Výkonný jednotranzistorový zosilňovač. Nízkofrekvenčný tranzistorový výkonový zosilňovač bez oos. Dvojkaskádový ULF s priamym prepojením medzi kaskádami

Teraz na internete nájdete veľké množstvo schém rôzne zosilňovače na mikroobvody, hlavne séria TDA. Majú pomerne dobré vlastnosti, dobrú účinnosť a nie sú také drahé, v súvislosti s tým sú také obľúbené. Na ich pozadí však nezaslúžene zostávajú zabudnutí. tranzistorové zosilňovače, ktoré sú síce náročné na nastavenie, no nie sú o nič menej zaujímavé.

Obvod zosilňovača

V tomto článku sa budeme zaoberať procesom montáže veľmi neobvyklého zosilňovača pracujúceho v triede "A" a obsahujúceho iba 4 tranzistory. Táto schéma bola vyvinutá už v roku 1969 anglickým inžinierom Johnom Linsleym Hoodom, napriek svojmu vysokému veku zostáva relevantná dodnes.

Na rozdiel od IC zosilňovačov vyžadujú tranzistorové zosilňovače starostlivé ladenie a výber tranzistorov. Táto schéma nie je výnimkou, hoci vyzerá mimoriadne jednoducho. Tranzistor VT1 - vstup, štruktúry PNP. Môžete experimentovať s rôznymi tranzistormi PNP s nízkym výkonom, vrátane germániových, napríklad MP42. Tranzistory ako 2N3906, BC212, BC546, KT361 sa v tomto obvode dobre osvedčili ako VT1. Tu sú vhodné tranzistorové VT2 - štruktúry NPN, stredný alebo nízky výkon, KT801, KT630, KT602, 2N697, BD139, 2SC5707, 2SD2165. Osobitná pozornosť by sa mala venovať výstupným tranzistorom VT3 a VT4, alebo skôr ich zisku. Tu sa dobre hodia KT805, 2SC5200, 2N3055, 2SC5198. Je potrebné vybrať dva rovnaké tranzistory s čo najtesnejším ziskom, pričom by to malo byť viac ako 120. Ak je zosilnenie výstupných tranzistorov menšie ako 120, potom je potrebné umiestniť tranzistor s vysokým ziskom (300 a viac). stupeň vodiča (VT2).

Výber hodnotenia zosilňovača

Niektoré hodnoty na obvode sú vybrané na základe napájacieho napätia obvodu a odporu záťaže, niektoré možné možnosti uvedené v tabuľke:

Neodporúča sa zvyšovať napájacie napätie o viac ako 40 voltov, výstupné tranzistory môžu zlyhať. Charakteristickým znakom zosilňovačov triedy A je veľký pokojový prúd a tým aj silné zahrievanie tranzistorov. Pri napájacom napätí napríklad 20 voltov a kľudovom prúde 1,5 ampéra spotrebuje zosilňovač 30 wattov bez ohľadu na to, či je na jeho vstup privedený signál alebo nie. Na každom z výstupných tranzistorov sa zároveň odvedie 15 wattov tepla a to je sila malej spájkovačky! Preto musia byť tranzistory VT3 a VT4 inštalované na veľkom radiátore pomocou tepelnej pasty.
Tento zosilňovač je náchylný na samobudenie, preto je na jeho výstupe umiestnený Zobelov obvod: 10 Ohm odpor a 100 nF kondenzátor zapojené do série medzi zem a spoločný bod výstupné tranzistory (na schéme je tento obvod znázornený bodkovanou čiarou).
Keď prvýkrát zapnete zosilňovač v medzere jeho napájacieho vodiča, musíte zapnúť ampérmeter na ovládanie pokojového prúdu. Kým sa výstupné tranzistory nezohrejú na Prevádzková teplota, môže sa trochu vznášať, je to celkom normálne. Taktiež pri prvom zapnutí je potrebné zmerať napätie medzi spoločným bodom výstupných tranzistorov (kolektor VT4 a emitor VT3) a zemou, malo by tam byť polovičné napájacie napätie. Ak sa napätie líši nahor alebo nadol, musíte sa skrútiť ladiaci odpor R2.

Doska zosilňovača:

(stiahnutia: 405)

Doska je vyrobená metódou LUT.

Mnou vyrobený zosilňovač

Pár slov o kondenzátoroch, vstupe a výstupe. Kapacita vstupného kondenzátora v diagrame je označená ako 0,1 uF, ale táto kapacita nestačí. Ako vstup by mal byť nainštalovaný filmový kondenzátor s kapacitou 0,68 - 1 uF, inak je možné nežiaduce odpojenie nízke frekvencie. Výstupný kondenzátor C5 by sa mal brať na napätie nie menšie ako napájacie napätie, nemali by ste byť chamtiví ani s kapacitou.
Výhodou obvodu tohto zosilňovača je, že nepredstavuje nebezpečenstvo pre reproduktory akustického systému, pretože reproduktor je pripojený cez izolačný kondenzátor (C5), čo znamená, že pri konštantné napätie, ak napríklad zlyhá zosilňovač, reproduktor zostane nedotknutý, pretože kondenzátor neprepustí jednosmerné napätie.

- Suseda omrzelo klopanie na batériu. Zosilnil hudbu, aby ho nebolo počuť.
(Z audiofilského folklóru).

Epigraf je ironický, ale audiofil nemusí byť nevyhnutne „chorý v hlave“ s fyziognómiou Josha Ernesta na brífingu o vzťahoch s Ruskou federáciou, ktorá sa „ponáhľa“, pretože susedia sú „šťastní“. Niekto chce doma počúvať vážnu hudbu ako v sále. Na to je nevyhnutná kvalita aparatúry, ktorá sa fanúšikom decibelov hlasitosti ako takej jednoducho nezmestí tam, kde rozumní ľudia majú rozum, no tým druhým ide tento rozum z cien vhodných zosilňovačov (UMZCH, audio frekvencia Výkonový zosilňovač). A niekto na ceste má túžbu pripojiť sa k užitočným a vzrušujúcim oblastiam činnosti - technike reprodukcie zvuku a elektronike všeobecne. Čo za storočie digitálnych technológií sú neoddeliteľne spojené a môžu sa stať vysoko výnosným a prestížnym povolaním. Prvým krokom v tejto veci, optimálnym vo všetkých ohľadoch, je vyrobiť zosilňovač vlastnými rukami: práve UMZCH umožňuje s úvodným školením na základe školskej fyziky na tom istom stole prejsť od najjednoduchších štruktúr na pol večera (ktoré však „spievajú“ dobre) až po najzložitejšie celky, cez ktoré sa dostane dobrá skala kapela bude hrať s radosťou.Účelom tejto publikácie je pokryť prvé etapy tejto cesty pre začiatočníkov a možno povedať niečo nové aj skúseným.

Protozoa

Takže na začiatok skúsme vyrobiť zosilňovač zvuku, ktorý jednoducho funguje. Aby ste sa mohli dôkladne ponoriť do zvukového inžinierstva, budete si musieť postupne osvojiť pomerne veľa teoretického materiálu a nezabúdať si pri postupe obohacovať svoju vedomostnú základňu. Ale každá „inteligentnosť“ je ľahšie stráviteľná, keď vidíte a cítite, ako to funguje „v hardvéri“. Ani v tomto článku sa to ďalej nezaobíde bez teórie – v tom, čo na začiatku potrebujete vedieť a čo sa dá vysvetliť bez vzorcov a grafov. Medzitým bude stačiť, aby ste mohli používať multitester.

Poznámka: ak ste ešte neprispájkovali elektroniku, upozorňujeme, že jej komponenty sa nesmú prehrievať! Spájkovačka - do 40 W (najlepšie 25 W), max prípustný čas spájkovanie bez prerušenia - 10 s. Spájkovaný vodič pre chladič sa prichytí 0,5-3 cm od miesta spájkovania zo strany puzdra prístroja pomocou lekárskej pinzety. Kyslé a iné aktívne tavivá sa nesmú používať! Spájka - POS-61.

Vľavo na obr.- najjednoduchší UMZCH, "ktorý jednoducho funguje." Dá sa namontovať na germániové aj kremíkové tranzistory.

Na tomto drobku je vhodné zvládnuť základy nastavenia UMZCH s priamymi prepojeniami medzi kaskádami, ktoré dávajú najčistejší zvuk:

• Pred prvým zapnutím sa záťaž (reproduktor) vypne;
• Namiesto R1 prispájkujeme reťaz konštantného odporu 33 kOhm a variabilného (potenciometra) 270 kOhm, t.j. prvá poznámka. štyrikrát menšie a druhé cca. dvojnásobok nominálnej hodnoty oproti originálu podľa schémy;
• Dodávame energiu a otáčaním posúvača potenciometra v bode označenom krížikom nastavíme určený kolektorový prúd VT1;
• Odstránime napájanie, prispájkujeme dočasné odpory a zmeriame ich celkový odpor;
• Ako R1 nastavíme menovitý odpor zo štandardného radu najbližšie k meranému;
• R3 nahradíme konštantným reťazcom 470 Ohm + potenciometer 3,3 kOhm;
• Rovnako ako podľa paragrafov. 3-5, vrátane nastavenia napätia na polovicu napájacieho napätia.

Bod a, odkiaľ sa odoberá signál do záťaže, je tzv. stredný bod zosilňovač. V UMZCH s unipolárnym výkonom je v ňom nastavená polovica jeho hodnoty a v UMZCH s bipolárnym výkonom - nula vzhľadom na spoločný vodič. Toto sa nazýva nastavenie vyváženia zosilňovača. V unipolárnom UMZCH s kapacitným odpájaním záťaže ho pri nastavovaní nie je potrebné vypínať, ale je lepšie si na to zvyknúť reflexívne: nesymetrický 2-pólový zosilňovač s pripojenou záťažou dokáže spáliť vlastné výkonné a drahé výstupné tranzistory, alebo dokonca „nový, dobrý“ a veľmi drahý výkonný reproduktor.

Poznámka: komponenty, ktoré vyžadujú výber pri nastavovaní zariadenia v rozložení, sú na diagramoch označené buď hviezdičkou (*) alebo apostrofom (‘).

V strede na rovnakom obr.- jednoduchý UMZCH na tranzistoroch, ktorý už vyvíja výkon až 4-6 W pri zaťažení 4 ohmy. Aj keď funguje, podobne ako predchádzajúci, v tzv. triedy AB1, nie je určený pre Hi-Fi zvuk, ale ak vymeníte pár takýchto zosilňovačov triedy D (pozri nižšie) za lacnú čínštinu počítačové reproduktory, ich zvuk sa výrazne zlepšil. Tu sa naučíme ďalší trik: výkonné výstupné tranzistory musia byť umiestnené na radiátoroch. Komponenty vyžadujúce dodatočné chladenie, v diagramoch sú vyznačené bodkovanou čiarou; nie však vždy; niekedy - s uvedením požadovanej plochy rozptylu chladiča. Úprava tohto UMZCH - vyváženie s R2.

Vpravo na obr.- ešte nie 350 W monštrum (ako sa ukázalo na začiatku článku), ale už celkom solídne zviera: jednoduchý 100 W tranzistorový zosilňovač. Môžete cez ňu počúvať hudbu, ale nie Hi-Fi, pracovná trieda je AB2. Na hodnotenie miesta na piknik alebo vonkajšieho stretnutia, školského zhromaždenia alebo malého obchodného poschodia je to celkom vhodné. Amatérska rocková kapela, ktorá má pre nástroj taký UMZCH, môže úspešne vystupovať.

V tomto UMZCH sa objavujú ďalšie 2 triky: po prvé, vo veľmi výkonné zosilňovače hojdacia kaskáda mocný východ tiež je potrebné ochladiť, takže VT3 sa umiestni na radiátor od 100 m2. pozri Pre výkon VT4 a VT5 sú potrebné radiátory od 400 metrov štvorcových. pozri Po druhé, UMZCH s bipolárnym napájaním nie sú vôbec vyvážené bez zaťaženia. Buď jeden alebo druhý výstupný tranzistor prejde do cutoff a konjugovaný prejde do saturácie. Potom pri plnom napájacom napätí môžu prúdové rázy pri vyvažovaní zničiť výstupné tranzistory. Preto je pre vyváženie (R6, uhádli ste?) zosilňovač napájaný z +/-24 V a namiesto záťaže je pribalený drôtový rezistor 100 ... 200 Ohm. Mimochodom, vlnovky v niektorých rezistoroch v diagrame sú rímske číslice, ktoré ich označujú. požadovaný výkon odvod tepla.

Poznámka: zdroj energie pre tento UMZCH potrebuje výkon 600 wattov alebo viac. Vyhladzovacie filtračné kondenzátory - od 6800 uF do 160 V. Paralelne s elektrolytickými kondenzátormi IP sa zapínajú keramické kondenzátory 0,01 uF, aby sa zabránilo samovznieteniu pri ultra audio frekvencie ach, schopný okamžite spáliť výstupné tranzistory.

Na terénnych pracovníkoch

Na koľajniciach. ryža. - ďalšia možnosť pre pomerne výkonný UMZCH (30 W a s napájacím napätím 35 V - 60 W) na výkonnom tranzistory s efektom poľa:

Zvuk z neho už čerpá z požiadaviek na Hi-Fi základnej úrovne (ak samozrejme UMZCH funguje na príp. akustické systémy, AC). Výkonní terénni pracovníci nevyžadujú veľká sila pre nahromadenie, preto neexistuje žiadna kaskáda pred napájaním. Dokonca aj výkonné tranzistory s efektom poľa nespália reproduktory pri žiadnych poruchách - samy sa rýchlejšie vypaľujú. Tiež nepríjemné, ale stále lacnejšie ako výmena drahej basovej reproduktorovej hlavy (GG). Vyváženie a všeobecne prispôsobenie tomuto UMZCH nie sú potrebné. Má len jednu nevýhodu, ako dizajn pre začiatočníkov: výkonné tranzistory s efektom poľa sú oveľa drahšie ako bipolárne pre zosilňovač s rovnakými parametrami. Požiadavky na IP sú rovnaké ako predtým. príležitosť, ale jeho výkon je potrebný od 450 wattov. Radiátory - od 200 m2. cm.

Poznámka: nie je potrebné stavať výkonný UMZCH na tranzistoroch s efektom poľa zdroje impulzov jedlo, napr. počítač. Pri pokuse ich „nahnať“ do aktívny režim potrebné pre UMZCH, buď jednoducho vyhoria, alebo vydávajú slabý zvuk, ale v kvalite „nie“. To isté platí pre silné vysoké napätie bipolárne tranzistory, napr. z horizontálneho skenovania starých televízorov.

Až

Ak ste už urobili prvé kroky, potom bude celkom prirodzené chcieť stavať Hi-Fi triedy UMZCH bez toho, aby ste zachádzali príliš hlboko do teoretickej džungle. Na to budete musieť rozšíriť prístrojový park - potrebujete osciloskop, generátor audio frekvencie (GZCH) a milivoltmeter striedavý prúd s možnosťou merania konštantnej zložky. Ako prototyp na zopakovanie je lepšie vziať UMZCH E. Gumeli, podrobne popísaný v Rádiu č.1 z roku 1989. Na jeho zostavenie budete potrebovať niekoľko lacných cenovo dostupných komponentov, ale kvalita spĺňa veľmi vysoké požiadavky: výkon do 60 W, šírka pásma 20-20 000 Hz, nerovnomernosť frekvenčnej odozvy 2 dB, faktor nelineárneho skreslenia (THD) 0,01 %, hladina vlastného šumu -86 dB. Nastavenie zosilňovača Gumeli je však dosť ťažké; ak to zvladnes, mozes si zobrat hociktore ine. Niektoré z dnes známych okolností však značne zjednodušujú založenie tohto UMZCH, pozri nižšie. Vzhľadom na túto skutočnosť a skutočnosť, že nie každému sa podarí dostať do rozhlasového archívu, by bolo vhodné hlavné body zopakovať.

Schémy jednoduchého vysokokvalitného UMZCH

Schémy UMZCH Gumeli a ich špecifikácie sú uvedené na obrázku. Radiátory výstupných tranzistorov - od 250 m2. pozri pre UMZCH podľa obr. 1 a od 150 m2. pozri variant podľa obr. 3 (číslovanie je pôvodné). Tranzistory predvýstupného stupňa (KT814 / KT815) sú inštalované na radiátoroch ohnutých z hliníkové dosky 75 x 35 mm, hrúbka 3 mm. Nestojí za to nahradiť KT814 / KT815 KT626 / KT961, zvuk sa výrazne nezlepšuje, ale je ťažké ho určiť.

Tento UMZCH je veľmi dôležitý pre napájanie, topológiu inštalácie a všeobecne, preto musí byť upravený v štrukturálne dokončenej forme a len so štandardným zdrojom energie. Pri pokuse o napájanie zo stabilizovanej IP okamžite vyhoria výstupné tranzistory. Preto na obr. výkresy originálu dosky plošných spojov a pokyny na nastavenie. K nim možno dodať, že po prvé, ak je pri prvom štarte badateľné „budenie“, bojujú s ním zmenou indukčnosti L1. Po druhé, vývody dielov inštalovaných na doskách nesmú byť dlhšie ako 10 mm. Po tretie, je veľmi nežiaduce meniť topológiu inštalácie, ale ak je to veľmi potrebné, na strane vodičov musí byť rámová clona (uzemňovacia slučka, zvýraznená na obrázku) a cesty napájania musia prechádzať mimo nej. .

Poznámka: prestávky v dráhach, ku ktorým sú pripojené bázy výkonných tranzistorov - technologické, na zriadenie, po ktorom sú zapečatené kvapkami spájky.

Vytvorenie tohto UMZCH je značne zjednodušené a riziko, že sa v procese používania stretnete s „excitáciou“, sa zníži na nulu, ak:

• Minimalizujte prepojovacie vedenie umiestnením dosiek na vysokovýkonné tranzistorové chladiče.
• Úplne opustite konektory vo vnútri a celú inštaláciu vykonajte iba spájkovaním. Potom nebudete potrebovať R12, R13 vo výkonnej verzii alebo R10 R11 v menej výkonnej (sú na schémach vybodkované).
• Použite minimálnu dĺžku bezkyslíkových medených zvukových vodičov pre vnútorné vedenie.

Pri splnení týchto podmienok nedochádza k problémom s budením a zriadenie UMZCH sa zredukuje na rutinný postup opísaný na obr.

Drôty pre zvuk

Zvukové káble nie sú nečinnou fikciou. Potreba ich využitia v súčasnosti je nepopierateľná. V medi s prímesou kyslíka sa na čelách kovových kryštalitov vytvára najtenší oxidový film. Oxidy kovov sú polovodiče a ak je prúd v drôte slabý bez konštantnej zložky, jeho tvar je skreslený. Teoreticky by sa deformácie na myriádach kryštalitov mali navzájom kompenzovať, ale zostáva len veľmi málo (zdá sa, že kvôli kvantovým neistotám). Dosť na to, aby si to všimnú nároční poslucháči na pozadí najčistejšieho zvuku moderných UMZCH.

Výrobcovia a obchodníci bez návalu svedomia podsúvajú obyčajnú elektrickú meď namiesto bezkyslíkatej medi - jednu od druhej nemožno rozlíšiť okom. Existuje však oblasť, kde falzifikát nejde jednoznačne: kábel krútená dvojlinka pre počítačové siete. Vložte mriežku s dlhými segmentmi vľavo, buď sa nespustí vôbec, alebo bude neustále zlyhávať. Rozptyľovanie impulzov, viete.

Autor, keď sa ešte hovorilo o zvukových kábloch, si uvedomil, že v zásade nejde o prázdne reči, najmä preto, že dovtedy bezkyslíkové drôty sa už dlho používali v špeciálnych zariadeniach, s ktorými bol dobre oboznámený. charakter jeho činnosti. Potom som to vzal a nahradil bežný kábel mojich slúchadiel TDS-7 podomácky vyrobeným z „vitukha“ s flexibilnými lankovými drôtmi. Zvuk podľa ucha sa pre analógové stopy neustále zlepšuje, t.j. na ceste od štúdiového mikrofónu na disk, nikdy nedigitalizovaný. Nahrávky na vinyle vyrobené pomocou technológie DMM (Direct Meta lMastering, priame nanášanie kovov) zneli obzvlášť jasne. Potom bola medzibloková úprava všetkého domáceho zvuku prevedená na „vitushny“. Potom sa zlepšenie zvuku začalo zaznamenávať a úplne náhodní ľudiaľahostajný k hudbe a nie vopred varovaný.

Ako vytvoriť prepojovacie vodiče z krúteného páru, pozri ďalej. video.

Video: prepojovacie vodiče s krútenou dvojlinkou si urobte sami

Ohybná „vituha“ bohužiaľ čoskoro zmizla z predaja – nedržala dobre v krimpovaných konektoroch. Pre informáciu čitateľov však flexibilný „vojenský“ drôt MGTF a MGTFE (tienený) je vyrobený len z bezkyslíkatej medi. Falšovanie je nemožné, pretože. na bežnej medi sa izolácia z fluoroplastovej pásky šíri pomerne rýchlo. MGTF je teraz široko dostupný a je oveľa lacnejší ako značkové, zaručené audio káble. Má to jednu nevýhodu: nedá sa to urobiť farebne, ale dá sa to opraviť tagmi. Existujú aj drôty vinutia bez kyslíka, pozri nižšie.

Teoretická medzihra

Ako môžete vidieť, už na samom začiatku osvojovania si zvukovej techniky sme sa museli zaoberať pojmom Hi-Fi (High Fidelity), vysoká vernosť reprodukcie zvuku. Hi-Fi sú rôzne úrovne, ktoré sú zoradené v poradí. hlavné parametre:

1. Pásmo reprodukovateľných frekvencií.
2. Dynamický rozsah - pomer v decibeloch (dB) maximálneho (špičkového) výstupného výkonu k úrovni vlastného šumu.
3. Hladina vlastného hluku v dB.
4. Faktor nelineárneho skreslenia (THD) pri menovitom (dlhodobom) výstupnom výkone. Predpokladá sa, že SOI pri špičkovom výkone je 1 % alebo 2 % v závislosti od techniky merania.
5. Nepravidelnosti v amplitúdovo-frekvenčnej charakteristike (AFC) v reprodukovateľnom frekvenčnom pásme. Pre reproduktory - samostatne pri nízkych (LF, 20-300 Hz), stredných (MF, 300-5000 Hz) a vysokých (HF, 5000-20 000 Hz) zvukových frekvenciách.

Poznámka: pomer absolútnych hladín akýchkoľvek hodnôt I v (dB) je definovaný ako P(dB) = 20 lg(I1/I2). Ak I1

Pri navrhovaní a konštrukcii reproduktorov musíte poznať všetky jemnosti a nuansy Hi-Fi, a pokiaľ ide o domáce Hi-Fi UMZCH pre domácnosť, skôr ako prejdete k nim, musíte jasne pochopiť požiadavky na ich výkon. potrebné na hodnotenie danej miestnosti, dynamický rozsah (dynamika), úroveň vlastného hluku a SOI. Dosiahnuť frekvenčné pásmo 20-20 000 Hz z UMZCH s blokádou na okrajoch 3 dB a nerovnomernosťou frekvenčnej odozvy v strednom rozsahu 2 dB na modernej elementárnej základni nie je ťažké.

Objem

Výkon UMZCH nie je samoúčelný, mal by poskytnúť optimálnu hlasitosť reprodukcie zvuku v danej miestnosti. Dá sa určiť krivkami rovnakej hlasitosti, pozri obr. Prirodzený hluk v obytných priestoroch je tichší ako 20 dB; 20 dB je divočina v úplnom pokoji. Úroveň hlasitosti 20 dB vo vzťahu k prahu počuteľnosti je prahom zrozumiteľnosti – šepot je stále možné rozoznať, ale hudba je vnímaná len ako fakt jej prítomnosti. Skúsený hudobník vie rozoznať, ktorý nástroj hrá, ale nie presne aký.

40 dB - bežný hluk dobre izolovaného mestského bytu v tichej oblasti alebo vidieckeho domu - predstavuje prah zrozumiteľnosti. Hudbu od prahu zrozumiteľnosti až po prah zrozumiteľnosti možno počúvať s hlbokou korekciou frekvenčnej odozvy predovšetkým v basoch. K tomu sa do moderného UMZCH zavádza funkcia MUTE (mute, mutation, not mutation!), ktorá zahŕňa resp. korekčných obvodov v UMZCH.

90 dB je úroveň hlasitosti symfonického orchestra vo veľmi dobrej koncertnej sále. 110 dB dokáže vydať rozšírený orchester v sále s unikátnou akustikou, ktorých na svete nie je viac ako 10, to je prah vnímania: hlasnejšie zvuky sú vnímané aj ako významovo rozlíšiteľné s úsilím vôle, ale už nepríjemný hluk. Zóna hlasitosti v obytných priestoroch 20-110 dB je zóna plnej počuteľnosti a 40-90 dB je zóna najlepšej počuteľnosti, v ktorej nepripravení a neskúsení poslucháči naplno vnímajú význam zvuku. Ak je, samozrejme, v ňom.

Moc

Vypočítať výkon aparatúry pre danú hlasitosť v oblasti počúvania je azda hlavnou a najťažšou úlohou elektroakustiky. Pre seba je v podmienkach lepšie ísť z akustických systémov (AS): vypočítajte ich výkon pomocou zjednodušenej metódy a vezmite nominálny (dlhodobý) výkon UMZCH rovný špičkovým (hudobným) reproduktorom. V tomto prípade UMZCH na tých reproduktoroch výrazne nepridá svoje skreslenia, už sú hlavným zdrojom nelinearity v audio ceste. Ale UMZCH by nemal byť príliš silný: v tomto prípade môže byť úroveň vlastného hluku nad prahom počuteľnosti, pretože. uvažuje sa z napäťovej úrovne výstupného signálu pri maximálnom výkone. Ak to vezmeme celkom jednoducho, potom pre miestnosť bežného bytu alebo domu a reproduktory s normálnou charakteristickou citlivosťou (zvukový výstup) môžeme urobiť stopu. Optimálne hodnoty výkonu UMZCH:

• Až 8 štvorcových. m - 15-20 W.
• 8-12 m2 m - 20-30 W.
• 12-26 m2 m - 30-50 W.
• 26-50 m2 m - 50-60 W.
• 50-70 m2 m - 60-100 wattov.
• 70-100 m2 m - 100-150 wattov.
• 100-120 m2 m - 150-200 wattov.
• Viac ako 120 metrov štvorcových. m - určuje sa výpočtom podľa akustických meraní na mieste.

Dynamika

Dynamický rozsah UMZCH je určený rovnakými krivkami hlasitosti a prahovými hodnotami pre rôzne stupne vnímania:

1. Symfonická hudba a jazz so symfonickým sprievodom - 90 dB (110 dB - 20 dB) ideálne, 70 dB (90 dB - 20 dB) prijateľné. Zvuk s dynamikou 80-85 dB v mestskom byte nerozozná od ideálu žiadny odborník.
2. Iné vážne hudobné žánre - 75 dB je výborných, 80 dB je nad strechou.
3. Pops akéhokoľvek druhu a filmové zvukové stopy - 66 dB pre oči je dosť, pretože. tieto opusy sú už komprimované v úrovniach až 66 dB a pri nahrávaní dokonca až 40 dB, takže môžete počúvať čokoľvek.

Dynamický rozsah UMZCH, správne zvolený pre danú miestnosť, sa považuje za rovný jeho vlastnej hladine hluku, branej so znamienkom +, ide o tzv. odstup signálu od šumu.

TAKŽE JA

Nelineárne skreslenia (NI) UMZCH sú zložky spektra výstupného signálu, ktoré neboli na vstupe. Teoreticky je najlepšie „stlačiť“ JZ pod úroveň vlastného hluku, ale technicky je to veľmi náročné na realizáciu. V praxi berú do úvahy tzv. maskovací efekt: pri úrovniach hlasitosti pod cca. 30 dB sa zužuje rozsah frekvencií vnímaných ľudským uchom, rovnako ako schopnosť rozlišovať zvuky podľa frekvencie. Hudobníci počujú tóny, ale je ťažké posúdiť farbu zvuku. U ľudí bez hudobného sluchu je maskovací efekt pozorovaný už pri 45-40 dB hlasitosti. Preto UMZCH s THD 0,1 % (-60 dB z úrovne hlasitosti 110 dB) bude bežným poslucháčom hodnotený ako Hi-Fi a s THD 0,01 % (-80 dB) možno považovať za nie skreslenie zvuku.

Lampy

Posledné vyhlásenie možno spôsobí odmietnutie, až zúrivé, medzi prívržencami elektrónkových obvodov: hovoria, že skutočný zvuk vydávajú iba elektrónky, a nie hocijaké, ale určité typy osmičkových. Upokojte sa, páni – špeciálny lampový zvuk nie je výmysel. Dôvodom sú zásadne odlišné spektrá skreslenia pre elektrónky a tranzistory. Ktoré sú zas spôsobené tým, že prúd elektrónov sa v lampe pohybuje vo vákuu a kvantové efekty sa v ňom neprejavujú. Tranzistor je kvantové zariadenie, kde sa menšie nosiče náboja (elektróny a diery) pohybujú v kryštáli, čo je vo všeobecnosti nemožné bez kvantových efektov. Preto je spektrum elektrónkových skreslení krátke a čisté: sú v ňom zreteľne vysledované iba harmonické do 3. - 4. a existuje len veľmi málo kombinačných zložiek (súčty a rozdiely frekvencií vstupného signálu a ich harmonických). Preto sa v časoch vákuových obvodov SOI nazýval harmonický koeficient (KH). V tranzistoroch sa dá spektrum skreslenia (ak sú merateľné, rezervácia náhodná, viď nižšie) dohľadať až po 15. a vyššie zložky a kombinačných frekvencií je v ňom viac než dosť.

Na začiatku polovodičovej elektroniky pre nich dizajnéri tranzistorových UMZCH vzali obvyklú "elektrónkovú" SOI 1-2%; zvuk so spektrom elektrónkového skreslenia takejto veľkosti je bežným poslucháčom vnímaný ako čistý. Mimochodom, samotný koncept Hi-Fi vtedy ešte neexistoval. Ukázalo sa - znejú nudne a hluché. V procese vývoja tranzistorovej technológie sa vyvinulo pochopenie toho, čo je Hi-Fi a čo je na to potrebné.

V súčasnosti sú rastúce bolesti tranzistorovej techniky úspešne prekonané a bočné frekvencie na výstupe dobrého UMZCH sú len ťažko zachytené špeciálnymi metódami merania. A obvody svietidiel možno považovať za prešli do kategórie umenia. Jeho základ môže byť akýkoľvek, prečo tam nemôže ísť elektronika? Tu by sa hodila analógia s fotografiou. Nikto nemôže poprieť, že moderná digitálna zrkadlovka dáva obraz nezmerateľne jasnejší, detailnejší, hlbší z hľadiska jasu a farebného rozsahu ako preglejková krabica s harmonikou. Ale niekto s najúžasnejším Nikonom "cvaká obrázky" ako "toto je môj tučný kocúr sa opil ako bastard a spí s roztiahnutými labkami" a niekto so Smena-8M na čiernobielom filme Svemov fotí, pred ktorým ľudia sa tlačia na prestížnej výstave.

Poznámka: a este raz klud - nie je vsetko take zle. Lampy UMZCH s nízkym výkonom majú k dnešnému dňu aspoň jedno a nie najmenej dôležité použitie, pre ktoré sú technicky nevyhnutné.

Experimentálny stojan

Mnohí milovníci zvuku, ktorí sa sotva naučili spájkovať, okamžite "prechádzajú do lámp." To si v žiadnom prípade nezaslúži odsúdenie, práve naopak. Záujem o pôvod je vždy opodstatnený a užitočný a elektronika sa takou stala na lampách. Prvé počítače boli elektrónkové a palubné elektronické vybavenie prvej kozmickej lode bolo tiež elektrónkové: v tom čase už existovali tranzistory, ktoré však nevydržali mimozemské žiarenie. Mimochodom, pod najprísnejším tajomstvom boli vytvorené aj trubicové ... mikroobvody! Mikrolampy so studenou katódou. Jediná známa zmienka o nich v otvorených zdrojoch je vo vzácnej knihe Mitrofanova a Pickersgila „Moderné prijímacie-zosilňovacie lampy“.

Ale dosť bolo textov, poďme na vec. Pre tých, ktorí sa radi pohrávajú so svietidlami na obr. - schéma stolovej lampy UMZCH, navrhnutá špeciálne pre experimenty: SA1 prepína prevádzkový režim výstupnej lampy a SA2 spína napájacie napätie. Obvod je v Ruskej federácii dobre známy, mierne vylepšenie sa dotklo iba výstupného transformátora: teraz môžete nielen „riadiť“ svoj pôvodný 6P7S v rôznych režimoch, ale tiež zvoliť pomer prepínania mriežky obrazovky pre iné lampy v ultra-lineárnom režime. ; pre veľkú väčšinu výstupných pentód a lúčových tetrod je buď 0,22-0,25, alebo 0,42-0,45. Výrobu výstupného transformátora nájdete nižšie.

Gitaristi a rockeri

To je prípad, keď sa bez lámp nezaobídete. Ako iste viete, elektrická gitara sa stala plnohodnotným sólovým nástrojom po tom, čo predzosilnený signál zo snímača prešiel cez špeciálnu predponu - fuser - zámerne skresľujúci jej spektrum. Bez toho bol zvuk struny príliš ostrý a krátky, pretože. elektromagnetický snímač reaguje len na režimy svojich mechanických kmitov v rovine ozvučnice nástroja.

Čoskoro sa objavila nepríjemná okolnosť: zvuk elektrickej gitary s fixačnou jednotkou nadobúda plnú silu a jas až pri vysokých hlasitostiach. Vidno to najmä pri gitarách so snímačom humbucker, ktorý vydáva ten „najzlejší“ zvuk. Ale čo začiatočník, nútený skúšať doma? Nechoďte vystupovať do sály, keď presne neviete, ako tam bude nástroj znieť. A práve milovníci rocku chcú počúvať svoje obľúbené veci v plnej šťave a rockeri sú vo všeobecnosti slušní a nekonfliktní ľudia. Aspoň tí, ktorí sa zaujímajú o rockovú hudbu, a nie o poburujúce okolie.

Ukázalo sa teda, že fatálny zvuk sa objavuje pri úrovniach hlasitosti prijateľných pre obytné priestory, ak je UMZCH trubicový. Dôvodom je špecifická interakcia spektra signálu z fixačnej jednotky s čistým a krátkym spektrom harmonických elektrónky. Tu je opäť vhodné prirovnanie: čiernobiela fotografia môže byť oveľa výraznejšia ako farebná, pretože. ponecháva len obrys a svetlo na sledovanie.

Tí, ktorí potrebujú elektrónkový zosilňovač nie na experimenty, ale z technickej nevyhnutnosti, nemajú čas dlho zvládať zložitosti elektrónkovej elektroniky, sú nadšení pre ostatných. UMZCH v tomto prípade je lepšie urobiť bez transformátora. Presnejšie, s jednokoncovým prispôsobeným výstupným transformátorom, ktorý pracuje bez konštantného predpätia. Tento prístup výrazne zjednodušuje a urýchľuje výrobu najkomplexnejšej a najkritickejšej zostavy lampy UMZCH.

"Beztransformátorový" elektrónkový koncový stupeň UMZCH a predzosilňovače k ​​nemu

Vpravo na obr. je uvedená schéma beztransformátorového koncového stupňa elektrónky UMZCH a vľavo sú možnosti pre predzosilňovač. Hore - s tónovou reguláciou podľa klasickej Baksandalovej schémy, ktorá poskytuje pomerne hlboké nastavenie, ale do signálu vnáša malé fázové skreslenia, ktoré môžu byť výrazné pri prevádzke UMZCH na 2-pásmovom reproduktore. Nižšie je jednoduchší predzosilňovač s tónovou reguláciou, ktorá neskresľuje signál.

Ale vráťme sa na koniec. V mnohých zahraničných zdrojoch je tento obvod považovaný za zjavenie, avšak identický s ním, s výnimkou kapacity elektrolytických kondenzátorov, sa nachádza v sovietskej rádioamatérskej príručke z roku 1966. Hrubá kniha 1060 strán. Vtedy nebol internet a databázy na diskoch.

Na tom istom mieste, vpravo na obrázku, sú stručne, ale jasne popísané nedostatky tejto schémy. Vylepšené, z rovnakého zdroja, uvedené na trase. ryža. napravo. V ňom je mriežka L2 napájaná zo stredu anódového usmerňovača (anódové vinutie výkonového transformátora je symetrické) a mriežka L1 cez záťaž. Ak namiesto vysokoimpedančných reproduktorov zapnete zodpovedajúci transformátor s konvenčným reproduktorom, ako v predchádzajúcom. obvod, výstupný výkon je cca. 12 W, pretože aktívny odpor primárneho vinutia transformátora je oveľa menší ako 800 ohmov. SOI tohto koncového stupňa s výkonom transformátora - cca. 0,5 %

Ako vyrobiť transformátor?

Hlavnými nepriateľmi kvality výkonného signálneho nízkofrekvenčného (zvukového) transformátora sú magnetické rozptylové pole, ktorého siločiary sú uzavreté, obchádzajúce magnetický obvod (jadro), vírivé prúdy v magnetickom obvode (Foucaultove prúdy) a v menšej miere magnetostrikcia v jadre. Kvôli tomuto javu nedbalo zostavený transformátor „spieva“, bzučí alebo vŕzga. Proti Foucaultovým prúdom sa bojuje znížením hrúbky dosiek magnetického obvodu a ich dodatočnou izoláciou lakom počas montáže. Pre výstupné transformátory je optimálna hrúbka dosiek 0,15 mm, maximálna povolená je 0,25 mm. Pre výstupný transformátor by sa nemali brať tenšie dosky: faktor plnenia jadra (centrálneho jadra magnetického obvodu) oceľou klesne, prierez magnetického obvodu sa bude musieť zväčšiť, aby sa získal daný výkon, ktorý len zvýši skreslenie a straty v ňom.

V jadre audio transformátora pracujúceho s konštantným predpätím (napr. anódový prúd koncového stupňa s jedným koncom) musí byť malá (určená výpočtom) nemagnetická medzera. Prítomnosť nemagnetickej medzery na jednej strane znižuje skreslenie signálu z konštantného skreslenia; na druhej strane v bežnom magnetickom obvode zvyšuje rozptylové pole a vyžaduje väčšie jadro. Preto musí byť nemagnetická medzera vypočítaná optimálne a vykonaná čo najpresnejšie.

Pre transformátory pracujúce s magnetizáciou je optimálny typ jadra z dosiek Shp (dierované), poz. 1 na obr. V nich sa pri prenikaní jadra vytvorí nemagnetická medzera, a preto je stabilná; jeho hodnota je uvedená v pase pre platne alebo meraná súpravou sond. Bludné pole je minimálne, pretože bočné vetvy, ktorými sa magnetický tok uzatvára, sú plné. Dosky Shp sa často používajú na zostavenie jadier transformátorov bez magnetizácie, pretože Dosky Shp sú vyrobené z vysoko kvalitnej transformátorovej ocele. V tomto prípade je jadro zostavené v prekrytí (dosky sú umiestnené so zárezom v jednom alebo druhom smere) a jeho prierez sa zväčší o 10% oproti vypočítanému.

Je lepšie navíjať transformátory bez magnetizácie na jadrách USh (znížená výška s rozšírenými oknami), poz. 2. V nich sa redukcia rozptylového poľa dosiahne zmenšením dĺžky magnetickej dráhy. Keďže dosky USh sú dostupnejšie ako dosky Shp, často sa z nich vyrábajú aj jadrá transformátorov s magnetizáciou. Potom sa zostava jadra uskutoční rezom: zostaví sa balík W-doštičiek, položí sa pás nevodivého nemagnetického materiálu s hrúbkou rovnajúcou sa hodnote nemagnetickej medzery, pokrytý jarmo z balíka svetrov a stiahnuté sponou.

Poznámka:"Audio" signálové magnetické obvody typu ShLM pre výstupné transformátory kvalitných elektrónkových zosilňovačov sú málo použiteľné, majú veľké rozptylové pole.

Na poz. 3 je schéma rozmerov jadra na výpočet transformátora, na poz. 4 navíjací rám dizajn, a na poz. 5 - vzory jeho detailov. Pokiaľ ide o transformátor pre koncový stupeň "bez transformátora", je lepšie to urobiť na SLMme s presahom, pretože. predpätie je zanedbateľné (prúd predpätia sa rovná prúdu mriežky obrazovky). Hlavnou úlohou je urobiť vinutia čo najkompaktnejšie, aby sa znížilo rozptylové pole; ich aktívny odpor bude stále oveľa menší ako 800 ohmov. Čím viac voľného miesta zostalo v oknách, tým lepšie dopadol transformátor. Preto sa vinutia otáčajú na otáčanie (ak nie je navíjací stroj, je to hrozný stroj) z čo najtenšieho drôtu, koeficient uloženia anódového vinutia pre mechanický výpočet transformátora sa berie ako 0,6. Drôt vinutia je značky PETV alebo PEMM, majú jadro bez kyslíka. Nie je potrebné brať PETV-2 alebo PEMM-2, majú zväčšený vonkajší priemer kvôli dvojitému lakovaniu a rozptylové pole bude väčšie. Primárne vinutie je navinuté ako prvé, pretože. je to jeho bludné pole, ktoré najviac ovplyvňuje zvuk.

Železo pre tento transformátor je potrebné hľadať s otvormi v rohoch dosiek a svoriek (pozri obrázok vpravo), pretože. "Pre úplné šťastie" sa zostava magnetického obvodu vykonáva nasledovne. poradie (samozrejme, vinutia s vodičmi a vonkajšou izoláciou by už mali byť na ráme):

1. Pripravte napoly zriedený akrylový lak alebo starým spôsobom šelak;
2. Doštičky s prepojkami sa rýchlo nalakujú na jednej strane a čo najrýchlejšie sa vložia do rámu bez silného stláčania. Prvá doska je umiestnená lakovanou stranou dovnútra, ďalšia - s nenalakovanou stranou k lakovanej prvej atď.;
3. Keď je okno rámu plné, aplikujú sa sponky a pevne sa utiahnu skrutkami;
4. Po 1-3 minútach, keď sa vytláčanie laku z medzier zjavne zastaví, sa dosky opäť prikladajú, kým sa okno nenaplní;
5. Opakujte odseky. 2-4, kým nie je okno pevne zabalené oceľou;
6. Jadro sa opäť pevne stiahne a vysuší na batérii alebo podobne. 3-5 dní.

Jadro montované touto technológiou má veľmi dobrú doskovú izoláciu a oceľovú výplň. Straty v dôsledku magnetostrikcie sa vôbec nezistia. Ale majte na pamäti - pre jadrá ich permalloy táto technika nie je použiteľná, pretože. silnými mechanickými vplyvmi sa magnetické vlastnosti permalloy nenávratne zhoršia!

Na mikročipoch

UMZCH na integrovaných obvodoch (IC) najčastejšie vyrábajú tí, ktorí sú spokojní s kvalitou zvuku až po priemerné Hi-Fi, ale viac ich priťahuje lacnosť, rýchlosť, jednoduchosť montáže a úplná absencia akýchkoľvek nastavovacích postupov, ktoré si vyžadujú špeciálne znalosti. . Jednoducho, zosilňovač na mikroobvodoch je najlepšou voľbou pre figuríny. Klasikou žánru je tu UMZCH na TDA2004 IC, stojaci na sérii, nedajbože, 20 rokov, vľavo na obr. Výkon - až 12 W na kanál, napájacie napätie - 3-18 V unipolárne. Radiátorová plocha - od 200 m2. pozri maximálny výkon. Výhodou je možnosť pracovať na veľmi nízkoodporovom, až 1,6 ohmovom zaťažení, čo umožňuje odobrať plný výkon pri napájaní z 12 V palubnej siete a 7-8 W - pri 6V. napájanie, napríklad na motorke. Výstup TDA2004 v triede B je však nekomplementárny (na tranzistoroch rovnakej vodivosti), takže zvuk určite nie je Hi-Fi: THD 1 %, dynamika 45 dB.

Modernejší TDA7261 neposkytuje o nič lepší zvuk, ale výkonnejší, až 25 W, pretože. horná hranica napájacieho napätia bola zvýšená na 25V. TDA7261 je možné prevádzkovať takmer zo všetkých palubných sietí, okrem lietadiel 27 V. Pomocou kĺbových komponentov (páskovanie, vpravo na obrázku) môže TDA7261 pracovať v mutačnom režime a so St-By (Stand By , wait) funkcia, ktorá prepne UMZCH do režimu minimálnej spotreby energie, keď po určitú dobu nie je k dispozícii žiadny vstupný signál. Vybavenie stojí peniaze, takže pre stereo budete potrebovať pár TDA7261 s radiátormi od 250 m2. pozri pre každého.

Poznámka: ak vás lákajú zosilňovače s funkciou St-By, majte na pamäti, že od nich nečakajte reproduktory širšie ako 66 dB.

„Superekonomický“ z hľadiska výkonu TDA7482, vľavo na obrázku, pracujúci v tzv. triedy D. Takéto UMZCH sa niekedy nazývajú digitálne zosilňovače, čo nie je pravda. Pre skutočnú digitalizáciu sa vzorky úrovne odoberajú z analógového signálu pri kvantizačnej frekvencii aspoň dvojnásobku najvyššej z reprodukovateľných frekvencií, hodnota každej vzorky sa zaznamená v kóde na opravu chýb a uloží sa pre budúce použitie. UMZCH triedy D - pulzné. V nich sa analóg priamo konvertuje na sekvenciu vysokofrekvenčných impulzov s moduláciou šírky impulzov (PWM), ktoré sa privádzajú do reproduktora cez dolnopriepustný filter (LPF).

Zvuk triedy D nemá nič spoločné s Hi-Fi: THD 2% a dynamika 55 dB pre UMZCH triedu D sa považujú za veľmi dobré ukazovatele. A tu musím povedať, že TDA7482 nie je optimálny výber: iné spoločnosti špecializujúce sa na triedu D vyrábajú integrované obvody UMZCH lacnejšie a vyžadujú menej páskovania, napríklad séria Paxx D-UMZCH, vpravo na obr.

Z TDA si treba všimnúť 4-kanálový TDA7385, viď obrázok, na ktorý sa dá zostaviť dobrý zosilňovač pre reproduktory až po medium Hi-Fi vrátane, s frekvenčným oddelením na 2 pásma alebo pre systém so subwooferom. Filtrovanie nízkofrekvenčných a stredných vysokých frekvencií sa v oboch prípadoch robí na vstupe na slabom signáli, čo zjednodušuje konštrukciu filtrov a umožňuje hlbšie oddelenie pásiem. A ak je akustika subwoofer, potom 2 kanály TDA7385 môžu byť pridelené pre sub-ULF mostíkového obvodu (pozri nižšie) a zvyšné 2 môžu byť použité pre stredné a vysoké frekvencie.

UMZCH pre subwoofer

Subwoofer, ktorý možno preložiť ako „subwoofer“ alebo doslova „subwoofer“ reprodukuje frekvencie do 150-200 Hz, v tomto rozsahu ľudské uši prakticky nedokážu určiť smer k zdroju zvuku. V reproduktoroch so subwooferom je reproduktor “subwoofer” umiestnený v samostatnom akustickom prevedení, ide o subwoofer ako taký. Subwoofer je umiestnený v zásade tak, ako je to pohodlnejšie, a stereo efekt je zabezpečený samostatnými kanálmi MF-HF s vlastnými malými reproduktormi, na ktorých akustický dizajn nie sú kladené žiadne mimoriadne vážne požiadavky. Znalci sa zhodujú, že stále je lepšie počúvať stereo s úplným oddelením kanálov, ale subwooferové systémy výrazne šetria peniaze alebo prácu na basovej dráhe a uľahčujú umiestnenie akustiky v malých miestnostiach, a preto sú obľúbené u spotrebiteľov s normálnym sluchom. a nie zvlášť náročné.

„Únik“ stredných a vysokých frekvencií do subwoofera a z neho do vzduchu veľmi kazí stereo, ale ak ostro „odrežete“ subbasy, čo je mimochodom veľmi ťažké a drahé, potom zvuk dôjde k skokovému efektu, ktorý je pre ucho veľmi nepríjemný. Preto sa filtrovanie kanálov v subwooferových systémoch vykonáva dvakrát. Na vstupe sú MF-HF s basovými „chvostmi“ ozvláštnené elektrickými filtrami, ktoré nepreťažujú dráhu MF-HF, ale poskytujú plynulý prechod do subbasov. Basy so stredotónovými „chvostmi“ sú kombinované a privádzané do samostatného UMZCH pre subwoofer. Stredy sú odfiltrované, aby sa stereo nezhoršilo, je to akustické už v subwooferi: subwoofer je umiestnený napríklad v priečke medzi rezonančnými komorami subwoofera, ktoré neprepúšťajú stredy von, viď. vpravo na obr.

Na UMZCH pre subwoofer je kladených množstvo špecifických požiadaviek, z ktorých "figuríny" považujú za hlavný čo najväčší výkon. To je úplne nesprávne, ak, povedzme, výpočet akustiky pre miestnosť dal špičkový výkon W pre jeden reproduktor, potom výkon subwoofera potrebuje 0,8 (2W) alebo 1,6W. Napríklad, ak sú reproduktory S-30 vhodné pre miestnosť, potom je potrebný subwoofer 1,6 x 30 \u003d 48 wattov.

Oveľa dôležitejšie je zabezpečiť absenciu fázových a prechodných skreslení: ak pôjdu, určite dôjde k skoku zvuku. Čo sa týka THD, je prijateľné do 1% Skreslenie basov tejto úrovne nie je počuteľné (pozri krivky rovnakej hlasitosti) a „chvosty“ ich spektra v najlepšie počuteľnej oblasti stredného pásma sa zo subwoofera nedostanú.

Aby nedochádzalo k fázovým a prechodovým skresleniam, zosilňovač pre subwoofer je zostrojený podľa tzv. mostový obvod: výstupy 2 rovnakých UMZCH sú zapnuté v opačnom smere cez reproduktor; signály na vstupy sú v protifáze. Absencia fázového a prechodového skreslenia v obvode mostíka je spôsobená úplnou elektrickou symetriou ciest výstupného signálu. Identita zosilňovačov, ktoré tvoria ramená mostíka, je zabezpečená použitím spárovaných UMZCH na IC, vyrobených na rovnakom čipe; toto je možno jediný prípad, keď je zosilňovač na mikroobvodoch lepší ako diskrétny.

Poznámka: výkon mosta UMZCH sa nezdvojnásobuje, ako si niektorí myslia, je určený napájacím napätím.

Príklad mostového okruhu UMZCH pre subwoofer v miestnosti do 20 m2. m (bez vstupných filtrov) na IC TDA2030 je uvedený na obr. vľavo. Dodatočné filtrovanie stredného pásma je vykonávané obvodmi R5C3 a R'5C'3. Radiátorová plocha TDA2030 - od 400 m2. pozri Mostové UMZCH s otvoreným výstupom majú nepríjemnú vlastnosť: keď je mostík nevyvážený, v zaťažovacom prúde sa objavuje konštantná zložka, ktorá môže vyradiť reproduktor a ochranné obvody na subbasoch často zlyhajú a vypínajú reproduktor, keď nie je potrebný. Preto je lepšie chrániť drahý basový reproduktor „dubovo“ nepolárnymi batériami elektrolytických kondenzátorov (farebne zvýraznené a schéma jednej batérie je uvedená na bočnom paneli.

Trochu o akustike

Akustický dizajn subwoofera je špeciálna téma, ale keďže je tu uvedený nákres, sú potrebné aj vysvetlenia. Materiál puzdra - MDF 24 mm. Rúry rezonátora sú vyrobené z dostatočne odolného nezvoniaceho plastu, napríklad polyetylénu. Vnútorný priemer rúrok je 60 mm, výstupky dovnútra sú 113 mm vo veľkej komore a 61 v malej. Pre konkrétnu reproduktorovú hlavu bude musieť byť subwoofer prekonfigurovaný pre čo najlepšie basy a zároveň pre čo najmenší vplyv na stereo efekt. Na ladenie fajok treba zjavne dlhšie dĺžky a zatlačením a vysunutím sa dosiahne požadovaný zvuk. Vonkajšie výstupky rúr neovplyvňujú zvuk, sú potom odrezané. Nastavenia potrubia sú vzájomne závislé, takže sa musíte pohrať.

Slúchadlový zosilňovač

Slúchadlový zosilňovač sa vyrába ručne najčastejšie z 2 dôvodov. Prvý je na počúvanie „za pochodu“, t.j. mimo domova, keď výkon zvukového výstupu prehrávača alebo smartfónu nestačí na nahromadenie „tlačidiel“ alebo „lopúchov“. Druhý je určený pre špičkové domáce slúchadlá. Hi-Fi UMZCH do bežnej obývačky je potrebný s dynamikou do 70-75 dB, dynamický rozsah najlepších moderných stereo slúchadiel však presahuje 100 dB. Zosilňovač s takouto dynamikou je drahší ako niektoré autá a jeho výkon bude od 200 wattov na kanál, čo je príliš veľa pre bežný byt: počúvanie pri veľmi nízkej úrovni výkonu kazí zvuk, pozri vyššie. Preto má zmysel vyrobiť nízkoenergetický, ale s dobrou dynamikou, samostatný zosilňovač špeciálne pre slúchadlá: ceny za domáce UMZCH s takouto hmotnosťou sú zjavne príliš vysoké.

Schéma najjednoduchšieho slúchadlového zosilňovača na tranzistoroch je uvedená v poz. 1 obr. Zvuk – okrem čínskych „gombíkov“ funguje v triede B. Nelíši sa ani účinnosťou – 13-mm lítiové batérie vydržia pri plnej hlasitosti 3-4 hodiny. Na poz. 2 - Klasické TDA pre slúchadlá na cesty. Zvuk však podáva celkom slušný, až priemerný Hi-Fi v závislosti od parametrov digitalizácie trate. Amatérskych vylepšení páskovania TDA7050 je nespočetné množstvo, ale prechod zvuku na ďalšiu úroveň triedy ešte nikto nedosiahol: samotná „mikruha“ to neumožňuje. TDA7057 (poz. 3) je jednoducho funkčnejší, ovládanie hlasitosti môžete pripojiť na bežný, nie duálny, potenciometer.

UMZCH pre slúchadlá na TDA7350 (poz. 4) je už navrhnutý tak, aby vytvoril dobrú individuálnu akustiku. Práve na tomto IC sú slúchadlové zosilňovače zostavené vo väčšine domácich UMZCH strednej a vysokej triedy. UMZCH pre slúchadlá na KA2206B (poz. 5) sa už považuje za profesionálne: jeho maximálny výkon 2,3 W stačí na vytvorenie takých vážnych izodynamických "lopúchov", ako sú TDS-7 a TDS-15.

Najjednoduchší tranzistorový zosilňovač môže byť dobrým nástrojom na štúdium vlastností zariadení. Schémy a návrhy sú pomerne jednoduché, môžete nezávisle vyrábať zariadenie a kontrolovať jeho prevádzku, merať všetky parametre. Vďaka moderným tranzistorom s efektom poľa je možné vyrobiť miniatúrny mikrofónový zosilňovač doslova z troch prvkov. A pripojte ho k osobnému počítaču, aby ste zlepšili parametre nahrávania zvuku. A účastníci rozhovoru počas rozhovorov budú počuť vašu reč oveľa lepšie a jasnejšie.

Frekvenčné charakteristiky

Nízkofrekvenčné (zvukové) frekvenčné zosilňovače sú dostupné takmer vo všetkých domácich spotrebičoch – hudobných centrách, televízoroch, rádiách, rádiách a dokonca aj v osobných počítačoch. Existujú však aj vysokofrekvenčné zosilňovače na tranzistoroch, lampách a mikroobvodoch. Ich rozdiel je v tom, že ULF umožňuje zosilniť signál iba zvukovej frekvencie, ktorú vníma ľudské ucho. Tranzistorové audio zosilňovače umožňujú reprodukovať signály s frekvenciami v rozsahu od 20 Hz do 20 000 Hz.

Preto aj najjednoduchšie zariadenie je schopné zosilniť signál v tomto rozsahu. A robí to čo najrovnomernejšie. Zosilnenie závisí priamo od frekvencie vstupného signálu. Graf závislosti týchto veličín je takmer priamka. Ak je naopak na vstup zosilňovača privedený signál s frekvenciou mimo rozsahu, kvalita práce a účinnosť zariadenia sa rýchlo zníži. Kaskády ULF sú spravidla zostavené na tranzistoroch pracujúcich v nízkom a strednom frekvenčnom rozsahu.

Triedy prevádzky audio zosilňovačov

Všetky zosilňovacie zariadenia sú rozdelené do niekoľkých tried v závislosti od stupňa prietoku prúdu cez kaskádu počas doby prevádzky:

1. Trieda "A" - prúd tečie nepretržite počas celej doby prevádzky zosilňovacieho stupňa.
2. V triede práce "B" prúd tečie polovicu doby.
3. Trieda "AB" znamená, že prúd preteká zosilňovacím stupňom počas doby rovnajúcej sa 50-100 % periódy.
4. V režime „C“ prúdi elektrický prúd menej ako polovicu prevádzkového času.
5. Režim "D" ULF sa v rádioamatérskej praxi používa pomerne nedávno - niečo cez 50 rokov. Vo väčšine prípadov sú tieto zariadenia realizované na báze digitálnych prvkov a majú veľmi vysokú účinnosť – nad 90 %.

Prítomnosť skreslenia v rôznych triedach nízkofrekvenčných zosilňovačov

Pracovná oblasť tranzistorového zosilňovača triedy "A" sa vyznačuje pomerne malými nelineárnymi skresleniami. Ak prichádzajúci signál vyhodí impulzy vyššieho napätia, spôsobí to saturáciu tranzistorov. Vo výstupnom signáli sa v blízkosti každej harmonickej začnú objavovať vyššie harmonické (až 10 alebo 11). Z tohto dôvodu sa objavuje kovový zvuk, charakteristický iba pre tranzistorové zosilňovače.

Pri nestabilnom napájaní bude výstupný signál modelovaný v amplitúde blízko sieťovej frekvencie. Zvuk bude tvrdší na ľavej strane frekvenčnej odozvy. Ale čím lepšia je stabilizácia výkonu zosilňovača, tým zložitejší je dizajn celého zariadenia. ULF pracujúce v triede "A" majú relatívne nízku účinnosť - menej ako 20%. Dôvodom je, že tranzistor je neustále zapnutý a neustále ním preteká prúd.

Na zvýšenie (aj keď nevýznamnej) účinnosti môžete použiť push-pull obvody. Jednou nevýhodou je, že polvlny výstupného signálu sa stávajú asymetrickými. Ak prejdete z triedy "A" do "AB", nelineárne skreslenie sa zvýši 3-4 krát. Ale účinnosť celého obvodu zariadenia sa stále zvýši. Triedy ULF "AB" a "B" charakterizujú nárast skreslenia s poklesom úrovne signálu na vstupe. Ale aj keď dáte hlasitosť, nepomôže úplne zbaviť sa nedostatkov.

Práca v stredných triedach

Každá trieda má niekoľko odrôd. Napríklad existuje trieda zosilňovačov "A +". V ňom tranzistory na vstupe (nízkonapäťové) pracujú v režime „A“. Ale vysokonapäťové, inštalované vo výstupných stupňoch, pracujú buď v "B" alebo v "AB". Takéto zosilňovače sú oveľa ekonomickejšie ako tie, ktoré pracujú v triede "A". Výrazne menší počet nelineárnych skreslení – nie vyšší ako 0,003 %. Lepšie výsledky možno dosiahnuť použitím bipolárnych tranzistorov. Princíp fungovania zosilňovačov na týchto prvkoch bude diskutovaný nižšie.

Vo výstupnom signáli je však stále veľké množstvo vyšších harmonických, vďaka čomu je zvuk charakteristický kovový. Existujú aj zosilňovacie obvody, ktoré pracujú v triede "AA". V nich je nelineárne skreslenie ešte menšie - až 0,0005%. Ale hlavná nevýhoda tranzistorových zosilňovačov je stále tu - charakteristický kovový zvuk.

"Alternatívne" vzory

Nedá sa povedať, že sú alternatívne, akurát niektorí špecialisti zaoberajúci sa návrhom a montážou zosilňovačov pre kvalitnú reprodukciu zvuku čoraz viac preferujú elektrónkové konštrukcie. Elektrónkové zosilňovače majú nasledujúce výhody:

1. Veľmi nízka úroveň nelineárneho skreslenia vo výstupnom signáli.
2. Existuje menej vyšších harmonických ako v tranzistorových konštrukciách.

Ale je tu jedno obrovské mínus, ktoré prevažuje nad všetkými výhodami - určite musíte nainštalovať zariadenie na koordináciu. Faktom je, že rúrková kaskáda má veľmi vysoký odpor - niekoľko tisíc ohmov. Ale odpor vinutia reproduktora je 8 alebo 4 ohmy. Aby ste ich zodpovedali, musíte nainštalovať transformátor.

To samozrejme nie je príliš veľký nedostatok - existujú aj tranzistorové zariadenia, ktoré používajú transformátory na prispôsobenie koncového stupňa a reproduktorového systému. Niektorí odborníci tvrdia, že najefektívnejší obvod je hybridný - ktorý používa jednokoncové zosilňovače, ktoré nie sú pokryté negatívnou spätnou väzbou. Všetky tieto kaskády navyše pracujú v režime ULF triedy "A". Inými slovami, tranzistorový výkonový zosilňovač sa používa ako zosilňovač.

Okrem toho je účinnosť takýchto zariadení pomerne vysoká - asi 50%. Nemali by ste sa však zameriavať iba na ukazovatele účinnosti a výkonu - nehovoria o vysokej kvalite reprodukcie zvuku zosilňovačom. Oveľa dôležitejšie sú linearita charakteristík a ich kvalita. Preto musíte venovať pozornosť predovšetkým im, a nie moci.

Schéma jednopólového ULF na tranzistore

Najjednoduchší zosilňovač, zostavený podľa obvodu so spoločným emitorom, pracuje v triede "A". Obvod používa polovodičový prvok so štruktúrou n-p-n. V kolektorovom obvode je inštalovaný odpor R3, ktorý obmedzuje pretekajúci prúd. Kolektorový obvod je pripojený na kladný napájací vodič a obvod emitora je pripojený k zápornému pólu. V prípade použitia polovodičových tranzistorov so štruktúrou p-n-p bude obvod úplne rovnaký, len bude potrebné prepólovať.

Pomocou väzobného kondenzátora C1 je možné oddeliť vstupný AC signál od DC zdroja. V tomto prípade kondenzátor nie je prekážkou toku striedavého prúdu pozdĺž dráhy báza-emitor. Vnútorný odpor prechodu emitor-báza je spolu s odpormi R1 a R2 najjednoduchším deličom napájacieho napätia. Rezistor R2 má zvyčajne odpor 1-1,5 kOhm - najtypickejšie hodnoty pre takéto obvody. V tomto prípade je napájacie napätie rozdelené presne na polovicu. A ak napájate obvod napätím 20 voltov, môžete vidieť, že hodnota prúdového zosilnenia h21 bude 150. Treba poznamenať, že HF zosilňovače na tranzistoroch sú vyrobené podľa podobných obvodov, fungujú iba ako trochu inak.

Napätie emitora je v tomto prípade 9 V a úbytok v časti obvodu „E-B“ je 0,7 V (čo je typické pre tranzistory na báze kremíkových kryštálov). Ak vezmeme do úvahy zosilňovač založený na germániových tranzistoroch, potom v tomto prípade bude pokles napätia v sekcii „EB“ 0,3 V. Prúd v kolektorovom obvode sa bude rovnať prúdu, ktorý preteká v emitore. Môžete vypočítať vydelením napätia emitora odporom R2 - 9V / 1 kOhm = 9 mA. Na výpočet hodnoty základného prúdu je potrebné vydeliť 9 mA ziskom h21 - 9 mA / 150 \u003d 60 μA. Konštrukcie ULF zvyčajne používajú bipolárne tranzistory. Princíp jeho práce je odlišný od poľa.

Na rezistore R1 teraz môžete vypočítať hodnotu poklesu - to je rozdiel medzi základným a napájacím napätím. V tomto prípade je možné základné napätie nájsť podľa vzorca - súčet charakteristík emitora a prechodu "E-B". Pri napájaní z 20 V zdroja: 20 - 9,7 \u003d 10,3. Odtiaľ môžete vypočítať hodnotu odporu R1 = 10,3 V / 60 μA = 172 kOhm. Obvod obsahuje kapacitu C2, ktorá je potrebná na realizáciu obvodu, ktorým môže prechádzať striedavá zložka prúdu emitora.

Ak nenainštalujete kondenzátor C2, variabilná zložka bude veľmi obmedzená. Z tohto dôvodu bude mať takýto tranzistorový audio zosilňovač veľmi nízky prúdový zisk h21. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že vo vyššie uvedených výpočtoch sa predpokladalo, že základné a kolektorové prúdy sú rovnaké. Okrem toho sa za základný prúd považoval ten, ktorý prúdi do obvodu z žiariča. Vyskytuje sa iba vtedy, keď sa na výstup bázy tranzistora aplikuje predpätie.

Treba však mať na pamäti, že úplne vždy, bez ohľadu na prítomnosť zaujatosti, kolektorový zvodový prúd nevyhnutne preteká cez základný obvod. V obvodoch so spoločným emitorom sa zvodový prúd zvýši najmenej 150-krát. Ale zvyčajne sa táto hodnota berie do úvahy iba pri výpočte zosilňovačov založených na germániových tranzistoroch. V prípade použitia kremíka, v ktorom je prúd obvodu "K-B" veľmi malý, je táto hodnota jednoducho zanedbaná.

MIS tranzistorové zosilňovače

Tranzistorový zosilňovač s efektom poľa zobrazený na diagrame má mnoho analógov. Vrátane použitia bipolárnych tranzistorov. Preto môžeme za podobný príklad považovať návrh zosilňovača zvuku zostaveného podľa obvodu so spoločným emitorom. Na fotografii je znázornený obvod vyrobený podľa obvodu so spoločným zdrojom. R-C pripojenia sú zostavené na vstupných a výstupných obvodoch tak, aby zariadenie pracovalo v režime zosilňovača triedy „A“.

Striedavý prúd zo zdroja signálu je oddelený od jednosmerného napájacieho napätia kondenzátorom C1. Uistite sa, že tranzistorový zosilňovač s efektom poľa musí mať potenciál brány, ktorý bude nižší ako potenciál zdroja. V prezentovanom diagrame je brána pripojená k spoločnému vodiču cez odpor R1. Jeho odpor je veľmi veľký - v konštrukciách sa zvyčajne používajú odpory 100-1000 kOhm. Tak veľký odpor sa volí preto, aby nedochádzalo k posunu signálu na vstupe.

Tento odpor takmer neprechádza elektrickým prúdom, v dôsledku čoho je potenciál brány (pri absencii signálu na vstupe) rovnaký ako potenciál zeme. V zdroji je potenciál vyšší ako potenciál zeme, len kvôli poklesu napätia na odpore R2. Z toho je zrejmé, že potenciál brány je nižší ako potenciál zdroja. Konkrétne je to potrebné pre normálne fungovanie tranzistora. Treba poznamenať, že C2 a R3 v tomto obvode zosilňovača majú rovnaký účel ako v návrhu diskutovanom vyššie. A vstupný signál je posunutý vzhľadom na výstupný signál o 180 stupňov.

ULF s výstupným transformátorom

Takýto zosilňovač si môžete vyrobiť vlastnými rukami na domáce použitie. Vykonáva sa podľa schémy, ktorá funguje v triede "A". Konštrukcia je rovnaká ako vyššie - so spoločným žiaričom. Jedna vlastnosť - na prispôsobenie je potrebné použiť transformátor. To je nevýhoda takéhoto tranzistorového audio zosilňovača.

Kolektorový obvod tranzistora je zaťažený primárnym vinutím, ktoré vyvíja výstupný signál prenášaný cez sekundár do reproduktorov. Na rezistoroch R1 a R3 je namontovaný delič napätia, ktorý umožňuje zvoliť pracovný bod tranzistora. Pomocou tohto obvodu sa do základne privádza predpätie. Všetky ostatné komponenty majú rovnaký účel ako vyššie uvedené obvody.

push-pull audio zosilňovač

To neznamená, že ide o jednoduchý tranzistorový zosilňovač, pretože jeho prevádzka je o niečo komplikovanejšia ako u tých, ktoré boli diskutované vyššie. Pri push-pull ULF je vstupný signál rozdelený na dve polvlny, ktoré sa líšia fázou. A každá z týchto polovičných vĺn je zosilnená vlastnou kaskádou, vyrobenou na tranzistore. Po zosilnení každej polvlny sa oba signály spoja a pošlú do reproduktorov. Takéto zložité transformácie môžu spôsobiť skreslenie signálu, pretože dynamické a frekvenčné vlastnosti dvoch, dokonca aj rovnakého typu, tranzistorov budú odlišné.

V dôsledku toho je kvalita zvuku na výstupe zosilňovača výrazne znížená. Keď pracuje push-pull zosilňovač v triede "A", nie je možné reprodukovať komplexný signál vo vysokej kvalite. Dôvodom je, že ramenami zosilňovača neustále preteká zvýšený prúd, polvlny sú asymetrické, dochádza k fázovým skresleniam. Zvuk sa stáva menej zrozumiteľným a pri zahrievaní sa skreslenie signálu ešte viac zvyšuje, najmä pri nízkych a ultranízkych frekvenciách.

ULF bez transformátora

Nízkofrekvenčný zosilňovač na tranzistore, vyrobený pomocou transformátora, napriek tomu, že dizajn môže mať malé rozmery, je stále nedokonalý. Transformátory sú stále ťažké a objemné, takže je najlepšie sa ich zbaviť. Oveľa efektívnejší obvod je vyrobený na komplementárnych polovodičových prvkoch s rôznymi typmi vodivosti. Väčšina moderných ULF sa vykonáva presne podľa takýchto schém a pracuje v triede "B".

Dva výkonné tranzistory použité pri návrhu pracujú podľa obvodu sledovača emitora (spoločný kolektor). V tomto prípade sa vstupné napätie prenáša na výstup bez straty a zosilnenia. Ak na vstupe nie je žiadny signál, potom sú tranzistory na pokraji zapnutia, ale stále sú vypnuté. Keď je na vstup privedený harmonický signál, prvý tranzistor sa otvorí s kladnou polvlnou a druhý je v tomto čase v režime cutoff.

Záťažou teda môžu prechádzať len kladné polvlny. Ale záporné otvárajú druhý tranzistor a úplne blokujú prvý. V tomto prípade sú v záťaži iba záporné polvlny. Výsledkom je, že signál zosilnený na výkon je na výstupe zariadenia. Takýto obvod tranzistorového zosilňovača je pomerne efektívny a je schopný zabezpečiť stabilnú prevádzku, vysokokvalitnú reprodukciu zvuku.

ULF obvod na jednom tranzistore

Po preštudovaní všetkých vyššie uvedených funkcií môžete zosilňovač zostaviť vlastnými rukami na základni jednoduchých prvkov. Tranzistor je možné použiť doma KT315 alebo ktorýkoľvek z jeho zahraničných analógov - napríklad BC107. Ako záťaž musíte použiť slúchadlá, ktorých odpor je 2000-3000 ohmov. Predpätie musí byť privedené na bázu tranzistora cez odpor 1 MΩ a oddeľovací kondenzátor 10 µF. Obvod môže byť napájaný zo zdroja s napätím 4,5-9 V, prúd - 0,3-0,5 A.

Ak odpor R1 nie je pripojený, potom v základni a kolektore nebude prúd. Ale po pripojení napätie dosiahne úroveň 0,7 V a nechá tiecť prúd asi 4 μA. V tomto prípade bude prúdový zisk asi 250. Odtiaľ môžete urobiť jednoduchý výpočet tranzistorového zosilňovača a zistiť kolektorový prúd - ukáže sa, že je 1 mA. Po zostavení tohto obvodu tranzistorového zosilňovača ho môžete otestovať. K výstupu pripojte záťaž - slúchadlá.

Dotknite sa vstupu zosilňovača prstom - mal by sa objaviť charakteristický šum. Ak tam nie je, potom je návrh s najväčšou pravdepodobnosťou zostavený nesprávne. Znova skontrolujte všetky pripojenia a hodnotenia prvkov. Aby bola ukážka jasnejšia, pripojte k vstupu ULF zdroj zvuku – výstup z prehrávača alebo telefónu. Počúvajte hudbu a ocente kvalitu zvuku.

Redakcia webu Two Circuits predstavuje jednoduchý, no kvalitný nízkofrekvenčný zosilňovač na báze MOSFET tranzistorov. Jeho okruh by mal byť audiofilským rádioamatérom dobre známy, veď má už 20. Okruh je vývojom slávneho Anthonyho Holtona, preto sa mu niekedy hovorí ULF Holton. Systém zosilnenia zvuku má nízke harmonické skreslenie, nepresahujúce 0,1 %, pri výkonovej záťaži približne 100 wattov.

Tento zosilňovač je alternatívou k obľúbeným zosilňovačom radu TDA a podobným popovým, pretože za trochu vyššie náklady môžete získať zosilňovač s jednoznačne lepšími vlastnosťami.

Veľkou výhodou systému je jednoduchý dizajn a koncový stupeň pozostávajúci z 2 lacných MOSFETov. Zosilňovač dokáže napájať 4 aj 8 ohmové reproduktory. Jedinou úpravou, ktorú je potrebné vykonať počas spúšťania, je nastavenie hodnoty pokojového prúdu výstupných tranzistorov.

Schematický diagram UMZCH Holton

Holtonov zosilňovač na MOSFET - obvod

Obvod je klasický dvojstupňový zosilňovač, pozostáva z diferenciálneho vstupného zosilňovača a symetrického výkonového zosilňovača, v ktorom pracuje jeden pár výkonových tranzistorov. Schéma systému je uvedená vyššie.

Vytlačená obvodová doska

Doska plošných spojov ULF - hotový pohľad

Tu je archív s PDF súbormi dosky plošných spojov - .

Princíp činnosti zosilňovača

Tranzistory T4 (BC546) a T5 (BC546) pracujú v konfigurácii diferenciálneho zosilňovača a sú napájané prúdovým zdrojom postaveným na báze tranzistorov T7 (BC546), T10 (BC546) a rezistorov R18 (22 kOhm), R20 (680 ohmov). ) a R12 (22 com). Vstupný signál je privádzaný do dvoch filtrov: dolnopriepustný filter, zostavený z prvkov R6 (470 ohmov) a C6 (1 nf) - obmedzuje vysokofrekvenčné zložky signálu a pásmový filter, pozostávajúci z C5 (1 uF), R6 a R10 (47 kΩ), obmedzujúce zložky signálu pri infra-nízkych frekvenciách.

Zaťaženie diferenciálneho zosilňovača sú rezistory R2 (4,7 kohm) a R3 (4,7 kohm). Ďalším zosilňovacím stupňom sú tranzistory T1 (MJE350) a T2 (MJE350) a jeho záťažou sú tranzistory T8 (MJE340), T9 (MJE340) a T6 (BD139).

Kondenzátory C3 (33pF) a C4 (33pF) pôsobia proti budeniu zosilňovača. Kondenzátor C8 (10 nF) zapojený paralelne s R13 (10 kΩ / 1 V) zlepšuje prechodovú odozvu ULF, čo je dôležité pre rýchlo rastúce vstupné signály.

Tranzistor T6 spolu s prvkami R9 (4,7 kohm), R15 (680 ohmov), R16 (82 ohmov) a PR1 (5 ohmov) umožňuje nastaviť správnu polaritu koncových stupňov zosilňovača v pokoji. Pomocou potenciometra je potrebné nastaviť kľudový prúd výstupných tranzistorov v rozmedzí 90-110 mA, čo zodpovedá úbytku napätia na R8 (0,22 ohm / 5 W) a R17 (0,22 ohm / 5 W) v rozmedzí 20-25 mV. Celková spotreba prúdu v kľudovom režime zosilňovača by mala byť v oblasti 130 mA.

Výstupnými prvkami zosilňovača sú MOSFETy T3 (IRFP240) a T11 (IRFP9240). Tieto tranzistory sú inštalované ako napäťový sledovač s veľkým maximálnym výstupným prúdom, takže prvé 2 stupne musia mať dostatočne veľkú amplitúdu pre výstupný signál.

Rezistory R8 a R17 sa používali hlavne na rýchle meranie pokojového prúdu tranzistorov výkonového zosilňovača bez zásahu do obvodu. Môžu sa tiež hodiť, ak sa systém rozšíri o ďalší pár výkonových tranzistorov, kvôli rozdielom v odpore otvorených kanálov tranzistorov.

Rezistory R5 (470 ohmov) a R19 (470 ohmov) obmedzujú rýchlosť nabíjania kapacity priepustných tranzistorov, a preto obmedzujú frekvenčný rozsah zosilňovača. Diódy D1-D2 (BZX85-C12V) chránia výkonné tranzistory. S nimi by napätie pri spustení vzhľadom na napájacie zdroje pre tranzistory nemalo byť väčšie ako 12 V.

Doska zosilňovača poskytuje miesta pre výkonové filtračné kondenzátory C2 (4700 uF / 50 V) a C13 (4700 uF / 50 V).

Domáci tranzistor ULF na MOSFET

Ovládanie je napájané cez prídavný RC filter postavený na prvkoch R1 (100 ohm / 1 V), C1 (220 μF / 50 V) a R23 (100 Ω / 1 V) a C12 (220 μF / 50 V).

Napájanie pre UMZCH

Obvod zosilňovača poskytuje výkon, ktorý dosahuje skutočných 100 wattov (efektívny sínusový priebeh), so vstupným napätím v oblasti 600 mV a zaťažovacím odporom 4 ohmy.

Zosilňovač Holton na doske s detailmi

Odporúčaný transformátor je 200 W toroid s napätím 2x24 V. Po usmernení a vyhladení by ste mali dostať dvojpólové koncové zosilňovače v oblasti +/-33 Voltov. Tu zobrazený dizajn je veľmi výkonný MOSFET mono zosilňovač, ktorý možno použiť ako samostatnú jednotku alebo ako súčasť .

Tranzistorový zosilňovač napriek svojej už dlhej histórii zostáva obľúbeným predmetom štúdia pre začiatočníkov aj ctihodných rádioamatérov. A to je pochopiteľné. Je nepostrádateľnou súčasťou najmasívnejších a nízkofrekvenčných zosilňovačov. Pozrime sa, ako sú postavené najjednoduchšie tranzistorové zosilňovače.

Frekvenčná odozva zosilňovača

V každom televíznom alebo rozhlasovom prijímači, v každom hudobnom centre alebo zosilňovači zvuku nájdete tranzistorové zosilňovače zvuku (nízkofrekvenčné - LF). Rozdiel medzi audio tranzistorovými zosilňovačmi a inými typmi spočíva v ich frekvenčnej odozve.

Tranzistorový audio zosilňovač má jednotnú frekvenčnú odozvu vo frekvenčnom pásme od 15 Hz do 20 kHz. To znamená, že všetky vstupné signály s frekvenciou v tomto rozsahu sú konvertované (zosilnené) zosilňovačom približne rovnakým spôsobom. Obrázok nižšie ukazuje ideálnu krivku frekvenčnej odozvy pre audio zosilňovač z hľadiska „zosilnenia zosilňovača Ku – frekvencia vstupného signálu“.

Táto krivka je takmer plochá od 15 Hz do 20 kHz. To znamená, že takýto zosilňovač by sa mal používať špeciálne pre vstupné signály s frekvenciami medzi 15 Hz a 20 kHz. Pri vstupných signáloch nad 20 kHz alebo pod 15 Hz rapídne klesá účinnosť a kvalita jeho výkonu.

Typ frekvenčnej odozvy zosilňovača je určený elektrickými rádiovými prvkami (ERE) jeho obvodu a predovšetkým samotnými tranzistormi. Zosilňovač zvuku na báze tranzistorov je zvyčajne zostavený na takzvaných nízko- a strednofrekvenčných tranzistoroch s celkovou šírkou pásma vstupných signálov od desiatok a stoviek Hz do 30 kHz.

Trieda zosilňovačov

Ako viete, v závislosti od stupňa kontinuity toku prúdu počas jeho obdobia cez tranzistorový zosilňovací stupeň (zosilňovač) sa rozlišujú tieto triedy jeho činnosti: "A", "B", "AB", "C" , "D".

V triede prevádzky prúd "A" preteká stupňom 100% periódy vstupného signálu. Činnosť kaskády v tejto triede je znázornená na nasledujúcom obrázku.

V triede prevádzky zosilňovacieho stupňa "AB" ním preteká prúd viac ako 50%, ale menej ako 100% periódy vstupného signálu (pozri obrázok nižšie).

V triede prevádzky stupňa "B" ním preteká prúd presne 50% periódy vstupného signálu, ako je znázornené na obrázku.

A nakoniec, v triede prevádzky stupňa "C" ním preteká prúd menej ako 50% periódy vstupného signálu.

Nízkofrekvenčný zosilňovač na tranzistoroch: skreslenie v hlavných triedach práce

V pracovnej oblasti má tranzistorový zosilňovač triedy "A" nízku úroveň nelineárneho skreslenia. Ale ak má signál impulzné rázy napätia, ktoré vedú k saturácii tranzistorov, potom sa okolo každej „štandardnej“ harmonickej výstupného signálu objavia vyššie harmonické (až do 11.). To spôsobuje fenomén takzvaného tranzistorového alebo kovového zvuku.

Ak majú nízkofrekvenčné výkonové zosilňovače na tranzistoroch nestabilizované napájanie, ich výstupné signály sú modulované v amplitúde blízko sieťovej frekvencie. To vedie k drsnosti zvuku na ľavom okraji frekvenčnej odozvy. Rôzne metódy stabilizácie napätia robia návrh zosilňovača zložitejším.

Typická účinnosť jednopólového zosilňovača triedy A nepresahuje 20% vďaka stále zapnutému tranzistoru a nepretržitému toku jednosmernej zložky. Môžete urobiť zosilňovač triedy A push-pull, účinnosť sa mierne zvýši, ale polovičné vlny signálu sa stanú asymetrickejšími. Presun kaskády z pracovnej triedy „A“ do pracovnej triedy „AB“ štvornásobne zvyšuje nelineárne skreslenie, hoci účinnosť jej obvodu stúpa.

V zosilňovačoch tried "AB" a "B" sa skreslenie zvyšuje so znižovaním úrovne signálu. Chtiac-nechtiac chcete zosilniť takýto zosilňovač, aby ste doplnili pocity sily a dynamiky hudby, ale často to príliš nepomôže.

Stredné triedy práce

Trieda práce "A" má rozmanitosť - trieda "A +". V tomto prípade nízkonapäťové vstupné tranzistory zosilňovača tejto triedy pracujú v triede "A" a vysokonapäťové výstupné tranzistory zosilňovača, keď ich vstupné signály prekročia určitú úroveň, prechádzajú do tried "B" resp. "AB". Účinnosť takýchto kaskád je lepšia ako v čistej triede "A" a nelineárne skreslenie je menšie (do 0,003%). Ich zvuk je však tiež „kovový“ vďaka prítomnosti vyšších harmonických vo výstupnom signáli.

Pre zosilňovače inej triedy - "AA" je stupeň nelineárneho skreslenia ešte nižší - asi 0,0005%, ale sú prítomné aj vyššie harmonické.

Návrat k tranzistorovému zosilňovaču triedy "A"?

Dnes mnohí odborníci v oblasti kvalitnej reprodukcie zvuku obhajujú návrat k elektrónkovým zosilňovačom, pretože úroveň nelineárneho skreslenia a nimi vnášaných vyšších harmonických do výstupného signálu je zjavne nižšia ako u tranzistorov. Tieto výhody sú však do značnej miery kompenzované potrebou prispôsobeného transformátora medzi vysokoimpedančným elektrónkovým výstupným stupňom a nízkoimpedančnými reproduktormi. Jednoduchý tranzistorový zosilňovač však možno vyrobiť aj s výstupom z transformátora, ako bude ukázané nižšie.

Existuje tiež názor, že iba hybridný elektrónkový tranzistorový zosilňovač môže poskytnúť maximálnu kvalitu zvuku, ktorého všetky stupne sú jednostranné, nezakryté a pracujú v triede "A". To znamená, že takýto výkonový sledovač je zosilňovač na jednom tranzistore. Jeho schéma môže mať maximálnu dosiahnuteľnú účinnosť (v triede "A") nie viac ako 50%. Ale ani výkon, ani účinnosť zosilňovača nie sú indikátormi kvality reprodukcie zvuku. V tomto prípade je mimoriadne dôležitá kvalita a linearita charakteristík všetkých ERE v obvode.

Keďže obvody s jedným koncom získavajú túto perspektívu, nižšie sa pozrieme na ich možnosti.

jednopólový zosilňovač s jedným tranzistorom

Jeho obvod, vyrobený so spoločným emitorom a R-C pripojeniami pre vstupné a výstupné signály pre prevádzku v triede "A", je znázornený na obrázku nižšie.

Zobrazuje npn tranzistor Q1. Jeho kolektor je pripojený ku kladnému pólu +Vcc cez odpor obmedzujúci prúd R3 a jeho emitor je pripojený k -Vcc. Tranzistorový zosilňovač p-n-p bude mať rovnaký obvod, ale napájacie vodiče budú obrátené.

C1 je oddeľovací kondenzátor, ktorým je vstupný zdroj striedavého prúdu oddelený od zdroja jednosmerného napätia Vcc. C1 zároveň nebráni prechodu striedavého vstupného prúdu cez prechod báza-emitor tranzistora Q1. Rezistory R1 a R2 spolu s odporom prechodu "E - B" tvoria Vcc na výber pracovného bodu tranzistora Q1 v statickom režime. Typická pre tento obvod je hodnota R2 = 1 kOhm a poloha pracovného bodu je Vcc / 2. R3 je zaťažovací odpor kolektorového obvodu a používa sa na vytvorenie výstupného signálu s premenlivým napätím na kolektore.

Predpokladajme, že Vcc = 20 V, R2 = 1 kΩ a prúdové zosilnenie h = 150. Zvolíme napätie emitora Ve = 9 V a úbytok napätia na E-B prechode je Vbe = 0,7 V. Táto hodnota zodpovedá tzv. - nazývaný kremíkový tranzistor. Ak by sme uvažovali o zosilňovači na báze germániových tranzistorov, potom by úbytok napätia na otvorenom E-B prechode bol Vbe = 0,3 V.

Prúd vysielača, približne rovnaký ako kolektorový prúd

Ie = 9 V/1 kΩ = 9 mA ≈ Ic.

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

Pokles napätia na rezistore R1

V(R1) = Vcc - Vb = Vcc - (Vbe + Ve) = 20 V - 9,7 V = 10,3 V,

R1 \u003d V (R1) / Ib \u003d 10,3 V / 60 μA \u003d 172 kOhm.

C2 je potrebný na vytvorenie obvodu na prechod premennej zložky prúdu emitora (v skutočnosti prúdu kolektora). Ak by tam nebol, potom by rezistor R2 výrazne obmedzoval premennú zložku, takže príslušný bipolárny tranzistorový zosilňovač by mal nízke prúdové zosilnenie.

V našich výpočtoch sme predpokladali, že Ic = Ib h, kde Ib je prúd bázy, ktorý do nej prúdi z emitora a vzniká, keď sa na bázu aplikuje predpätie. Avšak cez základňu vždy (ako s predpätím, tak bez neho) preteká aj zvodový prúd z kolektora Icb0. Preto je skutočný kolektorový prúd Ic = Ib h + Icb0 h, t.j. zvodový prúd v obvode s OE sa zosilní 150-krát. Ak by sme uvažovali o zosilňovači na báze germániových tranzistorov, potom by sa táto okolnosť musela brať do úvahy pri výpočtoch. Faktom je, že majú významné Icb0 rádovo niekoľko μA. V kremíku je o tri rády menšia (asi niekoľko nA), preto sa pri výpočtoch zvyčajne zanedbáva.

Jednokoncový zosilňovač s MIS tranzistorom

Ako každý tranzistorový zosilňovač s efektom poľa, aj uvažovaný obvod má svoj vlastný analóg medzi zosilňovačmi, preto budeme uvažovať o analógu predchádzajúceho obvodu so spoločným emitorom. Vyrába sa so spoločným zdrojom a R-C pripojeniami pre vstupné a výstupné signály pre prevádzku v triede „A“ a je znázornený na obrázku nižšie.

Tu je C1 rovnaký oddeľovací kondenzátor, pomocou ktorého je zdroj striedavého vstupného signálu oddelený od zdroja konštantného napätia Vdd. Ako viete, každý tranzistorový zosilňovač s efektom poľa musí mať hradlový potenciál svojich tranzistorov MIS pod potenciálmi ich zdrojov. V tomto obvode je hradlo uzemnené pomocou R1, ktorý má typicky vysoký odpor (100 kΩ až 1 MΩ), takže nezosúva vstupný signál. Cez R1 nie je prakticky žiadny prúd, takže potenciál brány pri absencii vstupného signálu sa rovná potenciálu zeme. Potenciál zdroja je vyšší ako potenciál zeme v dôsledku poklesu napätia na rezistore R2. Potenciál brány je teda nižší ako potenciál zdroja, ktorý je potrebný pre normálnu prevádzku Q1. Kondenzátor C2 a odpor R3 majú rovnaký účel ako v predchádzajúcom obvode. Keďže ide o obvod so spoločným zdrojom, vstupné a výstupné signály sú mimo fázy o 180°.

Zosilňovač s výstupom na transformátor

Tretí jednostupňový jednoduchý tranzistorový zosilňovač, znázornený na obrázku nižšie, je tiež vyrobený podľa obvodu so spoločným emitorom pre prevádzku v triede "A", ale je pripojený k reproduktoru s nízkou impedanciou cez zodpovedajúci transformátor.

Primárne vinutie transformátora T1 je záťažou kolektorového obvodu tranzistora Q1 a vyvíja výstupný signál. T1 posiela výstupný signál do reproduktora a zabezpečuje, že výstupná impedancia tranzistora sa zhoduje s nízkou (rádovo niekoľko ohmov) impedanciou reproduktora.

Delič napätia kolektorového napájacieho zdroja Vcc, namontovaný na rezistoroch R1 a R3, poskytuje voľbu pracovného bodu tranzistora Q1 (dodávajúceho predpätie na jeho základňu). Účel zostávajúcich prvkov zosilňovača je rovnaký ako v predchádzajúcich obvodoch.

Push-Pull audio zosilňovač

Dvojtranzistorový push-pull nízkofrekvenčný zosilňovač rozdeľuje vstupnú frekvenciu na dve protifázové polvlny, z ktorých každá je zosilnená vlastným tranzistorovým stupňom. Po takomto zosilnení sa polvlny spoja do kompletného harmonického signálu, ktorý sa prenáša do reproduktorovej sústavy. Takáto konverzia nízkofrekvenčného signálu (rozdelenie a opätovné zlúčenie) v ňom samozrejme spôsobí nezvratné skreslenie, spôsobené rozdielom vo frekvencii a dynamických vlastnostiach dvoch tranzistorov obvodu. Tieto skreslenia znižujú kvalitu zvuku na výstupe zosilňovača.

Push-pull zosilňovače pracujúce v triede "A" nereprodukujú dostatočne dobre zložité zvukové signály, pretože v ich ramenách neustále prúdi konštantný prúd so zvýšenou veľkosťou. To vedie k asymetrii polovičných vĺn signálu, fázovým skresleniam a v konečnom dôsledku k strate zrozumiteľnosti zvuku. Po zahriatí dva výkonné tranzistory zdvojnásobia skreslenie signálu v nízkych a infra-nízkych frekvenciách. Hlavnou výhodou push-pull obvodu je však jeho prijateľná účinnosť a zvýšený výstupný výkon.

Obvod push-pull tranzistorového výkonového zosilňovača je znázornený na obrázku.

Toto je zosilňovač pre triedu "A", ale je možné použiť aj triedu "AB" a dokonca aj "B".

Beztransformátorový tranzistorový výkonový zosilňovač

Transformátory, napriek úspechu v ich miniaturizácii, sú stále najobjemnejšie, najťažšie a najdrahšie ERE. Preto sa našiel spôsob, ako eliminovať transformátor z push-pull obvodu jeho prevádzkou na dvoch výkonných komplementárnych tranzistoroch rôznych typov (n-p-n a p-n-p). Väčšina moderných výkonových zosilňovačov používa tento princíp a sú navrhnuté tak, aby fungovali v triede "B". Schéma takéhoto výkonového zosilňovača je znázornená na obrázku nižšie.

Oba jeho tranzistory sú zapojené podľa spoločného obvodu kolektora (sledovača emitora). Preto obvod prenáša vstupné napätie na výstup bez zosilnenia. Ak nie je vstupný signál, potom sú oba tranzistory na hranici zapnutého stavu, ale sú vypnuté.

Keď je na vstupe harmonický signál, jeho kladná polvlna otvorí TR1, ale uvedie p-n-p tranzistor TR2 do režimu úplného vypnutia. Záťažou teda preteká len kladná polvlna zosilneného prúdu. Záporná polvlna vstupného signálu otvára iba TR2 a vypína TR1, takže do záťaže sa privádza záporná polvlna zosilneného prúdu. Výsledkom je, že na záťaži sa vyšle sínusový signál s plným výkonom (v dôsledku zosilnenia prúdu).

Jednotranzistorový zosilňovač

Aby sme asimilovali vyššie uvedené, zostavíme jednoduchý tranzistorový zosilňovač vlastnými rukami a zistíme, ako to funguje.

Ako záťaž nízkovýkonového tranzistora T typu BC107 zapneme slúchadlá s odporom 2-3 kOhm, na bázu privedieme predpätie z vysokoodporového odporu R* 1 MΩ, ktorý odpojí elektrolytický kondenzátor C s kapacitou 10 μF až 100 μF, zaradíme do základného obvodu T. Napájanie obvodu budeme z batérie 4,5 V / 0,3 A.

Ak rezistor R* nie je pripojený, potom neexistuje prúd bázy Ib ani kolektorový prúd Ic. Ak je rezistor pripojený, tak napätie na báze stúpne na 0,7 V a preteká ním prúd Ib = 4 μA. Prúdové zosilnenie tranzistora je 250, čo dáva Ic = 250Ib = 1 mA.

Po zostavení jednoduchého tranzistorového zosilňovača vlastnými rukami ho teraz môžeme otestovať. Pripojte slúchadlá a položte prst na bod 1 na schéme. Budete počuť hluk. Vaše telo vníma vyžarovanie elektrickej siete s frekvenciou 50 Hz. Hluk, ktorý počujete zo slúchadiel, je toto žiarenie, len zosilnené tranzistorom. Poďme si tento proces vysvetliť podrobnejšie. Cez kondenzátor C je na bázu tranzistora pripojené striedavé napätie 50 Hz. Napätie na báze sa teraz rovná súčtu jednosmerného predpätia (približne 0,7 V) prichádzajúceho z rezistora R* a striedavého prstového napätia. Výsledkom je, že kolektorový prúd dostáva striedavú zložku s frekvenciou 50 Hz. Tento striedavý prúd sa používa na pohyb membrány reproduktorov tam a späť na rovnakej frekvencii, čo znamená, že na výstupe môžeme počuť tón 50 Hz.

Počúvanie úrovne šumu 50 Hz nie je príliš zaujímavé, preto môžete do bodov 1 a 2 pripojiť zdroje nízkofrekvenčného signálu (CD prehrávač alebo mikrofón) a počuť zosilnenú reč alebo hudbu.