Tranzistorinis stiprintuvas, nepaisant jau senos istorijos, tebėra mėgstamas tiek pradedančiųjų, tiek radijo mėgėjų veteranų studijų objektas. Ir tai suprantama. Tai nepakeičiamas populiariausių radijo mėgėjų prietaisų komponentas: radijo imtuvai ir žemo (garso) dažnio stiprintuvai. Pažiūrėsime, kaip gaminami paprasčiausi žemo dažnio tranzistoriniai stiprintuvai.
Amp dažnio atsakas
Bet kuriame televizijos ar radijo imtuve, kiekviename muzikos centre ar garso stiprintuve galite rasti tranzistorinių garso stiprintuvų (žemo dažnio – LF). Skirtumas tarp garso tranzistorių stiprintuvų ir kitų tipų yra jų dažnio atsakas.
Tranzistoriaus garso stiprintuvas turi vienodą dažnio atsaką dažnių juostoje nuo 15 Hz iki 20 kHz. Tai reiškia, kad visi įvesties signalai, kurių dažnis yra šiame diapazone, yra konvertuojami (sustiprinami) stiprintuvo.apie tą patį. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta ideali garso stiprintuvo dažnio atsako kreivė koordinatėse „stiprintuvo stiprinimas Ku – įvesties signalo dažnis“.
Ši kreivė yra beveik plokščia nuo 15 Hz iki 20 kHz. Tai reiškia, kad toks stiprintuvas turėtų būti naudojamas specialiai įvesties signalams, kurių dažnis yra nuo 15 Hz iki 20 kHz. Įvesties signalų, kurių dažnis didesnis nei 20 kHz arba mažesnis nei 15 Hz, efektyvumas ir našumas greitai blogėja.
Stiprintuvo dažnio atsako tipą lemia jo grandinės elektriniai radijo elementai (ERE) ir, svarbiausia, patys tranzistoriai. Tranzistoriais pagrįstas garso stiprintuvas paprastai montuojamas ant vadinamųjų žemo ir vidutinio dažnio tranzistorių, kurių bendras įvesties signalų pralaidumas yra nuo dešimčių ir šimtų Hz iki 30 kHz.
Stiprintuvo klasė
Kaip žinote, atsižvelgiant į srovės srauto tęstinumo laipsnį per visą tranzistoriaus stiprinimo pakopą (stiprintuvą), išskiriamos šios jo veikimo klasės: "A", "B", "AB", "C", "D".
Veikimo klasėje srovė "A" teka per sceną 100 % įvesties signalo periodo. Šios klasės kaskada pavaizduota toliau pateiktame paveikslėlyje.
„AB“klasės stiprintuvo pakopoje srovė teka daugiau nei 50%, bet mažiau nei 100% įvesties signalo periodo (žr. paveikslėlį žemiau).
„B“pakopos veikimo klasėje srovė teka lygiai 50 % įvesties signalo periodo, kaip parodyta paveikslėlyje.
Galiausiai, „C“pakopos veikimo klasėje srovė per ją teka mažiau nei 50 % įvesties signalo periodo.
LF tranzistorinis stiprintuvas: iškraipymai pagrindinėse darbo klasėse
Darbo zonoje "A" klasės tranzistoriaus stiprintuvas turi žemą nelinijinių iškraipymų lygį. Bet jei signale yra impulsiniai įtampos šuoliai, dėl kurių tranzistoriai prisotinami, tada aplink kiekvieną „standartinę“išėjimo signalo harmoniką atsiranda didesnės harmonikos (iki 11-osios). Tai sukelia vadinamojo tranzistorinio arba metalinio garso reiškinį.
Jei tranzistorių žemo dažnio galios stiprintuvai turi nestabilizuotą maitinimo š altinį, tada jų išėjimo signalai yra moduliuojami amplitude, artima tinklo dažniui. Dėl to garsas yra atšiaurus kairiajame dažnio atsako krašte. Dėl įvairių įtampos stabilizavimo metodų stiprintuvo konstrukcija tampa sudėtingesnė.
Tipinis vieno galo A klasės stiprintuvo efektyvumas neviršija 20 % dėl visada įjungto tranzistoriaus ir nuolatinio nuolatinės srovės komponento srauto. Galite padaryti A klasės stiprintuvą „push-pull“, efektyvumas šiek tiek padidės, tačiau signalo pusės bangos taps asimetriškesnės. Kaskados perkėlimas iš darbo klasės „A“į darbo klasę „AB“keturis kartus padidina netiesinį iškraipymą, nors jo grandinės efektyvumas didėja.
B„AB“ir „B“klasių stiprintuvų iškraipymas didėja mažėjant signalo lygiui. Jūs nevalingai norite įjungti tokį stiprintuvą garsiau, kad pajustumėte visą muzikos galią ir dinamiką, tačiau dažnai tai nelabai padeda.
Tarpinio darbo klasės
Darbo klasė „A“turi variantą – „A+“klasė. Šiuo atveju šios klasės stiprintuvo žemos įtampos įėjimo tranzistoriai veikia "A" klasėje, o stiprintuvo aukštos įtampos išėjimo tranzistoriai, kai jų įvesties signalai viršija tam tikrą lygį, pereina į "B" klases arba "AB". Tokių kaskadų efektyvumas geresnis nei grynosios "A" klasės, o netiesinis iškraipymas mažesnis (iki 0,003%). Tačiau jie taip pat skamba „metališkai“dėl aukštesnių harmonikų išėjimo signale.
Kitos klasės - "AA" stiprintuvai turi dar mažesnį netiesinio iškraipymo laipsnį - apie 0,0005%, tačiau yra ir aukštesnių harmonikų.
Grįžti į A klasės tranzistorių stiprintuvą?
Šiandien daugelis aukštos kokybės garso atkūrimo srities specialistų pasisako už grįžimą prie vamzdinių stiprintuvų, nes netiesinių iškraipymų ir aukštesnių harmonikų, kurias jie įveda į išėjimo signalą, lygis yra akivaizdžiai mažesnis nei tranzistorių.. Tačiau šiuos pranašumus didžiąja dalimi atsveria tinkamo transformatoriaus poreikis tarp didelės varžos vamzdžio išvesties pakopos ir mažos varžos garsiakalbių. Tačiau paprastas tranzistorinis stiprintuvas gali būti pagamintas naudojant transformatoriaus išvestį, kaip parodyta toliau.
Taip pat yra požiūris, kad aukščiausią garso kokybę gali užtikrinti tik hibridinis vamzdinis tranzistorinis stiprintuvas, kurio visi etapai yra vieno galo, neapima neigiamų atsiliepimų ir veikia "A" klasėje. Tai yra, toks galios sekiklis yra vieno tranzistoriaus stiprintuvas. Jo schema gali turėti maksimalų pasiekiamą efektyvumą ("A" klasėje) ne daugiau kaip 50%. Tačiau nei stiprintuvo galia, nei efektyvumas nėra garso atkūrimo kokybės rodikliai. Tuo pačiu metu visų grandinėje esančių ERE charakteristikų kokybė ir tiesiškumas yra ypač svarbūs.
Kadangi vieno galo grandinės turi tokią perspektyvą, toliau apžvelgsime jų parinktis.
Vieno galo vieno tranzistoriaus stiprintuvas
Jo grandinė, sudaryta iš bendro emiterio ir R-C jungčių, skirtų įvesties ir išvesties signalams veikti „A“klasėje, parodyta paveikslėlyje žemiau.
Jis rodo n-p-n tranzistorių Q1. Jo kolektorius yra prijungtas prie +Vcc teigiamo gnybto per srovę ribojantį rezistorių R3, o jo emiteris prijungtas prie -Vcc. P-n-p tranzistoriaus stiprintuvo grandinė bus tokia pati, tačiau maitinimo laidai bus pakeisti.
C1 yra atjungiamasis kondensatorius, atskiriantis kintamosios srovės įvesties š altinį nuo nuolatinės srovės įtampos š altinio Vcc. Tuo pačiu metu C1 netrukdo kintamajai įvesties srovei praeiti per tranzistoriaus Q1 bazės ir emiterio jungtį. Rezistoriai R1 ir R2 kartu su varžaperėjimas "E - B" suformuoja įtampos daliklį Vcc, kad pasirinktų tranzistoriaus Q1 veikimo tašką statiniu režimu. Šiai grandinei būdinga reikšmė R2=1 kOhm, o veikimo taško padėtis yra Vcc / 2. R3 yra kolektoriaus grandinės apkrovos rezistorius ir naudojamas kintamos įtampos išvesties signalui ant kolektoriaus sukurti.
Tarkime, kad Vcc=20 V, R2=1 kOhm, o srovės stiprinimas h=150. Parenkame emiterio įtampą Ve=9 V, o įtampos kritimas ties perėjimu "A - B" yra lygus imamas lygus Vbe=0,7 V. Ši reikšmė atitinka vadinamąjį silicio tranzistorių. Jei svarstytume germanio tranzistorių pagrindu pagamintą stiprintuvą, tada įtampos kritimas atviroje jungtyje "E - B" būtų Vbe=0,3 V.
Emiterio srovė, maždaug lygi kolektoriaus srovei
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Pagrindinė srovė Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Įtampos kritimas rezistoriuje R1
V(R1)=Vcc – Vb=Vcc – (Vbe + Ve)=20 V – 9,7 V=10,3 V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
C2 reikalingas norint sukurti kintamo emiterio srovės komponento (iš tikrųjų kolektoriaus) perdavimo grandinę. Jei jo nebūtų, rezistorius R2 labai apribotų kintamąjį komponentą, todėl atitinkamas bipolinis tranzistoriaus stiprintuvas turėtų mažą srovės stiprinimą.
Skaičiavimų metu padarėme prielaidą, kad Ic=Ib h, kur Ib yra bazinė srovė, patenkanti į jį iš emiterio ir atsirandanti, kai bazei taikoma poslinkio įtampa. Tačiau per pagrindą visada (ir su poslinkiu, ir be jo)taip pat yra nuotėkio srovė iš kolektoriaus Icb0. Todėl tikroji kolektoriaus srovė yra Ic=Ib h + Icb0 h, t.y. nuotėkio srovė grandinėje su OE sustiprinama 150 kartų. Jei svarstytume germanio tranzistorių pagrindu pagamintą stiprintuvą, į šią aplinkybę reikėtų atsižvelgti atliekant skaičiavimus. Faktas yra tas, kad germanio tranzistoriai turi reikšmingą kelių μA dydžio Icb0. Silicyje jis yra trimis dydžiais mažesnis (maždaug keliais nA), todėl skaičiuojant į jį paprastai neatsižvelgiama.
Vieno galo MIS tranzistoriaus stiprintuvas
Kaip ir bet kuris lauko efekto tranzistorinis stiprintuvas, nagrinėjama grandinė turi analogą tarp bipolinių tranzistorių stiprintuvų. Todėl apsvarstykite ankstesnės grandinės analogą su bendru emiteriu. Jis pagamintas naudojant bendrą š altinį ir R-C jungtis, skirtus įvesties ir išvesties signalams, skirtiems veikti „A“klasei, ir parodyta paveikslėlyje toliau.
Čia C1 yra tas pats atjungiamasis kondensatorius, kurio pagalba kintamosios srovės įvesties š altinis atskiriamas nuo nuolatinės srovės įtampos š altinio Vdd. Kaip žinote, bet kurio lauko efekto tranzistoriaus stiprintuvo MOS tranzistorių vartų potencialas turi būti mažesnis už jų š altinių potencialą. Šioje grandinėje vartai yra įžeminti R1, kuris paprastai yra didelės varžos (nuo 100 kΩ iki 1 MΩ), kad nebūtų šuntuojamas įvesties signalas. Srovės per R1 praktiškai nėra, todėl vartų potencialas nesant įėjimo signalo yra lygus įžeminimo potencialui. Š altinio potencialas yra didesnis už įžeminimo potencialą dėl įtampos kritimo rezistoriuje R2. TaigiTaigi vartų potencialas yra mažesnis už š altinio potencialą, kuris būtinas normaliam Q1 veikimui. Kondensatoriaus C2 ir rezistoriaus R3 paskirtis yra tokia pati kaip ir ankstesnėje grandinėje. Kadangi tai yra bendrojo š altinio grandinė, įvesties ir išvesties signalai yra 180° nefaziniai.
Transformatoriaus išvesties stiprintuvas
Trečiasis vienpakopis paprastas tranzistorinis stiprintuvas, parodytas toliau esančiame paveikslėlyje, taip pat pagamintas pagal bendrą emiterio grandinę, skirtą veikti "A" klasei, tačiau per atitinkamą jungtį jis yra prijungtas prie mažos varžos garsiakalbio. transformatorius.
Transformatoriaus T1 pirminė apvija yra tranzistoriaus Q1 kolektoriaus grandinės apkrova ir sukuria išėjimo signalą. T1 siunčia išvesties signalą į garsiakalbį ir užtikrina, kad tranzistoriaus išėjimo varža atitiktų mažą (kelių omų eilės) garsiakalbio varžą.
Kolektoriaus maitinimo š altinio Vcc įtampos daliklis, sumontuotas ant rezistorių R1 ir R3, leidžia pasirinkti tranzistoriaus Q1 veikimo tašką (tiekiant į jo pagrindą poslinkio įtampa). Likusių stiprintuvo elementų paskirtis yra tokia pati kaip ir ankstesnėse grandinėse.
Push-pull garso stiprintuvas
Dviejų tranzistorių stumiamas žemo dažnio stiprintuvas padalija įvesties garso signalą į dvi nefazės pusbanges, kurių kiekviena yra sustiprinama savo tranzistoriaus pakopa. Atlikus tokį stiprinimą, pusbangos sujungiamos į pilną harmoninį signalą, kuris perduodamas į garsiakalbių sistemą. Tokia žemo dažnio transformacijasignalas (skaldymas ir pakartotinis suliejimas), žinoma, sukelia negrįžtamus iškraipymus jame, dėl dviejų grandinės tranzistorių dažnių ir dinaminių savybių skirtumo. Šis iškraipymas sumažina garso kokybę stiprintuvo išvestyje.
Push-pull stiprintuvai, veikiantys "A" klasėje, nepakankamai gerai atkuria sudėtingus garso signalus, nes jų rankose nuolat teka padidėjusi nuolatinė srovė. Tai veda prie signalo pusės bangų asimetrijos, fazių iškraipymų ir galiausiai garso aiškumo praradimo. Kai šildomi, du galingi tranzistoriai padvigubina signalo iškraipymą žemuose ir infra-žemuose dažniuose. Tačiau pagrindinis stūmimo ir traukimo grandinės pranašumas yra priimtinas efektyvumas ir padidinta išėjimo galia.
Push-pull tranzistoriaus galios stiprintuvo grandinė parodyta paveikslėlyje.
Tai yra „A“klasės stiprintuvas, tačiau taip pat galima naudoti „AB“ir net „B“klasę.
Be transformatoriaus tranzistoriaus galios stiprintuvas
Transformeriai, nepaisant miniatiūrizavimo pažangos, vis dar yra patys stambiausi, sunkiausi ir brangiausi ERE. Todėl buvo rastas būdas pašalinti transformatorių iš stūmimo grandinės, paleidžiant jį ant dviejų galingų skirtingų tipų tranzistorių (n-p-n ir p-n-p). Dauguma šiuolaikinių galios stiprintuvų naudoja šį principą ir yra skirti veikti "B" klasėje. Tokio galios stiprintuvo grandinė parodyta paveikslėlyje žemiau.
Abu jo tranzistoriai sujungti pagal bendrą kolektoriaus (emiterio sekėjo) grandinę. Todėl grandinė be stiprinimo perduoda įėjimo įtampą į išėjimą. Jei nėra įvesties signalo, abu tranzistoriai yra ant įjungtos būsenos ribos, tačiau jie yra išjungti.
Kai įvedamas harmoninis signalas, jo teigiama pusbangis atidaro TR1, bet įjungia p-n-p tranzistorių TR2 į visiško išjungimo režimą. Taigi per apkrovą teka tik teigiama sustiprintos srovės pusės banga. Neigiama įvesties signalo pusbangis atidaro tik TR2 ir išjungia TR1, kad į apkrovą būtų tiekiama neigiama sustiprintos srovės pusbangis. Dėl to į apkrovą perduodamas visos galios sustiprintas (dėl srovės stiprinimo) sinusoidinis signalas.
Vieno tranzistoriaus stiprintuvas
Norėdami įsisavinti tai, kas išdėstyta pirmiau, savo rankomis surinksime paprastą tranzistorinį stiprintuvą ir išsiaiškinsime, kaip jis veikia.
Apkraunant mažos galios BC107 tipo tranzistorių T, įjungiame ausines, kurių varža 2–3 kOhm, bazei taikome poslinkio įtampą iš didelės varžos rezistoriaus R 1 MΩ, bazinėje grandinėje T įjungiame atjungiamąjį elektrolitinį kondensatorių C, kurio talpa nuo 10 μF iki 100 μF. Mes maitinsime grandinę iš 4,5 V / 0,3 A akumuliatoriaus.
Jei rezistorius R neprijungtas, tai nėra nei bazinės srovės Ib, nei kolektoriaus srovės Ic. Jei rezistorius yra prijungtas, įtampa prie pagrindo pakyla iki 0,7 V ir per jį teka srovė Ib \u003d 4 μA. Koeficientastranzistoriaus srovės stiprinimas yra 250, todėl Ic=250Ib=1 mA.
Savo rankomis surinkę paprastą tranzistorinį stiprintuvą, dabar galime jį išbandyti. Prijunkite ausines ir padėkite pirštą ant 1 diagramos taško. Išgirsite triukšmą. Jūsų kūnas tinklo spinduliuotę suvokia 50 Hz dažniu. Triukšmas, kurį girdite iš ausinių, yra ši spinduliuotė, kurią tik sustiprina tranzistorius. Leiskite mums paaiškinti šį procesą išsamiau. Prie tranzistoriaus pagrindo per kondensatorių C prijungiama 50 Hz kintamosios srovės įtampa. Dabar bazės įtampa lygi nuolatinės srovės poslinkio įtampai (apie 0,7 V), gaunamai iš rezistoriaus R, ir kintamosios srovės piršto įtampos sumai. Dėl to kolektoriaus srovė gauna kintamą komponentą, kurio dažnis yra 50 Hz. Ši kintamoji srovė naudojama garsiakalbių membranai judėti pirmyn ir atgal tuo pačiu dažniu, o tai reiškia, kad išvestyje galime girdėti 50 Hz toną.
Girdėti 50 Hz triukšmo lygį nėra labai įdomu, todėl galite prijungti žemo dažnio š altinius (CD grotuvą arba mikrofoną) prie 1 ir 2 taškų ir girdėti sustiprintą kalbą ar muziką.
