Схема мощного усилителя звука на транзисторах


Схема усилителя мощности звука на 500 Ватт

Представленная здесь конструкция является готовым модулем монофонического усилителя НЧ высокой мощности с очень хорошими параметрами. Данный усилитель смоделирован на основе популярной разработке инженера Энтони Холтон. Схема имеет низкие гармонические искажения, которые не превышает 0.05%, при мощности на нагрузке порядка 500 Вт. Данный усилитель является полезным и необходимым при организации различных уличных концертных мероприятий и уже много раз оказывался незаменим во время этих событий. Большим преимуществом системы является простая конструкция и недорогой выходной каскад, состоящий из 10 объединённых МОП-транзисторов. УМЗЧ может работать с динамиками с сопротивлением как 4 или 8 Ом. Единственной настройкой, которую необходимо выполнить во время запуска — это установка тока покоя выходных транзисторов.

В статье приводится только схема и описание работы непосредственно усилителя мощности, но не забывайте, что полный аудиокомплекс содержит и другие модули:

  • Оконечник УМЗЧ
  • Предусилитель
  • Блок питания
  • Индикатор уровня
  • Система мягкого старта
  • Система управления охлаждением
  • Блок защиты динамиков АС

Принципиальная схема УНЧ на транзисторах 500 ватт

Схема усилителя мощности приведена на рисунке выше. Это классическая схемотехника, состоящая из дифференциального входного усилителя и симметричного усилителя мощности, в котором работает 5 пар транзисторов. Транзисторы T2 (MPSA42) и T3 (MPSA42) работают в схеме дифференциального усилителя с питанием через резисторы R8 (10k) и R9 (10k). Напряжение в середине этого делителя стабилизировано с помощью стабилитрона D2 (15V/1W) и фильтруется конденсатором C4 (100uF/100V). Входной сигнал подается на разъем GP1 (IN) и фильтруется через элементы R1 (470R), R3 (22k), C1 (1uF) и C2 (1nF), которые ограничивают частотный диапазон усилителя как сверху, так и снизу.

Нагрузкой дифференциального усилителя являются транзисторы T1 (MPSA42) и T4 (MPSA42), работающие в системе с общей базой, а также резисторы R5 (1,2 k) и R6 (1,2 k). Полярность нагрузки задаёт стабилитрон D1 (15V/1W) и резистор R7 (10k). Основной задачей системы состоящей из транзисторов T1 и T4 является согласование импеданса выходного сигнала для каскада УНЧ. Еще один каскад, построенный на транзисторах T5 (MJE350) и T6 (MJE350), выполняет роль дифференциального усилителя напряжения. Питается он через резистор R11 (100Р/2W). Нагрузкой его будут транзисторы T14 (MJE340) и T15 (MJE340), резисторы R13 (100Р/2W) и R14 (100Р/2W), и транзистор T7 (BD139).

Конденсатор C15 (47nF), подключенный параллельно резистору R44 (10k/2W) улучшает прохождение импульсных сигналов, в то время как небольшие конденсаторы C7 (56pF) и C8 (56pF) противодействуют самовозбуждению УМЗЧ. Транзистор T7 вместе с резисторами R10 (4,7 k), R45 (82R) и потенциометром P1 (4,7k) позволяет установить правильную полярность выходных транзисторов T9-T13 (IRFP240), T17-T21 (IRFP9240) в состоянии покоя. Потенциометром P1 можно установить ток покоя, который должен составлять около 100 мА на каждую пару выходных транзисторов. Транзисторы T9-T13, как и T17-T21 соединены параллельно и работают как повторители напряжения на большой максимальный выходной ток. Следовательно, предыдущие каскады усилителя должны обеспечить все усиление по напряжению, которое определяется с помощью соотношения R4 (22k) к R2 (470R) и составляет около 47.

Резисторы R30-R39 (0,33 R/5W), включенные в истоки выходных транзисторов обеспечивают защиту от их повреждения, которое могло бы возникнуть в случае различных сопротивлений каналов транзисторов. Резисторы R20-Р29 (470R), соединены последовательно с выходами транзисторов T9-T13, T17-T21, служат для уменьшения скорости зарядки емкости и, следовательно, ограничивают частотный диапазон усилителя.

Усилитель имеет две простые защиты:

  1. Первая направлена против перегрузки и реализована с помощью стабилитронов D3 (7,5 V/1W) и D4 (7,5 V/1W), которые не допускают роста напряжения между источниками и выходами мощных транзисторов выше 7.5 вольта.
  2. Вторая защита построена с использованием транзисторов T7, T16 и (BD136), резисторов R16-R17 (33k) и R18-R19 (1к) и диодов D7-D10 (1N4148). Она предотвращает чрезмерное увеличение тока силовых транзисторов, что могло бы привести к превышению допустимой мощности. Участок схемы, состоящий из транзисторов T7, T16 отслеживает падение напряжения на R30 (0,33 R/5W) и R35 (0,33 R/5W) и ограничивает рост напряжения мощных транзисторов в случае превышения допустимого проходящего через не тока.

Блок питания не стабилизированный двух полярный, состоящий из диодного моста Br1 (25А) и конденсаторов C9-C14 (10000uF/100V). Питание усилителя защищено плавкими предохранителями F1-F2 (10A). За предохранителями напряжение дополнительно фильтруется конденсаторами C18-C19 (1000uF/100V). Питание входных цепей отделено от питания усилителя мощности с помощью диодов D5-D6 (1N4009), резисторов R12 (100Р/2W), R15 (100Р/2W) и фильтруется конденсаторами C3 (100uF/100V) и C6 (100uF/100V). Это предотвращает перепад напряжений, которое может возникать на пиках мощности при больших нагрузках. Светодиоды D11-D12 вместе с оконечными ограничивающими их ток резисторами R40-R41 (16K/1W) представляют собой индикаторы наличия питания на схеме.

Блок питания

На рисунке далее представлена схема блока питания — источника нескольких вспомогательных напряжений. Он не требуется для работы самого усилители мощности, но очень полезен для питания остальных блоков полного аудио-комплекса, таких как: предусилитель, вентиляторы, индикатор уровня, система мягкого старта или защита динамиков. Все эти модули интегрированы в один общий усилитель в большом корпусе.

Блок питания на вспомогательные напряжения УНЧ — схема

Блок питания разделен на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет свой отдельный контур массы. Первая секция представляет собой симметричный блок питания 2×15 В, он используется для питания предварительного усилителя. Разъем A4 служит для подключения двухполярной обмотки трансформатора. Напряжение выпрямляется с помощью выпрямительного моста Br2 (1 A) и фильтруется стабилизаторами U2 (LM317), U6 (LM337) с помощью C1 (100nF), C7 (100nF) и C24-C25 (4700uF). Выходной фильтр представляют собой конденсаторы C8-C9 (100nF) и C19-C20 (100uF). Выходное напряжение этого блока устанавливается с помощью резисторов R2-R3 (220R) и R9-R10 (2,4 к). Транзисторы T1 (BC546), T2 (BC556); резисторы R4-R5 (10k) и R7-R8 (3,3 k) представляют собой цепь отключения питания, а точнее, они снижают напряжения питания до 2×1.25 V, что позволит выполнить отключение предусилителя. Во время нормальной работы, короткое замыкание разъема GP8 обеспечивает правильную работу предусилителя.

Полезное:  Усилитель для наушников самодельный А-классаПечатная плата БП — рисунок

Два следующих модуля — блоки питания 12 В, собранные с помощью стабилизаторов U4 (7812) и U5 (7812) и предназначенные для питания других элементов схемы. Два отдельных источника необходимы из-за того, что усилитель оснащен двумя парами индикаторов уровня, каждый на отдельной массе. Одна пара работает на входе, контролируя входной уровень сигнала, а вторая пара подключена к выходу и позволяет определить текущий уровень мощности УМЗЧ.

Печатная плата источников питания — после травления и сверления

Оба блока питания очень просты, первый состоит из диодного моста Br3 (1A), фильтрующих конденсаторов C5-C6 (100nF), C18 (100uF) и C22 (1000uF) и стабилизатора U4. Обмотки трансформатора должны быть подключены к разъему А2, а выходом блока питания будут разъемы GP6 и GP7.

Второй канал 12 В работает точно так же, и состоит из элементов: Br4 (1A), C10-C11 (100nF), C23 (1000uF), C21 (100uF) и U5.

Последний модуль системы БП — цепи питания других устройств усилителя и вентиляторов охлаждения. К разъему А1 следует подключить трансформатор. Напряжение выпрямляется с помощью выпрямительного моста Br1 (5А) и фильтруется конденсаторами C27 (4700uF), C12 (4700uF) и C2 (100nF). В роли стабилизатора работает здесь микросхема U1 (LM317), которой устанавливают необходимое напряжение с помощью резисторов R1 (220R) и R6 (2,7 k).

Конденсаторы C3 (100nF) и C16 (100uF) фильтруют напряжение на выходе стабилизатора, которое через разъемы GP1 и GP2 попадает в систему управления работой вентиляторов. Это же напряжение поступает через диод D1 (1N5819), на стабилизатор U3 (7812), задачей которого является обеспечение питания для других устройств усилителя, подключенных к разъемам GP3-GP5. Конденсаторы C28 (4700uF), C13 (4700uF), C4 (100nF) и C17 (100uF) фильтруют напряжение перед стабилизатором.

Печатная плата УНЧ — рисунок

Печатная плата доступна для свободной загрузки всем посетителям портала 2shemi.ru. На плате есть две перемычки, с чего это на выходе усилителя должна быть сделана прочной проволокой. Порядок сборки произвольный, но, как обычно, стоит начать с маленьких резисторов и конденсаторов. В самом конце следует подпаять силовые транзисторы и большие конденсаторы фильтра.

Готовая печатная плата УНЧ — осталось впаять детали

Силовые транзисторы должны быть оборудованы фланцами под болты для крепления через изоляционные прокладки вместе с T7 на общем радиаторе. При этом необходимо соблюдать особую осторожность и проверить омметром, что ни один из транзисторов не имеет замыкания на радиатор. Радиатор должен быть подключен к массе усилителя. Дорожки на прохождение больших токов стоит усилить снизу толстым медным проводом. Усилитель лучше питать от трансформатора 600VA 2×55В, что после выпрямления и фильтрации даст на конденсаторах напряжение порядка +/-80В.

Запуск и настройка усилителя

  1. На первом этапе не устанавливайте на плату силовые транзисторы T9-T13, T17-T21 и конденсаторы C9-C14.
  2. Потенциометр P1 должен быть выкручен до упора в право. Вместо предохранителей необходимо припаять снизу резисторы на 10R/5W и подключить трансформатор.
  3. При включении трансформатора прибором проверяем падение напряжения на резисторах 10R. Должно быть падение напряжения порядка 0.5 В или менее, так как плата не должна потреблять более 50 мА.
  4. С помощью измерительного прибора, замеряем оба напряжения питания относительно массы. Они должны быть порядка +/-80В.
  5. Выключаем напряжение питания, разряжаем конденсаторы фильтра с помощью резистора небольшого сопротивления и приступаем к пайке силовых транзисторов T9-T13, T17-T21. Все силовые транзисторы вместе с T7 должны быть на общем радиаторе, чтобы сохранить хорошую термостабильность этих элементов. После монтажа транзисторов стоит проверить не касается ли радиатор к любой из ножек транзисторов, так как он присоединен к массе усилителя.
  6. Включите питание схемы, измеряя падение напряжения на резисторе 10R/5W так же, как и раньше. Падение напряжения должно быть одинаково на обеих плечах УНЧ.
  7. Устанавливаем ток покоя. С этой целью очень медленно вращаем потенциометр P1 влево (измеряя постоянно напряжение на одном из резисторов 10R) до заметного роста падения напряжения. Прицепляем один конец вольтметра к выходу усилителя, а вторым щупом прикасаемся по очереди к источникам всех транзисторов, измеряя падение напряжения на резисторах. Падение напряжения должно составлять около. 30 мВ, что дает ток покоя на пару транзисторов порядка 100 мА.
  8. Измеряем постоянное напряжение на выходе усилителя относительно массы, оно должно быть близко к нулю и может колебаться в пределах +/-100 мВ.
  9. Если все правильно, ток покоя не отличается более чем на 20-30% между транзисторами, а на выходе — постоянное напряжение близко к 0, то выключаем питание системы, отпаиваем резисторы и вставляем предохранители 10 А в предназначенные им гнезда.
  10. Включаем питание и еще раз проверяем падение напряжения на всех десяти резисторах. Если они находятся в допустимых пределах, то можно подключить динамик и подать входной сигнал с предварительного усилителя.
  11. Большую помощь окажет настройка УМЗЧ с помощью вот такого вспомогательного защитного БП.

8- 4,88 Загрузка...

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

2shemi.ru

Схема усилителя звука на одном транзисторе

Содержание

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

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

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.

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.

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.

dinamikservis.ru

Мощный усилитель на транзисторах

   Хочу представить конструкцию простого, но мощного усилителя низкой частоты, выполненного на современных недорогих транзисторах. Основные достоинства этого усилителя - простота сборки, доступные и дешевые радиодетали, также готовый усилитель в наладке не нуждается и работает сразу. Усилитель развивает очень высокую мощность по сравнению с аналогичными схемами. Из электрических параметров хочется отметить очень высокую линейность в рабочем диапазоне частот от 20Гц до 20кГц. Правда без недостатков тоже не обошлось. У данной схемы есть повышенный уровень шумов при большой громкости, но если учесть простоту и доступность, то все же собрать усилитель стоит, особенно советую автолюбителям для мощного сабвуфера, поскольку мощность такой схемы вполне позволяет раскачать импортные головки большой мощности. Из схемы видно, что проще некуда. В схеме использованы всего 5 транзисторов и несколько дополнительных радиодеталей. 

   Для уменьшения уровня шума усилителя, на вход нужно будет поставить переменный резистор, сопротивлением от 20 до 100 кОм, им также регулируют громкость. В таком случае, при малой громкости шума практически не будет, а при большой громкости шум почти не слышим, а если усилитель работает с нч фильтром на входе (под сабвуфер), то никаких шумов не будет вообще. 

   Усилитель способен выдать окало 100 Ватт на нагрузку 8 Ом ! если же используется головка с сопротивлением 4 ом, то мощность возрастает до 150 ватт! Параметры УМЗЧ:

Коэффициент усиления по напряжению ......................................................20 

Напряжение питания Uпит...............................................................................+-15…+-50В Номинальная мощность P при Uпит = +-30В на 4Ом...........................................100Вт Максимальная мощность Pmax Uпит=+-45В на 4Ом..........................................150Вт Чувствительность по входу Uвх.......................................................................1В Суммарный коэф-т всех видов искажений при P=60Вт 4Ома, Kd........................0,005% Ток покоя усилителя Ixx..................................................................................20-25мА Ток покоя выходного каскада..........................................................................0мА Полоса воспроизводимых частот по уровню –3дБ, Гц,............................5-100 000

   Параметры достаточно хороши, единственная преграда для использования схемы в качестве автомобильного усилителя - это повышенное двухполярное питание, но это не так уж и большая помеха, поскольку сегодня известно можество схем преобразователей напряжения, одна из таких схем выполняется на микросхеме TL494. Схема стандартная и позволяет получить на выходе трансформатора до 200 ватт мощности, что вполне хватает для полноценной работы данного самодельного усилителя. Схему преобразователя не привожу, поскольку это уже совсем другая тема.

Понравилась схема - лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

amplif.ru

Усилитель звука на транзисторах #1 ⋆ diodov.net

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.

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).

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.

Как работает биполярный транзистор (БТ)

Принцип работы БТ упрощенно рассмотрим на примере ниже приведенной схемы.

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.

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.

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.

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»):

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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

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:

Примем ближайший стандартный номинал резистора 4,7 кОм.

Теперь определит сопротивление в цепи базы Rб:

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

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.

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

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:

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

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.

diodov.net


Смотрите также