Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.
Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.
Простой усилитель на одном транзисторе
Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.
Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.
Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.
Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.
Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).
Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя
Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.
Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.
Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.
Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.
В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.
Двухкаскадный усилитель на транзисторах
Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.
Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.
Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.
В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.
Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах
Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.
При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.
Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.
Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.
Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.
Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).
Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью
На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.
Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.
В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].
Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах
На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].
Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.
Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.
Экономичный УНЧ на трех транзисторах
Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.
При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.
Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.
Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.
Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:
1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),
где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).
Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.
Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами
Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.
Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).
Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.
Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.
Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.
В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.
Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.
Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).
Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.
Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.
Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой
Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.
Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.
Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.
Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.
Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.
Сегодня я расскажу о своем самом первом усилителе средней мощности на транзисторах.
Усилитель реально классный, мне очень понравилось. На выходе стоят транзисторы КТ803А
Автором схемы является J. Linsley Hood. Схему я срисовал с какого-то старенького журнальчика. Естественно все транзисторы зарубежные, но их можно заменить нашими отечественными.
Вот схема этого чуда
C1 = 220мФ
C2 = 100нф
C3 = 100мФ
C3 = 100нФ
R2 = 2.7к
R2 = 220
R3 = 2.2к
R4 = 8,2к
R7 = 100к
R8 = 39к
R9 = 100к
R10 = 10
VT1 = КТ361(2N3906)
VT2 = КТ602БМ(2N3697, КТ630Д, КТ801)
VT3,4 = КТ803А(MJ480)
Некотрые номиналы деталей берутся из этой таблицы
Настройка усилителя сводится к установке половины напряжения резистором R9 в точке Контр.
Выходные транзисторы рекомендуется устанавливать на радиаторы площадью 200 кв. см под каждый транзистор. И нельзя соединять радиаторы, чтобы не было короткого замыкания. Я использовал на испытаниях простые две пластины из корпуса DVD/ Но в коробку буду мутить норм. радиаторы
Питал усилитель я от импульсного блока питания. И скажу что никакого самовозбуждения небыло. Все благодаря цепочке C5-R10.
Вот фото собранного усилителя
Печатка. Вид со стороны дорожек
Печатку для усилителя 10 Вт класса А на КТ803А
Постовой : Если вам надо провести качественные электро монтажные работы, то есть хорошая контора v220.kiev.ua . Делают качественно и быстро
Related Posts
Вынул из телевизоров динамики 3ГДШ-1, чтоб не лежали без дела решил сделать колонки, но так как внешний усилитель с сабвуфером у меня есть, значит, буду собирать сателлиты.
Всем привет, уважаемые радиолюбители и аудиоманы! Сегодня я расскажу как доработать высокочастотный динамик 3ГД-31 (-1300) он же 5ГДВ-1. Применялись они в таких акустических системах, как 10МАС-1 и 1М, 15МАС, 25АС-109…….Доработка и установка динамика 4ГД-35-65 в аудиосистему 10МАС-1М
И снова мой знакомый Вячеслав (SAXON_1996) Хочет поделится своей наработкой по колонкам. Слово Вячеславу Досталась как — то мне одна колонка 10МАС с фильтром и высокочастотным динамиком. Я долго не…….
Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС - основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США - такая цена уж точно не по карману многим.
Возникает вопрос - можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем? ответ будет в конце статьи.
Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.
Первая версия такого усилителя была представлена на . Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.
Особенности схемы
Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..
Именно питание - особо важный фактор - крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.
Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.
Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.
Второй - предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.
В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости - КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами - КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные - КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.
Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.
Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.
Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.
Сама плата - макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.
Настройка - проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.
Усилитель на транзисторах, несмотря на свою уже долгую историю, остается излюбленным предметом исследования как начинающих, так и маститых радиолюбителей. И это понятно. Он является непременной составной частью самых массовых и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители на транзисторах.
Частотная характеристика усилителя
В любом теле- или радиоприемнике, в каждом музыкальном центре или усилителе звука можно найти транзисторные усилители звука (низкой частоты - НЧ). Разница между звуковыми транзисторными усилителями и другими видами заключается в их частотных характеристиках.
Звуковой усилитель на транзисторах имеет равномерную частотную характеристику в полосе частот от 15 Гц до 20 кГц. Это означает, что все входные сигналы с частотой внутри этого диапазона усилитель преобразует (усиливает) примерно одинаково. На рисунке ниже в координатах «коэффициент усиления усилителя Ку - частота входного сигнала» показана идеальная кривая частотной характеристики для звукового усилителя.
Эта кривая практически плоская с 15 Гц по 20 кГц. Это означает, применять такой усилитель следует именно для входных сигналов с частотами между 15 Гц и 20 кГц. Для входных сигналов с частотами выше 20 кГц или ниже 15 Гц эффективность и качество его работы быстро уменьшаются.
Вид частотной характеристики усилителя определяется электрорадиоэлементами (ЭРЭ) его схемы, и прежде всего самими транзисторами. Звуковой усилитель на транзисторах обычно собран на так называемых низко- и среднечастотных транзисторах с суммарной полосой пропускания входных сигналов от десятков и сотен Гц до 30 кГц.
Класс работы усилителя
Как известно, в зависимости от степени непрерывности протекания тока на протяжении его периода через транзисторный усилительный каскад (усилитель) различают следующие классы его работы: "А", "B", "AB", "C", "D".
В классе работы ток "А" через каскад протекает на протяжении 100 % периода входного сигнала. Работу каскада в этом классе иллюстрирует следующий рисунок.
В классе работы усилительного каскада "AB" ток через него протекает более чем 50 %, но менее чем 100 % периода входного сигнала (см. рисунок ниже).
В классе работы каскада "В" ток через него протекает ровно 50 % периода входного сигнала, как это иллюстрирует рисунок.
И наконец в классе работы каскада "C" ток через него протекает менее чем 50 % периода входного сигнала.
НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы
В рабочей области транзисторный усилитель класса "А" обладает малым уровнем нелинейных искажений. Но если сигнал имеет импульсные выбросы по напряжению, приводящие к насыщению транзисторов, то вокруг каждой «штатной» гармоники выходного сигнала появляются высшие гармоники (вплоть до 11-й). Это вызывает феномен так называемого транзисторного, или металлического, звука.
Если НЧ-усилители мощности на транзисторах имеют нестабилизированное питание, то их выходные сигналы модулируются по амплитуде вблизи частоты сети. Это ведет к жёсткости звука на левом краю частотной характеристики. Различные же способы стабилизации напряжения делают конструкцию усилителя более сложной.
Типовой КПД однотактного усилителя класса А не превышает 20 % из-за постоянно открытого транзистора и непрерывного протекания постоянной составляющей тока. Можно выполнить усилитель класса А двухтактным, КПД несколько повысится, но полуволны сигнала станут более несимметричными. Перевод же каскада из класса работы "А" в класс работы "АВ" повышает вчетверо нелинейные искажения, хотя КПД его схемы при этом повышается.
В усилителях же классов "АВ" и "В" искажения нарастают по мере снижения уровня сигнала. Невольно хочется врубить такой усилитель погромче для полноты ощущений мощи и динамики музыки, но зачастую это мало помогает.
Промежуточные классы работы
У класса работы "А" имеется разновидность - класс "А+". При этом низковольтные входные транзисторы усилителя этого класса работают в классе "А", а высоковольтные выходные транзисторы усилителя при превышении их входными сигналами определенного уровня переходят в классы "В" или "АВ". Экономичность таких каскадов лучше, чем в чистом классе "А", а нелинейные искажения меньше (до 0,003 %). Однако звук у них также "металлический" из-за наличия высших гармоник в выходном сигнале.
У усилителей еще одного класса - "АА" степень нелинейных искажений еще ниже - около 0,0005 %, но высшие гармоники также присутствуют.
Возврат к транзисторному усилителю класса "А"?
Сегодня многие специалисты в области качественного звуковоспроизведения ратуют за возврат к ламповым усилителям, поскольку уровень нелинейных искажений и высших гармоник, вносимых ими в выходной сигнал, заведомо ниже, чем у транзисторов. Однако эти достоинства в немалой степени нивелируются необходимостью согласующего трансформатора между высокоомным ламповым выходным каскадом и низкоомными звуковыми колонками. Впрочем, с трансформаторным выходом может быть сделан и простой усилитель на транзисторах, что будет показано ниже.
Существует и точка зрения, что предельное качество звучания может обеспечить только гибридный лампово-транзисторный усилитель, все каскады которого являются однотактными, не охвачены и работают в классе "А". То есть такой повторитель мощности представляет собой усилитель на одном транзисторе. Схема его может иметь предельно достижимый КПД (в классе "А") не более 50 %. Но ни мощность, ни КПД усилителя не являются показателями качества звуковоспроизведения. При этом особое значение приобретают качество и линейность характеристик всех ЭРЭ в схеме.
Поскольку однотактные схемы получают такую перспективу, мы рассмотрим ниже их возможные варианты.
Однотактный усилитель на одном транзисторе
Схема его, выполненная с общим эмиттером и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе "А", приведена на рисунке ниже.
На ней показан транзистор Q1 структуры n-p-n. Его коллектор через токоограничивающий резистор R3 присоединен к положительному выводу +Vcc, а эмиттер - к -Vcc. Усилитель на транзисторе структуры p-n-p будет иметь такую же схему, но выводы источника питания поменяются местами.
C1 - разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vcc. При этом С1 не препятствует прохождению переменного входного тока через переход "база - эмиттер транзистора Q1". Резисторы R1 и R2 совместно с сопротивлением перехода «Э - Б» образуют Vcc для выбора рабочей точки транзистора Q1 в статическом режиме. Типичной для этой схемы является величина R2 = 1 кОм, а положение рабочей точки - Vcc/2. R3 является нагрузочным резистором коллекторной цепи и служит для создания на коллекторе переменного напряжения выходного сигнала.
Предположим, что Vcc = 20 В, R2 = 1 кОм, а коэффициент усиления по току h = 150. Напряжение на эмиттере выбираем Ve = 9 В, а падение напряжения на переходе «Э - Б» принимаем равным Vbe = 0,7 В. Эта величина соответствует так называемому кремниевому транзистору. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то падение напряжения на открытом переходе «Э - Б» было бы равно Vbe = 0,3 В.
Ток эмиттера, примерно равный току коллектора
Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.
Ток базы Ib = Ic/h = 9 мА/150 = 60 мкА.
Падение напряжения на резисторе R1
V(R1) = Vcc - Vb = Vcc - (Vbe + Ve) = 20 В - 9,7 В = 10,3 В,
R1 = V(R1)/Ib = 10,3 В/60 мкА = 172 кОм.
С2 нужен для создания цепи прохождения переменной составляющей тока эмиттера (фактически тока коллектора). Если бы его не было, то резистор R2 сильно ограничивал бы переменную составляющую, так что рассматриваемый усилитель на биполярном транзисторе имел бы низкий коэффициент усиления по току.
В наших расчетах мы принимали, что Ic = Ib h, где Ib - ток базы, втекающий в нее из эмиттера и возникающий при подаче на базу напряжения смещения. Однако через базу всегда (как при наличии смещения, так и без него) протекает еще и ток утечки из коллектора Icb0. Поэтому реальный ток коллектора равен Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. ток утечки в схеме с ОЭ усиливается в 150 раз. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то это обстоятельство нужно было бы учитывать при расчетах. Дело в том, что имеют существенный Icb0 порядка нескольких мкА. У кремниевых же он на три порядка меньше (около нескольких нА), так что в расчетах им обычно пренебрегают.
Однотактный усилитель с МДП-транзистором
Как и любой усилитель на полевых транзисторах, рассматриваемая схема имеет свой аналог среди усилителей на Поэтому рассмотрим аналог предыдущей схемы с общим эмиттером. Она выполнена с общим истоком и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе "А" и приведена на рисунке ниже.
Здесь C1 - такой же разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vdd. Как известно, любой усилитель на полевых транзисторах должен иметь потенциал затвора своих МДП-транзисторов ниже потенциалов их истоков. В данной схеме затвор заземлен резистором R1, имеющим, как правило, большое сопротивление (от 100 кОм до 1 Мом), чтобы он не шунтировал входной сигнал. Ток через R1 практически не проходит, поэтому потенциал затвора при отсутствии входного сигнала равен потенциалу земли. Потенциал же истока выше потенциала земли за счет падения напряжения на резисторе R2. Таким образом, потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока, что и нужно для нормальной работы Q1. Конденсатор C2 и резистор R3 имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме. Поскольку эта схема с общим истоком, то входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°.
Усилитель с трансформаторным выходом
Третий одноступенчатый простой усилитель на транзисторах, показанный на рисунке ниже, также выполнен по схеме с общим эмиттером для работы в классе "А", но с низкоомным динамиком он связан через согласующий трансформатор.
Первичная обмотка трансформатора T1 является нагрузкой коллекторной цепи транзистора Q1 и развивает выходной сигнал. T1 передает выходной сигнал на динамик и обеспечивает согласование выходного полного сопротивления транзистора с низким (порядка нескольких Ом) сопротивлением динамика.
Делитель напряжения коллекторного источника питания Vcc, собранный на резисторах R1 и R3, обеспечивает выбор рабочей точки транзистора Q1 (подачу напряжения смещения на его базу). Назначение остальных элементов усилителя такое же, как и в предыдущих схемах.
Двухтактный звуковой усилитель
Двухтактный НЧ-усилитель на двух транзисторах расщепляет входной частоты на две противофазные полуволны, каждая из которых усиливается своим собственным транзисторным каскадом. После выполнения такого усиления полуволны объединяются в целостный гармонический сигнал, который и передается на акустическую систему. Подобное преобразование НЧ-сигнала (расщепление и повторное слияние), естественно, вызывает в нем необратимые искажения, обусловленные различием частотных и динамических свойств двух транзисторов схемы. Эти искажения снижают качество звука на выходе усилителя.
Двухтактные усилители, работающие в классе "А", недостаточно хорошо воспроизводят сложные звуковые сигналы, так как в их плечах непрерывно протекает постоянный ток повышенной величины. Это приводит к несимметрии полуволн сигнала, фазовым искажениям и в конечном итоге к потере разборчивости звука. Нагреваясь, два мощных транзистора увеличивают вдвое искажения сигнала в области низких и инфранизких частот. Но все же основным достоинством двухтактной схемы является ее приемлемый КПД и повышенная выходная мощность.
Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.
Это усилитель для работы в классе "А", но может быть использован и класс "АВ", и даже "В".
Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности
Трансформаторы, несмотря на успехи в их миниатюризации, остаются все же самыми громоздкими, тяжелыми и дорогими ЭРЭ. Поэтому был найден путь устранения трансформатора из двухтактной схемы путем выполнения ее на двух мощных комплементарных транзисторах разных типов (n-p-n и p-n-p). Большинство современных усилителей мощности используют именно этот принцип и предназначены для работы в классе "В". Схема такого усилителя мощности показана на рисунке ниже.
Оба ее транзистора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя). Поэтому схема передает входное напряжение на выход без усиления. Если входного сигнала нет, то оба транзистора находятся на границе включенного состояния, но при этом они выключены.
Когда гармонический сигнал подан на вход, его положительная полуволна открывает TR1, но переводит p-n-p транзистор TR2 полностью в режим отсечки. Таким образом, только положительная полуволна усиленного тока протекает через нагрузку. Отрицательная полуволна входного сигнала открывает только TR2 и запирает TR1, так что в нагрузку подается отрицательная полуволна усиленного тока. В результате на нагрузке выделяется полный усиленный по мощности (за счет усиления по току) синусоидальный сигнал.
Усилитель на одном транзисторе
Для усвоения вышеизложенного соберем простой усилитель на транзисторах своими руками и разберемся, как он работает.
В качестве нагрузки маломощного транзистора Т типа BC107 включим наушники с сопротивлением 2-3 кОм, напряжение смещения на базу подадим с высокоомного резистора R* величиной 1 МОм, развязывающий электролитический конденсатор C емкостью от 10 мкФ до 100 мкФ включим в базовую цепь Т. Питать схему будем от батареи 4,5 В/0,3 А.
Если резистор R* не подключен, то нет ни тока базы Ib, ни тока коллектора Ic. Если резистор подключен, то напряжение на базе поднимается до 0,7 В и через нее протекает ток Ib = 4 мкА. Коэффициент усиления транзистора по току равен 250, что дает Ic = 250Ib = 1 мА.
Собрав простой усилитель на транзисторах своими руками, можем теперь его испытать. Подключите наушники и поставьте палец на точку 1 схемы. Вы услышите шум. Ваше тело воспринимает излучение питающей сети на частоте 50 Гц. Шум, услышанный вами из наушников, и является этим излучением, только усиленным транзистором. Поясним этот процесс подробнее. Напряжение переменного тока с частотой 50 Гц подключено к базе транзистора через конденсатор С. Напряжение на базе теперь равно сумме постоянного напряжения смещения (приблизительно 0,7 В), приходящего с резистора R*, и напряжения переменного тока "от пальца". В результате ток коллектора получает переменную составляющую с частотой 50 Гц. Этот переменный ток используется для сдвига мембраны динамиков вперед-назад с той же частотой, а это означает, что мы сможем услышать тон 50 Гц на выходе.
Слушать уровень шума 50 Гц не очень интересно, поэтому можно подключить к точкам 1 и 2 низкочастотные источника сигнала (CD-плеер или микрофон) и слышать усиленную речь или музыку.
Усилители на КТ930А - КТ971А предназначены для работы с трансивером, имеющим Рвых от 10вт до 20вт соответственно при уровнях выходной мощности: на КТ930А 144 - 70вт, на КТ930А 432 - 60вт, на КТ931А 144мгц - 120вт, на КТ970А 432мгц - 130вт и на КТ971А 144мгц - 145вт.
Усилители предназначены для круглосуточной работы и имеют хороший запас «прочности», особенно на КТ970А и КТ971А. При таких уровнях Рвых усилители имеют максимальные КПД и Ку. КПД усилителей в зависимости от варианта - от 57% до 65%. Коэффициент усиления - от 8 до 9. В усилителях применяется обдув вентилятором от БП ПК, расположенным в 30мм над транзистором. Он хорошо охлаждает корпус транзистора и внутреннюю сторону радиатора. Внешнюю сторону охлаждать бесполезно.
От усилителей, построенных по предлагаемой схеме, были получены следуюшие уровни мощностей: КТ930А 144 - 80вт, КТ930А 432 - 65вт, КТ931А 144 - 130вт, КТ970А 432 - 160вт, КТ971А 144 - 180вт (дальше не позволял источник). На этих уровнях Рвых требуется дополнительная подстройка огласующих цепей. Усилители с большой мощностью желательно снабдить системой контроля и защиты.
Входные и выходные цепи предназначены только для указанных типов транзисторов и мощностей усилителей. Во время работы усилителя с ростом коллекторного тока значения его проводимостей изменяется по величине, а то и по знаку. Соответственно каждому уровню выходной мощности соответствует своя согласующая цепь. На выходной цепи, оптимальной для 60вт, не возможно получить 100вт, не смотря на то, что Ik продолжает рости. Ток покоя влияет на динамику изменениний проводимостей, значит менять ток покоя после настройки нельзя.
Рабочая точка транзистора на векторной диаграме располагается внизу и в стороне от оси активных сопротивлений. У Zвх и Zвых реактивные составляющие в 2-5 раза больше активных. Эти значения порядка Z = (1-3) +\\- J(3-15)ом. Задачу согласования выполняют три внешних звена (чем больше, тем точнее), каждое из которых не является законченным трансформатором сопротивлений, что подразумевает резонансы, а лишь уменьшая превращает чисто активные 50(75)ом нагрузки в какое то Z c меньшим R, но с большим Jx, то есть звенья работают на частотах, отличных от резонансной. Три звена - это один преобразователь импедансов. Резонанс дальше - меньшие токи пртекают по элементам системы. Не нужен толстый провод для L и мощные подстроечники.Через кристалл транзистора так же не текут резонансные токи, что снижает его нагрев. Всё это позволяет увеличить подводимую и выходную мощности.
Особенности монтажа РА 144 мгц:
В усилителях используются многослойные керамические конденсаторы МЧ0805 (чип) или
подобные им более старые, с отпаяными радиальными выводами и МО10,11 с выводами.
На 144 базовая цепь применена старого (привычного) типа - здесь ещё можно.
Плата - односторонний СФ 1.5мм размером 55мм х 110мм с отверстием под транзистор
по оси платы. Плата и транзистор (с пастой) крепятся к радиатору размером 110 х 120мм (лучше игольчатый).
Коллекторная полоска - двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 50мм. У транзистора фольга сохраняется на расстоянии 6мм от керамики. Далее с промежутками идут только 6мм площадки. Полоску размечать так, что бы поместились остальные детали. Фольга в промежутках между площадками удаляется хорошо нагретым паяльником.
Базовая полоска - двусторонний СФ 1.5мм размером 5.5мм х 45мм. У транзистора фольга
сохраняется на расстоянии 11мм от керамики. Далее идут только 6мм площадки.
Обе полоски отстоят от края платы на 20мм.
Низ полосок и место их расположения на плате облудить, положить на место и с боков провести по плате паяльником 90вт.
Выводы транзистора обрезаются вровень с 5мм длиной коллектора и базы, плоскость его корпуса совпадает с нижней плоскостью платы, эмиттеры подгибаются и паяются на верх платы. Коллектор и база паяются на начало своих полосок, которые касаются керамики корпуса.
Полоска питания отстоит от одного из краёв платы на 5мм для пайки маленких чипов.
У конденсаторов КТ4-23 (в пластмассе) выводы по 2мм. Один полностью ложится на полоску.
Величины и конструктивные данные элементов Ра 144 мгц (Рис.1):
Базовый дроссель (D1) - феррит с 6 отверстиями (от старых ПК). Сквозь них продет провод 0.35мм. Можно применять дроссели ДМ с толстым проводом и малой идуктивностью.
Место пайки - 7мм от керамики транзистора. ПЭВ, CU чуть хуже, чем ПСР.
Коллекторный дроссель (D2) - ПСР(ПЭВ, СU) O 0.7мм 5вит на оправке O 3мм, шаг - 1.5мм
Место пайки - 3мм от керамики транзистора, рядом с L2.
Второй коллекторный дроссель (D3) - ПЭВ O 0.4 - 20вит на оправке O 3мм, намотка сплошная. Собственные резонансные частоты D1 и D2 далеко разнесены.
L1 - провод ПСР(ПЭВ, CU) O 0.7мм - 3 витка с шагом 1мм на оправке O 4мм.
Место пайки - 8мм от керамики транзистора, после D1.
L2(КТ930 - 971) - провод длиной 16мм ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм загнутый скобкой высотой 4мм.
L3(КТ930,931) - 2 витка ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм с шагом 2мм
(КТ971 - 1 вит).
L4(КТ930,931) - 1виток ПСР(ПЭВ, CU) O 1.4-1.6мм на оправке O 6мм (КТ971 - 2 вит).
С1,2,9 - КТ4-23 = 4-20 pf. С11,13,15, 17 - К10 (чип) 0.5 - 1.0 ?f 50в. С12,14,16 - К10 -1n 50в.
C7,10 -МЧ0805 - 47pf 250в. Для КТ971А С10 - МЧ0805 27pf 250в.
Для КТ971А С9 - МЧ0805 20pf 250в + КТ2-19 = 1.5-15pf (лежит на боку).
С8 - МЧ0805 - 110pf 250в.
С3-6 - 4 х 100pf 50в, МО10, выводы - 1мм. Паять в 5-6мм от керамики транзистора.
R1 - 10ом МЛТ 2 вт. R2-3 - 2 х 360ом МЛТ 2вт - подбор для Ik0 = 60ма.
R4 - 10-15ом МЛТ 0.5вт
Т1 - КТ930А/КТ 931А/971А. В том же порядке указаны их токи.
Т2 - КТ818Б - стабилизатор тока базы крепится к радиатору рядом с платой.
Вентилятор от блока питания ПК крепится над керамикой транзистора на высоте 25-30мм.
D1 - Д223Б - защита от бросков тока обратной полярности.
R6 - 1ком 2вт - нагрузка для наводок во время коммутации при включённом РА и снятой нагрузке при не санкционированном переключении TRSV на передачу компьютером при его загрузке - опрос портов.
R5 - 510ом 2вт - некоторая компенсация излишней мощности TRSV(по необходимости).
После сборки и установки Iк0 = 60ма подключить стандартную нагрузку и измерительную систему. ТХ перевести в режим CW - точки100 lpm, подать на вход 30% мощность и подстроить С1,С2,С9 (144) или С1, С4, С9 (432) по максимуму Рвых. То же сделать плавно увеличивая Рвх до 60% и 100% (Рвх указана ориентировочно). На каждом уровне Рвых подстраивать вход. Приборы будут показывать около 75% от уровней Ikmax и Рmax (в режиме несущей). Ikmax при работе на согласованную нагрузку при Рmax должен быть около 4а - КТ930А, 7а - КТ931А, 8а - КТ971А.
Нельзя увеличивать раскачку, если одновременно не растёт выходная мощность усилителя до указанных уровней. Сожгёте транзистор. Вы что то сделали не точно или впаяли конденсаторы другого типа, и транзисторы бывают разными. На каждом этапе настройки необходимо контролировать коллекторный ток и температуру корпуса транзистора. Она не должна превышать 50? (сразу после отключения вентилятора).
При 100% копировании конструкции, исключающем «а что, если?», и достаточном Вашем опыте настройка не должна занять более 5 минут. Применение при настройке суррогатных нагрузок, рефлектометров не допустимо. При работе на антенну желательно что бы она была настоящей, не по рекламе. Имея все детали усилитель изготавливается за 2-3 часа.
При размещении РА в корпусе, в нём должны быть отверстия для забора и выхода воздуха.
Два РА можно разместить на одном радиаторе 120мм х 180мм с промежутком 30мм. Вентилятор закрепляется по центру радиатора в 30 мм над керамикой транзисторов.
Особенности монтажа РА 432 мгц такие же как у РА 144 мгц за одним отличием:
На базовой и коллекторной полосках фольга сохраняется на 12мм от керамики транзистора.
Величины и конструктивные данные элементов РА 432 мгц (Рис. 2):
Базовый дроссель (D1) такой же как у РА 144 мгц. Точка его пайки - 6мм от керамики КТ.
Коллекторный дроссель (D2) такой же конструкции как у РА 144 мгц, но содержит 4 витка.
Место его пайки на полоску - 6мм от керамики КТ.
D3 - такой же как у РА 144 мгц.
L1,L2,L5,L6 выплоняются из провода ПСР(ПЭВ, CU) O 1.6мм.
L1,L6 - провод длиной 34мм, согнутый дужкой на оправке O 10мм. Низ дужки чуть сжать.
L2,L5 - провод длиной 22мм, согнутый дужкой на оправке O 6мм. -- . -- . -- . -- . -- . -- . --
L3,L4 - участки фольги на полосках около транзистора длиной 12мм.
С1 - КТ4-23 = 2-10pf.
С2 - МЧ0805 - нет для КТ930А и 6pf 250в для КТ970А.
С3 - МЧ0805 - 47pf 250в.
С4 - КТ4-23 - нет для КТ930А и 4-20pf для КТ970А.
С5 - МЧ0805 - 22pf 250в для КТ930А и 27pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С4,С5 на полоски - 9мм от керамики корпуса.
С6 - МЧ0805 27pf 250в.
С7 - КТ4 -23 = 4-20pf для КТ930А и МЧ0805 - 22pf 250в для КТ970А.
Место пайки центра конденсаторов С6,С7 - 9мм от керамики корпуса.
С8 - МЧ0805 - 75pf 250в для КТ930А и 110pf 250в для КТ970А.
С9 - КТ2-18 - 1.5-10pf (лежит на боку) или другой с удобными минимальными выводами.
С10 - МЧ0805 - 6pf 250в для КТ930А и 15pf 250в для КТ970А.
C15 - К10 (чип) 0.5-1? 50в.
Остальные блокировочные пары - как у РА 144 мгц - К10 (чип)1n + 0.5 - 1?f 50в.
Порядок настройки РА 144 и РА 432 одинаков. Ikmax КТ930А = 3.5а, КТ970А = 8а.
Экономичнее питать базу от более низковольтного источника (14в или 5в). При 14в R2,3 - около 75ом. При питании базы по схеме (от 28в) ток Ik0 это разница между током потребления в рабочем режиме и током самого делителя (~ 147ма). Общий ток - ~200ма.
Применение подстроечных КТ4-23 компенсирует отсутствие необходимых номиналов емкостей. На фото конденсаторы с голубой окантовкой и отпаяными радиальными выводами -аналог МЧ0805.
Рис.1 РА 144мгц
Рис.2 РА 432 мгц
Рис.3 РА 144 КТ931А РА 432 КТ930А
Загрузка...