Трансисторско појачало: типови, кругови, једноставни и сложени

Најједноставнији транзисторски појачавач може бити добар алат за проучавање својстава уређаја. Шеме и дизајни су прилично једноставни, можете сами направити уређај и провјерити његов рад, измјерити све параметре. Захваљујући модерном транзистори са ефектом поља Дословно можете направити три елемента минијатурног појачала микрофона. И повежите га са персоналним рачунаром да бисте побољшали параметре снимања. Да, и саговорници ће током разговора бити много боље и јасније да чују ваш говор.

Фреквенцијски одзив

Нисконапонска (звучна) појачала доступна су у готово свим кућним апаратима - музичким центрима, телевизорима, радио, радио и чак особним рачуналима. Али још увек постоје РФ појачавачи на транзисторима, лампама и микроконтролерима. Њихова разлика је у томе што УЛФ може само појачати сигнал аудио фреквенције, који се опажа од стране људског уха. Појачавачи звука транзистори омогућују репродукцију сигнала са фреквенцијама у распону од 20 Хз до 20.000 Хз.

Стога и најједноставнији уређај може појачати сигнал у том опсегу. И то чини што је могуће равномјерније. Добитак зависи директно од фреквенције улазног сигнала. Заплет ових вредности је практично равна линија. Ако је улазни сигнал појачала са фреквенцијом изван домета, квалитет и ефикасност уређаја ће се брзо смањити. УЛФ каскаде се обично склапају на транзисторима који раде у ниским и средњим фреквенцијама.

Класа перформанси звучног појачала

Сви уређаји за појачање су подељени у неколико класа, у зависности од степена протока током периода рада струје кроз каскаду:

1. Класа "А" - струја непрестано тече током читавог периода рада каскаде појачала.
2. У класи рада струја "Б" тече пола периода.
3. Класа "АБ" каже да струја тече кроз каскаду појачала за време које је једнако 50-100% периода.
4. У "Ц" моду, електрична струја тече мање од половине радног времена.
5. Режим "Д" УЛФ се користи у аматерској радио пракси недавно - нешто више од 50 година. У већини случајева, ови уређаји су имплементирани на бази дигиталних елемената и имају веома високу ефикасност - преко 90%.

Присуство дисторзије у различитим класама нискофреквентних појачала

Радна површина транзисторског појачала класе "А" карактерише релативно мала нелинеарна изобличења. Ако долазни сигнал емитује импулсе са вишим напоном, то узрокује да транзистори постану засићени. У излазном сигналу, виши (до 10 или 11) почињу да се појављују близу сваког хармоника. Због тога се појављује метални звук, карактеристичан само за транзисторска појачала.

Са нестабилним напајањем, излазни сигнал ће бити моделиран у близини фреквенције мреже. Звук ће постати ригиднији на левој страни фреквентног одзива. Али што је боља стабилизација снаге појачала, то је тежак дизајн читавог уређаја. УЛФ који ради у класи "А" има релативно малу ефикасност - мање од 20%. Разлог томе је што је транзистор стално отворен и струја континуирано тече кроз њега.

Да бисте повећали (иако малу) ефикасност, можете користити пусх-пулл схеме. Један недостатак је што полувалови на излазном сигналу постају асиметрични. Ако преведемо из класе "А" у "АВ", нелинеарна изобличења ће се повећати 3-4 пута. Али ефикасност читавог склопа уређаја и даље расте. УЛФ класе “АБ” и “Б” карактеришу повећање изобличења са смањењем нивоа сигнала на улазу. Али чак и ако појачате јачину звука, то не помаже у потпуности да се ослободите недостатака.

Рад у средњим разредима

Свака класа има неколико варијанти. На пример, постоји класа радних појачала "А +". У њему улазни транзистори (ниски напон) раде у "А" моду. Али високи напон, инсталиран у излазним фазама, ради или у "Б" или "АВ". Таква појачала су много економичнија од рада у класи "А". Видљиво мање нелинеарних дисторзија - не више од 0,003%. Већи резултати могу се постићи употребом биполарних транзистора. Принцип рада појачала на овим елементима ће бити разматран у наставку.

Али још увијек постоји велики број виших хармоника у излазном сигналу, што узрокује да звук постане карактеристичан металик. Постоје и појачала која раде у АА класи. У њима су нелинеарне дисторзије још мање - до 0,0005%. Али главни недостатак транзисторских појачала је и даље присутан - карактеристичан метални звук.

"Алтернативни" дизајни

Не може се рећи да су они алтернативни, само неки професионалци укључени у пројектовање и монтажу појачала за висококвалитетну репродукцију звука, све више преферирају дизајне цијеви. Лампа појачала имају такве предности:

1. Веома низак ниво нелинеарног изобличења излазног сигнала.
2. Виши хармоници су мањи него у конструкцијама транзистора.

Али постоји један велики недостатак који надмашује све предности - свакако је потребно инсталирати уређај за одобрење. Чињеница је да каскада лампе има веома велики отпор - неколико хиљада охма. Али отпорност намотаја звучника је 8 или 4 охма. Да бисте их координирали, морате инсталирати трансформатор.

Наравно, ово није велики недостатак - ту су и транзисторски уређаји који користе трансформаторе како би одговарали излазном степену и систему звучника. Неки стручњаци тврде да је најефикаснија шема хибрид - у којој се користе једно-појачавајућа појачала која нису покривена негативним повратним информацијама. Штавише, све ове каскаде раде у УЛФ класи "А" моду. Другим речима, појачавач снаге транзистора се користи као репетитор.

Штавише, ефикасност таквих уређаја је прилично висока - око 50%. Али не би требало да се фокусирате само на индикаторе ефикасности и снаге - они не говоре о висококвалитетној репродукцији звука помоћу појачала. Од много већег значаја су линеарност карактеристика и њихов квалитет. Стога, морамо обратити пажњу првенствено на њих, а не на власт.

Једносмерни УЛФ транзисторски круг

Најједноставнији појачавач, изграђен по схеми са заједничким емитером, ради у класи "А". Круг користи полуводички елемент са нпн структуром. У кругу колектора инсталиран је отпор Р3, који ограничава проток струје. Круг колектора је повезан са позитивним напонским жицама, а емитерски круг је повезан са негативним. У случају употребе полупроводничких транзистора са пнп структуром, круг ће бити потпуно исти, само ће бити потребно променити поларитет.

Помоћу спојног кондензатора Ц1 могуће је одвојити варијабилни улазни сигнал од извора директна струја У овом случају, кондензатор није препрека за проток измјеничне струје дуж стазе базног емитера. Унутрашњи отпор споја емитер-база, заједно са отпорницима Р1 и Р2, је најједноставнији раздјелник напона. Типично, отпорник Р2 има отпор од 1-1,5 кΩ - најтипичније вредности за таква кола. У овом случају, напон напајања је подељен тачно на пола. А ако напајање струјни круг напона од 20 волти, можете видјети да је вриједност струје х21 ће бити 150. Треба напоменути да ХФ појачала на транзисторима се изводе према сличним схемама, они раде само мало другачије.

Истовремено, напон емитера је 9 В, а пад у кругу "ЕБ" је 0,7 В (што је карактеристично за транзисторе на кристалима силиција). Ако узмемо у обзир појачало на њемачким транзисторима, онда ће у овом случају пад напона у "ЕБ" дијелу бити једнак 0,3 В. Струја у кругу колектора ће бити једнака оној која тече у емитеру. Могуће је израчунати подјелом напона емитера на отпор Р2 - 9В / 1 кΩ = 9 мА. Да би се израчунала основна струјна вредност, потребно је поделити 9 мА са појачањем х21 - 9мА / 150 = 60 μА. У конструкцији се обично користе бифоларни транзистори. Принцип рада се разликује од поља рада.

На отпорнику Р1 сада је могуће израчунати вриједност пада - то је разлика између основног и напонског напона. У овом случају, основни напон се може препознати по формули - суми карактеристика емитера и "ЕБ" транзицији. Када се напаја из извора од 20 волти: 20 - 9.7 = 10.3. Одавде се може израчунати вредност отпора Р1 = 10,3 В / 60 μА = 172 кΩ. У кругу постоји капацитивност Ц2, која је неопходна за реализацију кола дуж којих може проћи варијабилна компонента струје емитера.

Ако не инсталирате кондензатор Ц2, варијабла ће бити врло ограничена. Због тога ће такво појачало звука транзистора имати веома ниску струју х21. Треба напоменути да су у горњим прорачунима претпостављене једнаке струје базе и колектора. А базна струја је преузета од оне која улази у круг од емитера. То се дешава само под условом да се на излаз транзисторске базе примени преднапон.

Али имајте на уму да апсолутно увек, без обзира на присуство пристраности, струја цурења колектора тече кроз основни круг. У круговима са заједничким одашиљачем, струја цурења се повећава најмање 150 пута. Али обично се ова вредност узима у обзир само при израчунавању појачала на германијумским транзисторима. У случају силикона, у којем је струја круга „КБ“ врло мала, ова вриједност се једноставно занемарује.

МОСФЕТ Амплифиерс

Транзисторско појачало са ефектом поља које је приказано на дијаграму има много аналога. Укључујући и коришћење биполарни транзистори. Због тога је као сличан пример могуће сагледати конструкцију појачала звука које је састављено по шеми са заједничким емитером. На слици је приказан круг направљен према кругу са заједничким извором. На улазним и излазним круговима прикупљена РЦ-веза, тако да уређај ради у моду појачала класе "А".

Алтернатинг цуррент од извора сигнала је одвојен од ДЦ напонског кондензатора Ц1. Транзисторско појачало са ефектом поља мора имати потенцијал капије који ће бити мањи од сличне карактеристике извора. У приказаном кругу, капија је спојена на заједничку жицу кроз отпорник Р1. Његова отпорност је веома велика - обично се у конструкцији користи 100-1000 к000 отпорника. Овако велики отпор је изабран тако да улазни сигнал није скретан.

Овај отпор скоро да не пролази електричном струјом, због чега је потенцијал капије (у одсуству сигнала на улазу) исти као потенцијал земље. На извору је потенцијал већи од Земље, само због пада напона преко отпора Р2. Из овога је јасно да капија има мањи потенцијал од извора. Наиме, ово је потребно за нормално функционисање транзистора. Морате обратити пажњу на чињеницу да Ц2 и Р3 у овом кругу појачала имају исту намјену као у горе наведеној конструкцији. И улазни сигнал је помакнут у односу на излаз за 180 степени.

УЛФ са излазним трансформатором

Такво појачало можете направити властитим рукама за кућну употребу. Изводи се према схеми која ради у класи "А". Дизајн је исти као што је горе описано - са заједничким емитером. Једна од карактеристика је да је потребно користити трансформатор за упаривање. Ово је недостатак овог транзисторског аудио појачала.

Круг колектора транзистора је напуњен примарним намотом, који развија излазни сигнал који се преноси преко секундара на звучнике. Отпорници Р1 и Р3 су склопили раздјелник напона, што вам омогућава да одаберете радну точку транзистора. Уз помоћ овог ланца обезбеђује се напон напона на бази. Све друге компоненте имају исту намјену као у горњим схемама.

Пусх-пулл аудио појачало

То не значи да је ријеч о једноставном транзисторском појачалу, јер је његова операција нешто компликованија од оне која је раније разматрана. У пусх-пулл УЛФ-у, улазни сигнал се дели на два полувалова, различита у фази. Сваки од ових полувалова појачава се својом каскадом изведеном на транзистору. Након појачања сваког полувалова, оба сигнала се повезују и пуштају у звучнике. Такве сложене трансформације могу изазвати изобличење сигнала, будући да ће динамичка и фреквентна својства два, чак и истог типа, бити различити.

Као резултат, излаз појачала значајно смањује квалитет звука. Када је пусх-пулл појачало у класи "А" у раду, није могуће квалитетно репродуковати комплексан сигнал. Разлог томе је што струја непрекидно тече дуж рамена појачавача, полу-таласи су асиметрични, а настају фазне дисторзије. Звук постаје мање читљив, а када се загреје, изобличење сигнала се додатно побољшава, посебно на ниским и ултра ниским фреквенцијама.

Трансформерлесс УЛФ

Појачало ЛФ-а на транзистору, направљено помоћу трансформатора, упркос чињеници да дизајн може имати мале димензије, још увијек је несавршено. Трансформатори су и даље тешки и гломазни, тако да их је најбоље ријешити. Много ефикаснији је склоп изведен на комплементарним полуводичким елементима са различитим типовима проводљивости. Већина модерних УЛФ-а се изводи према таквим шемама и ради у класи “Б”.

Два моћна транзистора која се користе у пројектовању раде у складу са склопом емитерског сљедбеника (заједнички колектор). У овом случају, улазни напон се преноси на излаз без губитка и појачања. Ако на улазу нема сигнала, транзистори су на ивици укључивања, али су и даље онемогућени. Када се хармонијски сигнал примени на улаз, отвара се позитивни пола таласа првог транзистора, а други је у граничном режиму у овом тренутку.

Дакле, само позитивни полутали могу проћи кроз оптерећење. Али негативни отварају други транзистор и потпуно закључавају први. У овом случају, учитавају се само негативни полувалови. Као резултат, сигнал појачаног снаге се шаље из уређаја. Такав транзисторски круг појачавача је прилично учинковит и способан осигурати стабилан рад, висококвалитетну репродукцију звука.

УЛФ склоп на једном транзистору

Проучавајући све горе наведене особине, можете сами саставити појачало властитим рукама на једноставну базу елемената. Транзистор се може користити у домаћем КТ315 или неком од његових страних колега - на пример, БЦ107. Као оптерећење морате користити слушалице, чији је отпор 2000-3000 Охма. У подножју транзистора потребно је примијенити преднапон кроз отпорник од 1 мама и одвојни кондензатор од 10 μФ. Напајање струјом може се извести из извора од 4.5-9 волти, струје - 0.3-0.5 А.

Ако отпор Р1 није спојен, тада неће бити струје у бази и колектору. Али када се повеже, напон достиже ниво од 0,7 В и омогућава проток струје од око 4 μА. У овом случају, струја добит ће бити око 250. Одавде можете направити једноставан израчун појачала транзистора и сазнати струје колектора - то је једнако 1 мА. Сакупљањем овог појачала на транзистору, можете га тестирати. Повежите излаз на излаз - слушалице.

Додирните улаз појачала прстом - појављује се карактеристичан шум. Ако не, онда је, вероватно, дизајн монтиран погрешно. Поново провјерите све везе и оцјене елемената. Да би демонстрација била јаснија, прикључите извор звука на УЛФ улаз - излаз из уређаја или телефона. Слушајте музику и уживајте у квалитету звука.