Усилитель звука своими руками схема на транзисторах: Схемы усилителей мощности на транзисторах, самодельные УНЧ и УМЗЧ

Содержание

Усилитель звука на транзисторах #1 ⋆ diodov.net

Программирование микроконтроллеров Курсы

Усилитель звука относится к одному из наиболее интересных электронных устройств для начинающих электронщиков или радиолюбителей. И это не удивительно, ведь если устройство собрано правильно, то достаточно подключить динамик и сразу же раздастся звук, оповещающий о том, что усилитель мощности работает. Наличие звука приносить радость успешного завершения сборки усилителя звука своими руками, а его отсутствие – разочарование. Поэтому цель данной статьи – принести радость начинающему электронщику. Но сначала все по порядку…

Усилитель мощности на транзисторах. Базовые положения

Усилитель мощности на транзисторах присутствует в том или ином виде во многих электронных устройствах. Особенно ярко выделено его применение в звуковой технике.

Современный мир электроники полностью опутан различными запоминающими устройствами: флешки, жесткие диски и т.п. Для воспроизведения информации, хранящейся в памяти накопителей, нужно, прежде всего, преобразовать и усилить ее сигналы.

Главное назначение любого усилителя состоит в преобразовании маломощного сигнала в более мощный. При этом форма его должна сохраняться и не искажаться в процессе преобразования. Иначе произойдет частичная или полная утеря информации.

Начинающим электронщикам следует помнить очень важный момент. Усиление происходит не за счет каких-либо магических свойств транзистора, а за счет энергии блока питания. Транзистор лишь управляет потоком мощности от источника питания к нагрузке. Причем он выполняет свою работу в нужные моменты времени. Отсюда становится понятно, что мощность на нагрузке ограничена лишь мощностью блока питания. Если нагрузка, например динамик, имеет мощность 10 Вт, а источник тока способен выдать только 5 Вт, то нагрузка будет способна развить только 5 Вт.

Структура усилителя состоит из источника и узла, согласующего входной сигнал с источником тока. Такое согласование позволяет получить выходной сигнал.

Структура усилителя

Устройство транзистора

Поскольку главным элементом усилителя является транзистор, то рассмотрим вкратце устройство и принцип работы это полупроводникового прибора.

Среди довольно обширного выбора полупроводниковых приборов, как по характеристикам, так и по принципу действия, в данной статье мы рассмотрим, и будем применять исключительно биполярные транзисторы (БТ).

Биполярные транзисторы

Такой электронный прибор состоит из полупроводникового кристалла и трех, подсоединенных к нему электродов. Вся конструкция помещается в корпус, который защищает прибор от разных внешних воздействий (пыль, влага и т.п.). От корпуса отходят три вывода: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э).

Существуют принципиально два типа БТ n-p-n и p-n-p структуры. Принцип работы их аналогичен, а отличие состоит лишь в полярности подключения к их выводам источника питания и радиоэлектронных элементов, имеющих полярность, например электролитических конденсаторов.

Биполярный транзистор имеет два pn-перехода, поэтому конструктивно его можно рассматривать, как два последовательно встречно соединенных диода. Точка соединения диодов аналогична базе. Но если взять два любых диода и соединить их соответствующим образом, то в такой конструкции не будут проявляться усилительные свойства. Причина в том, что у «настоящего» транзистора слишком малое расстояние между различными полупроводниковыми структурами (база-эмиттер, база-коллектор). Расстояние равно единицам микрометра, то есть несколько тысячных миллиметра (1мкм = 0,001 мм = 0,000001 м). Именно за счет малого расстояния получается транзисторный эффект.

Структура биполярного транзистора

Как работает биполярный транзистор (БТ)

Принцип работы БТ упрощенно рассмотрим на примере ниже приведенной схемы.

Режим отсечки биполярного транзистора

Базу оставим не подключенной либо соединим ее с минусом источника питания. Последний вариант более предпочтительный, поскольку исключает появление наводок на выводе.

Чтобы исключить короткое замыкание в цепь коллектора следует установить резистор Rн, он же будет служить нагрузкой. Однако при подключении источника питания Uип, ток в цепи VT и Rн протекать не будет (обратный ток мы не берем в счет, поскольку его значение слишком мало и не превышает единиц микроампер). Отсутствие тока в цепи поясняется тем, что транзистор закрыт. И если вернуться к аналогии с диодом, то мы заметим, что один из них находится под обратным напряжением, поэтому он заперт.

Схема замещения транзистора в режиме отсечки

Открыть БТ не составит большого труда. Следует на базу относительно эмиттера (для n-p-n структуры) приложить положительный потенциал, то есть подать напряжение, например от другого источника питания – батарейки. Величина напряжения должна быть порядка 0,6 В, чтобы скомпенсировать падение напряжения на эмиттерном переходе. Резистор Rб служит для ограничения тока, протекающего в цепи базы.

Принцип работы транзистора

Таким образом, если подать небольшое напряжение на базу, то в цепи нагрузки Rн будет протекать ток коллектора Iк. При смене полярности блока питания VT закроется. Чтобы не запутаться и правильно подключать источник питания следует обратить внимание на направление стрелки эмиттера. Она указывает на направление протекания токов Iк и Iб. Для БТ n-p-n типа Iк и Iб входят в эмиттер, а для p-n-p – выходят.

Схема включения транзистора

Коэффициент усиления транзистора

Токи базы Iб и коллектора Iк находятся в тесной взаимосвязи. Более того, величина тока, протекающего в цепи коллектора помимо параметров Uип и Rн определяются величиной Iб в прямопропорциональной зависимости. Отношение Iк к Iб называется коэффициентом усиления транзистора по току и обозначается буквой β («бета»):

Формула коэффициента усиления по току биполярного транзистора

Коэффициент усиления является одним из важнейших параметров БТ и всегда приводится в справочниках. Для большинства маломощных БТ он находится в диапазоне 50…550 единиц. В общем, β показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы.

Усилитель звука на транзисторах

Усилитель звука на транзисторах предназначен для повышения мощности сигнала звуковой частоты, поэтому его еще называют усилитель мощности звуковой частоты или сокращенно УМЗЧ. Источником звука, подлежащего усилению, чаще всего служит микрофон или выход звуковой карты компьютера, ноутбука, смартфона и т.п. Мощность таких источников довольно низкая и составляет микроватты, а для нормальной работы динамика (громкоговорителя) необходимо обеспечить мощность единицы и десятки ватт, а то и сотни ватт. Поэтому главной задачей УМЗЧ является повышение мощности слабого входного сигнала в тысячи и десятки тысяч раз.

Упрощенная схема усилителя звука на транзисторе

Звуки раздающейся мелодии или речи имеют сложный характер. Однако любой из них, даже самой сложной формы можно разложить в ряд сигналов синусоидальной формы, отличающихся как по частоте, так и по амплитуде.

Упрощенная схема усилителя звука на транзисторе

Поэтому с целью упростить пояснение принципа работы схемы УМЗЧ будем применять входной сигнал синусоидальной формы uc. Нагрузкой на первых порах вместо динамика буде служить резистор Rн.

Схема усилителя переменного тока на транзисторе

Однако приведенная выше схема применяется лишь для работы БТ в ключевом режиме, то есть когда полупроводниковый прибор VT находится в двух фиксированных состояниях – открытом и закрытом. Для усиления переменного сигнала данная схема непригодна, поскольку будет усиливаться только положительная полуволна входного сигнала. Для отрицательной полуволны транзистор будет закрыт. Кроме того, амплитуда входного сигнала должна быть не меньше 0,6 В, иначе просто останется незамеченным, поскольку не откроется эмиттерный переход.

Базовая схема входного каскада УМЗЧ

Чтобы схема УМЗЧ работала правильно, а это означает, усиливала без искажений положительные и отрицательные полуволны, изначально следует приоткрыть VT наполовину. Тогда положительная полуволна будет еще больше открывать БТ, а отрицательная – призакрывать его.

Приоткрыть БТ можно небольшим напряжением, поданным на базу, оно же называется напряжением смещения. Сам процесс называют установкой рабочей точки транзистора по постоянному току. Напряжение смещения зачастую подается от общего источника питания через токоограничивающий резистор Rб, согласно схемы, приведенной ниже.

Схема усилителя на транзисторе

Чтобы постоянное напряжение не воздействовало на источник переменного сигнала, а также не нарушался режим работы схемы по постоянному току, переменная составляющая отделяется конденсатором С1, а нагрузка подключается к коллектору через разделительный конденсатор C2 к клеммам uвых.

Правильная установка или настройка рабочей точки транзисторного усилителя звука имеет ключевое значение, поскольку если ее установить неверно, то выходной сигнал будет иметь искажения либо вовсе отсутствовать. Чтобы установить рабочую точку пользуются выходной статической характеристикой биполярного транзистора. Она характеризует зависимость тока в цепи коллектора от приложенного напряжения между выводами коллектор-эмиттер при разных значениях тока базы. На данной характеристике располагается нагрузочная прямая, на которой выделяют три участка: 1-2, 2-3 и 3-4. Участок 1-2 называется областью отсечки – здесь БТ полностью закрыт; 3-4 – область насыщения – БТ полностью открыт; 2-3 – активная область – здесь БТ находится в приоткрытом состоянии. Участки 1-2 и 3-4 используются для работы транзистора в ключевом режиме. Активный участок 2-3 соответствует работе БТ в режиме усиления. Именного на него ориентируются при настройке рабочей точки.

Выходная статическая характеристика биполярного транзистора

Расчет параметров элементов усилителя мощности

Расчет основных параметров усилителя мощности начинается с определения сопротивления резистора, который находится в цепи коллектора Rк. Чтобы его посчитать, согласно закону Ома понадобится прежде определить падение напряжения на нем URк и ток Iк:

Формула сопротивления коллектора транзисторного усилителя

Напряжение URк принимают из таких соображений, чтобы на полуоткрытом транзисторе оно было, равное половине напряжения источника питания Uип. Это соответствует половине нагрузочной прямой на выходной статической характеристике – точке А.

Режим работы транзистора по постоянному току

Если рабочая точка будет находится значительно выше или ниже точки А, например А1 или А2, то выходной сигнал с усилителя будет искажаться. Произойдет срез его нижних или верхних полуволн, что отразится на ухудшении качества звука. Поэтому стоит придерживаться средней точки – т. А. Однако это не всегда оправдано, особенно для сигналов очень низкой мощности. В таком случае рабочую точку принимают насколько ниже т. А, что позволяет снизить потребление электроэнергии без искажения формы выходного сигнала.

Выбор рабочей точки биполярного транзистора

В нашем случае будем опираться на точку А. Примем напряжение источника питания Uип = 9 В (батарейка «крона»). Тогда напряжение на резисторе Rк равно:

Формула падения напряжения на сопротивлении резистора в цепи коллектора

Коллекторный ток, называемый током покоя коллектора, принимают для расчетов 0,8…1,2 мА. Возьмем среднее значение 1 мА = 0,001 А.

Сопротивление Rк равно:

Формула определения сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора

Примем ближайший стандартный номинал резистора 4,7 кОм.

Теперь определит сопротивление в цепи базы Rб:

Формула определение базового резистора биполярного транзистора

Коэффициент усиления БТ легко и с достаточной точность можно определить мультиметром. Для pn2222 я определил значение 170 единиц.

Сопротивление резистора базы транзистора

Более точную установку тока покоя коллектора устанавливают переменным резистором, включенным в цепь базы и изменяют его до тех пока, пока значение Iк станет равным 1мА. При этом ориентируются на показания миллиамперметра, установленного в цепь коллектора.

Усилитель звука на транзисторах

Ниже приведены схемы входных каскадов усилителей с полупроводниковыми приборами разной структуры.

Схема усилителя звука на транзисторах

Расчет емкости конденсаторов усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ)

При расчете УМЗЧ следует обратить внимание на емкость развязывающих конденсаторов С1 и С2. Если их принять слишком малыми, то плохо будут проходить токи низкой частоты. Поэтому емкость можно определить по следующему выражению:

Формула емкости конденсаторов усилителя мощности звуковой частоты

где fн – нижняя граница частоты сигнала, Гц. Для УНЧ как правило принимают 20 Гц – нижний порог слышимости человеческого уха;

Расчет емкости конденсаторов усилителя мощности звуковой частоты

Rвх – входное сопротивление следующего каскада или нагрузки. Для усилителей, в которых применяется БТ, включенный по схеме с общим эмиттером это сопротивление равняется нескольким килоом. Примем Rвх = 4,7 кОм = 4700 Ом.

Таким образом емкости конденсаторов С1 и С2 следует принимать не менее 10 мкФ.

Однако рассмотренная выше схема усилителя звука имеет недостаток, который исключает применение ее в таком виде в электронных устройствах. В схеме отсутствует температурная стабилизация, поэтому любые изменение температуры могут привести к искажению формы выходного сигнала. Устранение данного недостатка и причины его возникновения подробно рассмотрено в следующей статье.

Электроника для начинающих

Еще статьи по данной теме

Простейший усилитель звука на одном транзисторе за 15 минут


Привет, Самоделкины! Если у Вас есть динамик и источник звука, но нечем его усилить — то в этой статье мы расскажем Вам, как собрать усилитель из хлама =)

Для этого нам потребуются следующие компоненты и инструменты:
1. n-p-n кремниевый транзистор КТ805 или его аналоги. (этот самый мощный в серии)
2. Электролитический конденсатор емкостью 100мкФ и напряжением более 16 вольт
3. переменный резистор около 5кОм
4. монтажная плата (необязательно — можно сделать навесным монтажем)
5. радиатор
6. провода
7. разъем мини джек
8. блок питания 5-12 В постоянного тока
9. паяльник, канифоль, припой .(вот такой подобран хлам)

Первым делом устанавливаем компоненты на монтажную плату.

К базе КТ805 припаиваем центральный вывод переменного резистора и отрицательный вывод конденсатора.

Второй вывод переменного резистора — это + питания и + динамика припаиваем на плату
Коллектор транзистора (центральный контакт) будет минус динамика.

К эмиттеру подключаем минус питания и отрицательный провод входного сигнала. Положительным проводом является + конденсатора.

Для тестов остается припаять 3 пары проводов Вход Выход и Питание (на фото слева направо). Транзистор устанавливаем на радиатор.

Приступаем к тестам и настройке. Собираем и подключаем все компоненты на столе, строго соблюдая полярность! Желательно и схему проверить на наличие коротких замыканий.

Нашим подстроечным резистором подбираем правильный режим работы. Короче говоря согласуем работу транзистора с сопротивлением динамика.

Ура! Настройка прошла успешно! Окультуриваем и устанавливаем все в корпус.

Всем удачи и хороших идей!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Транзисторный усилитель 50W своими руками

Приветствую, Самоделкины!
Усилители мощности низкой частоты или просто усилитель звука, собираются радиолюбителями довольно часто. Специализированные микросхемы усилителей мощности низкой частоты сейчас довольно популярны и после сборки некоторых УНЧ на базе микросхем, радиолюбитель стремится к чему-то более сложному. Транзисторные усилители, несмотря на огромное разнообразие микросхем, не потеряли свою актуальность. Если нужен хороший качественный усилитель, то стоит собрать его на транзисторах. Сегодня мы поговорим о неплохом транзисторном усилителе, работающим в классе b. Не спешите с выводами, класс b тоже бывает неплохим.


Истинные ценители сверх высококачественного звука наверняка скажут, что это не самый лучший класс УНЧ, однотактный и ламповый — вот каким должен быть качественный усилитель. Я конечно же отчасти с вами согласен, но цены ламповых усилителей, сами видите:


А собрать их дома тоже процесс не из легких.

Представленная схема была опубликованная в журнале «Радио» в 1991 году.


Это легендарный усилитель Дорофеева, так что он имеет довольно преклонный возраст. Гениальность схемы заключается в простоте. Несмотря на минимальное количество используемых компонентов с соответствующим источником питания данный усилитель способен отдавать в нагрузку 4 Ома, мощность до 50 ватт, что согласитесь, очень даже неплохо. В разное время радиолюбители дорабатывали и изменяли схему. Для удобства, автор перевел схему на импортные компоненты, далее будем рассматривать именно ее.

В данном усилителе применены довольно интересные схематические решения, например, резистор R12, которой ограничивает коллекторный ток транзистора выходного каскада и является своеобразным ограничителем выходной мощности, одновременно защищает выходные транзисторы от коротких замыканий. Так что усилитель короткого, можно сказать, не боится.

Указанный резистор нужен одноваттный, в крайнем случае можно на пол ватта. Коэффициент нелинейных искажений при чистоте в 1 кГц не более 0,1 %, при 20 кГц — 0,2%, так что на слух никаких искажений при номинальной мощности не будет. Питается усилитель от двухполярного источника. Диапазон питающих напряжений от +- 15 до +- 25В.

С целью увеличения выходной мощности, можно увеличить питающее напряжение, но в этом случае нужно менять и транзисторы оконечного каскада на более мощные и пересчитать несколько резисторов.

Резисторы r9 и r10 подбираются в зависимости от питающего напряжения.

Они ограничивают ток через стабилитрон и в этой части схемы собран параметрический стабилизатор напряжения, которое обеспечивает стабильное питание для операционного усилителя.


Кстати, об операционнике, это довольно неплохой операционный усилитель, применяется в аудиотехнике очень часто. Можно спокойно менять на TL081.


В случае замены на иные операционные усилители, стоит обратить внимание на распиновку, так как расположение выводов может быть иным. Операционный усилитель советую установить на панельку беспаячного монтажа, для быстрой замены в случае чего. Кстати, у этого автора есть и вторая версия данного усилителя, на сей раз полностью на транзисторах, она сейчас перед вами:

Несколько слов о печатной плате, мастер старался ее сделать максимально компактной, вроде бы получилось неплохо.


Ссылку на скачивание найдете в описании под видеороликом автора (внизу страницы). На плате имеются перемычки, их желательно запаять в первую очередь.

Транзисторы предвыходного и выходного каскада, устанавливаются на общий теплоотвод. Естественно не забываем их изолировать от радиатора.

В выходном каскаде стоит использовать транзисторы с мощностью рассеивания не менее 50-60 ватт, с напряжением коллектор-эмиттер не менее 60 В, а лучше 80 или 100 В, но тут тоже всё зависит от напряжения питания.


Как видно из схемы, в выходном и предвыходном каскаде, использованы комплементарные пары транзисторов. Очень и очень желательно подобрать транзисторы по коэффициенту усиления. Некоторые мультиметры имеют функцию проверки этого параметра, но можно использовать транзистор-тестер.

Стабилитроны можно на 0,5 Вт, с напряжением стабилизации от 14 до 18 В.


Пару слов об источнике питания.

В случае трансформаторного блока питания желательно использовать фильтрующие конденсаторы с емкостью не менее 4700 мкФ, тут чем больше тем лучше.


Усилитель работает в классе b и КПД на довольно высоком уровне, но в любом случае, источник питания нужен с некоторым запасом. Поэтому необходимо взять трансформатор с габаритной мощностью от 70 Вт. Как звучит усилитель вы можете узнать, посмотрев видеоролик автора. Должен заметить, что во время тестов будет слышен некий фон, это связано с тем, что в блоке питания у автора проекта использованы конденсаторы очень малой емкости, всего 1000 мкФ в плече.

Качество в принципе хорошее, на уровне микросхем TDA2030 – 2050. С хорошим источником питания и по мощности, и по качеству, вполне может конкурировать с микросхемами наподобие TDA7294.

На этом все. В описании под видео помимо архива проекта со схемой и платой, найдете ссылки на комплектующие для сборки такого же усилителя, а также на готовые платы усилителей низкой частоты на любой вкус.

Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр

На Хабре уже были публикации о DIY-ламповых усилителях, которые было очень интересно читать. Спору нет, звук у них чудесный, но для повседневного использования проще использовать устройство на транзисторах. Транзисторы удобнее, поскольку не требуют прогрева перед работой и долговечнее. Да и не каждый рискнёт начинать ламповую сагу с анодными потенциалами под 400 В, а трансформаторы под транзисторные пару десятков вольт намного безопаснее и просто доступнее.

В качестве схемы для воспроизведения я выбрал схему от John Linsley Hood 1969 года, взяв авторские параметры в расчёте на импеданс своих колонок 8 Ом.

Классическая схема от британского инженера, опубликованная почти 50 лет назад, до сих пор является одной из самых воспроизводимых и собирает о себе исключительно положительные отзывы. Этому есть множество объяснений:

— минимальное количество элементов упрощает монтаж. Также считается, что чем проще конструкция, тем лучше звук;

— несмотря на то, что выходных транзисторов два, их не надо перебирать в комплементарные пары;

— выходных 10 Ватт с запасом хватает для обычных человеческих жилищ, а входная чувствительность 0.5-1 Вольт очень хорошо согласуется с выходом большинства звуковых карт или проигрывателей;

— класс А — он и в Африке класс А, если мы говорим о хорошем звучании. О сравнении с другими классами будет чуть ниже.




Внутренний дизайн

Усилитель начинается с питания. Разделение двух каналов для стерео правильнее всего вести уже с двух разных трансформаторов, но я ограничился одним трансформатором с двумя вторичными обмотками. После этих обмоток каждый канал существует сам по себе, поэтому надо не забывать умножать на два всё упомянутое снизу. На макетке делаем мосты на диодах Шоттки для выпрямителя.

Можно и на обычных диодах или даже готовых мостах, но тогда их необходимо шунтировать конденсаторами, да и падение напряжения на них больше. После мостов идут CRC-фильтры из двух конденсаторов по 33000 мкф и между ними резистор 0.75 Ом. Если взять меньше и ёмкость, и резистор, то CRC-фильтр станет дешевле и меньше греться, но увеличатся пульсации, что не комильфо. Данные параметры, имхо, являются разумными с точки зрения цена-эффект. Резистор в фильтр нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3 Вт тепла, поэтому лучше взять с запасом на 5-10 Вт. Остальным резисторам в схеме мощности 2 Вт будет вполне достаточно.

Далее переходим к самой плате усилителя. В интернет-магазинах продаётся куча готовых китов, однако не меньше и жалоб на качество китайских компонентов или безграмотных разводок на платах. Поэтому лучше самому, под свою же «рассыпуху». Я сделал оба канала на единой макетке, чтобы потом прикрепить её ко дну корпуса. Запуск с тестовыми элементами:

Всё, кроме выходных транзисторов Tr1/Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторах, об этом чуть ниже. К авторской схеме из оригинальной статьи нужно сделать такие ремарки:

— не всё нужно сразу впаивать намертво. Резисторы R1, R2 и R6 лучше сначала поставить подстроечными, после всех регулировок выпаять, измерить их сопротивление и припаять окончательные постоянные резисторы с аналогичным сопротивлением. Настройка сводится к следующим операциям. Сначала с помощью R6 выставляется, чтобы напряжение между X и нулём было ровно половиной от напряжения +V и нулём. В одном из каналов мне не хватило 100 кОм, так что лучше брать эти подстроечники с запасом. Затем с помощью R1 и R2 (сохраняя их примерное соотношение!) выставляется ток покоя – ставим тестер на измерение постоянного тока и измеряем этот самый ток в точке входа плюса питания. Мне пришлось ощутимо снизить сопротивление обоих резисторов для получения нужного тока покоя. Ток покоя усилителя в классе А максимальный и по сути, в отсутствие входного сигнала, весь уходит в тепловую энергию. Для 8-омных колонок этот ток, по рекомендации автора, должен быть 1.2 А при напряжении 27 Вольт, что означает 32.4 Ватта тепла на каждый канал. Поскольку выставление тока может занять несколько минут, то выходные транзисторы должны быть уже на охлаждающих радиаторах, иначе они быстро перегреются и умрут. Ибо греются в основном они.

— не исключено, что в порядке эксперимента захочется сравнить звучание разных транзисторов, поэтому для них тоже можно оставить возможность удобной замены. Я попробовал на входе 2N3906, КТ361 и BC557C, была небольшая разница в пользу последнего. В предвыходных пробовались КТ630, BD139 и КТ801, остановился на импортных. Хотя все вышеперечисленные транзисторы очень хороши, и разница может быть скорее субъективной. На выходе я поставил сразу 2N3055 (ST Microelectronics), поскольку они нравятся многим.

— при регулировке и занижении сопротивления усилителя может вырасти частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0.5 мкф, а 1 или даже 2 мкф в полимерной плёнке. По Сети ещё гуляет русская картинка-схема «Ультралинейный усилитель класса А», где этот конденсатор вообще предложен как 0.1 мкф, что чревато срезом всех басов под 90 Гц:

— пишут, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землёй ставится цепь Цобеля: R 10 Ом + С 0.1 мкф.

— предохранители, их можно и нужно ставить как на трансформатор, так и на силовой вход схемы.

— очень уместным будет использование термопасты для максимального контакта между транзистором и радиатором.

Слесарно-столярное

Теперь о традиционно самой сложной части в DIY — корпусе. Габариты корпуса задаются радиаторами, а они в классе А должны быть большими, помним про 30 Ватт тепла с каждой стороны. Сначала я недоучёл эту мощность и сделал корпус со средненькими радиаторами 800см² на канал. Однако при выставленном токе покоя 1.2А они нагрелись до 100°С уже за 5 минут, и стало ясно, что нужно нечто помощнее. То есть нужно либо ставить радиаторы побольше, либо использовать кулеры. Делать квадрокоптер мне не хотелось, поэтому были куплены гигантские красавцы HS 135-250 площадью 2500 см² на каждый транзистор. Как показала практика, такая мера оказалась немного избыточной, зато теперь усилитель спокойно можно трогать руками – температура равна лишь 40°С даже в режиме покоя. Некоторой проблемой стало сверление отверстий в радиаторах под крепления и транзисторы – изначально купленные китайские свёрла по металлу сверлили крайне медленно, на каждую дырку уходило бы не менее получаса. На помощь пришли кобальтовые свёрла с углом заточки 135° от известного немецкого производителя — каждое отверстие проходится за несколько секунд!

Сам корпус я сделал из оргстекла. Заказываем у стекольщиков сразу нарезанные прямоугольники, выполняем в них необходимые отверстия для креплений и красим с обратной стороны чёрной краской.

Покрашенное с обратной стороны оргстекло смотрится очень красиво. Теперь остаётся только всё собрать и наслаждаться музы… ах да, при окончательной сборке ещё важно для минимизации фона правильно развести землю. Как было выяснено за десятилетия до нас, C3 нужно присоединять к сигнальной земле, т.е. к минусу входа-входа, а все остальные минуса можно отправить на «звезду» возле конденсаторов фильтра. Если всё сделано правильно, то никакого фона не расслышать, даже если на максимальной громкости поднести ухо к колонке. Ещё одна «земляная» особенность, которая характерна для звуковых карт, не развязанных с компьютером гальванически – это помехи с материнки, которые могут пролезть через USB и RCA. Судя по интернету, проблема встречается часто: в колонках можно услышать звуки работы HDD, принтера, мышки и фон БП системника. В таком случае проще всего разорвать земляную петлю, заклеив изолентой заземление на вилке усилителя. Опасаться тут нечего, т.к. останется второй контур заземления через компьютер.

Регулятор громкости на усилителе я не стал делать, поскольку достать какой-нибудь качественный ALPS не удалось, а шуршание китайских потенциометров мне не понравилось. Вместо него был установлен обычный резистор 47 кОм между «землёй» и «сигналом» входа. Тем более регулятор у внешней звуковой карты всегда под рукой, да и в каждой программе тоже есть ползунок. Регулятора громкости нет только у винилового проигрывателя, поэтому для его прослушивания я приделал внешний потенциометр к соединительному кабелю.

Я угадаю этот контейнер за 5 секунд…

Наконец, можно приступать к прослушиванию. В качестве источника звука используется Foobar2000 → ASIO → внешняя Asus Xonar U7. Колонки Microlab Pro3. Главное достоинство этих колонок — это отдельный блок собственного усилителя на микросхеме LM4766, который можно сразу убрать куда-то подальше. Намного интереснее с этой акустикой звучали усилок от мини-системы Panasonic с гордой надписью Hi-Fi или усилитель советского проигрывателя Вега-109. Оба вышеупомянутых аппарата работают в классе АВ. Представленный в статье JLH переиграл всех вышеперечисленных товарищей в одну калитку, по результатам слепого теста для 3 человек. Хотя разницу было слышно невооружённым ухом и без всяких тестов – звук явно детальнее и прозрачнее. Весьма легко, например, услышать различие между MP3 256kbps и FLAC. Раньше я думал, что эффект lossless больше как плацебо, но теперь мнение изменилось. Аналогичным образом гораздо приятнее стало слушать нескомпрессованые от loudness war файлы — dynamic range меньше 5 Дб вообще не айс. Линсли-Худ стоит затрат времени и денег, ибо аналогичный брендовый усилок будет стоить намного дороже.

Материальные затраты

Трансформатор 2200 р.
Выходные транзисторы (6 шт. с запасом) 900 р.
Конденсаторы фильтра (4 шт) 2700 р.
«Рассыпуха» (резисторы, мелкие конденсаторы и транзисторы, диоды) ~ 2000 р.
Радиаторы 1800 р.
Оргстекло 650 р.
Краска 250 р.
Разъёмы 600 р.
Платы, провода, серебряный припой и пр. ~1000 р.
ИТОГО ~12100 р.

⚡️Усилитель своими руками на транзисторах

Использование качественного усилителя позволит повысить детализацию и реалистичность любимых музыкальных воспроизведений.

usilitel_moshhnosti
На вход первого транзистора ставится регулятор громкости переменный резистор 47 кОм, он же снижает уровень шума усилителя.

prostoj_usilitel_zvuka_100vt
При минимальной громкости шум не прослушивается, а при максимальной маскируется полезным сигналом.

pechatnaja_plata_usilitelja_moshhnosti_100vt

Параметры изделия: 150Вт на нагрузку 4 Ом и 100Вт на нагрузку 8 Ом.

usilitel_moshhnosti_200vt

Второй усилитель звука лишен недостатков первого, что касается шума. Усилитель работает в классе В, диоды D2-D3-D4 задают данный режим работы выходным транзисторам VT4-VT5.

prostoj_usilitel_moshhnosti_200vt
Транзисторы VT3-VT5 устанавливаются на теплоотвод, через изолирующие прокладки применяя при этом термопасту.

pechatnaja_plata_usilitelja_zvuka_200vt

Сделанный УНЧ своими руками можно применить в активной колонке, сабвуфере воспроизведения низких частот превосходны.

sema_podkljuchenija_usilitel_moshhnosti

В этой статье на нашем сайте www.radiochipi.ru мы расскажем вам как самостоятельно собрать усилители звука, что и позволит сэкономить на покупке уже готовых моделей.

Какой усилитель мощности будет лучшим?

Единого мнения о том какой тип усилителя лучший не существует. В настоящее время имеется возможность самостоятельной сборки двух типов усилителей звука:

Ламповые модели пользовались популярностью в недалёком прошлом. Они отличаются увеличенными размерами и повышенным потреблением электроэнергии.

Но при этом подобные ламповые усилители превосходят своих конкурентов по качеству звучания.

Транзисторные усилители имеют компактный размер и малое потребление электроэнергии. При этом они обеспечивают отличное качество звука.

С чего начать работу?

Для начала вам надлежит определиться с мощностью будущего усилителя. Стандартным параметром мощности для использования усилителя в домашних условиях является уровень в 30 – 50 Вт. Если же вам нужно изготовить простой усилитель звука, который будет использоваться для масштабных мероприятий, мощность может составлять 200-300 ватт.

Для работы нам потребуются следующие инструменты:

  • Набор отверток.
  • Мультиметр.
  • Паяльник.
  • Материал для изготовления корпуса.
  • Электродетали.
  • Текстолит для печатной платы.

По сути, печатные платы являются основой для будущего усилителя. Собрать её в домашних условиях не составит сложности.

Для выполнения печатной платы своими руками вам потребуется:

  • Текстолит, имеющий медную фольгу.
  • Моющее средство.
  • Бытовой утюг.
  • Самоклеящаяся китайская плёнка.
  • Лазерный принтер.
  • Сверло для работы с платой.

Кусок хлопчатобумажной ткани или марлевый тампон. Вырезаем из текстолита заготовку будущей платы. Оставьте с каждой из сторон сантиметровый запас. При помощи моющего средства необходимо обработать кусок текстолита, чтобы медная фольга получила розовый цвет. Промываем сделанную нами заготовку и тщательно её выслушиваем.

Приклеиваем самоклеящуюся плёнку к листу формата А4. Распечатываем на принтере заготовку будущей платы. Рекомендуется установить на максимум подачу тонера в принтер. На рабочую поверхность следует уложить фанеру, старую книгу и сверху плату фольгой вверх. Все накрываем офисной бумагой и тщательно прогреваем горячим утюгом. Прогревать нужно около 1 минуты.

Наносим распечатанную схему с листа бумаги на разогретую плату. Накрываем сверху плату листом бумаги и в течение 30 секунд прогреваем утюгом. Разглаживает рисунок при помощи тампона поперечными и продольными движениями. Дождитесь остывания заготовки, после чего можно снять с неё подложку.

Как правильно травить плату?

Для изготовления усилителя своими руками необходимо нанести на плату все используемые дорожки под радиодетали. Выполнить эту работу можно при помощи маркера CD, а после травить плату хлорным железом. К сожалению, хлорное железо имеет высокую стоимость, поэтому многие заменяют его приготовленным самостоятельно раствором из поваренной соли и медного купороса.

Пропорции приготавливаемой смеси:

  1. Кухонная соль – 200 грамм.
  2. Медный купорос – 100 грамм.
  3. 1 литр тёплой воды.

Размешав все компоненты опустите в ёмкость обезжиренные и чистые гвозди или металлические изделия.

Компания Металлист специализируется на изготовлении различных видов металлоконструкций. Клиентам компании предлагаются как типовые металлоконструкции, так и возможность их производства по индивидуальным заказам. Детали и изделия из металла на заказ предлагаются по доступным ценам, а их изготовление осуществляется в кратчайшие сроки.

Далее вам понадобится компрессор от аквариума, который активизирует реакцию. Кладём в ёмкость плату и выдерживаем около 20 – 30 минут.

Собираем усилитель

На первоначальном этапе выполняется установка используемых радиодеталей на печатной плате. Учитывайте полярность и мощность всех используемых компонентов. Данную работу выполняйте в полном соответствии с имеющейся схемой, что позволит избежать опасности появления короткого замыкания.

Завершив сборку платы можно переходить к изготовлению корпуса. Размеры будущего усилителя зависят от габаритов платы и используемого блока питания. Вы также можете использовать уже готовые заводские корпуса от старых усилителей.

Можем порекомендовать вам изготовить корпус вручную из ДСП. В последующем вы можете с лёгкостью отделать изготовленный корпус шпоном или же самоклеящейся плёнкой.

Перед окончательной сборкой необходимо произвести тестовый запуск усилителя. Производится установка блока питания, платы и всех используемых составляющих. На этом работа по изготовлению усилителя своими руками полностью завершена, и вы можете наслаждаться качественным звуком.

Схема усилителя звука на одном транзисторе своими руками


Усилитель звуковой частоты является важнейшим узлом многих электронных устройств. Это может быть воспроизведение музыкальных файлов, системы оповещения пожарной и охранной сигнализации или звуковые датчики различных игрушек. Бытовая техника оснащена встроенными низкочастотными каналами, но при домашнем конструировании электронных самоделок может потребоваться необходимость сделать это устройство самостоятельно.

Схема усилителя звука на транзисторах своими руками


Диапазон звуковых частот, которые воспринимаются человеческим ухом, находится в пределах 20 Гц-20 кГц, но устройство, выполненное на одном полупроводниковом приборе, из-за простоты схемы и минимального количества деталей обеспечивает более узкую полосу частот. В простых устройствах, для прослушивания музыки достаточно частотного диапазона 100 Гц-6 000 Гц. Этого хватит для воспроизведения музыки на миниатюрный динамик или наушник. Качество будет средним, но для мобильного устройства вполне приемлемым.


Схема простого усилителя звука на транзисторах может быть собрана на кремниевых или германиевых изделиях прямой или обратной проводимости (p-n-p, n-p-n). Кремниевые полупроводники менее критичны к напряжению питания и имеют меньшую зависимость характеристик от температуры перехода.

Схема усилителя звука на 1 транзисторе


Схема простого усилителя звука на одном транзисторе


Простейшая схема усилителя звука на одном транзисторе включает в себя следующие элементы:

  • Транзистор КТ 315 Б
  • Резистор R1 – 16 ком
  • Резистор R2 – 1,6 ком
  • Резистор R3 – 150 ом
  • Резистор R4 – 15 ом
  • Конденсатор С1 – 10,0 мкф
  • Конденсатор С2 – 500,0 мкф


Это устройство с фиксированным напряжением смещения базы, которое задаётся делителем R1-R2. В цепь коллектора включен резистор R3, который является нагрузкой каскада. Между контактом Х2 и плюсом источника питания можно подключить миниатюрный динамик или наушник, который должен иметь большое сопротивление. Низкоомную нагрузку на выход каскада подключать нельзя. Правильно собранная схема начинает работать сразу и не нуждается в настройке.

Схема усилителя звуковой частоты


Схема усилителя звуковой частоты


Более качественный УНЧ можно собрать на двух приборах.


Схема усилителя на двух транзисторах включает в себя больше комплектующих элементов, но может работать с низким уровнем входного сигнала, так как первый элемент выполняет функцию предварительного каскада.


Переменный сигнал звуковой частоты подаётся на потенциометр R1, который играет роль регулятора громкости. Далее через разделительный конденсатор сигнал подаётся на базу элемента первой ступени, где усиливается до величины, обеспечивающей нормальную работу второй ступени. В цепь коллектора второго полупроводника включен источник звука, которым может быть малогабаритный наушник. Смещение на базах задают резисторы R2 и R4. Кроме КТ 315 в схеме усилителя звука на двух транзисторах можно использовать любые маломощные кремниевые полупроводники, но в зависимости от типа применяемых изделий может потребоваться подбор резисторов смещения.


Простейшая схема усилителя звука


Если использовать двухтактный выход можно добиться хорошего уровня громкости и неплохой частотной характеристики. Данная схема выполнена на трёх распространённых кремниевых приборах КТ 315, но в устройстве можно использовать и другие полупроводники. Большим плюсом схемы является то, что она может работать на низкоомную нагрузку. В качестве источника звука можно использовать миниатюрные динамики с сопротивлением от 4 до 8 ом.


Устройство можно использовать совместно с плеером, тюнером или другим бытовым прибором. Напряжение питания 9 В можно получить от батарейки типа «Крона». Если в выходном каскаде использовать КТ 815, то на нагрузке 4 ома можно получить мощность до 1 ватта. При этом напряжение питания нужно будет увеличить до 12 вольт, а выходные элементы смонтировать на небольших алюминиевых теплоотводах.

Схема простого усилителя звука на одном транзисторе


Получить хорошие электрические характеристики в усилителе, собранном на одном полупроводнике практически невозможно, поэтому качественные устройства собираются на нескольких полупроводниковых приборах. Такие конструкции дают на низкоомной нагрузке десятки и сотни ватт и предназначены для работы в Hi-Fi комплексах. При выборе устройства может возникнуть вопрос, на каких транзисторах можно сделать усилитель звука. Это могут быть любые кремниевые или германиевые полупроводники. Широкое распространение получили УНЧ, собранные на полевых полупроводниках. Для устройств малой мощности с низковольтным питанием можно применить кремниевые изделия КТ 312, КТ 315, КТ 361, КТ 342 или германиевые старых серий МП 39-МП 42.


Усилитель мощности своими руками на транзисторах можно выполнить на комплементарной паре КТ 818Б-КТ 819Б. Для такой конструкции потребуется предварительный блок, входной каскад и предоконечный блок. Предварительный узел включает в себя регулировку уровня сигнала и регулировку тембра по высоким и низким частотам или многополосный эквалайзер. Напряжение на выходе предварительного блока должно быть не менее 0,5 вольта. Входной узел блока мощности можно собрать на быстродействующем операционном усилителе. Для того чтобы раскачать оконечную часть потребуется предоконечный каскад, который собирается на комплементарной паре приборов средней мощности КТ 816-КТ 817. Конструкции мощных усилителей низкой частоты отличаются сложной схемотехникой и большим количеством комплектующих элементов. Для правильной регулировки и настройки такого блока потребуется не только тестер, но осциллограф, и генератор звуковой частоты.


Усилитель мощности своими руками на транзисторах


Современная элементная база включает в себя мощные MOSFET приборы, позволяющие конструировать УНЧ высокого класса. Они обеспечивают воспроизведение сигналов в полосе частот от 20 Гц до 40 кГц с высокой линейностью, коэффициент нелинейных искажений менее 0,1% и выходную мощность от 50 W и выше. Данная конструкция проста в повторении и регулировке, но требует использования высококачественного двухполярного источника питания.



Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

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.

Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор

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.

Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

 

Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

 

Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы 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.

Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ

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.

Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах

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.

Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами

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].

Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

 

Каскадный УНЧ на

Как работают усилители | HowStuffWorks

Основным компонентом большинства усилителей является транзистор . Основными элементами в транзисторе являются полупроводники, материалы с различной способностью проводить электрический ток. Как правило, полупроводник сделан из плохого проводника, такого как кремния , к которому добавлено примесей (атомов другого материала). Процесс добавления примесей называется , легирование .

В чистом кремнии все атомы кремния идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов для проведения электрического тока. В легированном кремнии дополнительные атомы изменяют баланс, добавляя свободные электроны или создавая дыры , куда могут попасть электроны. Электрический заряд перемещается, когда электроны перемещаются из дыры в дыру, поэтому любое из этих добавлений сделает материал более проводящим. (См., Как Полупроводники Работают для полного объяснения.)

N-типа полупроводники характеризуются дополнительными электронами (которые имеют отрицательный заряд).Полупроводники P-типа имеют множество дополнительных отверстий (которые имеют положительный заряд).

Давайте рассмотрим усилитель, построенный на базовом -биполярном транзисторе . Транзистор такого типа состоит из трех полупроводниковых слоев — в данном случае полупроводника p-типа , зажатого между двумя полупроводниками n-типа . Эта структура лучше всего представлена ​​в виде столбца, как показано на диаграмме ниже (фактический дизайн современных транзисторов немного отличается).

Первый уровень n-типа называется эмиттером , уровень p-типа называется базой , а второй уровень n-типа называется коллектором . Выходная схема (схема, которая управляет динамиком) подключена к электродам на эмиттере и коллекторе транзистора. Входная цепь соединяется с эмиттером и базой.

Свободные электроны в слоях n-типа естественно хотят заполнить отверстия в слое p-типа.Свободных электронов намного больше, чем дырок, поэтому дырки заполняются очень быстро. Это создает зон истощения на границах между материалом n-типа и материалом p-типа. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в свое первоначальное изоляционное состояние — все отверстия заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и заряд не может течь. Когда зоны истощения имеют большую толщину, от эмиттера к коллектору может перемещаться очень мало заряда, даже если между двумя электродами существует сильная разница напряжений.

В следующем разделе мы увидим, что можно сделать, чтобы изменить эту ситуацию.

,Руководство по трансимпедансному усилителю

— работа, проектирование и применение

Чтобы объяснить простыми словами, трансимпедансный усилитель — это схема преобразователя, которая преобразует входной ток в пропорциональное выходное напряжение . Как мы знаем, когда ток протекает через резистор, он создает падение напряжения на резисторе, которое будет пропорционально величине тока и самому значению резистора. Здесь, предполагая, что значение резистора является идеально постоянным, мы можем легко использовать закон Ома для расчета значения тока на основе значения напряжения.Это самый базовый преобразователь тока в напряжение, и, поскольку для этого мы использовали резистор (пассивный элемент), он называется преобразователем пассивного тока в напряжение .

С другой стороны, трансимпедансный усилитель является преобразователем активного тока в напряжение , поскольку он использует активный компонент, такой как операционный усилитель, для преобразования входного тока в пропорциональное выходное напряжение. Также возможно создание активных преобразователей I в V с использованием других активных компонентов, таких как BJT, IGBT, MOSFET и т. Д.Наиболее часто используемым преобразователем тока в напряжение является Transimpedance Amplifier (TIA) , поэтому в этой статье мы узнаем больше о нем и о том, как использовать его в ваших схемах.

Важность Трансимпедансного Усилителя

Теперь, когда мы знаем, что даже резистор можно использовать для преобразования тока в напряжение, почему мы должны создавать активные преобразователи тока в напряжение с использованием операционного усилителя? Какие преимущества и важность он имеет по сравнению с Passive V в I конвертеры?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте предположим, что светочувствительный диод (источник тока) подает ток через свой вывод в зависимости от падающего на него света, а через фотодиод подключается простой низкоомный резистор для преобразования выходного тока в пропорциональное напряжение, как показано на изображение ниже.

Importance of Transimpedance Amplifier

Вышеупомянутая схема может хорошо работать теоретически, но на практике производительность будет снижаться, поскольку фотодиод также будет состоять из некоторых нежелательных емкостных свойств, называемых паразитной емкостью. Вследствие этого для меньшего значения сенсорного резистора постоянная времени (t) (t = сенсорное сопротивление x паразитная емкость) будет мала и, следовательно, коэффициент усиления будет низким. Совершенно противоположное произойдет, если чувствительное сопротивление увеличится, коэффициент усиления будет высоким, а постоянная времени также будет выше значения малого резистора.Это неравномерное усиление приведет к недостаточному отношению сигнал / шум , а гибкость выходного напряжения ограничена. Поэтому для устранения проблем, связанных с низким коэффициентом усиления и шумом, часто предпочтительным является усилитель с трансимпедансом. В дополнение к этому в трансимпедансном усилителе разработчик может также настроить ширину полосы и характеристику усиления схемы в соответствии с требованиями проекта.

Работа Трансимпедансного Усилителя

Схема усилителя Transimpedance представляет собой простой инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью .Наряду с усилителем к инвертирующему концу усилителя подключен единственный резистор обратной связи (R1), как показано ниже.

Working of Transimpedance Amplifier

Как мы знаем, входной ток операционного усилителя будет равен нулю из-за его высокого входного сопротивления, поэтому ток от нашего источника тока должен полностью проходить через резистор R1. Давайте рассмотрим это течение как есть. В этот момент выходное напряжение (Vout) операционного усилителя можно рассчитать по следующей формуле:

  Vout = -Is x R1  

Эта формула будет сохраняться в идеальной цепи.Но в реальной цепи операционный усилитель будет состоять из некоторого значения входной емкости и паразитной емкости на своих входных контактах, что может вызвать дрейфа на выходе и звонящего колебания , что сделает всю цепь нестабильной. Чтобы решить эту проблему, вместо одного пассивного компонента для правильной работы схемы трансимпеданса необходимы два пассивных компонента. Этими двумя пассивными компонентами являются предыдущий резистор (R1) и дополнительный конденсатор (C1). Резистор и конденсатор подключены параллельно между отрицательным входом и выходом усилителя, как показано ниже.

Working of Transimpedance Amplifier with Capacitor

Операционный усилитель здесь снова подключен в отрицательной обратной связи через резистор R1 и конденсатор C1 в качестве обратной связи. Ток (Is), приложенный к инвертирующему выводу усилителя Transimpedance, будет преобразован в эквивалентное напряжение на выходной стороне как Vout. Значение входного тока и значение резистора (R1) можно использовать для определения выходного напряжения трансимпедансного усилителя.

Выходное напряжение не только зависит от резистора обратной связи, но оно также имеет отношение к значению конденсатора обратной связи C1.Полоса пропускания схемы зависит от значения C1 конденсатора обратной связи , поэтому это значение конденсатора может изменять полосу пропускания всей цепи. Для стабильной работы схемы во всей полосе пропускания формулы для расчета значения конденсатора для требуемой полосы пропускания показаны ниже.

  C1 ≤ 1 / 2π x R1 x f  p  
 

Где R1 — резистор обратной связи, а f p — требуемая частота полосы пропускания.

В реальной ситуации паразитная емкость и входная емкость усилителя играет жизненно важную роль в стабильности трансимпедансного усилителя. Реакция на усиление шума схемы также создает нестабильность из-за запаса сдвига фазы схемы и вызывает поведения шага перерегулирования .

Трансимпедансная конструкция усилителя

Чтобы понять, как использовать TIA в практических разработках, давайте спроектируем один с использованием одного резистора и конденсатора и смоделируем его, чтобы понять его работу.Полная схема для преобразователя тока в напряжение с использованием операционного усилителя показана ниже

Transimpedance Amplifier Design

В приведенной выше схеме используется общий усилитель малой мощности LM358. Резистор R1 действует как резистор обратной связи, а конденсатор служит конденсатором обратной связи. Усилитель LM358 подключен в конфигурации с отрицательной обратной связью. Отрицательный входной контакт подключен к источнику постоянного тока, а положительный контакт подключен к земле или с нулевым потенциалом.Поскольку это симуляция, а вся схема работает в тесном контакте как идеальная схема, значение конденсатора не сильно повлияет, но важно, если схема построена физически. 10 пФ является приемлемым значением, но значение конденсатора можно изменить в зависимости от ширины полосы частот схемы, которая может быть рассчитана с использованием C1≤1 / 2πxR1xf p , как обсуждалось ранее.

Для идеальной работы операционный усилитель также получает питание от двойной шины питания, которая составляет +/- 12В.Значение резистора обратной связи выбрано равным 1 кОм.

Трансимпедансный усилитель Моделирование

Вышеприведенную схему можно смоделировать, чтобы проверить, работает ли проект как ожидалось. Вольтметр постоянного тока подключен через выход операционного усилителя для измерения выходного напряжения нашего трансимпедансного усилителя. Если схема работает нормально, то значение выходного напряжения, отображаемое на вольтметре, должно быть пропорционально току, приложенному к инвертирующему выводу операционного усилителя.

Полное симуляционное видео можно найти ниже

В тестовом примере 1 входной ток через операционный усилитель равен 1 мА. Поскольку , входной импеданс операционного усилителя очень высок и , то ток начинает течь через резистор обратной связи, а выходное напряжение зависит от значения резистора обратной связи, когда ток течет, что определяется формулой Vout = -Is x R1, как мы обсуждали ранее.

В нашей схеме значение резистора R1 составляет 1 кОм. Поэтому, когда входной ток составляет 1 мА, Vout будет,

  Vout = -Is x R1 
  Vout = -0,001 ампер x 1000 Ом [1 мА и 1 килоОм] 
  Vout = 1 Вольт  

Если мы проверим наш результат моделирования «Текущее напряжение» в , он точно совпадет. Выход стал положительным благодаря эффекту трансимпедансного усилителя.

Testing Transimpedance Amplifier Current to Voltage Converter

В тестовом примере 2 входной ток через операционный усилитель задается как.05 мА или 500 микроампер. Поэтому значение выходного напряжения можно рассчитать как.

  Vout = -Is x R1 
  Vout = -0,0005 Amp x 1000 Ом [1 мА и 1 килоОм] 
  Вут = .5 Вольт  

Если мы проверим результат моделирования, это также точно совпадет.

Simulation for Transimpedance Amplifier Current to Voltage Converter

Еще раз это результат моделирования. При построении схемы практически простая паразитная емкость может оказывать влияние на постоянную времени в этой цепи.Проектировщик должен быть осторожен с нижеследующими пунктами при построении физически.

  1. Избегайте использования макетов, медных досок или любых других полосовых досок для соединения. Соберите схему только на плате .
  2. Операционный усилитель необходимо припаять непосредственно на печатную плату без держателя микросхемы .
  3. Используйте коротких трасс для путей обратной связи и источника входного тока (фотодиод или аналогичные элементы, которые необходимо измерять с помощью трансимпедансного усилителя).
  4. Поместите резистор обратной связи и конденсатор как как можно ближе к к операционному усилителю.
  5. Хорошо использовать короткозамкнутых резистора .
  6. Добавьте правильные фильтрующие конденсаторы с большими и малыми значениями на шине питания.
  7. Выберите подходящий операционный усилитель, специально разработанный для этой цели усилителя для простоты конструкции.

Применение Трансимпедансного Усилителя

Трансимпедансный усилитель является наиболее важным инструментом для измерения токового сигнала для работы, связанной со зондированием света.Он широко используется в химическом машиностроении, преобразователях давления, акселерометрах различных типов, передовых системах помощи водителю и технологии LiDAR, которая используется в автономных транспортных средствах.

Наиболее важной частью схемы Transimpedance является стабильность конструкции. Это из-за паразитных и шумовых проблем. Разработчик должен быть осторожен в выборе правильного усилителя и должен соблюдать правильные рекомендации по печатной плате.

,Схема цепи усилителя звука 10 Вт

с использованием операционного усилителя и транзисторов питания Усилители

являются основой аналоговой электроники. Они широко используются в области электронной промышленности. Усилители используются практически во всех приложениях, связанных со звуком.

Усилитель мощности является частью звуковой электроники. Он предназначен для максимизации величины мощности данного входного сигнала. В звуковой электронике операционный усилитель увеличивает напряжение сигнала, но не может обеспечить ток, необходимый для управления нагрузкой.

В этом уроке мы создадим усилитель мощностью 10 Вт с подключенным к нему динамиком с сопротивлением 8 Ом . Мы будем использовать операционный усилитель и два дополнительных силовых транзистора, чтобы обеспечить выходную мощность 10 Вт при выходной нагрузке

Топология конструкции для усилителей

В усилителе с цепью усилитель мощности используется на последнем или последнем этапе перед нагрузкой. Обычно система звукового усилителя использует топологию, показанную ниже на блок-схеме

.

Construction Topology for Amplifiers

Как видно на приведенной выше блок-схеме, усилитель мощности является последним каскадом, напрямую подключенным к нагрузке.Как правило, перед усилителем мощности сигнал корректируется с использованием предварительных усилителей и усилителей управления напряжением. Кроме того, в некоторых случаях, когда требуется управление тоном, схема управления тоном добавляется перед усилителем мощности.

Знай свой груз

В случае системы Audio Amplifier нагрузка и нагрузочная способность усилителя является важным аспектом в конструкции. Основной нагрузкой для усилителя мощности является громкоговоритель . Выход усилителя мощности зависит от импеданса нагрузки, поэтому подключение неподходящей нагрузки может поставить под угрозу эффективность усилителя мощности, а также стабильность.

Громкоговоритель

— это огромная нагрузка, которая действует как индуктивная и резистивная нагрузка. Усилитель мощности обеспечивает выход переменного тока, поэтому полное сопротивление динамика является критическим фактором для правильной передачи мощности.

Импеданс — это эффективное сопротивление электронной схемы или компонента для переменного тока, которое возникает в результате комбинированных эффектов, связанных с омическим сопротивлением и реактивным сопротивлением.

В аудиотехнике доступны разные типы громкоговорителей различной мощности с различным сопротивлением.Полное сопротивление динамика можно лучше понять, используя соотношение между потоком воды внутри трубы. Просто представьте, что громкоговоритель — это водопроводная труба, а вода, протекающая через трубу, является переменным звуковым сигналом. Теперь, если труба станет больше в диаметре, вода будет легко течь через трубу, объем воды будет больше, и если мы уменьшим диаметр, тем меньше воды будет течь через трубу, поэтому объем воды будет понизит. Диаметр — это эффект, создаваемый омическим сопротивлением и реактивным сопротивлением.Если диаметр трубы станет больше, импеданс будет низким, поэтому динамик сможет получить больше мощности, а усилитель обеспечит большую мощность передачи, а если импеданс станет высоким, то усилитель будет обеспечивать меньше мощности для динамика.

Существуют различные варианты, а также различные сегменты колонок, доступные на рынке, как правило, с 4, 8, 16 и 32 Ом, из которых 4 и 8 Ом широко доступны по низким ценам. Кроме того, мы должны понимать, что усилитель с мощностью 5 Вт, 6 Вт или 10 Вт или более является среднеквадратичной (среднеквадратичной) мощностью, подаваемой усилителем на определенную нагрузку при непрерывной работе.

Итак, мы должны быть осторожны с характеристиками громкоговорителей, усилителями, эффективностью громкоговорителей и импедансом.

Необходимые компоненты

Для построения схемы усилителя 10 Вт нам нужны следующие компоненты —

  1. Vero Board (можно использовать любой пунктир или подключить)
  2. Паяльник
  3. Паяльная проволока
  4. Инструмент для зачистки и зачистки проводов
  5. Провода
  6. Алюминиевый радиатор
  7. Блок питания 12 В от шины к шине с дорожкой питания + 12 В GND -12 В
  8. 8 Ом 10 Вт, динамик
  9. 2шт 4.Резистор 7k 1/4 th Вт
  10. 2шт. 200R Резистор 1/2 th Вт
  11. 1шт 47к резистор
  12. 10pF конденсатор 1шт
  13. 3,2 кОм резистор
  14. .82 мкФ конденсатор
  15. TIP127 Транзистор
  16. TIP122 Транзистор
  17. LF351 IC с 8-контактным основанием IC

10-ваттная схема усилителя звука и пояснения к ней

Circuit Diagram for 10 Watt Audio Amplifier using Op-Amp and Power Transistors

Схема для усилителя мощностью 10 Вт довольно проста, модель LF351 усиливает напряжение сигнала, а два силовых транзистора обеспечивают необходимое усиление мощности.Питание напрямую берется от источника питания и подается на громкоговоритель 8 Ом через два транзистора. Когда синусоидальная волна меняет полярность, TIP127 обеспечивает усиление мощности на положительном пике, а TIP 122 обеспечивает усиление мощности на сигналах отрицательного пика.

В этой схеме TIP122 и TIP 127 являются двумя основными компонентами. Эти два транзистора являются идентичной парой с постоянным напряжением коллектор-эмиттер 100 В при 100 мА. Обе микросхемы обычно обеспечивают высокое усиление постоянного тока hFE = 2500.

TO-220B package

На изображении выше показан пакет TO-220B , оба транзистора доступны в этом пакете. Этот пакет необходим для идеальной теплопередачи и подходит для использования с радиатором. Эти транзисторы смещены с использованием резисторов 200R. Усиленный выход берется из коллекторного перехода TIP122 и TIP127.

Проверка цепи усилителя 10 Вт

Мы использовали инструменты симуляции протея, чтобы проверить выход схемы; мы измерили выходной сигнал в виртуальном осциллографе.Вы можете проверить полную демонстрацию Видео ниже

Testing the 10watt Amplifier Circuit

Мы питаем цепь, используя + / — 12В, и подается входной синусоидальный сигнал. Осциллограф подключен к выходу при нагрузке 8 Ом на канале A (желтый), а входной сигнал подключен к каналу B (синий).

Мы можем видеть разницу между входным сигналом и усиленным выходом в видео, приведенном ниже.

Кроме того, мы проверили выходную мощность, мощность усилителя сильно зависит от нескольких факторов, как обсуждалось ранее.Он сильно зависит от импеданса динамика, эффективности динамика, эффективности усилителя, топологий конструкции, общих гармонических искажений и т. Д. Мы не могли рассмотреть или рассчитать все возможные факторы, которые создают зависимости в мощности усилителя. Контур реальной жизни отличается от симуляции, поскольку при проверке или тестировании выходных данных необходимо учитывать множество факторов.

Расчет мощности усилителя

Мы использовали простую формулу, чтобы рассчитать мощность усилителя

  Мощность усилителя = V  2  / R  

Мы подключили мультиметр переменного тока через выход.Напряжение переменного тока, показанное на мультиметре, является пиковым напряжением переменного тока. Мы предоставили очень низкочастотный синусоидальный сигнал с частотой 25-50 Гц. Как и на низких частотах, усилитель будет подавать больший ток на нагрузку, и мультиметр сможет правильно определять напряжение переменного тока.

Meter Showing peak to peak AC voltage

Мультиметр показал + 8,90 В переменного тока. Итак, по формуле выход усилителя мощности при нагрузке 8 Ом составляет

 Мощность усилителя  = 8,90  2 /8 
  Мощность усилителя = 9. (приблизительно 10 Вт)  

Что нужно помнить при создании 10 Вт усилителя

  • Силовые транзисторы должны быть правильно подключены к радиатору. Большой радиатор обеспечивает лучший результат. Также
  • Рекомендуется использовать конденсаторы коробчатого типа для оценки качества звука.
  • Постарайтесь сделать предварительный усилитель как можно ближе к соединению коллектора силового транзистора и к конечной выходной трассе. Это уменьшит шумовую связь на выходе.Также
  • Попробуйте использовать динамик с более высокой эффективностью 8 Ом для управления этим усилителем мощности.

Проверьте демонстрацию Видео ниже для этого 10 Вт усилителя системы

,Схема усилителя начальной загрузки

с использованием транзисторов

Усилители

являются неотъемлемой частью электроники, которая используется для усиления сигналов с низкой амплитудой. Усилитель играет очень важную роль для усиления сигнала, особенно в аудио и силовой электронике. Ранее мы создали много типов усилителей, включая аудиоусилители, усилители мощности, операционные усилители и т. Д. Помимо них вы можете изучить многие другие часто используемые усилители, перейдя по ссылкам ниже:

Каждый усилитель имеет свой класс и применение.Обычно для построения усилителя используются транзисторы и операционные усилители. Здесь, в этом проекте мы узнаем о Bootstrap Amplifier .

Что такое начальная загрузка?

Обычно Bootstrapping — это метод, при котором некоторая часть вывода используется при запуске. В усилителе Bootstrap начальная загрузка используется для увеличения входного сопротивления. Вследствие этого влияние нагрузки на источник ввода также уменьшается. Конструкция выглядит аналогично паре Дарлингтона, имеющей загрузочный конденсатор.Конденсатор начальной загрузки используется для обеспечения положительной обратной связи сигнала переменного тока к базе транзистора. Эта положительная обратная связь помогает в улучшении эффективного значения базового сопротивления. Этот прирост базового сопротивления также определяется коэффициентом усиления напряжения схемы усилителя.

Зачем нам нужен высокий входной импеданс для транзистора усилителя?

Высокий входной импеданс улучшает усиление входного сигнала и поэтому требуется в различных применениях усилителя.Если у нас низкий входной импеданс, мы получим низкое усиление. Как правило, BJT (биполярный переходный транзистор) имеет низкий входной импеданс (обычно от 1 до 50 кОм). Поэтому для этого используется метод начальной загрузки для увеличения входного сопротивления.

Напряжение на входном импедансе рассчитывается по следующей формуле:

  V = {(V  в .Z  в ) / (V  в  + Z.V  в )}  

Следовательно, согласно формуле, входное сопротивление пропорционально напряжению на нем.Если входной импеданс увеличивается, напряжение на нем также будет увеличиваться, и наоборот.

Необходимые компоненты

  • NPN Транзистор — BC547
  • Резистор — 1 кОм, 10 кОм
  • Конденсатор — 33 пф
  • AC или импульсный входной сигнал
  • постоянного тока — 9 В или 12 В
  • макет
  • Соединительные провода

Схема

Circuit Diagram for Bootstrap Amplifier Circuit using Transistors

Для входного импульсного сигнала мы использовали сигнал переменного тока (с использованием трансформатора), вы также можете использовать вход ШИМ.И для входа Vcc мы используем RPS (регулируемое положительное напряжение) в цепи. В целях безопасности соблюдайте расстояние между проводом переменного и постоянного тока.

Circuit Hardware for Bootstrap Amplifier Circuit using Transistors

Работа Bootstrap Amplifier

После подключения цепи в соответствии с принципиальной схемой схема выглядит аналогично паре Дарлингтона. Здесь мы использовали метод начальной загрузки для увеличения входного сопротивления этой схемы усилителя. Когда база транзистора Q1 высокая, а точка B низкая.Следовательно, конденсатор заряжается до значения напряжения на R2. Когда Q1 становится низким и напряжение начинает увеличиваться у основания Q2, конденсатор разряжается медленно. И для поддержания заряда точка А также подталкивается вверх. Таким образом, напряжение в точке B увеличивается, и напряжение в точке A также продолжает расти, пока оно не превысит Vcc.

Заряд в загрузочный конденсатор C1 отводится резистором R1 и R2. Этот метод называется начальной загрузкой, поскольку повышение напряжения на одном конце конденсатора приведет к увеличению напряжения на другом конце конденсатора.

Примечание: Техника начальной загрузки может использоваться только в том случае, если постоянная времени RC больше по сравнению с единичным периодом сигнала возбуждения.

Ниже представлено моделирование протеза усилителя начальной загрузки с усиленным сигналом.

Proteus Simulation for Bootstrap Amplifier Circuit using Transistors

Кроме того, мы разработали схему усилителя на макете. Форма выходного сигнала, полученная с помощью осциллографа, приведена ниже:

Bootstrap Amplifier Circuit Output Waveform

Проверьте дополнительные схемы усилителя и их применение.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о