Jednoduché zosilňovač tranzistory ručne. Zosilňovače na jednom tranzistora: Režim

Zosilňovač tranzistory, napriek svojmu už dlhou históriou, je obľúbeným predmetom štúdia, a to ako pre začiatočníkov a ctihodní šunky. A to je pochopiteľné. Je nepostrádateľnou súčasťou väčšiny rádiových zariadení hmotnosť amatérskych: rozhlasové prijímače a zosilňovače v nízkom (zvukové) frekvenciu. Sa pozrieme na to, ako vytvoriť jednoduché zosilňovača nízkofrekvenčné tranzistory.

Frekvenčná odozva zosilňovače

V každom televízie alebo rádia, v každom hudobnom centre alebo zosilňovača tranzistora nájdete audio zosilňovače (Low Frequency - LF). Rozdiel medzi zvukovými tranzistorových zosilňovačov a ďalších typov je ich frekvenčnej charakteristiky.

Nízkofrekvenčné zosilňovač tranzistory má ploché frekvenčné charakteristiky vo frekvenčnom pásme od 15 Hz do 20 kHz. To znamená, že všetky vstupné signály s frekvenciou v tomto rozmedzí, je zosilňovač prevádza (zvýšenie) približne rovnako. Nižšie uvedený obrázok ukazuje koordináty "zosilnenie zosilňovača Ku - Vstupná frekvencia" krivka znázorňuje charakteristiku ideálne frekvencie pre audio zosilňovača.

Táto krivka je takmer plochá od 15 Hz do 20 kHz. To znamená, že pre aplikáciu energie, aby presne vstupných signálov s frekvenciou medzi 15 Hz a 20 kHz. U vstupných signálov s frekvenciou nad 20 kHz a pod efektívnosti a kvality jeho práce 15 Hz rýchlo klesá.

Typ charakteristiky frekvencia zosilňovača je určený elektronických súčiastok (ERE) svojho obvodu, najmä tranzistory seba. Nízkofrekvenčné zosilňovač tranzistory zvyčajne vytvorené na tzv nízke a stredné frekvencie tranzistora s celkovou šírkou pásma vstupných signálov z desiatok a stoviek Hz až 30 kHz.

trieda pracovné zosilňovač

Ako je známe, v závislosti od stupňa kontinuity toku prúdu v dobe to cez tranzistor zosilňovacieho stupňa (zosilňovač) odlíšiť svojej triedy operácie nasledujúce: "A", "B", "AB", "C", "D".

V prevádzke je aktuálna trieda "A" prúdi kaskády počas obdobia vstupného signálu 100%. kaskáda práca v tejto triede vedľa ukazuje nákres.

V triede prevádzky zosilňovacieho stupňa "AB", prúd tečie skrz, viac ako 50%, ale menej ako 100% vstupného obdobia (viď obr. Nižšie).

V triede kaskády "B" prúd tečie skrz presne 50% z doby vstupného signálu, ako je znázornené na výkrese.

A konečne v triede kaskády "C" prúd preteká skrz neho v menej ako 50% z doby vstupného signálu.

LF zosilňovač tranzistory: veľké skreslenie v triede práce

V oblasti tranzistorový zosilňovač prevádzkovej triedy "A", má nízku úroveň harmonické skreslenie. Ale v prípade, že signál má emisie napätie impulzov, čo vedie k nasýteniu tranzistorov, vyššie harmonické (až 11 minút) sa okolo každého "normálne" harmonického výstupu. To spôsobí, že fenomén tzv tranzistora, alebo kovový zvuk.

Ak výkonové zosilňovače LF tranzistory majú neregulovaného silu, ich výstupné signály sú modulované amplitúdou blízko k frekvencii siete. To vedie k tuhosti zvuku na ľavom okraji frekvenčnej odozvy. Rôzne metódy pre stabilizáciu napätia zosilňovača je návrh zložitejšia.

Typická účinnosť single ended zosilňovač triedy A nie je vyššia ako 20% vzhľadom k neustále otvoreného tranzistora a kontinuálnym prúdu konštantný zložky prúdu. Môžete vykonávať triedy A push-pull zosilňovač, účinnosť sa mierne zvýši, ale půlvlnový signál bude viac nevyrovnaná. Preklad fáze práce triedy "A" vo výučbe "AB" sa zvyšuje štvornásobne harmonického skreslenia, aj keď účinnosť svojho systému, v tomto prípade sa zvýši.

V zosilňovaču rovnakej triede "AB" a "B" deformácie zvyšujú ako zníženie úrovne signálu. Nedobrovoľne zárez chcú hlasnejší amp dokončiť pocit sily a dynamiky hudby, ale často to nepomôže.

Medziľahlé triedy práce

Pri práci triedy "A" má určitý druh - trieda "A +". Tak, nízkonapäťové vstupné tranzistory tejto triedy zosilňovač pracuje v triede "A", a vysokonapäťové výstupné tranzistory zosilňovača je prekročená, keď sa ich vstupné signály prejsť určitej úrovne v triedach "V" alebo "SR". Náklady na takých kaskád lepšie ako čisté triedy "A", pričom nelineárne skreslenie menšie (0,003%). Však tiež znieť "kovové" v dôsledku prítomnosti vyšších harmonických vo výstupnom signálu.

V inej triede zosilňovačov - "AA" Úroveň harmonického skreslenia je ešte nižšia - asi 0,0005%, ale vyššie harmonické sú tiež prítomné.

Návrat do tranzistorového zosilňovača triedy "A"?

Dnes, mnohí odborníci v oblasti vysoko kvalitnú reprodukciu zvuku obhajujú návrat k zosilňovačov, pretože úrovne harmonického skreslenia a harmonických zavedeného nich na výstupný signál, zrejme nižšia ako tranzistorov. Avšak, tieto výhody sú kompenzované vo veľkej miere, že je potrebné do zodpovedajúceho transformátora medzi vysokú odolnosť rúrky koncového stupňa a nízku impedanciu reproduktorov. Avšak jednoduché a výkonové tranzistory môžu byť vyrobené s výstupu transformátora, ako bude uvedené nižšie.

Existuje aj názor, že konečná kvalita zvuku môžu poskytnúť iba hybridný rúrky tranzistorový zosilňovač, z ktorých všetky sú fázy z jedného cyklu sa nevzťahuje na zápornej spätnej väzby , a pracujúci v triede "A". To znamená, že zosilňovač je zosilňovač na jednom tranzistora. Obvod môže mať svoju maximálnu dosiahnuteľnú účinnosť (v triede "A"), nie je väčší ako 50%. Ale ani moc, ani účinnosť zosilňovače sú indikátorom kvality reprodukcie zvuku. Osobitný význam prikladá kvalite a linearity ERE v obvode.

Vzhľadom k tomu, single-ended obvody sú taká perspektíva, uvažujeme pod ich možnosťami.

Single-ended zosilňovač na jediný tranzistor

Schéma to, vyrobený so spoločným emitorom a RC-väzieb na vstupných a výstupných signálov pre triedy "A", je uvedený nižšie.

Je znázornená štruktúra tranzistora Q1 NPN. Jeho kolektor pomocou obmedzovacieho odporu R3 je pripojený ku kladnému pólu + Vcc a emitor - na -Vcc. Výkonový tranzistor PNP štruktúra bude mať rovnaký okruh, ale napájacie svorky vymenil.

C1 - blokovací kondenzátor, pričom je vstupný signál striedavého prúdu oddelí od jednosmerného napätia Vcc. V tomto prípade, C1 nebráni priechodu vstupného prúdu AC prostredníctvom križovatke "základ -. Q1 tranzistor emitor" Rezistory R1 a R2 spoločne s prechodového odporu "E - B" tvoria delič napätia Vcc zvoliť pracovný bod tranzistora Q1 v statickom režime. Typické pre tento obvod je hodnota R2 = 1 kOhm a poloha pracovného bodu - Vcc / 2. R3 je zaťažovací odpor a kolektor obvod sa používa pre vytvorenie kolektorovej striedavého výstupného napätia.

Za predpokladu, že Vcc = 20 V, R2 = 1 kOhm a súčasnej amplifikácie faktora H = 150. napätie na emitora zvoľte Vo = 9 V, a pokles napätia na uzle "E - B" sa predpokladá, rovnajúcu sa VBE = 0,7 V. Táto hodnota zodpovedá tzv kremíkových tranzistorov. Ak sa považuje za zosilňovač na germánia tranzistorov, pokles napätia v otvorenom prechode "E - B" by sa rovnala VBE = 0,3 V.

emitor prúd je približne rovnaká, ako zberač prúdu

Tj = 9 B / 1 K = 9 mA ≈ Ic.

Základný prúd Ib = Ic / h = 9 mA / 150 = 60 uA.

Pokles napätia na rezistore R1

V (R 1) = Vcc - VB = Vcc - (VBE + vo) = 20 V - 9,7 V = 10,3 V,

R 1 = V (R 1) / Ib = 10,3 V / 60 mA = 172 Ohm.

C2 je potrebné k vytvoreniu reťaze prechádzajúceho AC zložku emitora (kolektorový prúd v skutočnosti). Keby to nebolo, potom je odpor R2 je silne obmedzené na AC zložky, tak, aby objekt výkonu bipolárny tranzistor by mal nízky prúdový zisk.

V našich výpočtov sme predpokladali, že Ic = Ib H, kde Ib - základný prúd, ktorý tečie do nej z emitora a vyskytuje sa pri aplikácii na skreslenie základni. Vždy však cez základ (ako v prítomnosti posunutie, a bez toho, aby to) prebieha viac a zvodový prúd Icb0 kolektora. Preto je skutočný kolektor prúd Ic = Ib H + Icb0 h, tj. unikajúci prúd v obvode s RO zosilnený 150 krát. Ak by sme považovali zosilňovač o germánia tranzistorov, táto skutočnosť by mala byť vzatá do úvahy pri výpočtoch. Skutočnosť, že germániové tranzistory majú významný Icb0 poriadku niekoľkých uA. V kremíka, keď o tri rády menšie (cca niekoľko nA), tak oni sú zvyčajne ignorované vo výpočtoch.

Single-ended zosilňovač s MOS-tranzistora

Rovnako ako u iných zosilňovač FET, považovala program má svoj náprotivok medzi zosilňovača na bipolárnych tranzistorov. Preto považujeme za predchádzajúce analógové obvody so spoločným emitorom. Je vyrobený zo spoločného zdroja a RC-väzieb na vstupných a výstupných signálov pre triedy "A" a je uvedený nižšie.

Tam C1 - blokovacia kondenzátor, pričom je vstupný signál striedavého prúdu oddelí od jednosmerného napätia VDD. Ako je známe, akákoľvek zosilňovač FET musí byť brané potenciál svojich MIS tranzistorov pod ich potenciálnych zdrojov. V tomto obvode je brána uzemnený rezistor R1, ktorý má obvykle vysoký odpor (100 kOhm 1 MOhm), nie je odsunutý do vstupného signálu. Prúd cez R1 je takmer neprejde, takže brány potenciálu, keď sa žiadny vstupný signál sa rovná potenciálu krajiny. Potenciálne zdroje nadzemnom potenciálu v dôsledku úbytku napätia na odpore R2. To znamená, že brána potenciál je nižšia, než je zdroj potenciál, ktorý je nevyhnutný pre normálnu prevádzku Q1. Kondenzátor C2 a rezistor R3 majú rovnakú funkciu ako v predchádzajúcom schéme. Od tohto obvodu sa spoločného zdroja, potom sa vstupné a výstupné signály sú fázovo posunuté o 180 °.

Zosilňovač s výstupu transformátora

Tretí jednoduché jednostupňové zosilňovacie tranzistory znázornené na obrázku nižšie, je takisto konfigurovaný spoločným žiaričom pracovať v triede "A", ale s nízkou impedanciou, je pripojený prostredníctvom prispôsobovacieho transformátora.

Primárne vinutie transformátora T1 je zaťaženie kolektora tranzistora Q1 a obvod vytvára výstupný signál. T1 vysiela výstupný signál do reproduktora, a poskytuje kompletné koordinácia výstupný tranzistor s nízkym odporom (asi niekoľkých ohmov) impedanciou.

Delič napätia zdroja zberač energie Vcc zhromaždené odpory R1 a R3, poskytuje výber pracovného bodu tranzistora Q1 (predpätie na jeho základni). Vymenovanie zvyšných prvkov zosilňovača je rovnaká ako v predchádzajúcich schémach.

Push-Pull zosilňovač

Push-Pull zosilňovač LF dva tranzistory rozdeľuje vstupný zvukový signál frekvencie dvoma v protifáze polvlny, pričom každý z nich je lepší vlastným tranzistora fáze. Po vykonaní takéhoto amplifikácie polvlna sú skombinované do integrálne harmonického signálu, ktorý je prenášaný do systému reproduktorov. Takáto konverzia nízkofrekvenčné signál (štiepenie a znovu zlučovanie) v prírode spôsobuje nevratné deformácie v nej v dôsledku rozdielu frekvencie a dynamické vlastnosti oboch tranzistorových obvodov. Tieto deformácie sa znižujú kvalitu zvuku na výstupe zosilňovača.

Dvojčinný zosilňovač pracujúci v triede "A", nie sú dobre reprodukovať zložité zvukové signály, ako je zvýšená konštantná hodnota prúdu kontinuálne tečie do ramena. To vedie k nerovnováhe pol vlny signálu, skreslenie fázy a nakoniec k strate zrozumiteľnosti zvuku. Zahrievaním, dva výkonové tranzistory dvakrát zvyšuje v nízke skreslenie a frekvenčný signál podzvukovou. Avšak hlavnou výhodou push-pull okruhu je jeho prijateľná účinnosť a vyšší výkon.

Push-Pull výkonový zosilňovač obvodu s tranzistormi je znázornené na obr.

Tento zosilňovač pracuje v triede "A", ale môže byť použitý aj v triede "AB", a dokonca aj "B".

Bez transformátora zosilňovač tranzistor

Transformátory, napriek pokroku v ich miniaturizáciu sú všetky rovnaké objemné, ťažké a drahé ERE. Preto bol nájdený spôsob, ako eliminovať transformátora push-pull okruhu spustením na dvoch silných komplementárnych tranzistorov rôznych typov (npn a PNP). Väčšina moderných výkonových zosilňovačov pomocou tohto princípu a sú navrhnuté pre prácu v triede "B". Schéma takého výkonového zosilňovača je uvedený nižšie.

Obaja jej tranzistor sú usporiadané ako spoločné kolektorovej (emitorového sledovače). Preto obvod prevádza vstupné napätie na výstupe bez amplifikácie. V prípade, že vstupný signál nie je prítomný, obaja tranzistory sú na hranici zapnutom stave, ale sú vypnuté.

Ak je zadané harmonický signál, otvorí pozitívne polvlna TR1, ale potrebuje pnp tranzistor TR2 plne v režime cutoff. Teda len kladná polvlna je zosilnený preteká prúd záťaže. Negatívne vstupný signál polovice vlny sa otvorí iba zatvorí TR2 a TR1, takže zaťaženie výkon dodávaný do zápornej polovice vlny prúdu. V dôsledku toho je zaťaženie uvoľní celý zisk energie (vzhľadom k súčasnej amplifikácii) sínusového signálu.

Zosilňovače na jednom tranzistora

Pre asimiláciu k vyššie uvedenému zhromaždiť jednoduchý zosilňovač tranzistorov s rukami nad hlavou a pozerať sa na to, ako to funguje.

V už v základnej obvode T. Pre zdroj nízkeho napájacieho obvodu ako zaťaženie tranzistora BC107 typu T vrátane náhlavných súprav s odporom 2-3 ohmov, bude predpätie k základni poskytovať vysoko hodnota odporu rezistora R * 1 MOhm, oddeľovací kapacitné elektrolytický kondenzátor C 10 mikrofaradů na 100 mikrofaradů bude 4.5V batérie / 0,3 AA

Ak je odpor R * nie je pripojený žiadny prúd bázy Ib alebo Ic zberače prúdu. Ak je pripojený odpor, napätie na základni vzrastie na 0,7 V, a cez neho preteká prúd Ib = 4 mA. Prúdový zisk z tranzistora 250 je rovnaká, ako dáva Ic = 250Ib = 1 mA.

Tým, že jednoduchý zosilňovač tranzistory s ich vlastných rúk, môžeme teraz prežívať. Pripojiť slúchadlá a dal prst na bode 1 obvodu. Počujete hluk. Vaše telo vníma sieťového napájania žiarenie s frekvenciou 50 Hz. Hluk ste počuli zo slúchadiel, a toto žiarenie je len výkonový tranzistor. Poďme vysvetliť tento proces podrobnejšie. Striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz je pripojený k báze tranzistora cez kondenzátor C. Napätie na základni je teraz rovný súčtu jednosmerného predpätie (približne 0,7 V), prichádzajúci z odporu R *, a striedavého napätia "prstom". Výsledkom je, že kolektorový prúd prijatých z komponentov frekvencia striedavého prúdu 50 Hz. Tento striedavý prúd sa používa k posunutiu membrány reproduktorov tam a späť s rovnakou frekvenciou, čo znamená, že budeme mať možnosť počuť tón 50 Hz výstup.

Hrať 50 Hz hluku nie je príliš vzrušujúce, takže je možné pripojiť k bodom 1 a 2, zdroj nízkofrekvenčné signál (CD-prehrávač alebo mikrofón) a zvýšenú reči alebo počuť hudbu.