Един прост усилвател на транзисторите със собствените си ръце. Усилвател на един транзистор: верига

Усилвателят на транзисторите, въпреки вече отдавнашната си история, остава любим обект на изследване както за начинаещите, така и за вековните радиолюбители. И това е разбираемо. Това е незаменим компонент на най-популярните радиолюбителски устройства: радиоприемници и усилватели с ниска (звукова) честота. Ще разгледаме как са конструирани прости усилватели ниска честота

Честотна характеристика на усилвателя

Във всеки телевизионен или радиоприемник във всеки музикален център или аудио усилвател можете да намерите транзисторни усилватели на звука (ниска честота - LF). Разликата между аудио транзисторните усилватели и други типове е тяхната честотна характеристика.

Звуковия усилвател на транзисторите има единна честотна характеристика в честотната лента от 15 Hz до 20 kHz. Това означава, че всички входни сигнали с честота в този обхват на усилвателя преобразуват (усилват) приблизително същото. На фигурата по-долу в координатите "gain amplifier gain Ku - честотата на входния сигнал" показва идеалната крива на честотната характеристика за усилвателя на звука.

Тази крива е практически плоска от 15 Hz до 20 kHz. Това означава, че такъв усилвател трябва да се използва за входни сигнали с честоти между 15 Hz и 20 kHz. За входни сигнали с честоти над 20 kHz или под 15 Hz ефективността и качеството на работата му бързо намаляват.

Видът на честотната характеристика на усилвателя се определя от електро-радио елементите (ERE) на неговата верига, и преди всичко от самите транзистори. Аудио усилвател транзистори обикновено монтирани на т.нар ниска и средна честота транзистор с обща честотна лента на входни сигнали от десетки и стотици Hz до 30 кХц.

Клас на работа на усилвателя

Както е известно, в зависимост от степента на непрекъснатост на тока през него период чрез транзистор усилвател етап (усилвател) разграничи неговото функциониране следните класове: "А", "В", "AB", "С", "D".

В класа на работа токът "А" през каскадата протича за 100% от периода на входния сигнал. Работата на каскадата в този клас е илюстрирана със следната фигура.

В класа на работа на усилвателя етап "AB" текущата през него тече повече от 50%, но по-малко от 100% от периода на входния сигнал (вижте фигурата по-долу).

В класа на действие на каскадата "В" токът през него протича точно 50% от периода на входния сигнал, както е показано на фигурата.

И накрая, в класа на действие на каскадата "С" токът през него протича по-малко от 50% от периода на входния сигнал.

Нискочестотен усилвател на транзистори: изкривяване в основните класове на работа

В работната област транзисторният усилвател от клас "А" има ниско ниво на нелинейни изкривявания. Но ако сигналът е с емисиите на напрежение импулсни, което води до насищане на транзисторите, хармоници (до 11 минути) се появяват около всяка "нормална" хармонична продукция. Това предизвиква феномена на така наречения транзистор или метален звук.

Ако LF усилватели на мощност на транзисторите имат нестабилизирана мощност, техните изходни сигнали са модулирани в амплитуда близо до честотата на мрежата. Това води до скованост на звука в левия край на честотната характеристика. Различните начини за стабилизиране на напрежението правят конструкцията на усилвателя по-сложна.

Типичната ефективност на едностепенния усилвател клас А не надвишава 20% поради трайно отворения транзистор и непрекъснатия поток на компонент с постоянен ток. Възможно е да се извърши усилвател клас А в режим "натискане", ефективността ще се увеличи леко, но полувълните на сигнала стават по-асиметрични. Превръщането на една и съща каскада от класа на работа "А" в класа на работа "AB" увеличава четирикратните нелинейни изкривявания, въпреки че ефективността на схемата се увеличава в този случай.

При усилватели от същите класове "АВ" и "В", изкривяването се увеличава, когато нивото на сигнала намалява. Неволно искам да превърна този усилвател в по-силен обем за пълнота на усещанията за силата и динамиката на музиката, но често това помага малко.

Междинни работни класове

Класът на работа "А" има разнообразие - клас "А". По този начин, ниско напрежение входни транзистори на този клас усилвател работи в клас "А" и високо напрежение изходните транзистори на усилвателя е превишени, когато техните входни сигнали излизат над определено ниво в класове "V" или "AB". Икономиката на такива каскади е по-добра от тази в чист клас "А", а нелинейните изкривявания са по-малко (до 0.003%). Звукът обаче също е "метален", поради наличието на по-високи хармоници в изходния сигнал.

При усилватели от друг клас - "АА", степента на нелинейно изкривяване е още по-ниска - около 0.0005%, но има и по-високи хармоници.

Върнете се в транзисторен клас усилвател "А"?

Днес, много експерти в областта на висококачествено възпроизвеждане на звука привърженици на идеята за завръщане към лампови усилватели, тъй като нивото на хармоничните изкривявания и хармоници, въведени от тях в изходен сигнал, очевидно по-ниска от тази на транзистори. Обаче, тези предимства в никакъв случай не се компенсират от необходимостта от съответстващ трансформатор между високопроизводителната изходна тръба и нискочестотните аудио колони. Въпреки това, с изход на трансформатор, може да се направи прост усилвател с транзистори, който ще бъде показан по-долу.

Съществува и гледна точка, че крайното качество на звука може да бъде осигурено само от хибриден тръбен транзисторен усилвател, чиито каскади са с единичен край, не са обхванати отрицателни отзиви и да работят в клас "А". Тоест, такъв усилвател на мощност е усилвател на един транзистор. Схемата му може да има максимална постижима ефективност (в клас "А") не повече от 50%. Но нито силата, нито ефективността на усилвателя са индикатор за качеството на звуковото възпроизвеждане. В този случай качеството и линейността на характеристиките на всички EREs в схемата придобиват особено значение.

Тъй като схемите с един цикъл получават такава перспектива, ще разгледаме възможностите им по-долу.

Еднопосочен усилвател на един транзистор

Нейната схема, направена с общ излъчвател и R-C връзки чрез входни и изходни сигнали за работа в клас "А", е показана на фигурата по-долу.

Той показва транзистора Q1 на структурата n-p-n. Неговият колектор през текущо ограничаващия резистор R3 е свързан към положителния терминал + Vcc, а емитерът към -Vcc. Усилвателят на транзистора на структурата p-n-p ще има една и съща схема, но терминалите за захранване ще се сменят.

С1 е разделящ кондензатор, чрез който източникът на променливия входен сигнал е отделен от източника на постоянно напрежение Vcc. В този случай C1 не пречи на преминаването на променливия входен ток през прехода на транзистор Q1 на базовия излъчвател. Резисторите R1 и R2 заедно с устойчивостта на преходната форма "EB" делител на напрежение Vcc, за да изберете работната точка на транзистора Q1 в статичен режим. Типична за тази схема е стойността R2 = 1 kOhm, а позицията на работната точка е Vcc / 2. R3 е издърпващ резистор на колекторната верига и служи за създаване на сигнал за изходното напрежение на колектора.

Ако приемем, че Vcc = 20 V, R2 = 1 Kohm, и текущата усилване фактор Н = 150. Напрежението на емитера на избраната Ve = 9 V, и на напрежението в кръстовището - Предполага се, равна на Vbe = 0,7 V. "Е В" Тази стойност съответства на така наречения силициев транзистор. Ако разгледахме усилвател с германий транзистори, тогава напрежението при отворен преход "EB" ще бъде Vbe = 0.3 V.

Токът на емитер е приблизително равен на тока на колектора

Ie = 9 В / 1 kΩ = 9 mA asymp- IC.

Базовият ток е Ib = Ic / h = 9 mA / 150 = 60 μА.

Намаляване на напрежението в резистора R1

V (R1) = Vcc - Vb = Vcc - (Vbe + Ve) = 20 V - 9.7 V = 10.3 V,

R1 = V (R1) / lb = 10.3 V / 60 uA = 172 kOhm.

C2 е необходим за създаване на схема за преминаване на променливия компонент на емитерния ток (всъщност тока на колектора). Ако не беше така, резисторът R2 би ограничил строго променливия компонент, така че считаният усилвател на биполярен транзистор да има ниска токова печалба.

В нашите изчисления ние приехме, че Ic = Ib ч, където Ib - база ток, протичащ в него от емитера и се появява, когато се подава напрежение към базата пристрастия. Въпреки това токът на утечка от колектора Icb0 винаги тече през основата (както при наличие на преместване, така и без него). Ето защо действителният ток на колектора е Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. Токът на изтичане във веригата с MA се усилва 150 пъти. Ако разгледахме усилвател с германий транзистори, това обстоятелство трябва да се вземе предвид при изчисленията. Факт е, че германските транзистори имат значителен Icb0 от порядъка на няколко μA. За силиций, той е с три порядъка по-малък (около няколко nA), така че те обикновено са пренебрегвани при изчисленията.

Еднопосочен усилвател с MIS транзистор

Както всеки усилвател на полето ефект, разглежданата схема има своя аналог между усилвателите в биполярни транзистори. Затова нека разгледаме аналога на предишната схема с общ емитер. Той се изпълнява с общ източник и R-C връзки за входни и изходни сигнали за работа в клас "А" и е показан на фигурата по-долу.

Тук С1 е същият разделителен кондензатор, чрез който източникът на променливия входен сигнал е отделен от източника на постоянно напрежение Vdd. Както е известно, всеки FET усилвател трябва да има потенциал за порта на своите MIS транзистори под потенциала на техните източници. В тази схема портата е заземена от резистор R1, който обикновено има голямо съпротивление (от 100 kΩ до 1 MΩ), така че да не се изплъзва входния сигнал. Токът през R1 не практически преминава, така че потенциалът на портата при липса на входен сигнал е равен на потенциала на земята. Потенциалът на източника е по-висок от земния потенциал поради спадането на напрежението в резистора R2. По този начин потенциалът на портата е под потенциала на източника, който е необходим за нормалната работа на Q1. Кондензаторът С2 и резисторът R3 имат същата функция както в предишната схема. Тъй като тази схема има общ източник, входните и изходните сигнали се преместват фазово на 180 °.

Усилвател с изход на трансформатор

А трети прости един етап усилвател транзистори показани на фигурата по-долу, също е конфигуриран с общ емитер да работят в клас "А", но с ниско съпротивление говорител е свързан чрез съвпадение на трансформатор.

Първичната намотка на трансформатора Т1 е натоварването на колекторната верига на транзистора Q1 и развива изходен сигнал. Т1 предава изходния сигнал към високоговорителя и осигурява съвпадение на изходния импеданс на транзистора с ниско (от порядъка на няколко ома) импеданс на високоговорителя.

Делителят на напрежението на колекторното захранващо напрежение Vcc, монтиран на резисторите R1 и R3, осигурява избор на работната точка на транзистора Q1 (подаване на напрежение на притискане към неговата основа). Задаването на останалите елементи на усилвателя е същото като в предишните диаграми.

Двутактов аудио усилвател

Двутактовият нискочестотен усилвател на два транзистора разделя входа звуков сигнал честота в две полуфабрикати, всяка от които се усилва от собствената си транзисторна каскада. След извършването на това усилване, полувълните се комбинират в интегрален хармоничен сигнал, който се предава на акустичната система. Такова превръщане сигнал с ниска честота (разделяне и отново сливане) естествено причинява необратими деформации в него поради разликата в честотата и динамични свойства на двата транзистора вериги. Тези изкривявания намаляват качеството на звука на изхода на усилвателя.

При усилватели с натискане на бутане, работещи в клас "А", не се възпроизвеждат достатъчно сложни аудио сигнали, тъй като постоянен ток с повишена величина непрекъснато тече в раменете им. Това води до асиметрия на полувълните на сигнала, фазови изкривявания и в крайна сметка загуба на разбираемост на звука. При нагряване два мощни транзистора увеличават деформацията на сигнала при ниски и инфрачервени честоти наполовина. Но все пак основното предимство на веригата push-pull е нейната приемлива ефективност и увеличена изходна мощност.

В схемата е показана схемата на усилвателя на усилвателя на транзисторите.

Това е усилвател за работа в клас "А", но може да се използва и клас "АВ", а дори и "В".

Транзисторен усилвател на транзистора

Трансформаторите, въпреки успехите в тяхната миниатюризация, все още остават най-тромавата, тежка и скъпа ERE. Следователно, начинът за елиминиране на трансформатора от двутактовата верига е намерен чрез извършването му на два мощни допълващи транзистора от различен тип (n-p-n и p-n-p). Повечето съвременни усилватели на мощност използват този принцип и са предназначени да работят в клас "В". Веригата на такъв усилвател на мощност е показана на фигурата по-долу.

И двата транзистора са включени в схемата с общ колектор (емитер последовател). Следователно веригата предава входното напрежение към изхода без усилване. Ако няма входен сигнал, и двата транзистора са на границата на държавата, но те са изключени.

Когато хармоничният сигнал се приложи към входа, неговата положителна половин вълна отваря TR1, но завърта транзистора р-п-р TR2 напълно в режим на изключване. По този начин само положителната половин вълна от усиления ток преминава през товара. Отрицателната половин вълна на входния сигнал отваря само TR2 и блокира TR1, така че в товара се подава отрицателна половин вълна от усилен ток. В резултат на това пълната синусова вълна се усилва върху натоварването (поради увеличаване на тока).

Усилвател на един транзистор

За да усвоим гореизложеното, ние събираме обикновен усилвател на транзисторите със собствените си ръце и разбираме как работи.

В включени в основния Т. верига да се хранят ниска мощност верига като натоварване транзистор BC107 тип Т, включващ слушалки с устойчивост на 2-3 ома, пристрастие напрежение на база ще осигури висока устойчивост стойност резистор R * 1 MOhm, отделянето капацитет електролитен кондензатор С на 10 microfarads 100 microfarads ние ще бъдем 4.5 V / 0.3 A.

Ако резисторът R * не е свързан, тогава няма нито базов ток Ib, нито колекторния ток Ic. Ако резисторът е свързан, напрежението на основата се повишава до 0.7 V и токът Ib = 4 μA преминава през него. Текущата печалба на транзистора е 250, което дава Ic = 250Ib = 1 mA.

С монтажа на обикновен усилвател на транзисторите със собствените си ръце, сега можем да го изпробваме. Свържете слушалките и поставете пръста си върху точка 1 на веригата. Ще чуете шум. Вашето тяло възприема лъчението на електроенергийната мрежа с честота 50 Hz. Шумът, който сте чували от слушалките, и това излъчване е само усилен транзистор. Нека обясним този процес по-подробно. Променливо напрежение с честота 50 Hz е свързан към базата на транзистора чрез кондензатор С напрежение на базата сега е равен на сумата на DC пристрастия напрежение (около 0,7 V), идващи от резистор R * на, и променливо напрежение "от пръст." В резултат токът на колектора получава променлив компонент с честота 50 Hz. Това променлив ток се използва за смяна мембраната на говорителя назад и напред със същата честота, което означава, че ние ще бъдем в състояние да чуете тона на 50 Hz изход.

Играйте 50 Hz шум не е много вълнуващо, така че може да се свърже точките 1 и 2, на източника на сигнал с ниска честота (CD-плейър или микрофон) и засилено чуят речта или музика.