Circuiti UMZCH su transistor con spiegazioni. Rivista pratica di elettronica Datagor. Principio di funzionamento dell'amplificatore

L'elevata impedenza di ingresso e il feedback superficiale sono il segreto principale del suono caldo del tubo. Non è un segreto che gli amplificatori più costosi e di altissima qualità, che appartengono alla categoria HI-End, siano prodotti utilizzando valvole. Capiamo cos'è un amplificatore di qualità? Un amplificatore di potenza a bassa frequenza ha il diritto di essere definito di alta qualità se ripete completamente la forma del segnale di ingresso in uscita senza distorcerlo; ovviamente, il segnale di uscita è già amplificato. Su Internet puoi trovare diversi circuiti di amplificatori di altissima qualità, che possono essere classificati come HI-End e non richiedono necessariamente circuiti a valvole. Per ottenere la massima qualità, è necessario un amplificatore il cui stadio di uscita funzioni in pura classe A. La massima linearità del circuito fornisce una quantità minima di distorsione in uscita, pertanto, nella progettazione di amplificatori di alta qualità, a questo viene prestata particolare attenzione fattore. I circuiti a tubi sono buoni, ma non sempre disponibili anche per l'autoassemblaggio, e i tubi UMZCH industriali di produttori di marca costano da diverse migliaia a diverse decine di migliaia di dollari USA: questo prezzo non è certamente alla portata di molti.
La domanda sorge spontanea: è possibile ottenere risultati simili da circuiti a transistor? la risposta sarà alla fine dell'articolo.

Esistono molti circuiti lineari e ultralineari di amplificatori di potenza a bassa frequenza, ma il circuito che verrà considerato oggi è un circuito ultralineare di alta qualità, implementato con soli 4 transistor. Il circuito è stato creato nel 1969 dall'ingegnere audio britannico John Linsley-Hood. L'autore è il creatore di molti altri circuiti di alta qualità, in particolare di classe A. Alcuni esperti chiamano questo amplificatore la massima qualità tra i transistor ULF, e ne ero convinto un anno fa.

La prima versione di un tale amplificatore è stata presentata a. Un tentativo riuscito di implementare il circuito mi ha costretto a creare un ULF a due canali utilizzando lo stesso circuito, assemblare il tutto in una custodia e utilizzarlo per esigenze personali.

Caratteristiche dello schema

Nonostante la sua semplicità, lo schema ha diverse caratteristiche. Il corretto funzionamento potrebbe essere interrotto a causa di un layout errato della scheda, di un errato posizionamento dei componenti, di un'alimentazione errata, ecc.
L'alimentazione è un fattore particolarmente importante: sconsiglio vivamente di alimentare questo amplificatore con qualsiasi tipo di alimentazione, migliore opzione batteria o alimentatore con batteria collegata in parallelo.
La potenza dell'amplificatore è di 10 watt con un'alimentazione di 16 Volt su un carico di 4 Ohm. Il circuito stesso può essere adattato per testine da 4, 8 e 16 Ohm.
Ho creato una versione stereo dell'amplificatore, entrambi i canali si trovano sulla stessa scheda.

Il secondo è destinato a pilotare lo stadio di uscita, ho installato il KT801 (è stato abbastanza difficile procurarmelo).
Nello stadio di uscita stesso ho installato potenti interruttori bipolari di conduzione inversa: il KT803 lo ha senza dubbio ricevuto con loro alta qualità suono, anche se ho sperimentato molti transistor - KT805, 819, 808, ho persino installato componenti potenti - KT827, con esso la potenza è molto più alta, ma il suono non può essere paragonato a KT803, anche se questa è solo la mia opinione soggettiva.

Per un condensatore di ingresso con una capacità di 0,1-0,33 μF, è necessario utilizzare condensatori a film con perdite minime, preferibilmente di produttori noti, lo stesso con il condensatore elettrolitico di uscita.
Se il circuito è progettato per un carico di 4 Ohm, non aumentare la tensione di alimentazione oltre i 16-18 Volt.
Ho deciso di non installare un regolatore del suono, a sua volta influisce anche sul suono, ma è consigliabile installare una resistenza da 47k parallela all'ingresso e al meno.
La scheda stessa è una scheda prototipo. Ho dovuto armeggiare a lungo con la scheda, poiché anche le linee delle tracce avevano una certa influenza sulla qualità del suono nel suo insieme. Questo amplificatore ha una gamma di frequenze molto ampia, da 30 Hz a 1 MHz.

La configurazione non potrebbe essere più semplice. Per fare ciò, è necessario utilizzare un resistore variabile per raggiungere la metà della tensione di alimentazione in uscita. Per impostazioni più precise, dovresti usare un multigiro resistore variabile. Colleghiamo un puntale del multimetro al negativo dell'alimentazione, mettiamo l'altro alla linea di uscita, cioè al positivo dell'elettrolita in uscita, così ruotando lentamente la variabile otteniamo la metà dell'alimentazione in uscita.

L'amplificatore offerto alla vostra preziosa attenzione è facile da montare, semplicissimo da configurare (in realtà non lo richiede), non contiene componenti particolarmente scarsi, e allo stesso tempo ha ottime caratteristiche e può facilmente eguagliare i chiamato hi-fi, tanto amato dalla maggioranza dei cittadini.L'amplificatore può funzionare con carichi da 4 e 8 Ohm, può essere utilizzato in una connessione a ponte su un carico da 8 Ohm e fornirà 200 W al carico.

Caratteristiche principali:

Tensione di alimentazione, V................................................ .....................±35
Consumo di corrente in modalità silenziosa, mA................................. 100
Impedenza di ingresso, kOhm............................................ .....................24
Sensibilità (100 W, 8 Ohm), V................................. .... ......1.2
Potenza in uscita (KG=0,04%), W................................. .... ....80
Gamma di frequenza riproducibile, Hz................................. 10 - 30000
Rapporto segnale/rumore (non ponderato), dB.............. -73

L'amplificatore è interamente basato su elementi discreti, senza amplificatori operazionali o altri trucchi. Quando funziona con un carico di 4 Ohm e un'alimentazione di 35 V, l'amplificatore sviluppa una potenza fino a 100 W. Se è necessario collegare un carico di 8 Ohm, la potenza può essere aumentata a +/-42 V, in questo caso otterremo gli stessi 100 W.Si sconsiglia vivamente di aumentare la tensione di alimentazione oltre i 42 V, altrimenti si potrebbe rimanere senza transistor di uscita. Quando si opera in modalità bridge è necessario utilizzare un carico di 8 ohm, altrimenti, ancora una volta, perdiamo ogni speranza per la sopravvivenza dei transistor di uscita. A proposito, dobbiamo tenere conto del fatto che non esiste protezione da cortocircuito nel carico, quindi è necessario fare attenzione.Per utilizzare l'amplificatore in modalità bridge, è necessario avvitare l'ingresso MT all'uscita di un altro amplificatore, all'ingresso del quale viene fornito il segnale. Il restante ingresso è collegato al filo comune. Il resistore R11 viene utilizzato per impostare la corrente di riposo dei transistor di uscita. Il condensatore C4 determina il limite superiore del guadagno e non dovresti ridurlo: otterrai l'autoeccitazione alle alte frequenze.
Tutti i resistori sono da 0,25 W tranne R18, R12, R13, R16, R17. I primi tre sono 0,5 W, gli ultimi due sono 5 W ciascuno. Il LED HL1 non è per la bellezza, quindi non è necessario collegare un diodo super luminoso al circuito e portarlo sul pannello frontale. Il diodo dovrebbe essere del colore verde più comune: questo è importante, poiché i LED di altri colori hanno una caduta di tensione diversa.Se all'improvviso qualcuno è stato sfortunato e non è riuscito a ottenere i transistor di uscita MJL4281 e MJL4302, è possibile sostituirli rispettivamente con MJL21193 e MJL21194.È meglio prendere un resistore variabile multigiro R11, anche se andrà bene uno normale. Non c'è nulla di critico qui: è solo più conveniente impostare la corrente di riposo.

C'era il desiderio di assemblare un amplificatore di Classe A più potente. Dopo aver letto una quantità sufficiente di letteratura pertinente e aver selezionato il massimo da ciò che veniva offerto ultima versione. Era un amplificatore da 30 W, corrispondente nei suoi parametri ad amplificatori di alta classe.

Nella traccia disponibile dell'originale circuiti stampati Non avevo intenzione di apportare modifiche, tuttavia, a causa della mancanza dei transistor di potenza originali, è stato scelto uno stadio di uscita più affidabile utilizzando i transistor 2SA1943 e 2SC5200. L'uso di questi transistor ha infine permesso di fornire maggiori prestazioni potenza di uscita amplificatore Diagramma schematico la mia versione dell'amplificatore qui sotto.

Questa è un'immagine delle schede assemblate secondo questo circuito con transistor Toshiba 2SA1943 e 2SC5200.

Se guardi da vicino, puoi vedere che sul circuito stampato insieme a tutti i componenti ci sono dei resistori di polarizzazione, sono del tipo al carbonio da 1 W. Si è scoperto che sono più termostabili. Quando qualsiasi amplificatore ad alta potenza funziona, viene generata un'enorme quantità di calore, quindi mantenere una potenza costante del componente elettronico durante il riscaldamento è una condizione importante per il funzionamento di alta qualità del dispositivo.

La versione assemblata dell'amplificatore funziona con una corrente di circa 1,6 A e una tensione di 35 V. Di conseguenza, sui transistor nello stadio di uscita vengono dissipati 60 W di potenza continua. Dovrei notare che questo è solo un terzo della potenza che possono gestire. Prova a immaginare quanto calore viene generato sui radiatori quando vengono riscaldati a 40 gradi.

La custodia dell'amplificatore è realizzata a mano in alluminio. Piastra superiore e piastra di montaggio spessore 3 mm. Il radiatore è composto da due parti, le sue dimensioni complessive sono 420 x 180 x 35 mm. Elementi di fissaggio - viti, per lo più con testa svasata in acciaio inossidabile e filettatura M5 o M3. Il numero di condensatori è stato aumentato a sei, la loro capacità totale è di 220.000 µF. Per l'alimentazione è stato utilizzato un trasformatore toroidale da 500 W.

Alimentazione dell'amplificatore

Il dispositivo amplificatore, che ha sbarre in rame di design appropriato, è chiaramente visibile. Viene aggiunto un piccolo toroide per il flusso controllato sotto il controllo di un circuito di protezione CC. È presente anche un filtro passa-alto nel circuito di alimentazione. Nonostante tutta la sua semplicità, va detto semplicità ingannevole, la topologia della scheda di questo amplificatore produce il suono come se senza alcuno sforzo, implicando a sua volta la possibilità della sua amplificazione infinita.

Oscillogrammi di funzionamento dell'amplificatore

Attenuazione di 3 dB a 208 kHz

Onda sinusoidale 10 Hz e 100 Hz

Onda sinusoidale 1 kHz e 10 kHz

Segnali da 100 kHz e 1 MHz

Onda quadra 10 Hz e 100 Hz

Onda quadra 1 kHz e 10 kHz

Potenza totale 60 W, taglio simmetrico 1 kHz

Pertanto, diventa chiaro che un design semplice e di alta qualità di UMZCH non è necessariamente realizzato utilizzando circuiti integrati- solo 8 transistor consentono di ottenere un suono decente con un circuito assemblabile in mezza giornata.

AMPLIFICATORI A TRANSISTOR A BASSA FREQUENZA. AMPLIFICATORI DI POTENZA

Su richiesta dei visitatori del sito, presento alla vostra attenzione un articolo interamente dedicato agli amplificatori a transistor. Nell'ottava lezione abbiamo toccato un po 'il tema degli amplificatori: stadi di amplificazione sui transistor, quindi con l'aiuto di questo articolo cercherò di eliminare tutte le lacune riguardanti gli amplificatori a transistor. Alcuni base teorica qui presentati sono validi sia per gli amplificatori a transistor che per gli amplificatori a valvole. All'inizio dell'articolo verranno esaminati i principali tipi e metodi di accensione degli stadi dell'amplificatore, alla fine dell'articolo considereremo i principali pro e contro del trasformatore single-ended e degli amplificatori senza trasformatore e considereremo in particolare dettaglio del trasformatore push-pull e degli amplificatori senza trasformatore, poiché sono abbastanza spesso utilizzati e rappresentano un grande interesse. Alla fine dell'articolo, come nelle lezioni precedenti, ci sarà un lavoro pratico. In realtà, questo articolo non è diverso dalle lezioni, con l'unica differenza che questo e tutti gli articoli successivi avranno nomi specifici, che ti permette di scegliere un argomento da studiare a piacimento. In ogni caso, per poter scegliere con sicurezza uno qualsiasi dei seguenti argomenti, è necessario completare l'intero corso composto da 10 lezioni.

Stadio a transistor dell'amplificatore È consuetudine chiamare un transistor con resistori, condensatori e altre parti che gli forniscono le condizioni operative come un amplificatore. Per riprodurre le vibrazioni ad alto volume frequenza audio l'amplificatore a transistor deve essere almeno due - tre stadi . Negli amplificatori contenenti più stadi, si distinguono gli stadi stadi di preamplificazione e di uscita, o finali . Lo stadio di uscita è l'ultimo stadio dell'amplificatore, che funziona sui telefoni o sulla testata dinamica di un altoparlante, e gli stadi preliminari sono tutti gli stadi anteriori ad esso. Il compito di uno o più stadi di preamplificazione è aumentare la tensione della frequenza audio al valore richiesto per pilotare il transistor dello stadio di uscita. Il transistor dello stadio di uscita è necessario per aumentare la potenza delle oscillazioni della frequenza audio al livello richiesto per il funzionamento della testina dinamica. Per gli stadi di uscita degli amplificatori a transistor più semplici, i radioamatori utilizzano spesso transistor a bassa potenza, gli stessi degli stadi preamplificatori. Ciò è spiegato dal desiderio di rendere gli amplificatori più economici, il che è particolarmente importante per i progetti portatili alimentati a batteria. La potenza di uscita di tali amplificatori è ridotta, da diverse decine a 100-150 mW, ma è anche sufficiente per far funzionare telefoni o testine dinamiche a bassa potenza. Se la questione del risparmio energetico dagli alimentatori non è così significativa, ad esempio, quando si alimentano gli amplificatori da una rete di illuminazione elettrica, negli stadi di uscita vengono utilizzati potenti transistor. Qual è il principio di funzionamento di un amplificatore composto da più stadi? Circuito di un semplice transistor amplificatore a due stadi Vedi il LF in (Fig. 1). Guardalo attentamente. Nel primo stadio dell'amplificatore opera il transistor V1, nel secondo il transistor V2. Qui il primo stadio è lo stadio di preamplificazione, il secondo è lo stadio di uscita. Fra loro - condensatore di disaccoppiamento C2. Il principio di funzionamento di uno qualsiasi degli stadi di questo amplificatore è lo stesso ed è simile al familiare principio di funzionamento di un amplificatore a stadio singolo. L'unica differenza sta nei dettagli: il carico del transistor V1 del primo stadio è il resistore R2, e il carico del transistor V2 dello stadio di uscita è le cuffie B1 (o, se il segnale di uscita è abbastanza potente, la testa dell'altoparlante). La polarizzazione viene applicata alla base del transistor del primo stadio tramite il resistore R1 e alla base del transistor del secondo stadio tramite il resistore R3. Entrambi gli stadi sono alimentati da una fonte UiP comune, che può essere una batteria celle galvaniche o piastra per capelli. Le modalità operative dei transistor vengono impostate selezionando i resistori R1 e R3, indicati nello schema con asterischi.

Riso. 1 Amplificatore a transistor a due stadi.

L'effetto dell'amplificatore nel suo complesso è il seguente. Il segnale elettrico fornito attraverso il condensatore C1 all'ingresso del primo stadio e amplificato dal transistor V1, dal resistore di carico R2 attraverso il condensatore di separazione C2 viene fornito all'ingresso del secondo stadio. Qui viene amplificato dal transistor V2 e dai telefoni B1, collegati al circuito collettore del transistor, e viene convertito in suono. Qual è il ruolo del condensatore C1 all'ingresso dell'amplificatore? Svolge due compiti: trasmette liberamente la tensione del segnale alternato al transistor e impedisce che la base venga cortocircuitata verso l'emettitore attraverso la sorgente del segnale. Immagina che questo condensatore non sia nel circuito di ingresso e che la sorgente del segnale amplificato sia un microfono elettrodinamico con bassa resistenza interna. Cosa accadrà? Attraverso la bassa resistenza del microfono, la base del transistor sarà collegata all'emettitore. Il transistor si spegnerà poiché funzionerà senza la tensione di polarizzazione iniziale. Si aprirà solo con semicicli negativi della tensione del segnale. E i semicicli positivi, che chiudono ulteriormente il transistor, verranno da esso "interrotti". Di conseguenza, il transistor distorcerà il segnale amplificato. Il condensatore C2 collega gli stadi dell'amplificatore tramite corrente alternata. Dovrebbe far passare bene la componente variabile del segnale amplificato e ritardare la componente costante del circuito collettore del transistor del primo stadio. Se il condensatore oltre alla componente variabile conduce anche corrente continua, il funzionamento del transistor dello stadio di uscita verrà disturbato e il suono risulterà distorto o scomparirà completamente. Vengono chiamati condensatori che svolgono tali funzioni condensatori di accoppiamento, condensatori di transizione o di isolamento . I condensatori di ingresso e di transizione devono superare bene l'intera banda di frequenza del segnale amplificato, dal più basso al più alto. Questo requisito è soddisfatto da condensatori con una capacità di almeno 5 µF. L'uso di condensatori di accoppiamento di grande capacità negli amplificatori a transistor è spiegato dalle resistenze di ingresso relativamente basse dei transistor. Il condensatore di accoppiamento fornisce una resistenza capacitiva alla corrente alternata, che sarà tanto minore quanto maggiore è la sua capacità. E se risulta essere maggiore della resistenza di ingresso del transistor, ai suoi capi cadrà una parte della tensione CA, maggiore rispetto alla resistenza di ingresso del transistor, il che si tradurrà in una perdita di guadagno. La capacità del condensatore di accoppiamento deve essere almeno da 3 a 5 volte inferiore alla resistenza di ingresso del transistor. Pertanto, all'ingresso vengono posizionati condensatori di grandi dimensioni, nonché per la comunicazione tra gli stadi dei transistor. Qui vengono solitamente utilizzati condensatori elettrolitici di piccole dimensioni con l'osservanza obbligatoria della polarità della loro connessione. Queste sono le caratteristiche più caratteristiche degli elementi di un amplificatore a bassa frequenza a transistor a due stadi. Per consolidare nella memoria il principio di funzionamento di un amplificatore a bassa frequenza a due stadi a transistor, propongo di assemblare, configurare e testare in azione le versioni più semplici dei circuiti amplificatori di seguito. (Alla fine dell'articolo verranno proposte opzioni per il lavoro pratico; ora è necessario assemblare un prototipo di un semplice amplificatore a due stadi in modo da poter monitorare rapidamente le affermazioni teoriche nella pratica).

Amplificatori semplici a due stadi

I diagrammi schematici di due versioni di tale amplificatore sono mostrati in (Fig. 2). Sono essenzialmente una ripetizione del circuito dell'amplificatore a transistor ora smontato. Solo su di essi vengono indicati i dettagli delle parti e vengono introdotti tre elementi aggiuntivi: R1, SZ e S1. Resistore R1 - carico della sorgente di oscillazioni della frequenza audio (ricevitore o pickup del rilevatore); SZ - condensatore che blocca la testa dell'altoparlante B1 alle frequenze sonore più elevate; S1 - interruttore di alimentazione. Nell'amplificatore in (Fig. 2, a) operano transistor della struttura p - n - p, nell'amplificatore in (Fig. 2, b) - nella struttura n - p - n. A questo proposito la polarità di accensione delle batterie che le alimentano è diversa: una tensione negativa viene fornita ai collettori dei transistor della prima versione dell'amplificatore e una tensione positiva viene fornita ai collettori dei transistor della seconda versione. Anche la polarità di accensione dei condensatori elettrolitici è diversa. Per il resto gli amplificatori sono esattamente gli stessi.

Riso. 2 Amplificatori a bassa frequenza a due stadi su transistor della struttura p - n - p (a) e su transistor della struttura n - p - n (b).

In una qualsiasi di queste opzioni di amplificatori, possono funzionare transistor con un coefficiente di trasferimento di corrente statico h21e pari a 20 - 30 o più. Un transistor con un coefficiente elevato h21e deve essere installato nello stadio di preamplificazione (primo) - Il ruolo del carico B1 dello stadio di uscita può essere svolto dalle cuffie, una capsula telefonica DEM-4m. Per alimentare l'amplificatore, utilizzare una batteria 3336L (popolarmente chiamata batteria quadrata) o alimentazione di rete(che era stato proposto di realizzare nella 9a lezione). Montaggio del preamplificatore breadboard , quindi trasferire le sue parti sul circuito stampato, se si presenta tale desiderio. Per prima cosa montare sulla breadboard solo le parti del primo stadio e il condensatore C2. Tra il terminale destro (secondo lo schema) di questo condensatore e il conduttore di terra della fonte di alimentazione, accendere le cuffie. Se ora colleghi l'ingresso dell'amplificatore alle prese di uscita, ad esempio, di un ricevitore rilevatore sintonizzato su una stazione radio, o colleghi ad esso qualsiasi altra sorgente di segnale debole, il suono di una trasmissione radiofonica o un segnale proveniente dal la sorgente collegata apparirà sui telefoni. Selezionando la resistenza del resistore R2 (lo stesso di quando si regola la modalità operativa di un amplificatore a transistor singolo, quello di cui ho parlato nella lezione 8 ), raggiungere il volume più alto. In questo caso, un milliamperometro collegato al circuito del collettore del transistor dovrebbe mostrare una corrente pari a 0,4 - 0,6 mA. Con una tensione di alimentazione di 4,5 V, questa è la modalità operativa più vantaggiosa per questo transistor. Quindi montare le parti del secondo stadio (di uscita) dell'amplificatore e collegare i telefoni al circuito collettore del suo transistor. I telefoni ora dovrebbero suonare molto più forte. Forse suoneranno ancora più forte dopo che la corrente del collettore del transistor è impostata su 0,4 - 0,6 mA selezionando il resistore R4. Puoi farlo diversamente: monta tutte le parti dell'amplificatore, seleziona i resistori R2 e R4 per impostare le modalità transistor consigliate (in base alle correnti dei circuiti del collettore o alle tensioni sui collettori dei transistor) e solo dopo controllane il funzionamento per la riproduzione del suono. In questo modo è più tecnico. E per un amplificatore più complesso, e dovrai occuparti principalmente di tali amplificatori, questo è l'unico corretto. Spero tu capisca che il mio consiglio sull'installazione di un amplificatore a due stadi si applica allo stesso modo a entrambe le opzioni. E se i coefficienti di trasferimento di corrente dei loro transistor sono approssimativamente gli stessi, il volume del suono dei telefoni e dei carichi degli amplificatori dovrebbe essere lo stesso. Con una capsula DEM-4m, la cui resistenza è di 60 Ohm, la corrente di riposo del transistor in cascata deve essere aumentata (diminuendo la resistenza del resistore R4) a 4 - 6 mA. Lo schema schematico della terza versione di un amplificatore a due stadi è mostrato in (Fig. 3). La particolarità di questo amplificatore è che nel suo primo stadio opera un transistor con struttura p - n - p, e nel secondo - una struttura n - p - n. Inoltre, la base del secondo transistor è collegata al collettore del primo non tramite un condensatore di transizione, come nell'amplificatore delle prime due opzioni, ma direttamente o, come si suol dire, galvanicamente. Con tale connessione, la gamma di frequenze delle oscillazioni amplificate si espande e la modalità operativa del secondo transistor è determinata principalmente dalla modalità operativa del primo, che viene impostata selezionando il resistore R2. In un tale amplificatore, il carico del transistor del primo stadio non è il resistore R3, ma la giunzione p-n dell'emettitore del secondo transistor. Il resistore è necessario solo come elemento di polarizzazione: la caduta di tensione creata ai suoi capi apre il secondo transistor. Se questo transistor è al germanio (MP35 - MP38), la resistenza del resistore R3 può essere 680 - 750 Ohm e se è al silicio (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - circa 3 kOhm. Sfortunatamente, la stabilità di un tale amplificatore quando la tensione di alimentazione o le variazioni di temperatura sono basse. Per il resto, per questo amplificatore vale tutto ciò che viene detto in relazione agli amplificatori delle prime due opzioni. Gli amplificatori possono essere alimentati da una sorgente di 9 V CC, ad esempio da due batterie 3336L o Krona, o, al contrario, da una sorgente di 1,5 - 3 V - da una o due celle 332 o 316? Certo che puoi: con di più alta tensione fonte di alimentazione, il carico dell'amplificatore - la testa dell'altoparlante - dovrebbe suonare più forte, con uno più basso - più silenzioso. Ma allo stesso tempo, le modalità operative dei transistor dovrebbero essere leggermente diverse. Inoltre, con una tensione di alimentazione di 9 V, le tensioni nominali dei condensatori elettrolitici C2 delle prime due opzioni dell'amplificatore devono essere almeno di 10 V. Finché le parti dell'amplificatore sono montate su una breadboard, tutto ciò può essere facilmente verificato sperimentalmente e si possono trarre le conclusioni appropriate.

Riso. 3 Amplificatore con transistor di diverse strutture.

Montare le parti di un amplificatore consolidato su una scheda permanente non è un compito difficile. Ad esempio, (Fig. 4) mostra il circuito stampato dell'amplificatore della prima opzione (secondo lo schema di Fig. 2, a). Tagliare la tavola da un foglio di getinax o fibra di vetro con uno spessore di 1,5 - 2 mm. Le sue dimensioni mostrate nella figura sono approssimative e dipendono dalle dimensioni delle parti in tuo possesso. Ad esempio, nello schema la potenza dei resistori è indicata come 0,125 W, la capacità dei condensatori elettrolitici è indicata come 10 μF. Ma questo non significa che solo queste parti debbano essere installate nell'amplificatore. La dissipazione di potenza dei resistori può essere qualsiasi. Al posto dei condensatori elettrolitici K5O - 3 o K52 - 1, mostrati sul circuito, possono esserci condensatori K50 - 6 o analoghi importati, anche per tensioni nominali più elevate. A seconda delle parti in tuo possesso, anche il PCB dell'amplificatore potrebbe cambiare. Puoi leggere i metodi di installazione degli elementi radio, inclusa l'installazione del circuito stampato, nella sezione "tecnologia radioamatoriale" .

Riso. 4 Circuito stampato di un amplificatore a bassa frequenza a due stadi.

Tutti gli amplificatori di cui ho parlato in questo articolo ti saranno utili in futuro, ad esempio per un ricevitore a transistor portatile. Amplificatori simili possono essere utilizzati per il cablaggio comunicazione telefonica con un amico che vive nelle vicinanze.

Stabilizzazione della modalità operativa del transistor

Un amplificatore della prima o della seconda opzione (secondo gli schemi di Fig. 2), montato e regolato all'interno, funzionerà meglio che all'esterno, dove sarà esposto ai raggi caldi del sole estivo o al freddo d'inverno. Perché succede questo? Perché, purtroppo, con l'aumento della temperatura, il funzionamento del transistor viene interrotto. E la causa principale di ciò è la corrente inversa incontrollata del collettore Ikbo e la variazione del coefficiente di trasferimento di corrente statico h21E con variazioni di temperatura. In linea di principio, l'attuale Ikbo è piccolo. Per i transistor al germanio a bassa potenza e a bassa frequenza, ad esempio, questa corrente, misurata con una tensione inversa sulla giunzione p-n del collettore di 5 V e una temperatura di 20 ° C, non supera 20 - 30 μA, e per i transistor al silicio è inferiore a 1μA. Ma cambia in modo significativo se esposto alla temperatura. Con un aumento della temperatura di 10°C la corrente Ikbo di un transistor al germanio raddoppia circa, mentre in un transistor al silicio aumenta di 2,5 volte. Se ad esempio alla temperatura di 20°C la corrente Ikbo di un transistor al germanio è 10 μA, quando la temperatura sale a 60°C aumenta a circa 160 μA. Ma l'attuale Ikbo caratterizza le proprietà solo della giunzione p-n del collettore. In condizioni operative reali, la tensione della fonte di alimentazione viene applicata a due giunzioni p-n: collettore ed emettitore. In questo caso, la corrente inversa del collettore scorre anche attraverso la giunzione dell'emettitore e, per così dire, si rinforza. Di conseguenza, il valore della corrente incontrollata, cambiando sotto l'influenza della temperatura, aumenta più volte. E maggiore è la sua quota nella corrente del collettore, più instabile è la modalità operativa del transistor in diverse condizioni di temperatura. Un aumento del coefficiente di trasferimento di corrente h21E con la temperatura aumenta l'instabilità. Cosa succede in cascata, ad esempio, sul transistor V1 dell'amplificatore della prima o della seconda opzione? All'aumentare della temperatura, la corrente totale del circuito del collettore aumenta, provocando una caduta di tensione crescente sul resistore di carico R3 (vedere Fig. 3). La tensione tra il collettore e l'emettitore diminuisce, il che porta alla distorsione del segnale. Con un ulteriore aumento della temperatura, la tensione sul collettore può diventare così piccola che il transistor non amplifica più il segnale di ingresso. È possibile ridurre l'effetto della temperatura sulla corrente del collettore utilizzando transistor con una corrente Ikbo molto bassa in apparecchiature progettate per funzionare con fluttuazioni di temperatura significative. ad esempio il silicio o l'uso di misure speciali che stabilizzano termicamente la modalità dei transistor. Uno dei metodi stabilizzazione termica della modalità operativa un transistor al germanio della struttura p - n - p è mostrato nello schema di Fig. 5, a. Qui, come puoi vedere, il resistore di base Rb non è collegato al conduttore negativo della fonte di alimentazione, ma al collettore del transistor. Cosa dà questo? Con l'aumento della temperatura, l'aumento della corrente del collettore aumenta la caduta di tensione sul carico Rí e riduce la tensione sul collettore. E poiché la base è collegata (tramite il resistore Rb) al collettore, diminuisce anche la tensione di polarizzazione negativa su di essa, il che a sua volta riduce la corrente del collettore. Il risultato è un feedback tra i circuiti di uscita e di ingresso della cascata: l'aumento della corrente del collettore riduce la tensione alla base, che riduce automaticamente la corrente del collettore. La modalità operativa specificata del transistor è stabilizzata. Ma durante il funzionamento del transistor, si verifica una retroazione CA negativa tra il suo collettore e la base attraverso lo stesso resistore Rb, che riduce il guadagno complessivo della cascata. Pertanto, la stabilità della modalità transistor viene raggiunta a scapito della perdita di guadagno. È un peccato, ma devi fare queste perdite per mantenerti lavoro normale amplificatore

Riso. 5 stadi di amplificazione con stabilizzazione termica della modalità transistor.

Esiste tuttavia un modo per stabilizzare la modalità operativa del transistor con perdite di amplificazione leggermente inferiori, ma ciò si ottiene complicando la cascata. Il circuito di tale amplificatore è mostrato in (Fig. 5, b). Modalità di riposo del transistor DC e la tensione rimane la stessa: la corrente del circuito del collettore è 0,8 - 1 mA, la tensione di polarizzazione negativa alla base rispetto all'emettitore è 0,1 V (1,5 - 1,4 = 0,1 V). Ma la modalità viene impostata utilizzando due resistori aggiuntivi: Rb2 e Re. I resistori Rb1 e Rb2 formano un divisore con l'aiuto del quale viene mantenuta una tensione stabile alla base. Il resistore di emettitore Re è un elemento stabilizzazione termica . La stabilizzazione termica della modalità transistor avviene come segue. Quando la corrente del collettore aumenta sotto l'influenza del calore, aumenta la caduta di tensione sul resistore Re. In questo caso diminuisce la differenza di tensione tra base ed emettitore, riducendo automaticamente la corrente del collettore. Si ottiene lo stesso feedback, solo ora tra l'emettitore e la base, grazie al quale la modalità transistor è stabilizzata. Coprire con carta o con un dito il condensatore Se, collegato in parallelo al resistore Re e, quindi, derivandolo. Cosa ti ricorda questo diagramma adesso? Una cascata con un transistor collegato secondo il circuito OK (emettitore follower). Ciò significa che durante il funzionamento del transistor, quando attraverso il resistore Re si verifica una caduta di tensione non solo dei componenti costanti, ma anche variabili, si verifica una caduta di tensione tra l'emettitore e la base. Feedback di tensione CA negativo al 100%. , in cui il guadagno in cascata è inferiore all'unità. Ma questo può accadere solo quando non è presente il condensatore C3. Questo condensatore crea un percorso parallelo lungo il quale, bypassando il resistore Re, scorre la componente alternata della corrente di collettore, pulsante con la frequenza del segnale amplificato, e non si verifica feedback negativo (la componente alternata della corrente di collettore entra nel comune filo). La capacità di questo condensatore dovrebbe essere tale da non fornire alcuna resistenza evidente alle frequenze più basse del segnale amplificato. Nella fase di amplificazione dell'audiofrequenza, questo requisito può essere soddisfatto da un condensatore elettrolitico con una capacità di 10 - 20 o più microfarad. Un amplificatore con un tale sistema per stabilizzare la modalità transistor è praticamente insensibile alle fluttuazioni di temperatura e, inoltre, cosa non meno importante, al cambiamento dei transistor. È così che dovrebbe essere stabilizzata la modalità operativa del transistor in tutti i casi? Ovviamente no. Dopotutto, tutto dipende dallo scopo a cui è destinato l'amplificatore. Se l'amplificatore funziona solo a casa, dove la differenza di temperatura è insignificante, non è necessaria una rigorosa stabilizzazione termica. E se hai intenzione di costruire un amplificatore o un ricevitore che funzioni in modo affidabile sia a casa che per strada, allora, ovviamente, dovrai stabilizzare la modalità dei transistor, anche se il dispositivo dovrà essere complicato con parti aggiuntive .

Amplificatore di potenza push-pull

Parlando all'inizio di questo articolo sullo scopo degli stadi amplificatori, io, come guardando avanti, ho detto che negli stadi di uscita, che sono amplificatori di potenza, i radioamatori utilizzano gli stessi transistor a bassa potenza degli stadi di amplificazione della tensione. Allora, naturalmente, potrebbe sorgere nella tua mente, o forse sorgere, una domanda: come si ottiene questo risultato? Ti rispondo adesso. Tali stadi sono chiamati amplificatori di potenza push-pull. Inoltre, possono essere basati su trasformatore, ad es. utilizzando trasformatori al loro interno o senza trasformatore. I tuoi progetti utilizzeranno entrambi i tipi di amplificatori di oscillazione della frequenza audio push-pull. Comprendiamo il principio del loro lavoro. Uno schema semplificato di uno stadio di amplificazione di potenza del trasformatore push-pull e grafici che ne illustrano il funzionamento sono mostrati in (Fig. 6). Come puoi vedere, contiene due trasformatori e due transistor. Il trasformatore T1 è interstadio, collega lo stadio pre-terminale con l'ingresso dell'amplificatore di potenza, e il trasformatore T2 è quello di uscita. I transistor V1 e V2 sono collegati secondo il circuito OE. I loro emettitori, come il terminale centrale dell'avvolgimento secondario del trasformatore interstadio, sono "messi a terra" - collegati al conduttore comune dell'alimentatore Ui.p. - la tensione di alimentazione negativa viene fornita ai collettori del transistor attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore di uscita T2: al collettore del transistor V1 - attraverso la sezione Ia, al collettore del transistor V2 - attraverso la sezione Ib. Ciascun transistor e le sezioni associate dell'avvolgimento secondario del trasformatore interstadio e l'avvolgimento primario del trasformatore di uscita rappresentano un normale amplificatore single-ended già familiare. Questo è facile da verificare se si copre uno di questi bracci della cascata con un pezzo di carta. Insieme formano un amplificatore di potenza push-pull.

Riso. 6 Amplificatore di potenza con trasformatore push-pull e grafici che ne illustrano il funzionamento.

L'essenza del funzionamento di un amplificatore push-pull è la seguente. Le oscillazioni della frequenza del suono (grafico in Fig. 6) dallo stadio pre-terminale vengono alimentate alle basi di entrambi i transistor in modo che le tensioni su di essi cambino in qualsiasi momento in direzioni opposte, ad es. in antifase. In questo caso i transistor funzionano alternativamente, per due cicli per ogni periodo della tensione loro fornita. Quando, ad esempio, alla base del transistor V1 è presente una semionda negativa, questo si apre e la corrente solo di questo transistor scorre attraverso la sezione Ia dell'avvolgimento primario del trasformatore di uscita (grafico b). In questo momento, il transistor V2 è chiuso, poiché alla sua base è presente una tensione a semionda positiva. Nel semiciclo successivo, al contrario, la semionda positiva si baserà sul transistor V1 e la semionda negativa si baserà sul transistor V2. Ora il transistor V2 si apre e la corrente del collettore scorre attraverso la sezione Ib dell'avvolgimento primario del trasformatore di uscita (grafico c), e il transistor V1, chiudendosi, “riposa”. E così via per ogni periodo di vibrazioni sonore fornite all'amplificatore. Nell'avvolgimento del trasformatore, le correnti di collettore di entrambi i transistor vengono sommate (grafico d), di conseguenza, all'uscita dell'amplificatore si ottengono oscillazioni elettriche della frequenza audio più potenti rispetto a un amplificatore single-ended convenzionale. La testina dinamica B, collegata all'avvolgimento secondario del trasformatore, li converte in suono. Ora, utilizzando il diagramma in (Fig. 7), comprendiamo il principio di funzionamento Amplificatore push-pull senza trasformatore energia. Esistono anche due transistor, ma hanno strutture diverse: transistor Vl - p - n - p, transistor V2 - n - p - n. Per la corrente continua, i transistor sono collegati in serie, formando, per così dire, un partitore di tensione della sorgente di corrente continua che li alimenta. In questo caso, sul collettore del transistor V1 viene creata una tensione negativa rispetto al punto medio tra loro, chiamato punto di simmetria, pari alla metà della tensione della fonte di alimentazione, e sul collettore del transistor V2 - positivo, e anche uguale alla metà della tensione del generatore Unp. La testa dinamica B è collegata ai circuiti di emettitore dei transistor: per il transistor V1 - attraverso il condensatore C2, per il transistor V2 - attraverso il condensatore C1. Pertanto, i transistor CA sono collegati secondo il circuito OK (seguaci dell'emettitore) e lavorare su un carico comune: testa B.

Riso. 7 Amplificatore di potenza push-pull senza trasformatore.

Alla base di entrambi i transistor dell'amplificatore opera una tensione alternata dello stesso valore e frequenza, proveniente dallo stadio preterminale. E poiché i transistor hanno strutture diverse, funzionano alternativamente, in due cicli: con una tensione a semionda negativa, solo il transistor V1 si apre e nella testa del circuito B - condensatore C2 appare un impulso di corrente del collettore (in Fig. 6 - grafico b), e con una semionda positiva A semionda si apre solo il transistor V2 e nel circuito testa-condensatore C1 appare un impulso della corrente di collettore di questo transistor (in Fig. 6 - grafico c). Pertanto, la corrente totale dei transistor scorre attraverso la testa (grafico d in Fig. 6), che rappresenta le oscillazioni della frequenza sonora amplificate dalla potenza, che converte in vibrazioni sonore. In pratica si ottiene lo stesso effetto di un amplificatore a trasformatori, ma, grazie all'utilizzo di transistor di diversa struttura, non è necessario un dispositivo per fornire un segnale alla base dei transistor in antifase . Potresti aver notato una contraddizione nella mia spiegazione degli amplificatori di potenza push-pull: nessuna tensione di polarizzazione è stata applicata alle basi dei transistor. Hai ragione, ma qui non c'è nessun errore particolare. Il fatto è che i transistor push-pull possono funzionare senza una tensione di polarizzazione iniziale. Ma poi le distorsioni piacciono "fare un passo" , particolarmente sentito con un segnale di ingresso debole. Si chiamano gradini perché sull'oscillogramma di un segnale sinusoidale hanno una forma a gradini (Fig. 8). Il modo più semplice per eliminare tali distorsioni è applicare una tensione di polarizzazione alle basi dei transistor, come avviene in pratica.

Riso. 8 Distorsione di tipo “Step”.

Ora, prima di iniziare a parlare degli amplificatori che forniscono una riproduzione del suono ad alto volume, voglio presentarvi alcuni parametri e classi di amplificazione che caratterizzano un amplificatore a bassa frequenza. Tutti i vantaggi degli amplificatori push-pull saranno discussi in dettaglio di seguito.

PARAMETRI PRINCIPALI DEGLI AMPLIFICATORI LF

La qualità e l'idoneità di un amplificatore per determinati scopi viene giudicata in base a diversi parametri, i più importanti dei quali sono tre: potenza di uscita Pout, sensibilità e risposta in frequenza. Questi sono i parametri fondamentali che dovresti conoscere e comprendere. La potenza di uscita è la potenza elettrica di una frequenza audio, espressa in watt o milliwatt, che un amplificatore fornisce a un carico, solitamente un driver a radiazione diretta. Secondo gli standard stabiliti, viene fatta una distinzione tra potenza nominale Pnom e potenza massima Pmax. La potenza nominale è la potenza alla quale la cosiddetta distorsione non lineare del segnale di uscita introdotta dall'amplificatore non supera il 3-5% rispetto al segnale non distorto. Man mano che la potenza aumenta ulteriormente, aumenta la distorsione non lineare del segnale di uscita. La potenza alla quale la distorsione raggiunge il 10% è detta massima. La potenza di uscita massima può essere 5 - 10 volte superiore alla potenza nominale, ma con essa la distorsione è evidente anche a orecchio. Quando parlerò di amplificatori in questo articolo, generalmente riporterò la loro potenza media e mi riferirò semplicemente ad essi come potenza. La sensibilità di un amplificatore è la tensione del segnale in audiofrequenza, espressa in volt o millivolt, che deve essere applicata al suo ingresso affinché la potenza al carico raggiunga il valore nominale. Naturalmente, minore è la tensione, migliore è la sensibilità dell'amplificatore. Ad esempio, dirò: la sensibilità della stragrande maggioranza degli amplificatori amatoriali e industriali destinati a riprodurre segnali dall'uscita lineare di un registratore, un lettore DVD e altre fonti può essere di 100 - 500 mV e fino a 1 V, la sensibilità di amplificatori microfonici è 1 - 2 mV. Risposta in frequenza - la risposta in frequenza (o banda di frequenza operativa dell'amplificatore) è espressa graficamente da una linea orizzontale leggermente curva che mostra la dipendenza della tensione del segnale di uscita Uout dalla sua frequenza con una tensione di ingresso costante Uin. Il fatto è che qualsiasi amplificatore, per una serie di motivi, amplifica i segnali di frequenze diverse in modo diseguale. Di norma, le vibrazioni delle frequenze più basse e più alte della gamma sonora vengono amplificate peggio. Pertanto, le linee - le caratteristiche di frequenza degli amplificatori - sono irregolari e presentano necessariamente avvallamenti (blocchi) ai bordi. Le oscillazioni di frequenze estremamente basse e alte, la cui amplificazione rispetto alle fluttuazioni delle frequenze medie (800 - 1000 Hz) scende al 30%, sono considerate i limiti della banda di frequenza dell'amplificatore. La banda di frequenza degli amplificatori destinati alla riproduzione di opere musicali deve essere almeno da 20 Hz a 20 - 30 kHz, amplificatori di ricevitori di radiodiffusione - da 60 Hz a 10 kHz e amplificatori di ricevitori a transistor di piccole dimensioni - da circa 200 Hz a 3 - 4kHz. Per misurare i parametri di base degli amplificatori, è necessario un oscillatore di frequenza audio, un voltmetro a tensione alternata, un oscilloscopio e alcuni altri strumenti di misura. Sono disponibili nei laboratori radiofonici di produzione, nei club di radioelettronica e per studi di radioelettronica più produttivi, dovresti provare ad acquistarli tu stesso in modo che siano sempre a portata di mano.

Ottieni classi di amplificatori a bassa frequenza. Il ruolo della classe di amplificazione nel raggiungimento dei parametri di potenza e di alta efficienza

Fino ad ora non abbiamo parlato di quanta energia viene spesa per creare un segnale amplificato, per creare una “copia potente” del segnale di ingresso. È un dato di fatto, non abbiamo mai avuto una domanda del genere. Va detto che il fornitore di energia per creare un segnale amplificato può essere una batteria o un alimentatore. Allo stesso tempo, è considerato ovvio che la batteria dispone di grandi riserve di energia e non c'è nulla da risparmiare solo per creare un segnale amplificato. Ora che l'obiettivo è stato raggiunto, quando abbiamo imparato ad usare un transistor per amplificare segnale debole, proviamo a scoprire che tipo di energia dovrebbe essere fornita dal suo fornitore: la batteria del collettore. Proviamo a scoprire quanto costa un watt di segnale amplificato, quanti watt di corrente continua deve pagare la batteria. Avendo fatto una serie di presupposti, supponendo che il tratto rettilineo della caratteristica di ingresso inizi direttamente da "zero", che non vi siano curve anche nella caratteristica di uscita, che un elemento (ad esempio un trasformatore) sia incluso come carico del collettore in cui la tensione costante non viene persa, arriveremo alla conclusione che, nel migliore dei casi, solo la metà della potenza consumata dalla batteria va al segnale amplificato. Questo si può dire diversamente: efficienza (coefficiente azione utile) l'amplificatore a transistor non supera il 50%. Per ogni watt di potenza del segnale in uscita, devi pagare il doppio del prezzo, due watt di potenza della batteria di raccolta (Fig. 9).

Riso. 9 Maggiore è l'efficienza di un amplificatore, minore è la potenza che consuma per creare una determinata potenza di uscita.

Dimostrare la validità di questa conclusione è abbastanza semplice. Per calcolare la potenza consumata da una batteria, è necessario moltiplicare la sua tensione CC Ecc sulla corrente consumata, cioè sulla corrente di collettore quiescente Ik.p. . transistor (Ppot. = Ek * Ik.p.) . D'altra parte l'ampiezza della componente alternata della corrente di collettore non può in alcun modo essere maggiore della corrente di riposo, altrimenti il ​​transistor funzionerà con interruzione. Nel migliore dei casi, l'ampiezza della componente variabile è uguale alla corrente di riposo Ik.p. ed in questo caso il valore efficace della componente alternata della corrente di collettore è pari a In.ef. = 07 * Ik.p .. Allo stesso modo, l'ampiezza della tensione alternata sul carico non può essere maggiore della tensione della batteria, altrimenti in alcuni momenti sul collettore apparirà non un “meno”, ma un “più”. E questo, nella migliore delle ipotesi, porterà a gravi distorsioni. Pertanto, il valore effettivo della tensione di uscita Ineff. non può superare Ineff. = 07 *Ecc . Ora non resta che moltiplicarsi 07 * Ik.p.. su 07 * Ek. e verificare che la massima potenza effettiva che l'amplificatore può erogare non superi Rif. = 0,5 * Ik.p. * Ek = W.eff. , cioè non supera la metà del consumo energetico. Questa decisione è definitiva, ma è soggetta a ricorso. È possibile, a costo di alcuni sacrifici, aumentare l'efficienza dell'amplificatore, superare la soglia dell'efficienza del cinquanta per cento. Per aumentare l'efficienza, è necessario che l'amplificatore crei un segnale più potente a parità di consumo energetico. . E per questo è necessario, senza aumentare la corrente di riposo Ik.p. e tensione costante Ecc , aumentare le componenti alternate della corrente di collettore In e tensione di carico Un. Cosa ci impedisce di incrementare queste due componenti? Distorsioni . Possiamo anche aumentare la corrente In (per questo è sufficiente, ad esempio, aumentare il livello del segnale di ingresso) e la tensione Un (per fare ciò, è sufficiente aumentare nuovamente il segnale di ingresso o aumentare la resistenza di carico per (corrente alternata). Ma in entrambi i casi, la forma del segnale sarà distorta, le sue semionde negative verranno interrotte. E sebbene tale un sacrificio sembra inaccettabile (chi ha bisogno di un amplificatore economico, se produce prodotti difettosi?), lo faremo comunque, in primo luogo perché ammettendo la distorsione (e poi eliminandola) potremo trasferire l'amplificatore a una modalità più economica e aumentarne l’efficienza. Il guadagno senza distorsione, quando l'ampiezza della componente alternata della corrente di collettore non supera la corrente di riposo Ic.p., è detto classe di guadagno (A). Un singolo amplificatore che opera in classe A è chiamato amplificatore single-ended. Se durante l'amplificazione una parte del segnale viene “tagliata”, se l'ampiezza della componente alternata della corrente di collettore è maggiore di Ic.p. e si verifica un'interruzione di corrente nel circuito di collettore, allora otteniamo uno dei classi di amplificazione (AB), (B) o (C). Con amplificazione in classe B il cutoff è pari a mezzo ciclo, cioè Nella metà del periodo c'è corrente nel circuito del collettore, nell'altra metà non c'è corrente. Se c'è corrente per più della metà del periodo, allora abbiamo la classe di amplificazione AB, se inferiore, la classe C. (Più spesso, le classi di guadagno denotano con lettere latine A, AB, B, C). Immagina di avere non uno, ma due amplificatori identici che operano in classe B: uno riproduce i semicicli positivi del segnale, l'altro quelli negativi. Ora immagina che entrambi lavorino per un carico comune. In questo caso, riceveremo una corrente alternata normale e non distorta nel carico, un segnale come se fosse cucito da due metà (Fig. 10).

Riso. 10 Classi di cascata e amplificazione push-pull.

È vero, per ottenere un segnale non distorto da due distorti, abbiamo dovuto creare un circuito relativamente complesso per unire insieme le metà (tale circuito, come discusso sopra in questo articolo, si chiama push-pull), costituito essenzialmente da due stadi di amplificazione indipendenti. Ma come spiegato sopra, la nostra perdita (in questo caso, la complicazione del circuito dell'amplificatore) comporta un guadagno significativamente maggiore. La potenza totale sviluppata da un amplificatore push-pull è maggiore della potenza che entrambe le metà produrrebbero separatamente. E il "costo" di un watt del segnale di uscita risulta essere significativamente inferiore rispetto a un amplificatore single-ended. In un caso ideale (modalità switch), è possibile ottenere un watt di segnale di uscita per lo stesso watt di consumo energetico, ovvero, in un caso ideale, l'efficienza di un amplificatore push-pull può raggiungere il 100%. L'efficienza reale, ovviamente, è inferiore: in pratica è del 67%. Ma in un amplificatore single-ended che opera in una classe UN, abbiamo ottenuto un'efficienza pari al 50%, anche solo nel caso ideale. Ma in realtà un amplificatore single-ended consente di ottenere un'efficienza non superiore al 30-40%. E quindi in un amplificatore push-pull, ogni watt di potenza in uscita ci costa da due a tre volte “più economico” rispetto a un amplificatore a ciclo singolo. Per le apparecchiature portatili a transistor, l'aumento dell'efficienza è particolarmente importante. Maggiore è l'efficienza, minore è il consumo energetico della batteria di collettori a parità di potenza di uscita. E questo, a sua volta, significa che maggiore è l'efficienza, meno spesso sarà necessario sostituire la batteria o più piccola potrà essere la batteria con una durata di servizio costante. Ecco perché nelle apparecchiature a transistor in miniatura, in particolare nei ricevitori in miniatura, dove sembrerebbe necessario risparmiare peso e spazio, vengono utilizzati amplificatori push-pull, includendo una serie di parti non necessarie nel circuito per questo scopo. Verranno forniti i circuiti degli amplificatori push-pull per la ripetizione lavoro pratico. In quasi tutti i circuiti degli amplificatori finali a transistor push-pull viene utilizzata la classe AB o B. Tuttavia, quando si lavora in classe B compaiono alcune distorsioni difficili da rimuovere (a causa della curvatura delle caratteristiche di ingresso) e questa classe viene utilizzata meno frequentemente negli amplificatori a bassa frequenza. La classe C non viene utilizzata affatto in questi amplificatori a causa della comparsa di inevitabili distorsioni. La tensione di controllo viene fornita ai transistor di uscita dal cosiddetto cascata di inversione di fase , realizzato su un transistor secondo un circuito del trasformatore. Ci sono altri schemi riflessi dei bassi , ma svolgono tutti lo stesso compito; creano due tensioni antifase che devono essere applicate alle basi dei transistor push-pull. Se la stessa tensione viene applicata a questi transistor, non funzioneranno tramite un clock, ma in modo sincrono, e quindi entrambi amplificheranno solo semicicli positivi o, al contrario, solo negativi del segnale. Affinché i transistor della cascata push-pull funzionino alternativamente, è necessario applicare alle loro basi, come menzionato sopra tensioni antifase . In un invertitore di fase con trasformatore, si ottengono due tensioni di controllo dividendo l'avvolgimento secondario in due parti uguali. E queste tensioni diventano antifase perché il punto centrale dell'avvolgimento secondario è messo a terra. Quando un "più" appare all'estremità superiore (secondo il diagramma) rispetto al punto medio, un "meno" appare all'estremità inferiore rispetto a questo punto. E poiché la tensione è variabile, “più” e “meno” cambiano sempre di posto (Fig. 11).

Riso. 11 L'invertitore di fase crea due tensioni alternate, sfasate di 180 gradi.

Bass reflex trasformatore semplice e affidabile, praticamente non necessita di essere configurato. Un amplificatore push-pull per un ricevitore a transistor o una piccola radio può essere assemblato utilizzando uno qualsiasi dei circuiti amplificatori a bassa frequenza che verranno forniti nel lavoro pratico o i circuiti di un ricevitore industriale. Ad esempio, secondo lo schema dei ricevitori "Alpinist", "Neva-2", "Spidola", ecc.

Qualcosa in più sugli aspetti negativi feedback che è stato menzionato all'inizio di questo articolo quando si descrivevano gli amplificatori single-ended. In che modo il feedback negativo riduce la distorsione e corregge la forma del segnale? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo ricordare che la distorsione della forma d'onda significa essenzialmente la comparsa di nuove armoniche , nuove componenti sinusoidali. Lungo la catena dei feedback negativi, ne sono comparsi di nuovi distorsione armonica vengono forniti all'ingresso dell'amplificatore in una fase (antifase) tale da attenuarsi. La potenza di queste armoniche all'uscita dell'amplificatore è inferiore a quella che sarebbe senza feedback. Allo stesso tempo, ovviamente, vengono indeboliti anche i componenti utili da cui dovrebbe essere composto un segnale non distorto, ma questa è una questione risolvibile. Per compensare questa dannosa attività di feedback negativo, è possibile aumentare il livello del segnale in ingresso all'ingresso dell'amplificatore, magari aggiungendo anche un altro stadio per farlo. Feedback negativo negli amplificatori a bassa frequenza, in particolare negli amplificatori push-pull che operano in classi AB E B, trova un'applicazione molto ampia: il feedback negativo ti consente di fare qualcosa che non può essere ottenuto con nessun altro mezzo, lo consente ridurre la distorsione della forma d'onda, ridurre la cosiddetta distorsione non lineare . Il feedback negativo consente di eseguire un'altra operazione importante: regolare il tono, cioè nella direzione desiderata modificare la risposta in frequenza dell'amplificatore Fig. 12 .

Riso. 12. Grafico approssimativo della risposta in ampiezza-frequenza (AFC) degli amplificatori. Un grafico simile può caratterizzare la risposta in frequenza di qualsiasi amplificatore.

Questa caratteristica mostra come cambia il guadagno con la frequenza del segnale. Per un amplificatore ideale, la risposta in frequenza è semplicemente una linea retta: il guadagno a tutte le frequenze è lo stesso per un amplificatore di questo tipo. Ma in un amplificatore reale, la risposta in frequenza è piegata, confinata nella regione delle frequenze più basse e più alte. Ciò significa che le frequenze basse e alte della gamma audio sono meno amplificate delle frequenze medie. Le ragioni per la comparsa di tali blocchi nella risposta in frequenza possono essere diverse, ma hanno una radice comune. Si ottiene un guadagno irregolare a frequenze diverse perché il circuito contiene elementi reattivi, condensatori e bobine, la cui resistenza varia con la frequenza. Esistono molti modi per correggere la risposta in frequenza, incluso introduzione di elementi dipendenti dalla frequenza nel circuito di retroazione. Un esempio di tali elementi è la catena R13, C9 nell'amplificatore mostrato in (Fig. 13).

Riso. 13 Progettazione pratica di un amplificatore push-pull senza trasformatore.

La resistenza di questa catena aumenta al diminuire della frequenza, il feedback diminuisce e per questo motivo si crea un certo aumento della risposta in frequenza nella regione frequenze più basse. L'amplificatore ha molti altri circuiti di feedback negativo. Questo è il condensatore C6, che collega il collettore del transistor T2 alla sua base; resistore R12, che fornisce non solo una polarizzazione costante alle basi dei transistor di uscita, ma anche una parte del segnale di uscita. Una catena che crea feedback dal terzo stadio al secondo, ma non in corrente alternata, ma in corrente continua (tale feedback aumenta la stabilità termica dell'amplificatore). La testa dinamica è collegata ai circuiti di collettore dei transistor di uscita tramite un condensatore di isolamento C4. La resistenza della bobina in questo circuito può essere compresa tra 6 e 10 ohm. L'amplificatore sviluppa una potenza fino a 100 mW. con una tensione del segnale in ingresso di circa 30 - 50 mV. Esistono numerosi circuiti amplificatori senza trasformatore che utilizzano transistor di diversa conduttività. La maggior parte di essi utilizza transistor compositi nello stadio di uscita, ovvero in ciascun braccio sono inclusi due transistor. L'assenza di trasformatori e la riduzione del numero di condensatori di accoppiamento consentono a tali amplificatori di ottenere un'ottima risposta in frequenza. Tuttavia, per un radioamatore alle prime armi questo guadagno ha un prezzo piuttosto alto. Gli amplificatori senza trasformatore, e anche quelli con transistor compositi, non sono sempre facili da configurare. Pertanto, se non hai ancora molta esperienza nella configurazione di apparecchiature a transistor, è meglio assemblare l'amplificatore utilizzando un classico circuito push-pull con trasformatori (Fig. 14).

Riso. 14 Push-pull ULF con stadio di uscita a trasformatore.

La caratteristica principale di questo amplificatore è una polarizzazione fissa da una batteria separata B2 alla base del primo stadio T1. Per questo motivo la corrente di collettore del transistor T1 rimane praticamente invariata quando la tensione della batteria di collettore scende a 3,5 V. Dal fondo del divisore R4, R5, collegato al circuito di emettitore T1, viene applicata una polarizzazione alle basi dei transistor dello stadio di uscita. Pertanto, quando la tensione del collettore diminuisce, la polarizzazione dei transistor T2, T3 non cambia. Di conseguenza, l'amplificatore funziona a una tensione ridotta, sebbene con una potenza di uscita inferiore (a 3,5 V, 20 mW), ma senza distorsioni. La corrente consumata dalla batteria B2 non supera i 500 μA. L'amplificatore ha un semplice controllo di tono R6 e un circuito di feedback R8, C8 che riduce la distorsione. Il resistore R9 è necessario affinché quando B2 è spento (può succedere che Bk2 apra il circuito alcune frazioni di secondo prima di Bk1, il transistor T1 non si ritrovi con una "base sospesa". I condensatori C7, C6 sono elementi di feedback negativo che impediscono l'autoeccitazione a frequenze supersoniche. Lo stesso compito è svolto dal condensatore C3. I trasformatori Tr1 e Tr2 sono presi dal ricevitore Mountaineer. Una testina dinamica con una resistenza della bobina mobile di circa 4 - 6 ohm. Con una tensione di collettore di 9 V. l'amplificatore sviluppa una potenza di 180 mW. e consuma dalla batteria B2 la corrente non è superiore a 20 - 25 mA. Se è necessario aumentare la potenza in uscita, è possibile includere transistor potenti come T2 e T3, ad esempio P201. In In questo caso è necessario dimezzare R7 e selezionare R5 in modo che la corrente totale del collettore di riposo T2 e T3 sia pari a 15 - 25 mA. Per transistor potenti è necessario un altro trasformatore di uscita, ad esempio, con i seguenti dati: nucleo con croce sezione di circa 3,5 cm2 (L17 x 17); avvolgimento primario 330 + 330 spire PEV 0,31, avvolgimento secondario 46 spire PEV 0,51. Con i transistor P201, l'amplificatore sviluppa una potenza di uscita di 1,52 - 2 W. La configurazione di tutti gli amplificatori a bassa frequenza si riduce alla selezione delle modalità transistor. Per i circuiti push-pull, è consigliabile selezionare prima i transistor per entrambi i bracci con parametri simili: guadagno di corrente e corrente inversa del collettore.Se tutte le parti sono funzionanti e il circuito è assemblato correttamente, l'amplificatore, di regola, inizia subito a funzionare. E l'unico problema serio che può essere rilevato all'accensione dell'amplificatore è l'autoeccitazione. Un modo per combattere questo problema è introdurre filtri di disaccoppiamento, che impediscono la comunicazione tra gli stadi attraverso gli alimentatori.

Lavoro pratico

Nel lavoro pratico, vorrei presentare alcuni amplificatori più semplici per ripetere e consolidare la parte teorica di questo articolo. Anche gli esempi di amplificatori push-pull forniti alla fine dell'articolo sono abbastanza adatti per la ripetizione. Questi diagrammi, come molti altri disegni, sono stati presi da fonti letterarie degli anni '60 e '70, ma non hanno perso la loro rilevanza. Perché, chiedi, utilizzo disegni così obsoleti? Dirò che ci sono almeno 2 ragioni: 1). Purtroppo non ho abbastanza tempo per disegnarli da solo, anche se provo ancora a disegnarne alcuni. 2). Stranamente, sono i disegni della letteratura degli anni passati e da tempo dimenticati che riflettono pienamente l'essenza dei processi studiati. Probabilmente, non è il perseguimento delle tariffe, come è consuetudine adesso, ad avere un effetto, ma l'importanza della presentazione di alta qualità del materiale. E non per niente gli addetti alla censura in quegli anni. mangiarono il loro pane.

Quindi, al posto dei transistor P13 - P16 indicati negli schemi, è possibile utilizzare MP39 - 42, MP37, MP38; dai transistor al silicio, è possibile utilizzare rispettivamente KT315, KT361, prestare attenzione al tipo di conduttività e potenza dei transistor utilizzati . Se l'amplificatore ha potenti transistor di uscita del tipo P213 - 215 nel circuito, di solito possono essere sostituiti con potenti transistor al silicio del tipo KT814 - 817 o KT805, KT837, osservando rispettivamente il tipo di conduttività. In ogni caso, quando si sostituiscono i transistor al germanio con quelli al silicio, è necessario regolare i valori dei resistori nei circuiti dei transistor sostituiti.

Un semplice amplificatore push-pull senza trasformatore con una potenza di 1,5 W. Il transistor ad alta frequenza P416 viene qui utilizzato allo scopo di ridurre il più possibile il rumore dello stadio di ingresso, perché oltre ad essere ad alta frequenza è anche a basso rumore. In pratica può essere sostituito rispettivamente con MP39 - 42, con un peggioramento delle caratteristiche di rumore, oppure con transistor al silicio KT361 o KT3107 con qualsiasi lettera utilizzata in ricevitore del rilevatore, a causa della quale si forma una tensione di polarizzazione alle basi dei transistor. La tensione nel punto medio (il terminale negativo del condensatore C2) sarà pari a 4,5 V. Viene installato selezionando i resistori R2, R4. La tensione operativa massima consentita del condensatore C2 può essere 6 V.

Altre opzioni di amplificatore 1°, 2°, disponibili per la ripetizione da parte dei radioamatori principianti, compresi quelli che utilizzano transistor al silicio. Vengono visualizzate anche le opzioni preamplificatore e un semplice blocco tonale passivo. (si aprirà in una finestra separata).

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Vorrei offrire agli amanti dei principianti della riproduzione del suono di alta qualità uno dei circuiti ULF sviluppati e testati. Questo disegno contribuirà a creare un amplificatore di alta qualità con cui è possibile modificare costi minimi e utilizzare l'amplificatore per la ricerca sui circuiti.

Questo ti aiuterà nel tuo percorso dal semplice al complesso e al più perfetto. In allegato alla descrizione sono presenti i file dei circuiti stampati che possono essere trasformati per adattarsi al caso specifico.

Nella versione presentata è stato utilizzato l'alloggiamento della Radiotekhnika U-101.

Ho sviluppato e realizzato questo amplificatore di potenza nel secolo scorso da ciò che poteva essere acquistato senza difficoltà. Volevo realizzare un design con il più alto rapporto qualità-prezzo possibile. Questo non è di fascia alta, ma nemmeno di terza elementare. L'amplificatore offre un suono di alta qualità, un'eccellente ripetibilità ed è facile da configurare.

Schema elettrico dell'amplificatore

Il circuito è completamente simmetrico per le semionde positive e negative del segnale a bassa frequenza. Lo stadio di ingresso è realizzato utilizzando i transistor VT1 – VT4. Si differenzia dal prototipo per i transistor VT1 e VT4, che aumentano la linearità degli stadi sui transistor VT2 e VT3. Esistono molti tipi di circuiti di stadi di ingresso con vari vantaggi e svantaggi. Questa cascata è stata scelta per la sua semplicità e per la possibilità di ridurre la non linearità delle caratteristiche di ampiezza dei transistor. Con l'avvento di circuiti dello stadio di ingresso più avanzati, può essere sostituito.

Il segnale di feedback negativo (NFS) viene prelevato dall'uscita dell'amplificatore di tensione ed entra nei circuiti di emettitore dei transistor VT2 e VT3. Il rifiuto dell'OOS generale è dovuto al desiderio di eliminare dall'influenza sull'OOS tutte le cose non necessarie che non sono il segnale di uscita del circuito. Questo ha i suoi pro e i suoi contro. Con questa configurazione ciò è giustificato. Se disponi di componenti di qualità superiore, puoi provare con vari tipi feedback.

Come amplificatore di tensione è stato scelto un circuito cascode, che ha un'elevata impedenza di ingresso, una bassa capacità passante e un distorsioni non lineari rispetto allo schema OE. Lo svantaggio del circuito cascode è l'ampiezza inferiore del segnale di uscita. Questo è il prezzo da pagare per una minore distorsione. Se installi i ponticelli, puoi anche assemblare un circuito OE su un circuito stampato. L'alimentazione dell'amplificatore di tensione da una fonte di tensione separata non è stata introdotta a causa del desiderio di semplificare la progettazione dell'ULF.

Lo stadio di uscita è un amplificatore parallelo, che presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri circuiti. Uno dei vantaggi importanti è la linearità del circuito con una significativa diffusione dei parametri dei transistor, che è stata verificata durante l'assemblaggio dell'amplificatore. Questa cascata forse dovrebbe avere maggiore linearità, perché non esiste un OOS complessivo e la qualità del segnale di uscita dell’amplificatore dipende molto da questo. Tensione di alimentazione dell'amplificatore 30 V.

Progettazione dell'amplificatore

Ho sviluppato circuiti stampati per custodie "convenienti" dagli amplificatori Radiotekhnika U-101. Il circuito è stato posizionato su due parti del circuito stampato. La prima parte, fissata al radiatore, ospita un amplificatore “parallelo” e un amplificatore di tensione. La seconda parte della scheda ospita lo stadio di input. Questa tavola è fissata alla prima tavola tramite gli angoli. Questa divisione della scheda in due parti consente di migliorare l'amplificatore con modifiche minime al design. Inoltre, questa disposizione può essere utilizzata anche per studi di laboratorio sulle cascate.

L'amplificatore deve essere assemblato in più fasi. L'assemblaggio inizia con un amplificatore parallelo e la sua configurazione. Nella seconda fase, il resto del circuito viene assemblato e regolato e viene effettuata la minimizzazione finale delle distorsioni del circuito. Quando si posizionano i transistor dello stadio di uscita sul radiatore, è necessario ricordare la necessità del contatto termico tra gli alloggiamenti dei transistor VT9, VT14 e VT10, VT13 a coppie.

I circuiti stampati sono stati sviluppati utilizzando il programma Sprint Layout 6, che consentirà di regolare la posizione degli elementi sulla scheda, ad es. personalizzato per una configurazione o un caso specifico. Vedi gli archivi qui sotto.

Parti dell'amplificatore

I parametri dell'amplificatore dipendono dalla qualità degli elementi radio utilizzati e dalla loro posizione sulla scheda. Le soluzioni circuitali applicate consentono di fare a meno della selezione dei transistor, ma è preferibile utilizzare transistor con una frequenza di amplificazione di taglio compresa tra 5 e 200 MHz e un margine di tensione operativa massima superiore a 2 volte rispetto all'alimentazione in cascata voltaggio.

Se c'è un desiderio e un'opportunità, è consigliabile scegliere i transistor secondo il principio di "complementarità" e caratteristiche di amplificazione identiche. Abbiamo provato le opzioni di produzione con e senza la selezione dei transistor. La versione con transistor domestici "complementari" selezionati ha mostrato prestazioni significativamente migliori rispetto a senza selezione. Solo KT940 e KT9115 dei transistor domestici sono complementari, mentre il resto ha complementarità condizionale. Esistono molte coppie complementari tra transistor stranieri e le informazioni a riguardo possono essere trovate sui siti Web dei produttori e nei libri di consultazione.

Come VT1, VT3, VT5 è possibile utilizzare transistor della serie KT3107 con qualsiasi lettera. Come VT2, VT4, VT6 è possibile utilizzare transistor della serie KT3102 con lettere che hanno caratteristiche simili ai transistor utilizzati per un'altra semionda segnale sonoro. Se è possibile selezionare i transistor in base ai parametri, è meglio farlo. Quasi tutti i tester moderni ti consentono di farlo senza problemi. Con grandi deviazioni, il tempo dedicato all'impostazione sarà maggiore e il risultato sarà più modesto. I transistor KT9115A, KP960A sono adatti per VT6 e KT940A, KP959A sono adatti per VT7.

I transistor KT817V (G), KT850A possono essere utilizzati come VT9 e VT12, mentre KT816V (G), KT851A possono essere utilizzati come VT10 e VT11. Per VT13 sono adatti i transistor KT818V (G), KP964A e per VT14 - KT819V (G), KP954A. Al posto dei diodi zener VD3 e VD4 è possibile utilizzare due LED AL307 collegati in serie o simili.

Il circuito consente l'utilizzo di altre parti, ma potrebbe essere necessaria la correzione dei circuiti stampati. Il condensatore C1 può avere una capacità da 1 µF a 4,7 µF e deve essere in polipropilene o altro, ma di alta qualità. Puoi trovare informazioni a riguardo sui siti web dei radioamatori. La tensione di alimentazione, i segnali di ingresso e di uscita vengono collegati tramite terminali a circuito stampato.

Configurazione dell'amplificatore

Alla prima accensione, l'ULF deve essere collegato tramite potenti resistori ceramici (10 - 100 Ohm). Ciò salverà gli elementi da sovraccarichi e guasti dovuti a un errore di installazione. Sulla prima parte della scheda, il resistore R23 imposta la corrente di riposo ULF (150-250 mA) quando il carico è spento. Successivamente, è necessario stabilire che non vi sia tensione costante all'uscita dell'amplificatore quando è collegato un carico equivalente. Questo viene fatto modificando il valore di uno dei resistori R19 o R20.

Dopo aver installato il resto del circuito, impostare la resistenza R14 in posizione centrale. Utilizzando l'equivalente di carico, viene verificata l'assenza di eccitazione dell'amplificatore e viene utilizzato il resistore R5 per stabilire l'assenza di tensione costante all'uscita dell'amplificatore. L'amplificatore può essere considerato configurato in modalità statica.

Per l'impostazione in modalità dinamica, un circuito RC seriale è collegato in parallelo al carico equivalente. Resistore con una potenza di 0,125 W e un valore nominale di 1,3-4,7 kOhm. Condensatore non polare 1-2 µF. Colleghiamo un microamperometro (20-100 µA) in parallelo al condensatore. Quindi, applicando un segnale sinusoidale con una frequenza di 5-8 kHz all'ingresso dell'amplificatore, è necessario stimare il livello di saturazione della soglia dell'amplificatore utilizzando un oscilloscopio e un voltmetro CA collegato all'uscita. Successivamente, riduciamo il segnale di ingresso a un livello di 0,7 dalla saturazione e utilizziamo il resistore R14 per ottenere una lettura minima del microamperometro. In alcuni casi, per ridurre la distorsione alle alte frequenze, è necessario effettuare preventivamente la correzione di fase installando il condensatore C12 (0,02-0,033 μF).

I condensatori C8 e C9 sono selezionati per la migliore trasmissione di un segnale a impulsi con una frequenza di 20 kHz (installati se necessario). Il condensatore C10 può essere omesso se il circuito è stabile. Modificando il valore della resistenza R15 si stabilisce lo stesso guadagno per ciascuno dei canali della versione stereo o multicanale. Modificando il valore della corrente di riposo dello stadio di uscita, puoi provare a trovare la modalità operativa più lineare.

Valutazione del suono

L'amplificatore assemblato ha un suono molto buono. Ascoltare a lungo l'amplificatore non porta alla fatica. Naturalmente, ci sono amplificatori migliori, ma in termini di rapporto tra costi e qualità risultante, il circuito piacerà a molti. Con componenti di migliore qualità e con la loro selezione si possono ottenere risultati ancora più significativi.

Collegamenti e file

1. Korol V., "UMZCH con compensazione della non linearità della caratteristica di ampiezza" - Radio, 1989, n. 12, p. 52-54.

06/09/2017 - Lo schema è stato corretto, tutti gli archivi sono stati ricaricati.
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