UMZCH-kretsar på transistorer med förklaringar. Datagor Practical Electronics Magazine. Förstärkarens funktionsprincip

Hög ingångsimpedans och ytlig återkoppling är huvudhemligheten med varmt rörljud. Det är ingen hemlighet att de högsta och dyraste förstärkarna, som tillhör kategorin HI-End, tillverkas av rör. Låt oss förstå vad en kvalitetsförstärkare är? En lågfrekvent effektförstärkare har rätt att kallas högkvalitativ om den helt upprepar formen på ingångssignalen vid utgången utan att förvränga den, naturligtvis är utsignalen redan förstärkt. På Internet kan du hitta flera kretsar av riktigt högkvalitativa förstärkare, som kan klassas som HI-End och som inte nödvändigtvis kräver rörkretsar. För att erhålla maximal kvalitet behöver du en förstärkare vars slutsteg fungerar i ren klass A. Maximal linjäritet hos kretsen ger ett minimum av distorsion vid utgången, därför ägnas särskild uppmärksamhet åt detta vid design av högkvalitativa förstärkare faktor. Rörkretsar är bra, men inte alltid tillgängliga även för självmontering, och industriella UMZCH-rör från märkestillverkare kostar från flera tusen till flera tiotusentals amerikanska dollar - detta pris är verkligen inte överkomligt för många.
Frågan uppstår: är det möjligt att uppnå liknande resultat från transistorkretsar? svaret kommer i slutet av artikeln.

Det finns ganska många linjära och ultralinjära kretsar av lågfrekventa effektförstärkare, men kretsen som kommer att övervägas idag är en högkvalitativ ultralinjär krets, som är implementerad med endast 4 transistorer. Kretsen skapades redan 1969 av den brittiske ljudingenjören John Linsley-Hood. Författaren är skaparen av flera andra högkvalitativa kretsar, i synnerhet klass A. Vissa experter kallar denna förstärkare för den högsta kvaliteten bland transistor-ULF, och jag var övertygad om detta för ett år sedan.

Den första versionen av en sådan förstärkare presenterades kl. Ett framgångsrikt försök att implementera kretsen tvingade mig att skapa en två-kanals ULF med samma krets, montera allt i ett hus och använda det för personliga behov.

Funktioner i systemet

Trots sin enkelhet har systemet flera funktioner. Korrekt funktion kan störas på grund av felaktig kortlayout, dålig placering av komponenter, felaktig strömförsörjning, etc.
Det är strömförsörjningen som är en särskilt viktig faktor - jag avråder starkt från att driva denna förstärkare från alla typer av strömförsörjning, bästa alternativet batteri eller strömförsörjning med ett batteri kopplat parallellt.
Förstärkarens effekt är 10 watt med en 16 volt strömförsörjning till en 4 ohm belastning. Själva kretsen kan anpassas för 4, 8 och 16 Ohm huvuden.
Jag skapade en stereoversion av förstärkaren, båda kanalerna finns på samma kort.

Den andra är avsedd för att driva slutsteget, jag installerade KT801 (det var ganska svårt att få tag på det.
I själva slutsteget installerade jag kraftfulla bipolära omkopplare med omvänd ledning - KT803 fick utan tvekan det med dem hög kvalitet ljud, även om jag experimenterade med många transistorer - KT805, 819, 808, till och med installerade kraftfulla komponenter - KT827, med det är kraften mycket högre, men ljudet kan inte jämföras med KT803, även om detta bara är min subjektiva åsikt.

En ingångskondensator med en kapacitet på 0,1-0,33 μF, du behöver använda filmkondensatorer med minimalt läckage, helst från välkända tillverkare, samma sak med den utgående elektrolytiska kondensatorn.
Om kretsen är konstruerad för en 4 Ohm belastning, bör du inte öka matningsspänningen över 16-18 Volt.
Jag bestämde mig för att inte installera en ljudregulator; det påverkar i sin tur också ljudet, men det är tillrådligt att installera ett 47k motstånd parallellt med ingången och minus.
Själva brädan är en prototypbräda. Jag var tvungen att mixtra med tavlan länge, eftersom linjerna i spåren också hade viss inverkan på ljudkvaliteten som helhet. Denna förstärkare har ett mycket brett frekvensområde, från 30 Hz till 1 MHz.

Installationen kunde inte vara enklare. För att göra detta måste du använda ett variabelt motstånd för att uppnå halva matningsspänningen vid utgången. För mer exakta inställningar bör du använda en multivarv variabelt motstånd. Vi ansluter en multimeterledning till minusströmförsörjningen, sätter den andra till utgångsledningen, det vill säga till pluset av elektrolyten vid utgången, och genom att långsamt rotera variabeln uppnår vi hälften av strömförsörjningen vid utgången.

Den förstärkare som erbjuds till din värdefulla uppmärksamhet är lätt att montera, fruktansvärt enkel att sätta upp (det kräver faktiskt inte det), innehåller inte särskilt knappa komponenter och har samtidigt mycket goda egenskaper och kan enkelt matcha den så- kallas hi-fi, så mycket älskad av majoriteten av medborgarna.Förstärkaren kan arbeta med 4 och 8 Ohm belastning, kan användas i en brygganslutning till en 8 Ohm belastning, och den kommer att leverera 200 W till belastningen.

Huvuddragen:

Matningsspänning, V......................................................... ..... ............... ±35
Strömförbrukning i tyst läge, mA................................... 100
Ingångsimpedans, kOhm................................................... .......... 24
Känslighet (100 W, 8 Ohm), V......................................... ...... ...... 1.2
Uteffekt (KG=0,04%), W................................... .... .... 80
Reproducerbart frekvensområde, Hz................................... 10 - 30000
Signal-brusförhållande (ej viktad), dB..................... -73

Förstärkaren är helt baserad på diskreta element, utan några op-förstärkare eller andra knep. Vid drift med 4 Ohm belastning och 35 V-matning utvecklar förstärkaren effekt upp till 100 W. Om det finns ett behov av att ansluta en 8 Ohm last kan effekten ökas till +/-42 V, i detta fall får vi samma 100 W.Det rekommenderas starkt inte att öka matningsspänningen över 42 V, annars kan du stå utan utgångstransistorer. När man arbetar i bryggläge måste en 8-ohm last användas, annars tappar vi återigen allt hopp om utgångstransistorernas överlevnad. För övrigt måste vi ta hänsyn till att det inte finns något kortslutningsskydd i lasten, så du måste vara försiktig.För att använda förstärkaren i bryggläge är det nödvändigt att skruva MT-ingången till utgången på en annan förstärkare, till vars ingång signalen tillförs. Den återstående ingången ansluts till den gemensamma ledningen. Motstånd R11 används för att ställa in viloströmmen för utgångstransistorerna. Kondensator C4 bestämmer den övre gränsen för förstärkningen och du bör inte minska den - du kommer att få självexcitering vid höga frekvenser.
Alla motstånd är 0,25 W förutom R18, R12, R13, R16, R17. De tre första är 0,5 W, de två sista är 5 W vardera. HL1 LED är inte för skönhet, så det finns ingen anledning att koppla in en superljus diod i kretsen och ta den till frontpanelen. Dioden bör vara den vanligaste gröna färgen - detta är viktigt, eftersom lysdioder i andra färger har ett annat spänningsfall.Om någon plötsligt hade otur och inte kunde få utgångstransistorerna MJL4281 och MJL4302 kan de ersättas med MJL21193 respektive MJL21194.Det är bäst att ta ett multi-turn variabelt motstånd R11, även om ett vanligt duger. Det finns inget kritiskt här - det är bara bekvämare att ställa in viloströmmen.

Det fanns en önskan om att montera en kraftfullare klass A-förstärkare. Att ha läst en tillräcklig mängd relevant litteratur och valt ut det mesta av det som erbjöds senaste versionen. Det var en 30 W förstärkare som i sina parametrar motsvarade högklassiga förstärkare.

I det tillgängliga spåret av originalet tryckta kretskort Jag hade inte för avsikt att göra några ändringar, men på grund av bristen på originaleffekttransistorer valdes ett mer pålitligt slutsteg med 2SA1943 och 2SC5200 transistorer. Användningen av dessa transistorer gjorde det i slutändan möjligt att ge större uteffekt förstärkare Schematiskt diagram min version av förstärkaren nedan.

Detta är en bild av kort monterade enligt denna krets med Toshiba 2SA1943 och 2SC5200 transistorer.

Om du tittar noga kan du se på kretskortet tillsammans med alla komponenter att det finns förspänningsmotstånd, de är av 1 W koltyp. Det visade sig att de är mer termostabila. När en högeffektsförstärkare fungerar genereras en enorm mängd värme, så att upprätthålla en konstant klassificering av den elektroniska komponenten vid uppvärmning är en viktig förutsättning för högkvalitativ drift av enheten.

Den sammansatta versionen av förstärkaren arbetar med en ström på cirka 1,6 A och en spänning på 35 V. Som ett resultat försvinner 60 W kontinuerlig effekt på transistorerna i slutsteget. Jag bör notera att detta bara är en tredjedel av den makt de kan hantera. Försök att föreställa dig hur mycket värme som genereras på radiatorerna när de värms upp till 40 grader.

Förstärkarhöljet är tillverkat för hand av aluminium. Toppplatta och monteringsplatta 3mm tjock. Radiatorn består av två delar, dess totala dimensioner är 420 x 180 x 35 mm. Fästelement - skruvar, oftast med försänkt huvud i rostfritt stål och M5 eller M3 gänga. Antalet kondensatorer utökades till sex, deras totala kapacitet är 220 000 µF. En 500 W ringkärlstransformator användes för strömförsörjning.

Strömförsörjning för förstärkare

Förstärkaranordningen, som har kopparskenor av lämplig design, är tydligt synlig. En liten toroid läggs till för kontrollerat flöde under kontroll av en DC-skyddskrets. Det finns också ett högpassfilter i strömförsörjningskretsen. Trots all sin enkelhet, det måste sägas bedräglig enkelhet, producerar brädtopologin i denna förstärkare ljud som utan ansträngning, vilket i sin tur innebär möjligheten till dess oändliga förstärkning.

Oscillogram av förstärkarens funktion

3 dB roll-off vid 208 kHz

Sinusvåg 10 Hz och 100 Hz

Sinusvåg 1 kHz och 10 kHz

100 kHz och 1 MHz signaler

Fyrkantsvåg 10 Hz och 100 Hz

Fyrkantsvåg 1 kHz och 10 kHz

60 W total effekt, 1 kHz symmetriavbrott

Således blir det tydligt att en enkel och högkvalitativ design av UMZCH inte nödvändigtvis görs med hjälp av integrerade kretsar- endast 8 transistorer låter dig uppnå anständigt ljud med en krets som kan monteras på en halv dag.

TRANSISTOR LÅGFREKVENS FÖRSTÄRKARE. EFFEKT FÖRSTÄRKARE

På begäran av webbplatsbesökare presenterar jag en artikel som helt ägnas åt transistorförstärkare. I den 8:e lektionen berörde vi lite ämnet förstärkare - förstärkningssteg på transistorer, så med hjälp av denna artikel kommer jag att försöka eliminera alla luckor angående transistorförstärkare. Några teoretisk grund som presenteras här är giltiga för både transistorförstärkare och rörförstärkare. I början av artikeln kommer huvudtyperna och metoderna för att slå på förstärkarsteg att granskas; i slutet av artikeln kommer vi att överväga de viktigaste för- och nackdelarna med enkeländade transformatorer och transformatorlösa förstärkare, och vi kommer att överväga i speciell detalj push-pull transformator och transformatorlösa förstärkare, eftersom de används ganska ofta och representerar ett stort intresse. I slutet av artikeln, liksom i tidigare lektioner, kommer det att vara praktiskt arbete. Den här artikeln skiljer sig faktiskt inte från lektionerna, med den enda skillnaden är att denna och alla efterföljande artiklar kommer att ha specifika namn, vilket gör att du kan välja ett ämne att studera efter behag. I vilket fall som helst, för att med säkerhet kunna välja något av följande ämnen, måste du slutföra hela kursen som består av 10 lektioner.

Transistorsteg för förstärkare Det är vanligt att kalla en transistor med motstånd, kondensatorer och andra delar som ger den driftsförhållanden som en förstärkare. Att spela vibrationer högt ljudfrekvens transistorförstärkare måste vara minst två - tre steg . I förstärkare som innehåller flera steg särskiljs steg förförstärkning och utgång, eller slutsteg . Slutsteget är det sista steget i förstärkaren, som fungerar på telefoner eller det dynamiska huvudet på en högtalare, och de första stegen är alla steg framför den. Ett eller flera förförstärkarstegs uppgift är att öka ljudfrekvensspänningen till det värde som krävs för att driva utgångsstegets transistor. Transistorn i utgångssteget krävs för att öka effekten av ljudfrekvensoscillationer till den nivå som krävs för driften av det dynamiska huvudet. För utgångsstegen för de enklaste transistorförstärkarna använder radioamatörer ofta lågeffekttransistorer, samma som i förförstärkarstegen. Detta förklaras av önskan att göra förstärkare mer ekonomiska, vilket är särskilt viktigt för bärbara batteridrivna konstruktioner. Uteffekten för sådana förstärkare är liten - från flera tiotal till 100 - 150 mW, men det är också tillräckligt för att driva telefoner eller dynamiska huvuden med låg effekt. Om frågan om att spara energi från strömförsörjning inte är så betydande, till exempel när man driver förstärkare från ett elektriskt belysningsnätverk, används kraftfulla transistorer i slutstegen. Vad är funktionsprincipen för en förstärkare som består av flera steg? Krets av en enkel transistor tvåstegsförstärkare Du ser LF i (Fig. 1). Titta noga på det. I det första steget av förstärkaren arbetar transistor V1, i det andra transistorn V2. Här är det första steget förförstärkningssteget, det andra är slutsteget. Mellan dem - frånkopplingskondensator C2. Funktionsprincipen för något av stegen i denna förstärkare är densamma och liknar den välbekanta funktionsprincipen för en enstegsförstärkare. Den enda skillnaden ligger i detaljerna: belastningen på transistor V1 i det första steget är motståndet R2, och belastningen på transistor V2 i utgångssteget är telefoner B1 (eller, om utsignalen är tillräckligt kraftfull, högtalarhuvudet). Förspänningen appliceras på basen av transistorn i det första steget genom motståndet R1 och till basen av transistorn i det andra steget - genom motståndet R3. Båda stegen drivs från en gemensam UiP-källa, som kan vara ett batteri galvaniska celler eller plattång. Transistorernas driftlägen ställs in genom att välja motstånden R1 och R3, som indikeras i diagrammet med asterisker.

Ris. 1 tvåstegs transistorförstärkare.

Effekten av förstärkaren som helhet är följande. Den elektriska signalen som tillförs genom kondensatorn Cl till ingången på det första steget och förstärks av transistorn VI, från belastningsmotståndet R2 genom separeringskondensatorn C2 matas till ingången på det andra steget. Här förstärks den av transistor V2 och telefoner B1, kopplade till transistorns kollektorkrets och omvandlas till ljud. Vilken roll har kondensatorn C1 vid förstärkaringången? Den utför två uppgifter: den överför fritt växelsignalspänning till transistorn och förhindrar att basen kortsluts till emittern genom signalkällan. Föreställ dig att denna kondensator inte är i ingångskretsen, och källan till den förstärkta signalen är en elektrodynamisk mikrofon med lågt internt motstånd. Vad kommer att hända? Genom mikrofonens låga motstånd kommer transistorns bas att anslutas till emittern. Transistorn stängs av eftersom den kommer att fungera utan den initiala förspänningen. Den öppnas endast med negativa halvcykler av signalspänningen. Och de positiva halvcyklerna, som ytterligare stänger transistorn, kommer att "avbrytas" av den. Som ett resultat kommer transistorn att förvränga den förstärkta signalen. Kondensator C2 ansluter förstärkarstegen via växelström. Den ska väl passera den variabla komponenten av den förstärkta signalen och fördröja den konstanta komponenten i kollektorkretsen för förstastegstransistorn. Om kondensatorn tillsammans med den variabla komponenten också leder likström, kommer driftläget för slutstegstransistorn att störas och ljudet blir förvrängt eller försvinner helt. Kondensatorer som utför sådana funktioner kallas kopplingskondensatorer, övergångs- eller isoleringskondensatorer . Ingångs- och övergångskondensatorer måste passera väl hela frekvensbandet för den förstärkta signalen - från den lägsta till den högsta. Detta krav uppfylls av kondensatorer med en kapacitet på minst 5 µF. Användningen av kopplingskondensatorer med stor kapacitans i transistorförstärkare förklaras av transistorernas relativt låga ingångsresistanser. Kopplingskondensatorn ger kapacitivt motstånd mot växelström, som blir mindre ju större dess kapacitans. Och om det visar sig vara större än transistorns ingångsresistans, kommer en del av växelspänningen att falla över den, större än vid transistorns ingångsresistans, vilket kommer att resultera i en förstärkningsförlust. Kapacitansen hos kopplingskondensatorn måste vara minst 3 till 5 gånger mindre än transistorns ingångsresistans. Därför placeras stora kondensatorer vid ingången, såväl som för kommunikation mellan transistorsteg. Här används vanligtvis små elektrolytiska kondensatorer med obligatoriskt iakttagande av polariteten för deras anslutning. Dessa är de mest karakteristiska egenskaperna hos elementen i en tvåstegs transistor-lågfrekvensförstärkare. För att konsolidera i minnet principen för driften av en tvåstegs lågfrekvensförstärkare för transistorer, föreslår jag att montera, ställa in och testa de enklaste versionerna av förstärkarkretsar nedan. (I slutet av artikeln kommer alternativ för praktiskt arbete att föreslås; nu måste du montera en prototyp av en enkel tvåstegsförstärkare så att du snabbt kan övervaka teoretiska påståenden i praktiken).

Enkla tvåstegsförstärkare

Schematiska diagram av två versioner av en sådan förstärkare visas i (Fig. 2). De är i huvudsak en upprepning av kretsen för den nu demonterade transistorförstärkaren. Endast på dem anges detaljerna för delarna och tre ytterligare element introduceras: R1, SZ och S1. Motstånd R1 - belastning av källan för ljudfrekvenssvängningar (detektormottagare eller pickup); SZ - kondensator som blockerar högtalarhuvudet B1 vid högre ljudfrekvenser; S1 - strömbrytare. I förstärkaren i (fig. 2, a) arbetar transistorer av p-n-p-strukturen, i förstärkaren i (fig. 2, b) - i n-p-n-strukturen. I detta avseende är polariteten för att slå på batterierna som driver dem annorlunda: en negativ spänning tillförs kollektorerna på transistorerna i den första versionen av förstärkaren, och en positiv spänning tillförs kollektorerna på transistorerna i den andra versionen. Polariteten för att slå på elektrolytkondensatorer är också annorlunda. Annars är förstärkarna exakt likadana.

Ris. 2 Tvåstegs lågfrekventa förstärkare på transistorer med p - n - p-strukturen (a) och på transistorer med n - p - n-strukturen (b).

I vilket som helst av dessa förstärkaralternativ kan transistorer med en statisk strömöverföringskoefficient h21e på 20 - 30 eller mer fungera. En transistor med en stor koefficient h21e måste installeras i förförstärkningssteget (första) - Rollen för belastning B1 för utgångssteget kan utföras av hörlurar, en DEM-4m telefonkapsel. För att driva förstärkaren, använd ett 3336L batteri (populärt kallat fyrkantigt batteri) eller nätverksströmförsörjning(som föreslogs göras i den 9:e lektionen). Förförstärkare monteras på bakbord , och överför sedan dess delar till kretskortet, om en sådan önskan uppstår. Montera först endast delarna av det första steget och kondensatorn C2 på brödbrädan. Slå på hörlurarna mellan den högra (enligt diagrammet) terminalen på denna kondensator och den jordade ledaren på strömkällan. Om du nu ansluter förstärkarens ingång till utgångsjacken på till exempel en detektormottagare som är inställd på någon radiostation, eller ansluter någon annan källa till en svag signal till den, ljudet från en radiosändning eller en signal från ansluten källa visas i telefonerna. Genom att välja resistansen för motståndet R2 (samma som när man justerar driftläget för en enkeltransistorförstärkare, det jag pratade om i lektion 8 ), uppnå den högsta volymen. I detta fall bör en milliammeter ansluten till transistorns kollektorkrets visa en ström lika med 0,4 - 0,6 mA. Med en strömförsörjningsspänning på 4,5 V är detta det mest fördelaktiga driftläget för denna transistor. Montera sedan delarna av förstärkarens andra (utgångs-) steg och anslut telefonerna till transistorns kollektorkrets. Telefoner bör nu låta betydligt högre. Kanske kommer de att låta ännu högre efter att transistorns kollektorström är inställd på 0,4 - 0,6 mA genom att välja motstånd R4. Du kan göra det annorlunda: montera alla delar av förstärkaren, välj motstånd R2 och R4 för att ställa in de rekommenderade transistorlägena (baserat på strömmarna i kollektorkretsarna eller spänningarna på transistorernas kollektorer) och kontrollera först därefter dess funktion för ljudåtergivning. Det här sättet är mer tekniskt. Och för en mer komplex förstärkare, och du kommer att ha att göra med sådana förstärkare, är detta den enda korrekta. Jag hoppas att du förstår att mitt råd om att sätta upp en tvåstegsförstärkare gäller lika för båda alternativen. Och om strömöverföringskoefficienterna för deras transistorer är ungefär desamma, bör ljudvolymen för telefoner och förstärkare vara densamma. Med en DEM-4m kapsel, vars resistans är 60 Ohm, måste kaskadtransistorns viloström ökas (genom att minska motståndet för motståndet R4) till 4 - 6 mA. Det schematiska diagrammet för den tredje versionen av en tvåstegsförstärkare visas i (Fig. 3). Det speciella med denna förstärkare är att i sitt första steg fungerar en transistor av p - n - p-strukturen, och i den andra - en n - p - n-struktur. Dessutom är basen av den andra transistorn ansluten till kollektorn för den första inte genom en övergångskondensator, som i förstärkaren av de två första alternativen, utan direkt eller, som de också säger, galvaniskt. Med en sådan anslutning utökas frekvensområdet för förstärkta svängningar, och den andra transistorns driftläge bestäms huvudsakligen av driftsättet för den första, som ställs in genom att välja motståndet R2. I en sådan förstärkare är belastningen av transistorn i det första steget inte motståndet R3, utan emitter-p-n-övergången för den andra transistorn. Motståndet behövs bara som ett förspänningselement: spänningsfallet som skapas över det öppnar den andra transistorn. Om denna transistor är germanium (MP35 - MP38), kan motståndet hos motståndet R3 vara 680 - 750 Ohm, och om det är kisel (MP111 - MP116, KT315, KT3102) - cirka 3 kOhms. Tyvärr är stabiliteten för en sådan förstärkare låg när matningsspänningen eller temperaturen ändras. Annars gäller allt som sägs i förhållande till förstärkarna av de två första alternativen för denna förstärkare. Kan förstärkare drivas från en 9 V DC-källa, till exempel från två 3336L- eller Krona-batterier, eller omvänt från en 1,5 - 3 V-källa - från en eller två 332- eller 316-celler? Naturligtvis kan du: med mer högspänning strömkälla, bör belastningen på förstärkaren - högtalarhuvudet - låta högre, med en lägre - tystare. Men samtidigt bör transistorernas driftlägen vara något annorlunda. Dessutom, med en strömförsörjningsspänning på 9 V, måste märkspänningen för elektrolytkondensatorerna C2 i de två första förstärkaralternativen vara minst 10 V. Så länge förstärkardelarna är monterade på en bryggbräda kan allt detta enkelt verifieras experimentellt och lämpliga slutsatser kan dras.

Ris. 3 Förstärkare med transistorer av olika struktur.

Att montera delarna av en etablerad förstärkare på ett permanent kort är ingen svår uppgift. Till exempel (fig. 4) visar kretskortet för förstärkaren av det första alternativet (enligt diagrammet i fig. 2, a). Skär skivan av getinax eller glasfiber med en tjocklek på 1,5 - 2 mm. Dess mått som visas i figuren är ungefärliga och beror på måtten på de delar du har. Till exempel, i diagrammet anges motståndens effekt som 0,125 W, kapacitansen för de elektrolytiska kondensatorerna anges som 10 μF. Men detta betyder inte att endast sådana delar ska installeras i förstärkaren. Effektförlusten hos motstånd kan vara vilken som helst. Istället för elektrolytkondensatorer K5O - 3 eller K52 - 1, som visas på kretskortet, kan det finnas kondensatorer K50 - 6 eller importerade analoger, även för högre märkspänningar. Beroende på vilka delar du har kan även förstärkarens PCB ändras. Du kan läsa om metoder för att installera radioelement, inklusive installation av tryckta kretsar, i avsnittet "skinka radioteknik" .

Ris. 4 Kretskort för en tvåstegs lågfrekvensförstärkare.

Någon av förstärkarna som jag pratade om i den här artikeln kommer att vara användbar för dig i framtiden, till exempel för en bärbar transistormottagare. Liknande förstärkare kan användas för trådbundna telefonkommunikation med en vän som bor i närheten.

Stabilisering av transistorns driftläge

En förstärkare av det första eller andra alternativet (enligt diagrammen i fig. 2), monterad och justerad inomhus, kommer att fungera bättre än utomhus, där den kommer att utsättas för de varma strålarna från sommarsolen eller i kylan på vintern. Varför händer detta? Eftersom, tyvärr, när temperaturen ökar, störs transistorns driftläge. Och grundorsaken till detta är den okontrollerade omvända kollektorströmmen Ikbo och förändringen i den statiska strömöverföringskoefficienten h21E med temperaturförändringar. I princip är nuvarande Ikbo liten. För lågfrekventa germaniumtransistorer med låg effekt, till exempel, överstiger denna ström, mätt vid en omvänd spänning vid kollektorns p-n-övergång på 5 V och en temperatur på 20 ° C, inte 20 - 30 μA, och för kiseltransistorer är mindre än 1 μA. Men det förändras avsevärt när det utsätts för temperatur. Med en ökning av temperaturen med 10°C fördubblas strömmen Ikbo för en germaniumtransistor ungefär, och en kiseltransistor ökar med 2,5 gånger. Om till exempel vid en temperatur på 20°C strömmen Ikbo för en germaniumtransistor är 10 μA, då när temperaturen stiger till 60°C ökar den till ungefär 160 μA. Men den nuvarande Ikbo kännetecknar egenskaperna hos endast kollektorns p-n-övergång. Under verkliga driftsförhållanden appliceras strömkällans spänning på två p-n-övergångar - kollektor och emitter. I det här fallet flyter den omvända kollektorströmmen också genom emitterövergången och förstärker så att säga sig själv. Som ett resultat ökar värdet på den okontrollerade strömmen, som ändras under påverkan av temperaturen, flera gånger. Och ju större andelen är av kollektorströmmen, desto mer instabil är transistorns driftläge under olika temperaturförhållanden. En ökning av strömöverföringskoefficienten h21E med temperaturen ökar instabiliteten. Vad händer i kaskaden, till exempel på transistor V1 i förstärkaren av det första eller andra alternativet? När temperaturen stiger ökar den totala kollektorkretsens ström, vilket orsakar ett ökande spänningsfall över belastningsmotståndet R3 (se fig. 3). Spänningen mellan kollektorn och emittern minskar, vilket leder till signalförvrängning. Med ytterligare temperaturökning kan spänningen vid kollektorn bli så liten att transistorn inte längre kommer att förstärka insignalen alls. Att reducera effekten av temperaturen på kollektorströmmen är möjligt antingen genom att använda transistorer med en mycket låg ström Ikbo i utrustning utformad för att fungera med betydande temperaturfluktuationer. till exempel kisel, eller användningen av speciella åtgärder som termiskt stabiliserar transistorernas läge. En av metoderna termisk stabilisering av driftläget en germaniumtransistor med p - n - p-strukturen visas i diagrammet i fig. 5, a. Här, som du kan se, är basmotståndet Rb inte anslutet till strömkällans negativa ledare, utan till transistorns kollektor. Vad ger detta? Med ökande temperatur ökar den ökande kollektorströmmen spänningsfallet över belastningen Rн och minskar spänningen över kollektorn. Och eftersom basen är ansluten (genom motståndet Rb) till kollektorn, minskar även den negativa förspänningen på den, vilket i sin tur minskar kollektorströmmen. Resultatet är återkoppling mellan kaskadens utgångs- och ingångskretsar - den ökande kollektorströmmen minskar spänningen vid basen, vilket automatiskt minskar kollektorströmmen. Transistorns specificerade driftläge är stabiliserat. Men under drift av transistorn uppstår negativ AC-återkoppling mellan dess kollektor och basen genom samma motstånd Rb, vilket minskar den totala förstärkningen av kaskaden. Således uppnås stabiliteten hos transistormoden till bekostnad av förlust i förstärkning. Det är synd, men du måste göra dessa förluster för att behålla normalt arbete förstärkare

Ris. 5 förstärkarsteg med termisk stabilisering av transistorläget.

Det finns dock ett sätt att stabilisera transistorns driftläge med något lägre förluster i förstärkning, men detta uppnås genom att komplicera kaskaden. Kretsen för en sådan förstärkare visas i (fig. 5, b). Transistor viloläge DC och spänningen förblir densamma: kollektorkretsens ström är 0,8 - 1 mA, den negativa förspänningen vid basen i förhållande till emittern är 0,1 V (1,5 - 1,4 = 0,1 V). Men läget ställs in med två extra motstånd: Rb2 och Re. Motstånd Rb1 och Rb2 bildar en delare med hjälp av vilken en stabil spänning upprätthålls vid basen. Emittermotståndet Re är ett element termisk stabilisering . Termisk stabilisering av transistorläget sker enligt följande. När kollektorströmmen ökar under inverkan av värme, ökar spänningsfallet över motståndet Re. I detta fall minskar spänningsskillnaden mellan basen och emittern, vilket automatiskt minskar kollektorströmmen. Samma återkoppling erhålls, först nu mellan emittern och basen, tack vare vilken transistorläget stabiliseras. Täck kondensatorn Se med papper eller ditt finger, ansluten parallellt med motståndet Re och shunta den därför. Vad påminner detta diagram dig om nu? En kaskad med en transistor ansluten enligt OK-kretsen (emitterföljare). Detta innebär att under drift av transistorn, när det över motståndet Re finns ett spänningsfall av inte bara konstanten utan även de variabla komponenterna, uppstår ett spänningsfall mellan emittern och basen. 100 % negativ AC-spänningsåterkoppling , vid vilken kaskadförstärkningen är mindre än enhet. Men detta kan bara hända när det inte finns någon kondensator C3. Denna kondensator skapar en parallell bana längs vilken, förbigående av motståndet Re, växelkomponenten av kollektorströmmen flyter, pulserande med frekvensen av den förstärkta signalen, och negativ återkoppling inte inträffar (kollektorströmmens växelkomponent går in i den gemensamma tråd). Kapacitansen för denna kondensator bör vara sådan att den inte ger något märkbart motstånd mot de lägsta frekvenserna hos den förstärkta signalen. I ljudfrekvensförstärkningssteget kan detta krav uppfyllas av en elektrolytisk kondensator med en kapacitet på 10 - 20 eller fler mikrofarader. En förstärkare med ett sådant system för att stabilisera transistorläget är praktiskt taget okänslig för temperaturfluktuationer och dessutom, och inte mindre viktigt, för att ändra transistorer. Är det så här transistorns driftläge ska stabiliseras i alla fall? Självklart inte. Det beror trots allt på vilket syfte förstärkaren är avsedd för. Om förstärkaren bara fungerar hemma, där temperaturskillnaden är obetydlig, är strikt termisk stabilisering inte nödvändig. Och om du ska bygga en förstärkare eller mottagare som skulle fungera tillförlitligt både hemma och på gatan, måste du naturligtvis stabilisera transistorernas läge, även om enheten måste vara komplicerad med ytterligare delar .

Push-pull effektförstärkare

När jag pratade i början av den här artikeln om syftet med förstärkarstegen, sa jag, som om jag tittade framåt, att i slutstegen, som är effektförstärkare, använder radioamatörer samma lågeffekttransistorer som i spänningsförstärkningsstegen. Då kan en fråga naturligtvis dyka upp i ditt sinne, eller kanske uppstå: hur uppnås detta? Jag svarar på det nu. Sådana steg kallas push-pull effektförstärkare. Dessutom kan de vara transformatorbaserade, dvs. använda transformatorer i dem, eller transformatorlösa. Dina konstruktioner kommer att använda båda typerna av push-pull ljudfrekvensoscillationsförstärkare. Låt oss förstå principen för deras arbete. Ett förenklat diagram över ett kraftförstärkningssteg för en push-pull-transformator och grafer som illustrerar dess funktion visas i (fig. 6). Som du kan se innehåller den två transformatorer och två transistorer. Transformator T1 är mellansteg, ansluter pre-terminalsteget till ingången på effektförstärkaren, och transformator T2 är utgång. Transistorerna V1 och V2 är anslutna enligt OE-kretsen. Deras sändare, som mittterminalen på sekundärlindningen av mellanstegstransformatorn, är "jordade" - anslutna till den gemensamma ledaren för strömförsörjningen Ui.p. - negativ matningsspänning tillförs transistorkollektorerna genom primärlindningen på utgångstransformatorn T2: till kollektorn på transistorn V1 - genom sektionen Ia, till kollektorn på transistorn V2 - genom sektionen Ib. Varje transistor och de tillhörande sektionerna av mellanstegstransformatorns sekundärlindning och utgångstransformatorns primärlindning representerar en vanlig, redan välkänd enkeländsförstärkare. Detta är lätt att verifiera om du täcker en av dessa kaskadarmar med ett papper. Tillsammans bildar de en push-pull effektförstärkare.

Ris. 6 Push-pull transformator effektförstärkare och grafer som illustrerar dess funktion.

Kärnan i driften av en push-pull-förstärkare är som följer. Ljudfrekvensoscillationer (grafik i fig. 6) från pre-terminalsteget matas till baserna på båda transistorerna så att spänningarna på dem ändras när som helst i motsatta riktningar, d.v.s. i motfas. I detta fall arbetar transistorerna växelvis, under två cykler för varje period av spänningen som tillförs dem. När det till exempel finns en negativ halvvåg vid basen av transistor V1, öppnas den och strömmen för endast denna transistor flyter genom sektion Ia av primärlindningen på utgångstransistorn (graf b). Vid denna tidpunkt är transistor V2 stängd, eftersom det finns en positiv halvvågsspänning vid dess bas. I nästa halvcykel kommer tvärtom den positiva halvvågen att baseras på transistor V1, och den negativa halvvågen kommer att baseras på transistor V2. Nu öppnar transistor V2 och kollektorströmmen flyter genom sektion Ib av primärlindningen på utgångstransformatorn (graf c), och transistor V1, som stänger, "vilar". Och så vidare för varje period av ljudvibrationer som tillförs förstärkaren. I transformatorlindningen summeras kollektorströmmarna för båda transistorerna (graf d), som ett resultat erhålls mer kraftfulla elektriska svängningar av ljudfrekvens vid förstärkarens utgång än i en konventionell enkeländad förstärkare. Dynamiskt huvud B, anslutet till transformatorns sekundärlindning, omvandlar dem till ljud. Nu, med hjälp av diagrammet i (Fig. 7), låt oss förstå principen för drift transformatorlös push-pull förstärkare kraft. Det finns också två transistorer, men de har olika struktur: transistor Vl - p - n - p, transistor V2 - n - p - n. För likström är transistorerna seriekopplade och bildar, så att säga, en spänningsdelare för likströmskällan som matar dem. I detta fall skapas en negativ spänning lika med halva strömkällans spänning vid transistorns V1 kollektor i förhållande till mittpunkten mellan dem, kallad symmetripunkten, och en positiv spänning skapas vid transistorns V2 kollektor, också lika med halva spänningen från strömkällan Unp. Dynamiskt huvud B är anslutet till transistorernas emitterkretsar: för transistor V1 - genom kondensator C2, för transistor V2 - genom kondensator C1. Således är AC-transistorerna anslutna enligt OK-kretsen (sändare följare) och arbeta på en gemensam last - huvud B.

Ris. 7 Push-pull transformatorlös effektförstärkare.

Vid basen av båda transistorerna i förstärkaren fungerar en växelspänning av samma värde och frekvens, som kommer från pre-terminalsteget. Och eftersom transistorerna har olika strukturer fungerar de växelvis, i två cykler: med en negativ halvvågsspänning öppnar endast transistorn V1 och i kretshuvudet B - kondensatorn C2 uppträder en kollektorströmpuls (i fig. 6 - graf). b), och med en positiv halvvåg. Vid halvvåg öppnas endast transistor V2 och i huvud-kondensator Cl-kretsen uppträder en puls av kollektorströmmen för denna transistor (i fig. 6 - graf c). Således flyter transistorernas totala ström genom huvudet (graf d i fig. 6), som representerar effektförstärkta ljudfrekvensoscillationer, som den omvandlar till ljudvibrationer. Praktiskt taget erhålls samma effekt som i en förstärkare med transformatorer, men tack vare användningen av transistorer av olika strukturer finns det inget behov av en anordning för att leverera en signal till basen av transistorerna i motfas . Du kanske har märkt en motsägelse i min förklaring av push-pull effektförstärkare: ingen förspänning applicerades på transistorernas baser. Du har rätt, men det är inget speciellt misstag här. Faktum är att push-pull-transistorer kan fungera utan en initial förspänning. Men då snedvridningar som "steg" , speciellt starkt känt med en svag insignal. De kallas steg eftersom de på oscillogrammet av en sinusformad signal har en stegform (Fig. 8). Det enklaste sättet att eliminera sådana distorsioner är att applicera en förspänning på transistorernas baser, vilket är vad som görs i praktiken.

Ris. 8 "Steg"-typ distorsion.

Nu, innan vi börjar prata om förstärkare som ger hög ljudåtergivning, vill jag presentera några parametrar och förstärkningsklasser som kännetecknar en lågfrekvent förstärkare. Alla fördelar med push-pull-förstärkare kommer att diskuteras i detalj nedan.

HUVUDPARAMETRAR FÖR LF FÖRSTÄRKARE

Kvaliteten och lämpligheten hos en förstärkare för vissa ändamål bedöms av flera parametrar, av vilka de viktigaste är tre: uteffekt Pout, känslighet och frekvensgång. Det här är de grundläggande parametrarna som du bör känna till och förstå. Uteffekt är den elektriska effekten av en ljudfrekvens, uttryckt i watt eller milliwatt, som en förstärkare levererar till en belastning - vanligtvis en drivrutin för direktstrålning. I enlighet med etablerade standarder skiljer man mellan nominell Pnom och maximal effekt Pmax. Nominell effekt är den effekt vid vilken den så kallade olinjära distorsionen av utsignalen som introduceras av förstärkaren inte överstiger 3 - 5 % i förhållande till den oförvrängda signalen. När effekten ökar ytterligare ökar den olinjära distorsionen av utsignalen. Effekten vid vilken distorsion når 10 % kallas maximal. Den maximala uteffekten kan vara 5 - 10 gånger högre än märkeffekten, men med den märks distorsion även på gehör. När jag pratar om förstärkare i den här artikeln kommer jag i allmänhet att rapportera deras genomsnittliga uteffekter och helt enkelt hänvisa till dem som uteffekter. Känsligheten hos en förstärkare är ljudfrekvenssignalspänningen, uttryckt i volt eller millivolt, som måste appliceras på dess ingång för att effekten vid belastningen ska nå märkvärdet. Ju lägre denna spänning, desto bättre är förstärkarens känslighet, naturligtvis. Till exempel kommer jag att säga: känsligheten hos de allra flesta amatör- och industriförstärkare avsedda för att återge signaler från den linjära utsignalen från en bandspelare, DVD-spelare och andra källor kan vara 100 - 500 mV och upp till 1V, känsligheten för mikrofonförstärkare är 1 - 2 mV. Frekvenssvar - frekvenssvar (eller förstärkarens frekvensband) uttrycks grafiskt av en horisontell, lätt böjd linje som visar beroendet av utsignalspänningen Uout på dess frekvens vid en konstant inspänning Uin. Faktum är att vilken förstärkare som helst, av flera skäl, förstärker signaler med olika frekvenser ojämnt. Som regel är vibrationer av de lägsta och högsta frekvenserna i ljudområdet sämst förstärkta. Därför är linjerna - förstärkarnas frekvensegenskaper - ojämna och har nödvändigtvis dips (blockeringar) vid kanterna. Oscillationer av extremt låga och höga frekvenser, vars förstärkning jämfört med fluktuationer av mellanfrekvenser (800 - 1000 Hz) sjunker till 30 %, anses vara gränserna för förstärkarens frekvensband. Frekvensbandet för förstärkare avsedda för återgivning av musikaliska verk måste vara minst från 20 Hz till 20 - 30 kHz, förstärkare för nätverkssändningsmottagare - från 60 Hz till 10 kHz, och förstärkare för små transistormottagare - från cirka 200 Hz till 3 - 4 kHz. För att mäta de grundläggande parametrarna för förstärkare behöver du enr, en växelspänningsvoltmeter, ett oscilloskop och några andra mätinstrument. De finns tillgängliga i produktionsradiolaboratorier, radioelektronikklubbar, och för mer produktiva radioelektronikstudier bör du försöka köpa dem själv så att de alltid finns till hands.

Förstärkningsklasser av lågfrekventa förstärkare. Rollen för förstärkningsklass för att uppnå effektparametrar och hög effektivitet

Hittills har vi inte pratat om hur mycket energi som går åt på att skapa en förstärkt signal, på att skapa en "kraftig kopia" av insignalen. I själva verket hade vi aldrig en sådan fråga. Det måste sägas att energileverantören för att skapa en förstärkt signal kan vara ett batteri eller strömförsörjning. Samtidigt anses det vara uppenbart att batteriet har stora energireserver och det finns inget att spara på bara för att skapa en förstärkt signal. Nu när målet är uppnått, när vi har lärt oss att använda en transistor för att förstärka svag signal, låt oss försöka ta reda på vilken typ av energi som ska levereras av dess leverantör - samlarbatteriet. Låt oss försöka ta reda på hur mycket en watt förstärkt signal kostar, hur många watt likström batteriet måste betala för det. Efter att ha gjort ett antal antaganden, förutsatt att den raka sektionen av ingångskarakteristiken börjar direkt från "noll", att det inte heller finns några böjar i utgångskarakteristiken, att ett element (till exempel en transformator) ingår som en kollektorlast på vilken den konstanta spänningen inte går förlorad, kommer vi till slutsatsen att i bästa fall går bara hälften av den energi som förbrukas från batteriet in i den förstärkta signalen. Detta kan sägas annorlunda: effektivitet (koefficient användbar åtgärd) transistorförstärkare överstiger inte 50%. För varje watt utsignalseffekt måste du betala dubbelt så mycket, två watt kollektorbatteri (Fig. 9).

Ris. 9 Ju högre verkningsgrad en förstärkare har, desto mindre effekt förbrukar den för att skapa en given uteffekt.

Att bevisa giltigheten av denna slutsats är ganska enkel. För att beräkna strömförbrukningen från ett batteri måste du multiplicera dess DC-spänning Ek på den förbrukade strömmen, det vill säga på den vilokollektorströmmen Ik.p. . transistor (Ppot. = Ek * Ik.p.) . Å andra sidan kan amplituden för kollektorströmmens växelkomponent inte på något sätt vara större än viloströmmen, annars kommer transistorn att arbeta med en cutoff. I bästa fall är den variabla komponentens amplitud lika med viloströmmen Ik.p. och i detta fall är det effektiva värdet för kollektorströmmens växelkomponent lika med In.ef. = 07 * Ik.p .. På samma sätt kan amplituden för växelspänningen på lasten inte vara större än batterispänningen, annars kommer vid vissa ögonblick inte ett "minus", utan ett "plus" att visas på kollektorn. Och detta kommer i bästa fall att leda till allvarliga snedvridningar. Således det effektiva värdet på utspänningen Uneff. kan inte överstiga Uneff. = 07 * Ek . Nu återstår bara att föröka sig 07 * Ik.p.. den 07 * Ek. och finner att den maximala effektiva effekten som förstärkaren kan leverera inte överstiger Ref. = 0,5 * Ik.p. * Ek = W.eff. , det vill säga inte överstiger hälften av strömförbrukningen. Detta beslut är slutgiltigt, men det kan överklagas. Det är möjligt, till bekostnad av vissa uppoffringar, att öka förstärkarens verkningsgrad, att passera gränsen för femtio procent verkningsgrad.För att öka effektiviteten är det nödvändigt att förstärkaren skapar en kraftfullare signal vid samma effektförbrukning . Och för detta behöver du, utan att öka viloströmmen Ik.p. och konstant spänning Ek , öka kollektorströmmens alternerande komponenter I och belastningsspänning Fn. Vad hindrar oss från att öka dessa två komponenter? Förvrängningar . Vi kan också öka strömmen I (för detta räcker det till exempel att öka insignalnivån) och spänningen Fn (för att göra detta räcker det igen att öka ingångssignalen eller öka belastningsresistansen för (växelström). Men i båda fallen kommer signalformen att förvrängas, dess negativa halvvågor kommer att skäras av. Och även om sådana en uppoffring verkar oacceptabel (vem behöver en ekonomisk förstärkare, om den producerar defekta produkter?), vi kommer fortfarande att satsa på det. För det första, för genom att tillåta distorsion (och sedan bli av med den), kommer vi att kunna överföra förstärkaren till ett mer ekonomiskt läge och öka dess effektivitet. Förstärkning utan distorsion, när amplituden för kollektorströmmens växelkomponent inte överstiger viloströmmen Ic.p., kallas förstärkningsklass (A). En enstaka förstärkare som fungerar i klass A kallas en enda förstärkare. Om under förstärkningen en del av signalen är "avstängd", om amplituden för kollektorströmmens växelkomponent är större än Ic.p., och en strömavbrott inträffar i kollektorkretsen, får vi en av de amplifieringsklasser (AB), (B) eller (C). Med förstärkning i klass B är cutoff lika med halvcykel, d.v.s. Under halva perioden är det ström i kollektorkretsen och under den andra halvan av perioden är det ingen ström. Om det är ström under mer än halva perioden har vi förstärkningsklass AB, om mindre, klass C. (Oftare anger vinstklasser med latinska bokstäver A, AB, B, C). Föreställ dig att vi inte har en, utan två identiska förstärkare som arbetar i klass B: en reproducerar positiva halvcykler av signalen, den andra - negativa. Föreställ dig nu att båda arbetar för en gemensam belastning. I det här fallet kommer vi att få en normal, oförvrängd växelström i lasten - en signal som om den sys från två halvor (fig. 10).

Ris. 10 Push-pull-kaskad- och förstärkningsklasser.

Det är sant att för att få en oförvrängd signal från två förvrängda, var vi tvungna att skapa en relativt komplex krets för att sy ihop halvorna (en sådan krets, som diskuteras ovan i den här artikeln, kallas push-pull), i huvudsak bestående av två oberoende förstärkningssteg. Men som förklarats ovan ger vår förlust (i detta fall komplikationen av förstärkarkretsen) en betydligt större vinst. Den totala effekten som en push-pull-förstärkare utvecklar är större än den effekt som båda halvorna skulle producera separat. Och "kostnaden" för en watt av utsignalen visar sig vara betydligt mindre än i en ensidig förstärkare. I ett idealiskt fall (switch mode) kan en watt utsignal erhållas för samma watt strömförbrukning, det vill säga i ett idealiskt fall kan effektiviteten hos en push-pull-förstärkare nå 100 procent. Den verkliga effektiviteten är naturligtvis lägre: i praktiken är den 67 %. Men i en ensidig förstärkare som fungerar i en klass A, vi uppnådde en verkningsgrad lika med 50 %, också endast i det ideala fallet. Men i verkligheten låter en ensidig förstärkare dig få en effektivitet på högst 30 - 40%. Och därför i en push-pull-förstärkare kostar varje watt uteffekt oss två till tre gånger "billigare" än i en entaktsförstärkare. För portabel transistorutrustning är det särskilt viktigt att öka effektiviteten. Ju högre verkningsgrad, desto lägre energiförbrukning för kollektorbatteriet vid samma uteffekt. Och detta betyder i sin tur att ju högre effektivitet, desto mindre ofta behöver detta batteri bytas eller desto mindre kan batteriet vara med en konstant livslängd. Det är därför som i miniatyrtransistorutrustning, särskilt i miniatyrmottagare, där det verkar som att det är nödvändigt att spara vikt och utrymme, används push-pull-förstärkare, inklusive ett antal onödiga delar i kretsen för detta ändamål. Kretsar av push-pull-förstärkare för repetition kommer att ges in praktiskt arbete. I nästan alla kretsar av push-pull används transistorslutförstärkare klass AB eller B. Men när man arbetar i klass B några svåra att ta bort distorsioner uppstår (på grund av böjningen av ingångskarakteristiken), och denna klass används mer sällan i lågfrekventa förstärkare. Klass C används inte alls i dessa förstärkare på grund av uppkomsten av oundviklig distorsion. Styrspänningen tillförs utgångstransistorerna från den sk fasinversionskaskad , gjord på en transistor enligt en transformatorkrets. Det finns andra system basreflexer , men de utför alla samma uppgift; de skapar två motfasspänningar som måste appliceras på baserna på push-pull-transistorerna. Om samma spänning appliceras på dessa transistorer, kommer de inte att fungera genom en klocka, utan synkront, och därför kommer båda att förstärka endast positiva eller omvänt endast negativa halvcykler av signalen. För att transistorerna i push-pull-kaskaden ska fungera växelvis är det nödvändigt att applicera på deras baser, som nämnts ovan motfasspänningar . I en fasväxelriktare med transformator erhålls två styrspänningar genom att dela sekundärlindningen i två lika delar. Och dessa spänningar blir motfas eftersom sekundärlindningens mittpunkt är jordad. När ett "plus" visas i dess övre ände (enligt diagrammet) i förhållande till mittpunkten, visas ett "minus" i den nedre änden i förhållande till denna punkt. Och eftersom spänningen är variabel byter "plus" och "minus" alltid plats (fig. 11).

Ris. 11 Fasomriktaren skapar två växelspänningar, 180 grader ur fas.

Transformator basreflex enkel och pålitlig, den behöver praktiskt taget inte ställas in. En push-pull-förstärkare för en transistormottagare eller en liten radio kan monteras med någon av de lågfrekventa förstärkarkretsarna som kommer att ges i praktiskt arbete eller kretsarna i en industriell mottagare. Till exempel, enligt schemat för mottagarna "Alpinist", "Neva-2", "Spidola", etc.

Lite mer om det negativa respons som nämndes i början av den här artikeln när man beskrev enändade förstärkare. Hur minskar negativ återkoppling distorsion och korrigerar signalformen? För att svara på denna fråga måste vi komma ihåg att vågformsförvrängning i huvudsak betyder utseendet på nya övertoner , nya sinusformade komponenter. Längs den negativa återkopplingskedjan, nya som dök upp som ett resultat harmonisk distorsion tillförs förstärkarens ingång i en sådan fas (motfas) att de dämpar sig själva. Effekten av dessa övertoner vid utgången av förstärkaren är mindre än den skulle vara utan återkoppling. Samtidigt försvagas förstås också de användbara komponenterna från vilka en oförvrängd signal ska vara sammansatt, men detta är en åtgärdsbar sak. För att kompensera för denna skadliga negativa återkopplingsaktivitet kan du öka nivån på signalen som kommer in i förstärkarens ingång, kanske till och med lägga till ytterligare ett steg för att göra detta. Negativ återkoppling i lågfrekventa förstärkare, speciellt push-pull-förstärkare som fungerar i klasser AB Och B, finner mycket bred tillämpning: negativ feedback låter dig göra något som inte kan uppnås på något annat sätt, det tillåter minska vågformsdistorsion, minska så kallad olinjär distorsion . Negativ feedback låter dig utföra en annan viktig operation: justera tonen, det vill säga i önskad riktning ändra frekvensgången för förstärkaren Fig. 12 .

Ris. 12. Ungefärlig graf över amplitud-frekvenssvar (AFC) för förstärkare. En liknande graf kan karakterisera frekvenssvaret för vilken förstärkare som helst.

Denna egenskap visar hur förstärkningen ändras med signalens frekvens. För en ideal förstärkare är frekvenssvaret helt enkelt en rak linje: förstärkningen vid alla frekvenser är densamma för en sådan förstärkare. Men i en riktig förstärkare är frekvensgången böjd, översvämmad i området för de lägsta och högsta frekvenserna. Detta innebär att de låga och höga frekvenserna i ljudområdet är mindre förstärkta än mellanfrekvenserna. Orsakerna till uppkomsten av sådana blockeringar i frekvenssvaret kan vara olika, men de har en gemensam rot. Ojämn förstärkning vid olika frekvenser erhålls eftersom kretsen innehåller reaktiva element, kondensatorer och spolar, vars resistans varierar med frekvensen. Det finns många sätt att korrigera frekvensgången, inklusive införande av frekvensberoende element i återkopplingskretsen. Ett exempel på sådana element är kedjan R13, C9 i förstärkaren som visas i (fig. 13).

Ris. 13 Praktisk design av en transformatorlös push-pull-förstärkare.

Motståndet i denna kedja ökar med minskande frekvens, återkopplingen minskar, och på grund av detta skapas en viss ökning av frekvenssvaret i regionen lägre frekvenser. Förstärkaren har flera fler negativa återkopplingskretsar. Detta är kondensatorn C6, som ansluter kollektorn på transistorn T2 till dess bas; motstånd R12, som inte bara tillhandahåller en konstant förspänning till baserna på utgångstransistorerna, utan också en del av utgångssignalen. En kedja som skapar återkoppling från det tredje steget till det andra, men inte i växelström, utan i likström (sådan återkoppling ökar förstärkarens termiska stabilitet). Det dynamiska huvudet är anslutet till utgångstransistorernas kollektorkretsar genom en isoleringskondensator C4. Motståndet hos talspolen i denna krets kan vara 6 - 10 ohm. Förstärkaren utvecklar effekt upp till 100 mW. med en insignalspänning på ca 30 - 50 mV. Det finns ett ganska stort antal transformatorlösa förstärkarkretsar som använder transistorer med olika konduktiviteter. De flesta av dem använder sammansatta transistorer i slutsteget, det vill säga två transistorer ingår i varje arm. Frånvaron av transformatorer och en minskning av antalet kopplingskondensatorer gör att sådana förstärkare kan få ett mycket bra frekvenssvar. Men för en nybörjare på radioamatör kommer denna vinst till ett ganska högt pris. Transformatorlösa förstärkare, och även de med komposittransistorer, är inte alltid lätta att ställa in. Och därför, om du ännu inte har mycket erfarenhet av att ställa in transistorutrustning, är det bättre att montera förstärkaren med en klassisk push-pull-krets med transformatorer (fig. 14).

Ris. 14 Push-pull ULF med transformatorslutsteg.

Huvudfunktionen hos denna förstärkare är en fast förspänning från ett separat batteri B2 till basen av det första steget T1. På grund av detta förblir kollektorströmmen för transistor T1 praktiskt taget oförändrad när spänningen på kollektorbatteriet minskar till 3,5 V. Från botten av delaren R4, R5, ansluten till emitterkretsen T1, appliceras en förspänning på baserna för utgångsstegets transistorer. Och därför, när kollektorspänningen minskar, förändras inte förspänningen hos transistorerna T2, T3. Som ett resultat arbetar förstärkaren med en reducerad spänning, dock med mindre uteffekt (vid 3,5 V, 20 mW), men utan distorsion. Strömmen som förbrukas från batteri B2 överstiger inte 500 μA. Förstärkaren har en enkel tonkontroll R6 och en återkopplingskrets R8, C8 som reducerar distorsion. Motstånd R9 är nödvändigt så att när B2 är avstängd (det kan hända att Bk2 öppnar kretsen några bråkdelar av en sekund tidigare än Bk1, transistor T1 inte slutar med en "hängande bas." Kondensatorer C7, C6 är negativa återkopplingselement som förhindrar självexcitering vid överljudsfrekvenser Samma uppgift utförs av kondensator C3 Transformatorerna Tr1 och Tr2 tas från Mountaineer-mottagaren Ett dynamiskt huvud med ett talspolemotstånd på ca 4 - 6 ohm Med en kollektorspänning på 9 V. förstärkaren utvecklar en effekt på 180 mW. och förbrukar från batteriet B2 strömmen är inte mer än 20 - 25 mA. Om du behöver öka uteffekten kan du inkludera kraftfulla transistorer som T2 och T3, till exempel P201. I i det här fallet måste du halvera R7 och välja R5 så att den totala vilokollektorströmmen T2 och T3 var 15 - 25 mA. För kraftfulla transistorer behöver du en annan utgångstransformator, till exempel med följande data: kärna med en kors- sektion på ca 3,5 cm2 (B17 x 17); primärlindning 330 + 330 varv PEV 0,31, sekundärlindning 46 varv PEV 0,51. Med P201-transistorer utvecklar förstärkaren en uteffekt på 1,52 - 2 W. Att ställa in alla lågfrekventa förstärkare handlar om att välja transistorlägen. För push-pull-kretsar är det tillrådligt att först välja transistorer för båda armarna med liknande parametrar: strömförstärkning och omvänd kollektorström. Om alla delar fungerar och kretsen är korrekt monterad, då är förstärkaren som regel börjar genast fungera. Och det enda allvarliga problem som kan upptäckas när man slår på förstärkaren är självexcitering. Ett sätt att bekämpa detta är att införa frånkopplingsfilter, som förhindrar kommunikation mellan stegen genom strömförsörjning.

Praktiskt arbete

I praktiskt arbete skulle jag vilja presentera några fler enkla förstärkare för att upprepa och konsolidera den teoretiska delen av denna artikel. Exemplen på push-pull-förstärkare som ges i slutet av artikeln är också ganska lämpliga för upprepning. Dessa diagram, liksom många andra teckningar, är hämtade från litterära källor från 60- och 70-talen, men de har inte förlorat sin relevans. Varför, frågar du, använder jag sådana föråldrade ritningar? Jag kommer att säga att det finns minst två anledningar: 1). Jag har desperat inte tillräckligt med tid att rita dem själv, även om jag fortfarande försöker rita några av dem. 2). Märkligt nog är det teckningarna från litteraturen från tidigare, sedan länge bortglömda år som fullt ut återspeglar kärnan i de processer som studeras. Förmodligen är det inte jakten på avgifter, som det är brukligt nu, som påverkar, utan vikten av en högkvalitativ presentation av materialet. Och det var inte för inte som censurerade arbetare under dessa år. åt deras bröd.

Så istället för transistorerna P13 - P16 som anges på diagrammen kan du använda MP39 - 42, MP37, MP38; från kiseltransistorer kan du använda KT315, KT361 respektive, var uppmärksam på typen av konduktivitet och effekt hos de använda transistorerna . Om förstärkaren har kraftfulla utgångstransistorer av typ P213 - 215 i kretsen kan de vanligtvis ersättas med kraftfulla kiseltransistorer av typ KT814 - 817 eller KT805, KT837, med observation av typen av konduktivitet. I alla fall, när du byter ut germaniumtransistorer med kiseltransistorer, är det nödvändigt att justera motståndsvärdena i kretsarna för de ersatta transistorerna.

En enkel transformatorlös push-pull-förstärkare med en effekt på 1,5 W. Den högfrekventa transistorn P416 används här för att reducera bruset i ingångssteget så mycket som möjligt, eftersom den förutom att vara högfrekvent även är lågbrus. I praktiken kan den ersättas med MP39 - 42, med en försämring av brusegenskaper respektive, eller med kiseltransistorer KT361 eller KT3107 med valfri bokstav. detektormottagare, på grund av vilken en förspänning bildas vid transistorernas baser. Spänningen vid mittpunkten (den negativa terminalen på kondensatorn C2) kommer att vara lika med 4,5V. Den installeras genom att välja motstånd R2, R4. Den maximalt tillåtna driftspänningen för kondensator C2 kan vara 6V.

Fler förstärkaralternativ 1:a, 2:a, tillgänglig för upprepning av nybörjare radioamatörer, inklusive de som använder kiseltransistorer. Alternativ visas också förförstärkare och ett enkelt passivt tonblock. (öppnas i ett separat fönster).

|

Jag skulle vilja erbjuda nybörjare som älskar högkvalitativ ljudåtergivning en av de utvecklade och testade ULF-kretsarna. Denna design kommer att hjälpa till att göra en högkvalitativ förstärkare som kan modifieras med minimala kostnader och använda förstärkaren för kretsforskning.

Detta hjälper dig på vägen från enkel till komplex och mer perfekt. Bifogat till beskrivningen finns filer med kretskort som kan transformeras för att passa ett specifikt fall.

I den presenterade versionen användes höljet från Radiotekhnika U-101.

Jag utvecklade och tillverkade denna effektförstärkare under förra seklet från vad som kunde köpas utan svårighet. Jag ville göra en design med högsta möjliga pris-kvalitetsförhållande. Det här är inte High-End, men inte heller tredje klass. Förstärkaren har högkvalitativt ljud, utmärkt repeterbarhet och är lätt att ställa in.

Förstärkarens kretsschema

Kretsen är helt symmetrisk för de positiva och negativa halvvågorna för den lågfrekventa signalen. Ingångssteget görs med transistorerna VT1 – VT4. Det skiljer sig från prototypen i transistorerna VT1 och VT4, som ökar linjäriteten i stegen på transistorerna VT2 och VT3. Det finns många kretstyper av ingångssteg med olika fördelar och nackdelar. Denna kaskad valdes på grund av dess enkelhet och möjligheten att minska olinjäriteten hos transistorernas amplitudegenskaper. Med tillkomsten av mer avancerade instegskretsar kan den bytas ut.

Den negativa återkopplingssignalen (NFS) tas från spänningsförstärkarens utgång och går in i emitterkretsarna hos transistorerna VT2 och VT3. Förkastandet av allmän OOS beror på önskan att bli av med inflytandet på OOS av alla onödiga saker som inte är kretsens utsignal. Detta har sina för- och nackdelar. Med denna konfiguration är detta motiverat. Om du har komponenter av högre kvalitet kan du prova med olika typer respons.

En kaskodkrets valdes som spänningsförstärkare, som har en hög ingångsimpedans, låg genomströmningskapacitans och mindre olinjära förvrängningar i jämförelse med OE-systemet. Nackdelen med kaskodkretsen är den lägre amplituden hos utsignalen. Detta är priset att betala för mindre snedvridning. Om du installerar byglar kan du även montera en OE-krets på ett kretskort. Att driva spänningsförstärkaren från en separat spänningskälla introducerades inte på grund av önskan att förenkla designen av ULF.

Slutsteget är en parallellförstärkare, som har ett antal fördelar jämfört med andra kretsar. En av de viktiga fördelarna är kretsens linjäritet med en betydande spridning i transistorernas parametrar, som kontrollerades vid montering av förstärkaren. Denna kaskad borde möjligen ha större linjäritet, eftersom det finns inget övergripande OOS och kvaliteten på förstärkarens utsignal beror mycket på det. Förstärkarens matningsspänning 30 V.

Förstärkardesign

Jag utvecklade kretskort för "prisvärda" fall från Radiotekhnika U-101 förstärkare. Kretsen placerades på två delar av det tryckta kretskortet. Den första delen, som är fäst vid radiatorn, rymmer en "parallell" förstärkare och en spänningsförstärkare. Den andra delen av tavlan rymmer ingångssteget. Denna bräda fästs på den första brädan med hjälp av hörn. Denna uppdelning av kortet i två delar gör att förstärkaren kan förbättras med minimala designändringar. Dessutom kan detta arrangemang också användas för laboratoriestudier av kaskader.

Förstärkaren måste monteras i flera steg. Monteringen börjar med en parallellförstärkare och dess inställning. I det andra steget monteras och justeras resten av kretsen och den slutliga minimeringen av kretsförvrängningar utförs. När du placerar transistorerna i utgångssteget på radiatorn är det nödvändigt att komma ihåg behovet av termisk kontakt mellan höljena på transistorerna VT9, VT14 och VT10, VT13 i par.

Tryckta kretskort utvecklades med hjälp av programmet Sprint Layout 6, som gör att du kan justera placeringen av element på kortet, d.v.s. anpassad för en specifik konfiguration eller fall. Se arkiv nedan.

Förstärkardelar

Förstärkarens parametrar beror på kvaliteten på radioelementen som används och deras placering på kortet. De tillämpade kretslösningarna gör det möjligt att göra det utan att välja transistorer, men det är önskvärt att använda transistorer med en gräns för förstärkningsfrekvens från 5 till 200 MHz och en marginal på maximal driftspänning på mer än 2 gånger i jämförelse med kaskadförsörjningen Spänning.

Om det finns en önskan och möjlighet, är det lämpligt att välja transistorer enligt principen om "komplementaritet" och identiska förstärkningsegenskaper. Vi provade tillverkningsalternativ med och utan att välja transistorer. Versionen med utvalda "komplementära" inhemska transistorer visade betydligt bättre prestanda än utan val. Endast KT940 och KT9115 av de inhemska transistorerna är komplementära, medan resten har villkorlig komplementaritet. Det finns många komplementära par bland utländska transistorer, och information om detta finns på tillverkarnas webbplatser och i referensböcker.

Som VT1, VT3, VT5 är det möjligt att använda transistorer i KT3107-serien med valfri bokstäver. Som VT2, VT4, VT6 är det möjligt att använda transistorer i KT3102-serien med bokstäver som har egenskaper som liknar de använda transistorerna för en annan halvvåg ljudsignal. Om det är möjligt att välja transistorer enligt parametrar, är det bättre att göra det. Nästan alla moderna testare låter dig göra detta utan problem. Vid stora avvikelser blir tiden för uppsättningen större och resultatet mer blygsamt. Transistorer KT9115A, KP960A är lämpliga för VT6 och KT940A, KP959A är lämpliga för VT7.

Transistorer KT817V (G), KT850A kan användas som VT9 och VT12, och KT816V (G), KT851A kan användas som VT10 och VT11. För VT13 är transistorerna KT818V (G), KP964A lämpliga och för VT14 - KT819V (G), KP954A. Istället för zenerdioderna VD3 och VD4 kan man använda två seriekopplade AL307 lysdioder eller liknande.

Kretsen tillåter användning av andra delar, men korrigering av de tryckta kretskorten kan krävas. Kondensator C1 kan ha en kapacitet från 1 µF till 4,7 µF och måste vara tillverkad av polypropen eller annat, men av hög kvalitet. Du kan hitta information om detta på amatörradiowebbplatser. Matningsspänningen, ingångs- och utgångssignalerna ansluts med tryckta kretsanslutningar.

Installation av förstärkaren

När den slås på för första gången ska ULF anslutas genom kraftfulla keramiska motstånd (10 - 100 ohm). Detta kommer att rädda elementen från överbelastning och fel på grund av ett installationsfel. På den första delen av kortet ställer motstånd R23 in viloströmmen ULF (150-250 mA) när belastningen är avstängd. Därefter måste du fastställa att det inte finns någon konstant spänning vid utgången av förstärkaren när en motsvarande last är ansluten. Detta görs genom att ändra värdet på ett av motstånden R19 eller R20.

Efter att ha installerat resten av kretsen, ställ in motståndet R14 till mittläget. Med användning av belastningsekvivalenten kontrolleras frånvaron av excitering av förstärkaren och motståndet R5 används för att fastställa frånvaron av konstant spänning vid förstärkarens utgång. Förstärkaren kan anses vara konfigurerad i statiskt läge.

För att ställa in i dynamiskt läge kopplas en seriell RC-krets parallellt med lastekvivalenten. Motstånd med en effekt på 0,125 W och ett nominellt värde på 1,3-4,7 kOhm. Icke-polär kondensator 1-2 µF. Vi ansluter en mikroampermeter (20-100 µA) parallellt med kondensatorn. Sedan, genom att applicera en sinusformad signal med en frekvens på 5-8 kHz till förstärkaringången, måste du uppskatta förstärkarens tröskelmättnadsnivå med hjälp av ett oscilloskop och en AC-voltmeter ansluten till utgången. Efter detta minskar vi insignalen till en nivå av 0,7 från mättnad och använder motstånd R14 för att uppnå en minimiavläsning av mikroamperemetern. I vissa fall, för att minska distorsion vid höga frekvenser, är det nödvändigt att utföra faskorrigering i förväg genom att installera kondensator C12 (0,02-0,033 μF).

Kondensatorerna C8 och C9 väljs för bästa överföring av en pulssignal med en frekvens på 20 kHz (installeras vid behov). Kondensator C10 kan utelämnas om kretsen är stabil. Genom att ändra värdet på motståndet R15 etableras samma förstärkning för var och en av kanalerna i stereo- eller flerkanalsversionen. Genom att ändra värdet på slutstegets viloström kan man försöka hitta det mest linjära driftläget.

Ljudbetyg

Den sammansatta förstärkaren har ett mycket bra ljud. Att lyssna på förstärkaren under lång tid leder inte till trötthet. Naturligtvis finns det bättre förstärkare, men när det gäller förhållandet mellan kostnader och resulterande kvalitet kommer många att gilla kretsen. Med delar av bättre kvalitet och deras urval kan ännu mer betydande resultat uppnås.

Länkar och filer

1. Korol V., "UMZCH med kompensation för olinjäritet hos amplitudkarakteristiken" - Radio, 1989, nr 12, sid. 52-54.

06/09/2017 - Schemat har korrigerats, alla arkiv har laddats upp igen.
▼ 🕗 09/06/17 ⚖️ 24,43 Kb ⇣ 17 Hej läsare! Jag heter Igor, jag är 45, jag är sibirisk och en ivrig amatörelektronikingenjör. Jag kom på, skapade och har underhållit denna underbara sida sedan 2006.
I mer än 10 år har vår tidning endast funnits på min bekostnad.

Bra! Freebie är över. Om du vill ha filer och användbara artiklar, hjälp mig!