSFET, так и BJT, IGBT имеет такой же изолированный затвор, как и типичные MOSFET, и такие же выходные характеристики передачи. Хотя BJT — это устройство с управлением по току, но для IGBT управление зависит от MOSFET, поэтому это устройство с управлением по напряжению, эквивалентное стандартным MOSFET.

Эквивалентная схема IGBT и символ

На изображении выше показана эквивалентная схема IGBT. Такая же структура схемы используется в транзисторе Дарлингтона, где два транзистора соединены одинаковым образом. Как видно на изображении выше, IGBT объединяет два устройства, N-канальный MOSFET и PNP-транзистор . N-канальный MOSFET управляет PNP-транзистором. Выводы стандартного BJT включают коллектор, эмиттер, базу, а стандартный вывод MOSFET включает затвор, сток и исток.Но в случае контактов IGBT транзистора , это Gate , который поступает от N-канального MOSFET, а Collector и Emitter исходят от PNP-транзистора.

В транзисторе PNP, коллектор и эмиттер являются проводящими путями, а когда IGBT включен, они проводят ток через него. Этот путь контролируется N-канальным MOSFET.

В случае BJT, мы вычисляем коэффициент усиления, который обозначается как Beta ( ), путем деления выходного тока на входной.

  β = выходной ток / входной ток  

Но, как мы знаем, полевой МОП-транзистор не является устройством, управляемым током; это устройство, управляемое напряжением, входной ток через затвор полевого МОП-транзистора отсутствует. Таким образом, та же формула, которая применяется для расчета усиления BJT, не применима для технологии MOSFET. Затвор полевого МОП-транзистора изолирован от пути прохождения тока. Напряжение затвора полевого МОП-транзистора изменило проводимость выходного тока. Таким образом, коэффициент усиления — это отношение изменений выходного напряжения к изменениям входного напряжения.Это верно для IGBT. Коэффициент усиления IGBT — это отношение изменений выходного тока к изменениям входного напряжения затвора .

Из-за возможности высокого тока большой ток BJT управляется напряжением затвора MOSFET.

На изображении выше показан символ IGBT . Как мы видим, символ включает часть коллектора-эмиттера транзистора и часть затвора полевого МОП-транзистора. Три терминала показаны как Gate, коллектор и эмиттер.

В проводящем или включенном режиме « ON » ток течет от коллектора к эмиттеру . То же самое происходит с транзистором BJT. Но в случае с IGBT вместо базы стоит Gate. Разница между напряжением затвора и эмиттера называется Vge , а разница напряжений между коллектором и эмиттером называется Vce .

  I  RL2  = V  IN  / R  S