Транзистор как усилитель: Транзистор как усилитель — CoderLessons.com

Содержание

Транзистор как усилитель — CoderLessons.com

Чтобы транзистор действовал как усилитель, он должен быть правильно смещен. Мы обсудим необходимость правильного смещения в следующей главе. Здесь, давайте сосредоточимся, как транзистор работает как усилитель.

Транзисторный усилитель

Транзистор действует как усилитель, повышая силу слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к основанию соединения эмиттера, заставляет его оставаться в прямом смещенном состоянии. Это прямое смещение поддерживается независимо от полярности сигнала. На рисунке ниже показано, как выглядит транзистор при подключении в качестве усилителя.

Низкое сопротивление входной цепи позволяет любому небольшому изменению входного сигнала привести к значительному изменению выходного сигнала. Ток эмиттера, вызванный входным сигналом, вносит ток коллектора, который, когда протекает через нагрузочный резистор R L , приводит к значительному падению напряжения на нем.

Таким образом, небольшое входное напряжение приводит к большому выходному напряжению, что показывает, что транзистор работает как усилитель.

пример

Пусть произойдет изменение входного напряжения на 0,1 В, что дополнительно приведет к изменению тока эмиттера на 1 мА. Этот ток эмиттера, очевидно, вызовет изменение тока коллектора, которое также будет равно 1 мА.

Сопротивление нагрузки 5 кОм, помещенное в коллектор, будет создавать напряжение

5 кОм × 1 мА = 5 В

Следовательно, наблюдается, что изменение на 0,1 В на входе дает изменение на 5 В на выходе, что означает, что уровень напряжения сигнала усиливается.

Производительность усилителя

Поскольку общий тип подключения к излучателю в основном принят, давайте сначала разберемся с несколькими важными терминами, относящимися к этому режиму подключения.

Входное сопротивление

Поскольку входная цепь смещена в прямом направлении, входное сопротивление будет низким. Входное сопротивление — это сопротивление, создаваемое переходом база-эмиттер потоку сигнала.

По определению это отношение небольшого изменения напряжения базы-эмиттера (ΔV BE ) к результирующему изменению тока базы (ΔI B ) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.

Входное сопротивление, Ri= frac DeltaVBE DeltaIB

Где R

i = входное сопротивление, V BE = напряжение базы-эмиттера, а I B = ток базы.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление транзисторного усилителя очень высокое. Ток коллектора изменяется очень слабо с изменением напряжения коллектор-эмиттер.

По определению это отношение изменения напряжения коллектора-эмиттера (ΔV CE ) к результирующему изменению тока коллектора (ΔI C ) при постоянном базовом токе.

Выходное сопротивление = Ro= frac DeltaVCE DeltaIC

Где R o = выходное сопротивление, V CE = напряжение коллектор-эмиттер, а I C = напряжение коллектор-эмиттер.

Эффективная нагрузка на коллектор

Нагрузка подключена к коллектору транзистора, и для одноступенчатого усилителя выходное напряжение берется с коллектора транзистора, а для многоступенчатого усилителя то же самое собирается с каскадных каскадов транзисторной цепи.

По определению это общая нагрузка, видимая током коллектора переменного тока. В случае одноступенчатых усилителей эффективная нагрузка коллектора представляет собой параллельную комбинацию R C и R o .

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro

= fracRC timesRoRC+Ro=RAC

Следовательно, для одноступенчатого усилителя эффективная нагрузка равна нагрузке коллектора R

C.

В многоступенчатом усилителе (то есть имеющем более одного каскада усиления) также учитывается входное сопротивление R i следующего каскада.

Эффективная нагрузка коллектора становится параллельной комбинацией R C , R o и R i, т. Е.

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro//Ri

RC//Ri= fracRCRiRC+Ri

Поскольку входное сопротивление R i довольно мало, следовательно, эффективная нагрузка уменьшается.

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется

коэффициентом усиления по току . По определению это отношение изменения тока коллектора (I C ) к изменению базового тока (I B ).

Текущая прибыль,  beta= frac DeltaIC DeltaIB

Значение β колеблется от 20 до 500. Коэффициент усиления по току указывает, что входной ток становится β-кратным в токе коллектора.

Усиление напряжения

Коэффициент усиления по напряжению, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по напряжению . По определению это отношение изменения выходного напряжения (ΔV CE ) к изменению входного напряжения (ΔV BE ).

Коэффициент усиления по напряжению, AV= frac DeltaVCE DeltaVBE

= fracИзменитьввыводтекущий разэффективныйнагрузкаИзменитьввходтекущий развводсопротивление

= frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi= frac DeltaIC DeltaIB times fracRACRi= beta times fracRACRi

Для одной ступени R AC = R C.

Тем не менее, для многоступенчатой,

RAC= fracRC timesRiRC+Ri

Где R i — входное сопротивление следующей ступени.

Усиление силы

Коэффициент усиления по мощности, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по мощности .

По определению это отношение мощности выходного сигнала к мощности входного сигнала.

Усиление мощности, AP= frac( DeltaIC)2 timesRAC( DeltaIB)2 timesRi

= left( frac DeltaIC DeltaIB right) times frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi

= Коэффициент усиления по току × коэффициент усиления по напряжению

Следовательно, это все важные термины, которые относятся к производительности усилителей.

Как работает усилитель звука (УНЧ) на транзисторе

Рубрика: Статьи обо всем Опубликовано 12.04.2020   ·   Комментарии: 2   ·   На чтение: 9 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 989

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который позволяет генерировать, создавать и усиливать электрические колебания. С помощью него можно усилить любой электрический сигнал. Разберем типовую. схему включения биполярного n-p-n транзистора.

Разбор схемы

Это моно-усилитель мощности звуковой частоты.

Транзистор VT1 является главным элементом в схеме усилителя. Поэтому схема называется транзисторный УНЧ (усилитель низкой частоты).

В данном случае используется n-p-n транзистор. Он включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема позволяет выжить максимум из транзистора. Она усиливает и напряжение, и ток одновременно. Итого максимальная мощность.

Как именно определяется схема включения? Входящий сигнал подается на базу и эмиттер, а выходящий снимается с коллектора и эмиттера. То есть, по сути, общий контакт эмиттер. Поэтому схема называется с общим эмиттером. Эмиттер – это силовая часть транзистора, которая позволяет усилить сигнал по максимуму.

Данная схема имеет один каскад усиления.

Что такое каскад

Каскад – это по сути этап усиления, который не зависит от другого. Бывают и двухкаскадные усилители. То есть, например, в схеме есть два транзистора. Один работает как предусилитель, и передает усиленный сигнал на вход второго. Поэтому схема называется двухкаскадной. Они не зависят друг от друга, но первый каскад передает сигнал на второй, что позволяет увеличить мощность сигнала.

Как питаемся схема

От качества питания зависит и качество усиления. С какими бы выдающимися характеристиками не был транзистор, если питание плохо отфильтровано или недостаточное, то усиление будет советующего качества.

На клеммы Х3 и Х4 подключается питание 6 В.

Эта схема может питаться и от аккумулятора. Однако, несмотря на то, что аккумулятор – это источник с минимальным шумом, у аккумулятора тоже есть свое сопротивление.

И чтобы оно не мешало и не влияло на работу усилителя, нужен сглаживающий и накопительный конденсатор.

Электролитический конденсатор С3 накапливает энергию источника питания, что позволяет улучшить качество усиления. Чем выше емкость – тем лучше. Естественно, у такого правила есть ограничения. Если поставить слишком большую емкость, то будет большая нагрузка на источник питания.

К тому же, электролитические конденсаторы должны разряжаться после выключения. Тем более, есть предел для увеличения емкости для схемы. Если в эту схему подключить конденсатор емкостью 1 фарад (1 000 000 мкФ), то уровень шума на выходе усилителя будет такой же, как и при 1000 мкФ. Это связано с тем, что у транзистора так же есть и свои «шумы», отсутствие экранировки на входе, динамические искажения и другие параметры.

Во время проектирования схемы все эти параметры рассчитываются. Здесь в схеме у конденсатора С3 емкость 47 микрофарад – этого достаточно для нашего транзистора, поскольку у него не большая мощность, которую он может выдать. Можно поставить и большую емкость, например, 1000 микрофарад. Главное не нежно ставить конденсатор с меньшим пределом по напряжению. Если поставить конденсатор менее 6 В (питание схемы), то конденсатор начнет нагреваться и даже может взорваться.

Вход усилителя

Вход усилителя – это клеммы Х1 и Х2.

Х2 это минус входа, а Х1 – плюс. Так как схема на один канал, то УНЧ называется моно.

Можно подключить как левый канал, так и правый и оба сразу.

Фильтрация входного сигнала

Электролитический конденсатор С1 позволяет отделить постоянную составляющую входящего сигнала от переменной.

По-простому, он пропускает только переменный сигналю. Если сигнала нет, или вход усилителя замкнут, то без этого конденсатора транзистор может перейти в режим насыщения (максимальное усиление), и на выходе появится неприятный хрип.

Не путайте этот эффект со свистом. Свист – это влияние положительной обратной связи, а в данном случае будет режим насыщения из-за короткого замыкания на входе. И на выходе усилителя будет слышен именно хрип, а не свит или звук.

Емкость конденсатора подобрана под частоту звукового сигнала. Звук начинается от 20 Гц и до 16 кГц.

Рабочая точка и смещение базы

Для того, чтобы транзистор не искажал входной сигнал, нужно его для начала чуть-чуть приоткрыть.

Это можно сделать при помощи делителя напряжения из двух резисторов R1 и R2. Этот делитель напряжения позволяет приоткрыть транзистор VT1 для того, чтобы входной сигнал не тратил свою электрическую энергию на его открытие.

Ток, который протекает через R1 и R2 поступает на базу транзистора VT1, который потом уходит через эмиттер, тем самым его открывая. Это называется базовое смещение транзистора, то есть его открытие. Напряжение смещения определяет рабочую точку. В данном случае усилитель А класса.

Как определяется класс усилителя

Класс усилителя определяется его рабочей точкой. Рабочая точка выбирается с помощью вольтамперной характеристики транзистора. Чем выше напряжение подается на вход транзистора, тем больше ток, тем выше рабочая точка.

Например, точка по центру это А класс.


А класс самый качественный из усилителей. Он усиливает как положительные, так и отрицательные полуволны входного сигнала. В то же время, у этого класса есть существенный недостаток. Это ограничение мощности и снижение энергоэффективности. Дело в том, что пока на вход УНЧ не поступает входной сигнал, он работает все время, пока он включен.

Получается, что при это расходуется лишняя электроэнергия. Поэтому, еще рабочая точка называется точкой покоя, когда усилитель не усиливает входной сигнал.

Также от рабочей точки зависит и чувствительность усилителя.

Еще есть B класс, AB и D. Они отличаются друг от друга по эффективности усиления и наличию искажений. Все зависит от используемой схемы.

Например. D класс вообще не открывает транзистор, однако с точки зрения энергоэффективности – это самый лучший выбор. Транзистор в покое не потребляет ничего, он включается только при подаче входного сигнала. И при этом если на вход подается аналоговый звуковой сигнал, то он искажается. Такой класс не подойдет для схемы, которую разбираем в этой статье.

Поэтому, схемотехники и инженеры изобрели цифровые усилители. У них аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой, и только потом подается на вход усилителя. Транзистор не искажает входной цифрой сигнал. После усиления сигнал снова преобразовывается в аналоговый с наименьшими потерями и искажениями.

А режим АВ применяется в схемах, где есть несколько транзисторов, которые работают на свои полуволны. Есть схемы, где один транзистор усиливает только положительные полуволны, а второй только отрицательные. Такие усилители называются двухтактными.

Стабилизация работы схемы

Когда полупроводник нагревается, его сопротивление уменьшается. Транзистор сделан из полупроводника, и соответственно его p-n переходы тоже.

При работе схемы УНЧ ток течет через транзистор, и он нагревается. Обычно вся мощность рассеивается на коллекторе. И тем не менее, характеристики транзистора резко меняются, поскольку сопротивление его p-n переходом резко снижается по мере повышения температуры.

Чтобы стабилизировать работу транзистора, нужно сбалансировать его сопротивление другим источником. Это можно сделать при помощи дополнительного сопротивления.

Когда сопротивление транзистора VT1 уменьшается, резистор R3 забирает часть напряжения на себя и не позволяет увеличить ток в цепи.

Благодаря этому транзистор:

  • не закрывается;
  • не переходит в режим насыщения;
  • не искажает сигнал;
  • и не перегревается.

Это называется термостабилизация работы усилителя.

А чтобы в нормальном режиме работы, когда VT1 не нагревается, резистор R3 не уменьшал мощность схемы, в цепь включен шунтирующий электролитический конденсатор C2. Через него переменная составляющая входного сигнала проходит без потерь.

Выход усилителя

На выход к усилителю можно подключить как другой усилитель, который усилит сигнал еще больше, так и динамическую головку.
Динамическая головка — это обычный динамик. Он воспроизведёт звук с выхода транзистора VT1.

Однако и тут есть много нюансов.

Самое важное касается согласование сопротивления нагрузки и сопротивления усилителя.

Если сопротивление выхода транзистора намного больше, чем у динамической головки, то он не сможет передать всю мощность. Как минимум большая часть напряжения останется на его контактах.

Для данной схемы нужен динамик с сопротивлением около 1 кОм.

Если поставить меньше, например, на 4 Ома, то и половина мощности не воспроизведется, а коллектор VT1 начнет еще сильнее нагреваться.

Согласование сопротивлений входа, выхода и нагрузки усилителя рассчитывается на этапе проектирования схемы. Поэтому не следует их нарушать.

Как протекает ток по схеме

В начальный момент времени, при подключении питания, электролитический конденсатор С3 заряжается, и начинят питать коллектор и эмиттер транзистора VT1. А также ток проходит через делитель напряжения.

Делитель напряжения R1, R2 смещает базу VT1. Начинает течь ток смещения база-эмиттер (Б-Э), тем самым устанавливается рабочая точка УНЧ.

Когда входной сигнал поступает на клемму Х1, он проходит С1 и через делитель поступает на базу VT1 и частично уходит через эмиттер.

Входной сигнал притягивается коллектором VT1 и тем самым усиливается.

Та часть переменного сигнала, которая перешла на эмиттер транзистора, усиливается эмиттерными током. Он свободно проходит через С2, который в паре с R3 стабилизирует режим работы усилителя от перегрева и искажений.

В итоге входной сигнал усиленный коллекторно-эмиттерным (К-Э) током VT1 поступает на выход, то есть на динамическую головку BF1.

От чего зависит мощность схемы

У этой схемы есть ограничения. Можно поменять VT1 КТ315 на более мощный, у которого коэффициент усиления будет выше, но этот лимит усиления не бесконечный.

В первую очередь, все зависит от используемого транзистора. Если поменять его на более мощный, то и усиление будет выше. Но следует помнить, что чем мощнее транзистор, тем мощнее нужен входной сигнал. К тому же, придется сделать перерасчет всех компонентов. И подключать предусилитель, собирать схему блока питания, а это уже будет совсем другая схема.

У транзисторов есть ряд параметров, которые влияют на схему. Это коэффициент усиления по току (h31э), напряжению, мощности. А также важный параметр — это рассеиваемая мощность на коллекторе. С повышением мощности потребуется радиатор для отвода тепла.

Как собрать схему

Схему можно собрать на текстолите или на макетной плате. Перейдите по ссылке на эту статью, в ней подробнее описывается процесс сборки и проверки схемы.

Используйте качественные детали и хороший припой. Она рабочая. Это вообще классическая схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

Также на сайте есть и другие схемы усилителей, которые не сложны в сборке и не дорогие по стоимости деталей.

Как проверить работу схемы

Достаточно прикоснуться до входа УНЧ отверткой, и на выходе послышаться треск. Это переменная наводка, которая усилится схемой.

Post Views: 989

Усилитель класса A на 3 транзисторах MJE13003

Самый простой усилитель с хорошим звуком на транзисторах с помойки

Привет, друзья. Эту схему я нашел в старой книге по радиолюбительству издания начала 80-х. Это наверно самый простой в мире усилитель мощности звуковой частоты. Собрать такой усилитель можно за полчаса из деталей от старых «энергосберегающих» лам. Обычно электронный балласт таких ламп делают на паре транзисторов типа MJE13003 или 13005. Чаще всего эти лампы выбрасывают, когда выходит из строя сама трубка лампы. Там перегорают спирали накала, которые используются для инициации разряда внутри лампы в момент включения. При этом элементы схемы балласта остаются исправными. Такие лампы модно использовать как доноры неплохих бесплатных радиодеталей для наших конструкций. кстати можно использовать не только транзисторы, но и импульсный трансформатор, конденсаторы и т.д.

Детали, добытые из старых ламп нужно обязательно проверять перед повторным использованием. особенно транзисторы. Также нужно позаботиться об утилизации самой светоизлучающей трубки, так как внутри нее содержится вредная для здоровья и экологии ртуть.

В каждой лампе мы найдем 2 транзистора. В лампах малой мощности вы найдете транзисторы 13003, а в более мощных — 13005 или, если повезет, даже 13007. Это самые мощные из тех, которые применялись в таких балластах. Можно использовать любые из них. Для усилителя нам нужно три транзистора. Кроме цокольных «энергосберегаек» такие транзисторы можно найти и в электронных балластах для больших ЛДС (трубок). Сейчас многие компании и магазины переходят на светодиодное освещение и я часто вижу на свалках целые горы выброшенных старых ЛДС светильников. Вот где можно разжиться транзисторами MJE13005! :). Если вы не хотите связываться со старыми лампами, можно заказать небольшую партию этих транзисторов на Алиэкспресс. Это хорошие высоковольтные транзисторы и они пригодятся вам в вашем дальнейшем творчестве. Транзисторы очень дешевы, 20 штук MJE13003 стоят в районе одного доллара, а более мощные MJE13005 — чуть дороже.

MJE13003 на Алиэкспресс

MJE13005 на Алиэкспресс

Схема усилителя крайне проста. Она приведена на рисунке ниже:

Три одинаковых транзистора представляют собой составной транзистор (схема Дарлингтона, Darlington transistor). Нагрузкой по постоянному току является резистор R3, а по переменному току — громкоговоритель LS1. Сопротивление катушки громкоговорителя должно быть в районе 8 Ом. Конденсатор C2 должен иметь емкость не менее 1000 микрофарад. Здесь чем больше, тем более низкие частоты будет способен передать усилитель. В качестве C1 можно использовать электролитический конденсатор емкостью от 2. 2 / R, то есть в нашем случае она будет P=6*6 / 10 = 3.6 W. То есть, несмотря на то, что написано на схеме, резистор нужно применить мощностью около 5W или использовать два резистора по 20 Ом 2W, соединённых параллельно.

Второй недостаток — это низкая чувствительность усилителя. Для получения на выходе номинальной выходной мощности на вход нужно продать сигнал амплитудой около трех вольт. дело в том, что данная схема — это фактически составной эмиттерный повторитель, а эмиттерный повторитель не дает усиления по напряжению. Для увеличения чувствительности можно использовать дополнительный каскад усиления, но это сводит на нет простоту усилителя, как одно из его главных достоинств.

Поскольку коллекторы всех транзисторов по схеме соединены, можно закрепить все три транзистора на одной алюминиевой пластине, которая будет служить радиатором. Вывод коллектора у этих транзисторов соединен с корпусом.

Также хорошей идеей может быть использование в качестве Q1 и Q2 транзисторов MJE13003 а в качестве третьего — более мощный MJE13005 или 13007

Достоинства усилителя — крайняя простота схемы и довольно качественный звук, свойственный усилителям класса A. Хотя максимальная выходная мощность очень невелика — в районе больше 2,5 W

Блок питания усилителя должен обеспечивать ток как минимум 1 ампер на канал, при напряжении 12 вольт. То есть 2 А в случае стереофонического усилителя. Хорошей идеей будет использование здесь импульсного источника питания, например вот такого>>

Второй вариант схемы

Основной ток схемы течет через переход коллектор — эмиттер третьего транзистора и резистор R3. Это около 0.7A в режиме покоя. Ток, который течет через транзистор Q2 боле чем на порядок меньше и составляет примерно 20mA. Фактически это — ток базы транзистора Q3. Ток, проходящий через первый транзистор — это ток базы второго транзистора, и он еще меньше. Поэтому можно усовершенствовать схему усилителя, использовав в качестве первого транзистора маломощный, но с более высокими параметрами по шумам и коэффициенту передачи тока, чем у мощного MJE13005/13003. Например можно использовать транзистор BC549. Второй вариант схемы я «собрал» в симуляторе Proteus. Возможно чуть позже я проверю его на реальных компонентах и дополню эту статью.

Ниже привожу схему в том виде, как она выглядит в Proteus:

Visits: 1765 Total: 169043

Почему биполярный транзистор может усиливать сигналы

 

Итак, мы уже знаем, что усиление электрических сигналов возможно в приборах с управляемыми потоками электрических зарядов. Однако сама по себе данная фраза ничего не значит. Возникает естественный вопрос: как, имея управляемый поток зарядов и подавая на вход слабый сигнал, на выходе прибора получить сильный сигнал?

Для начала, видимо, следует разобраться в том, что же такое усиление электрических сигналов. Предположим, что мы имеем источник электрического сигнала, который при определенном сопротивлении нагрузки может обеспечить некоторые ток и напряжение сигнала на ней. Если нас не удовлетворяет напряжение на нагрузке, то, используя простейшие пассивные элементы (например, трансформатор), мы можем легко поднять его до необходимого уровня. Расплатой за это будет падение сигнального тока. И наоборот, если мы увеличим ток — снизится напряжение. В любом случае полезная мощность сигнала \(P_C = U_С I_С\) , передаваемая в нагрузку, при добавлении любых пассивных компонентов в схему может только снижаться. Для увеличения этой мощности нужны так называемые активные компоненты — усилители. Именно они позволяют из слабых входных воздействий получать мощные сигналы на выходе устройства.

Что же необходимо для работы усилительного устройства? Рассмотрим простой пример. Водитель автомобиля давит на педаль газа, и чем большее усилие он прикладывает к маленькой педали, тем быстрее едет большой и тяжелый автомобиль. Однако всем известно, что автомобиль двигает не слабый водитель, а мощный двигатель. Т.е. педаль — это лишь средство воздействия на двигатель, который и выполняет всю работу. На таком же принципе основано действие и усилителей электрических сигналов. В них создается отдельный мощный сигнал, который и попадает на выход усилителя, а слабый входной сигнал лишь воздействует на этот мощный сигнал, заставляя его изменяться по тому же закону.

Как уже говорилось, в полупроводниках могут существовать потоки электрических зарядов. Если такой поток протекает от одного электрода полупроводникового прибора к другому, то между этими двумя электродами возникает электрический ток, абсолютная величина которого пропорциональна мощности потока (количеству перемещаемых за единицу времени зарядов). Очевидно, что при определенных условиях с помощью мощного внешнего источника питания мы можем создавать в полупроводниковых структурах самые разнообразные потоки зарядов. Вопрос, однако, заключается в том, как обеспечить воздействие на эти потоки слабого сигнала, который мы хотим усилить. Вернемся теперь к рассмотрению биполярного транзистора.

На рис. 1.2 показана схема, в которой на выводы эмиттера и коллектора транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа подано достаточно большое напряжение от внешнего мощного источника питания плюсом к коллектору и минусом к эмиттеру. Если бы между эмиттерной и коллекторной \(n\)-областями транзистора не было тонкой базовой прослойки с проводимостью \(p\)-типа, то очевидно, что в полупроводнике возник бы мощный поток электронов от эмиттера к коллектору.

 

Рис. 1.2. Схема подачи напряжений на биполярный транзистор n-p-n-типа для обеспечения режима усиления

 

Однако на практике даже весьма тонкой базовой прослойки оказывается достаточно, чтобы предотвратить это явление. Все изменяется, если мы приложим к базе транзистора некоторое незначительное по величине и положительное относительно эмиттера напряжение (рис. 1.2). При этом эмиттерный p-n-переход транзистора оказывается под напряжением, соответствующим его проводящему состоянию, и в \(p\)-\(n\)-структуре эмиттер—база образуется поток электронов в том же направлении, в котором он мог бы возникнуть при отсутствии базовой области. Электроны, достигая базовой области, по логике должны уходить в базовый электрод, обеспечивая прохождение тока в цепи база—эмиттер транзистора, но на практике происходит другое. Подгоняемые большим напряжением, приложенным между коллектором и эмиттером, электроны быстро пролетают через узкую базовую область и уходят к коллекторному электроду, т. е. возникает тот самый мощный поток зарядов между эмиттером и коллектором, который мы не могли получить ранее. Только крайне незначительная часть электронов попадает в базовый электрод. Таким образом, мы имеем слабый ток в цепи эмиттер—база и сильный ток в цепи эмиттер—коллектор (напомним, что направление электрического тока считается противоположным направлению движения отрицательных зарядов, в нашем случае — электронов). Повышая напряжение на базе транзистора, мы будем наращивать мощность потока электронов, при этом токи в цепях будут расти соответственно.

Итак, оказывается, что в биполярном транзисторе можно создать сильный электрический ток в цепи «коллектор — эмиттер — внешний мощный источник питания» при достаточно слабом токе в цепи «база — эмиттер — маломощный источник сигнала». Причем данное слабое воздействие на базу оказывает управляющее действие на ток в коллекторно-эмиттерной цепи. Если далее в коллекторную или эмиттерную цепь транзистора (рис. 1.2) включить некоторое сопротивление (нагрузку), то окажется, что ток и напряжение на нем повторяют форму входного сигнала на базе транзистора, но мощность, подаваемая на него, гораздо выше мощности входного сигнала, т. е. происходит усиление.

Мы описали работу биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа. Для приборов \(p\)-\(n\)-\(p\)-типа все выглядит совершенно аналогично. Только здесь мы должны рассматривать не потоки электронов, а потоки положительных зарядов — дырок. При этом полярности всех внешних напряжений меняются на обратные. Других отличий нет.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Усилители на биполярных транзисторах

5.5.  Усилители на биполярных транзисторах

 

 В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:  с общей базой (рис. 5.6; 5.9), с общим эмиттером (рис. 5.7; 5.10), с общим коллектором (рис. 5.8; 5.11).

На рисунках 5. 6-5.8 показаны схемы включения транзисторов с питанием входных и выходных цепей от отдельных источников питания, а на рисунках 5.9-5.11 – с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

 Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

Усилители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.


Сравнительные характеристики усилителей приведены в таблице:

 

Параметр

Схема ОЭ

Схема ОБ

Схема ОК

коэффициент усиления по току

Десятки-сотни

Немного меньше единицы

Десятки-сотни

коэффициент усиления по напряжению

Десятки-сотни

Десятки-сотни

Немного меньше единицы

коэффициент усиления по мощности

Сотни-

десятки тысяч

Десятки-сотни

Десятки-сотни

Входное

сопротивление

Сотни ом – единицы килоом

Единицы-

десятки ом

Десятки –

сотни килоом

Выходное

сопротивление

Единицы – десятки килоом

Сотни килоом – единицы мегаом

Сотни ом –

единицы килоом

 

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером (рис. 5.2 б). Такая простая схема усилителя используется очень редко. Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы коллекторной (рис. 5.12, 5.13) и эмиттерной (рис. 5.14, 5.15) стабилизации режима работы транзистора.

Коллекторная температурная стабилизация режима работы транзистора по схеме рисунка 5.12 используется редко, так как кроме температурной стабилизации происходит уменьшение коэффициента усиления за счет отрицательной обратной связи по переменному току. Устранить отрицательную обратную связь по переменному току позволяет конденсатор С1 в схеме, приведенной на рисунке 5.13. Такая стабилизация используется, например, в антенных усилителях для телевизионного приема.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора. На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ:  UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равно  Uбэ= UR2 — URэ.

Пусть температура окружающей среды увеличивается. В результате этого увеличиваются постоянные токи базы, коллектора и эмиттера, т.е. изменяется рабочая точка транзистора. Ток делителя напряжения на резисторах R1, R2 выбирают значительно больше тока базы транзистора.  Поэтому напряжение на резисторе R2 при изменении температуры остается практически неизменным (сопротивление резистора от температуры не зависит), а напряжение на резисторе Rэ с увеличением температуры увеличивается за счет увеличения тока эмиттера при неизменном сопротивлении резистора в цепи эмиттера. В результате этого напряжение база-эмиттер уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы, а, следовательно, и силы тока коллектора. Таким образом, рабочая точка транзистора будет стремиться к исходному состоянию. Наличие резистора в цепи эмиттера приводит к появлению отрицательной обратной связи как по постоянному, так и по переменному токам. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору Rэ подключают конденсатор. Емкость конденсатора Сэ выбирают так, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте усиливаемого сигнала было значительно (примерно в десять раз) меньше сопротивления резистора в цепи эмиттера.

В усилителях низкой частоты на биполярных транзисторах применяются разделительные конденсаторы большой емкости. Это, как правило, электролитические конденсаторы, при подключении которых в электрическую цепь необходимо соблюдать полярность. Если источник усиливаемого сигнала не имеет постоянной составляющей и к выходу усилителя подключается нагрузка, не имеющая постоянного напряжения на своих зажимах, то полярность конденсаторов при использовании транзисторов n-р-n типа должна быть такой, как показано на рисунке 5. 14, а для транзистора р-n-р типа — на рисунке 5.15 (изменяется полярность включения источника питания и полярность подключения конденсаторов). Емкость разделительного конденсатора (конденсатор на выходе усилительного каскада) выбирают такой, чтобы его сопротивление было много меньше входного сопротивления следующего усилительного каскада, или много меньше сопротивления нагрузки на самой низкой частоте усиливаемого сигнала.

В последнее время широко применяются двухкаскадные усилители с непосредственной связью между транзисторами (рис. 5.16). Такие усилители применяются в качестве входных усилителей низкой частоты, в качестве антенных усилителей телевизионного сигнала и др. В этих усилителях обеспечивается температурная стабилизация режима обоих транзисторов. Рассмотрим цепи, по которым протекают постоянные токи. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по следующим цепям: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор R2, переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания; плюс источника питания, резистор Rк, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор  R2,

переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор Rэ, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор Rк, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор Rэ, общий провод, минус источника питания.

При увеличении температуры увеличивается ток базы первого транзистора. Это приведет к увеличению тока коллектора этого транзистора и уменьшению напряжения между коллектором первого транзистора и общим проводом. В результате уменьшится ток базы второго транзистора, что приведет к уменьшению тока коллектора второго транзистора. Напряжение на резисторе Rэ уменьшится, и ток базы первого транзистора будет стремиться к своему первоначальному значению.

Входные цепи чувствительного усилителя низкой частоты обязательно выполняются экранированным проводом, причем экран соединяется с корпусом усилителя в одной точке. От выбора этой точки зависит уровень мешающих напряжений.

Простой усилитель в классе А

   Все началось с того, что буквально недавно был приобретен нерабочий компьютер, точнее только системный блок. Блок был очень старым, ничего толкового в нем не нашел и решил разломать все и достать позолоченные выводы и компоненты. Уже ненужную материнскую плату решил выбросить, но тут на глаза попали два транзистора, на которые раньше не обратил внимания. Оказалось , что стояли там два довольно редких транзистора серии TIP168. Это транзистор по схеме Дарлингтона.

   Транзистор такой редкий, что кроме даташита никакой информации не оказалось, но и этого оказалось вполне достаточно. Это 100 ваттный составной транзистор прямой проводимости, который может обеспечивать очень большой коэффициент усиления входного сигнала. А где использовать такой транзистор, если не в звуковом усилителе! 

   Я даже представить не мог, что может в итоге получиться усилитель, который сможет сравниться с любой схематикой из линейки высококачественных УНЧ. Сама схема состоит из 4-х компонентов — два резистора, входной конденсатор и сам транзистор, пятый компонент (резистор на входе питания) использован только для ограничения входного напряжения.

Схема усилителя на одном транзисторе

   В итоге получился однотактный усилитель БЕЗ ДЕТАЛЕЙ, работает в чистом классе А, а КНИ тут меньше, чем в любом усилителе. Благодаря минимальному количеству используемых компонентов выходной сигнал почти не искажается даже при максимальной выходной мощности. К стати — такой малыш отдает полноценный 1 Ватт на головку 8 Ом. В качестве головки желательно использовать динамики от старых отечественных колонок, сопротивление которых 8-32 Ом , в моем случае головка 1ГДШ на 16 Ом.  

   Входной конденсатор напрямую связан и с качеством звука и с выходной мощностью, при использовании электролитов 1-4.7 мкФ у меня резко повысились искажения, поэтому остановился на пленке. При емкости 0,1 мкФ на выходе только СЧ и ВЧ, при этом выходная мощность в районе 0,3 ватт (сигнал подавал с планшетного ПК). 

   Чувствительность тоже на высоком уровне, никакой предварительный усилитель не нужен и может работать от сигнала звуковой карты ПК. Номинал входных напряжений 3-24 Вольт, оптимальное питание 9-12 Вольт. Ток покоя 150 мА, максимальный ток потребления 570 мА при напряжении 16 Вольт и величине входного сигнала 1.7 Вольт, получается, чтобы отдавать 1 ватт выходной мощности, усилитель потребляет целых 9 ватт! КПД примерно составляет 9-10%, мда…


   Это один из немногих усилителей, который не искажая может на максимуме громкости передавать любую мелодию (классика) — Бах, Моцарт, Бетховен, Чайковский, Хачатурян.  

   Усилители с такой выходной мощностью обычно работают совместно с наушниками, но этот усилитель отлично может работать и в качестве полноценного домашнего усилителя — скажем для ПК, мощность самое оно! 

   К большому сожалению, нет аппаратуры для расценки реального качества схемы, все, что имеется — осциллограф, который показывает полную схожесть входного и выходного сигналах сигнала на частотах 1-20 кГц, ниже 1 кГц не проверял. В дальнейшем схематика будет доработана, поскольку для такого мощного ключа, 1 ватт выходной мощности явно не предел. Если вы новичок и хотите собрать усилитель, который был бы одновременно и простым и качественным, то вы читаете правильный материал, проще не бывает, а качество на самом высоком уровне!

   Можно использовать и составные ключи обратной проводимости, но не забываем сменить полярность питания. Схему нужно питать от стабилизированного блока питания или аккумулятора. 

   Совсем недавно мною был собран усилитель Марка Хьюстона, хочу заметить, что выходная мощность в случае усилителя Хьюстона составляет 5 ватт, но если сравнить качество, то данная схематика на порядок качественней.  С уважением — АКА КАСЬЯН.

ВИДЕО РАБОТЫ УНЧ



Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

2.01. Первая модель транзистора: усилитель тока

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ


Итак, начнем. Транзистор — это электронный прибор, имеющий три вывода (рис. 2.1). Различают транзисторы n-p-n и p-n-p — типа. Транзисторы n-p-n — типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p — типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

Рис. 2.1. Условные обозначения транзистора и маленькие транзисторные модули.

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. Цепи база — эмиттер и база — коллектор работают как диоды (рис. 2.2). Обычно диод база — эмиттер открыт, а диод база — коллектор смещен в обратном направлении, т.е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через него.

Рис. 2.2. Выводы транзистора с точки зрения омметра.

3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями Iк, Iб, и Uкэ. За превышение этих значений приходится расплачиваться новым транзистором. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности Iкэ Uкэ), температуры, Uбэ и др.

4. Если правила 1 — 3 соблюдены, то ток Iк прямо пропорционален току Iб и можно записать следующее соотношение:

Iк = h21эIб = βIб.

где h21э — коэффициент усиления по току (обозначаемый также β), обычно составляет около 100. Токи Iк и Iэ втекают в эмиттер. Замечание: коллекторный ток не связан с прямой проводимостью диода база-коллектор; этот диод смещен в обратном направлении. Будем просто считать, что «транзистор так работает».

Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Запомните: параметр h21э нельзя назвать «удобным»; для различных транзисторов одного и того же типа его величина может изменяться от 50 до 250. Он зависит также от тока коллектора, напряжения между коллектором и эмиттером, и температуры. Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра h21э

Рассмотрим правило 2. Из него следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так-как если потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0.6 — 0,8 В (прямое напряжение диода), то возникнет очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжения на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: Uб ≈ Uэ + 0,6 В (Uб = Uэ + Uбэ). Еще раз уточним, что полярности напряжений указаны для транзисторов n-p-n — типа, их следует изменить на противоположные для транзисторов p-n-p — типа.

Обращаем ваше внимание на то, что, как уже отмечалось, ток коллектора не связан с проводимостью диода. Дело в том, что обычно к диоду коллектор — база приложено обратное напряжение. Более того, ток коллектора очень мало зависит от напряжения на коллекторе (этот диод подобен небольшому источнику тока), в то время как прямой ток, а следовательно, и проводимость диода резко увеличиваются при увеличении приложенного напряжения.


Некоторые основные транзисторные схемы


транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 80

Приложения II: Усилители

Некоторые из самых мощных транзисторных приложений включают усиление: преобразование сигнала малой мощности в сигнал большей мощности. Усилители могут увеличивать напряжение сигнала, беря что-то из диапазона мкВ и преобразовывая его в более полезный уровень в мВ или В. Или они могут усиливать ток, что полезно для превращения мкА тока, создаваемого фотодиодом, в ток гораздо большей величины.Существуют даже усилители, которые принимают ток и вырабатывают более высокое напряжение или наоборот (называемые транссопротивлением и крутизной соответственно).

Транзисторы являются ключевым компонентом многих усилительных схем. Существует бесконечное количество разнообразных транзисторных усилителей, но, к счастью, многие из них основаны на некоторых из этих более примитивных схем. Запомните эти схемы, и, надеюсь, с небольшим сопоставлением с образцом вы сможете понять более сложные усилители.

Общие конфигурации

Три основных транзисторных усилителя: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. В каждой из трех конфигураций один из трех узлов постоянно связан с общим напряжением (обычно с землей), а два других узла являются либо входом, либо выходом усилителя.

Общий эмиттер

Обычный эмиттер — одна из наиболее популярных схем транзисторов. В этой схеме на эмиттер подается напряжение, общее как для базы, так и для коллектора (обычно это земля).База становится входом сигнала, а коллектор становится выходом.

Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения , особенно на низких частотах. Например, они отлично подходят для усиления аудиосигналов. Если у вас небольшой входной сигнал с размахом 1,5 В, вы можете усилить его до гораздо более высокого напряжения, используя немного более сложную схему, например:

Одна особенность обычного эмиттера заключается в том, что он инвертирует входной сигнал (сравните его с инвертором с последней страницы!).

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Если мы подключим коллектор к общему напряжению, используем базу как вход, а эмиттер как выход, то получится общий коллектор. Эта конфигурация также известна как эмиттерный повторитель .

Общий коллектор не усиливает напряжение (фактически, выходное напряжение будет на 0,6 В ниже входного). По этой причине эту схему иногда называют повторителем напряжения .

Эта схема действительно имеет большой потенциал в качестве усилителя тока .В дополнение к этому, высокий коэффициент усиления по току в сочетании с коэффициентом усиления, близким к единице, делает эту схему отличным буфером напряжения . Буфер напряжения предотвращает нежелательные помехи цепи нагрузки цепи, управляющей ею.

Например, если вы хотите подать 1 В на нагрузку, вы можете пойти простым путем и использовать делитель напряжения, или вы можете использовать эмиттерный повторитель.

По мере увеличения нагрузки (что, наоборот, означает уменьшение сопротивления) выход схемы делителя напряжения падает.Но выходное напряжение эмиттерного повторителя остается стабильным, независимо от нагрузки. Большие нагрузки не могут «загрузить» эмиттерный повторитель, как это могут быть цепи с большим выходным сопротивлением.

Общая база

Мы поговорим об общей базе, чтобы завершить этот раздел, но это наименее популярная из трех основных конфигураций. В усилителе с общей базой эмиттер является входом, а коллектор — выходом. База общая для обоих.

Общая база похожа на антиэмиттер-повторитель.Это приличный усилитель напряжения, и ток на входе примерно равен току на выходе (на самом деле ток на входе немного больше, чем на выходе).

Схема с общей базой лучше всего работает как токовый буфер . Он может принимать входной ток с низким входным сопротивлением и подавать почти такой же ток на выход с более высоким сопротивлением.

Вкратце

Эти три конфигурации усилителей лежат в основе многих более сложных транзисторных усилителей. У каждого из них есть приложения, где они сияют, будь то усиление тока, напряжения или буферизация.

Общий эмиттер Общий коллектор Общая база
Коэффициент усиления напряжения Средний Низкий Высокий
Коэффициент усиления по току Средний Высокий Низкий
Входное сопротивление Средний Высокий Низкий
Выходной импеданс Средний Низкий Высокий

Многокаскадные усилители

Мы могли бы продолжать говорить о большом разнообразии транзисторных усилителей.Вот несколько быстрых примеров, демонстрирующих, что происходит, когда вы комбинируете одноступенчатые усилители, указанные выше:

Дарлингтон

Усилитель Дарлингтона соединяет один общий коллектор с другим для создания усилителя с высоким коэффициентом усиления по току .

Выходное напряжение составляет , что примерно соответствует входному напряжению (минус 1,2–1,4 В), но коэффициент усиления по току является произведением двух коэффициентов усиления транзистора . Это β 2 — более 10 000!

Пара Дарлингтона — отличный инструмент, если вам нужно управлять большой нагрузкой с очень малым входным током.

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель вычитает два входных сигнала и усиливает эту разницу. Это важная часть цепей обратной связи, где вход сравнивается с выходом для получения будущего выхода.

Вот основа дифференциального усилителя:

Эта схема также называется парой с длинным хвостом . Это пара схем с общим эмиттером, которые сравниваются друг с другом для получения дифференциального выхода.Два входа подаются на базы транзисторов; выход представляет собой дифференциальное напряжение на двух коллекторах.

Двухтактный усилитель

Двухтактный усилитель является полезным «заключительным каскадом» многих многокаскадных усилителей. Это энергоэффективный усилитель мощности, часто используемый для управления громкоговорителями.

Основной двухтактный усилитель использует транзисторы NPN и PNP, оба сконфигурированы как общие коллекторы:

Двухтактный усилитель на самом деле не усиливает напряжение (выходное напряжение будет немного меньше входного), но усиливает ток.Это особенно полезно в биполярных цепях (с положительным и отрицательным питанием), потому что оно может как «проталкивать» ток в нагрузку от положительного источника питания, так и «вытягивать» ток и опускать его в отрицательный источник питания.

Если у вас есть биполярный источник питания (или даже если у вас его нет), двухтактный — отличный конечный каскад для усилителя, действующий как буфер для нагрузки.

Собираем их вместе (операционный усилитель)

Давайте рассмотрим классический пример многокаскадной транзисторной схемы: операционный усилитель.Умение распознавать общие транзисторные схемы и понимание их назначения может очень помочь! Вот схема внутри LM3558, действительно простого операционного усилителя:

Внутреннее устройство операционного усилителя LM358. Узнали какие-то усилители?

Здесь, безусловно, больше сложности, чем вы можете быть готовы усвоить, однако вы можете увидеть некоторые знакомые топологии:

  • Q1, Q2, Q3 и Q4 образуют входной каскад. Очень похоже на общий коллектор (Q1 и Q4) на дифференциальный усилитель , верно? Он просто выглядит перевернутым, потому что использует PNP.Эти транзисторы образуют входной дифференциальный каскад усилителя.
  • Q11 и Q12 являются частью второго этапа. Q11 — это общий коллектор, а Q12 — это общий эмиттер . Эта пара транзисторов буферизует сигнал с коллектора Q3 и обеспечивает высокий коэффициент усиления, когда сигнал поступает на финальный каскад.
  • Q6 и Q13 являются частью финальной стадии, и они тоже должны выглядеть знакомо (особенно если не обращать внимания на R SC ) — это push-pull ! Этот этап буферизует выходной сигнал, позволяя ему управлять большими нагрузками.
  • Есть множество других распространенных конфигураций, о которых мы не говорили. Q8 и Q9 сконфигурированы как токовое зеркало , которое просто копирует величину тока, проходящего через один транзистор, в другой.

После этого ускоренного курса по транзисторам мы не ожидаем, что вы поймете, что происходит в этой схеме, но если вы можете начать определять общие транзисторные схемы, вы на правильном пути!



← Предыдущая страница
Приложения I: Коммутаторы Транзисторные усилители

— обзор

Каскады усиления напряжения усилителя мощности

Общие конструктивные системы, используемые в транзисторных каскадах усиления, были рассмотрены в главе 4.Однако для высококачественных усилителей мощности звука потребуются более высокие коэффициенты усиления каскада с разомкнутым контуром и более низкие характеристики фазового сдвига — чтобы облегчить использование большого количества общего NFB для линеаризации неоднородностей выходного каскада — чем это необходимо для предыдущего слабого сигнала. этапы усиления.

Действительно, в очень многих современных конструкциях аудиоусилителей вся схема предварительного усилителя малой мощности основана на использовании высококачественных операционных усилителей на интегральных схемах, число которых растет, и они совместимы по выводам с популярными TL071 и TL072 с одним и двумя входами на полевых транзисторах op.усилители. Для каскадов напряжения усилителя мощности, ни выходное напряжение, ни фазовый сдвиг, ни переходные характеристики большого сигнала такого op. Для каскадов усилителей мощности «Класса А» основными требованиями к конструкции являются хорошая симметрия, высокое произведение коэффициента усиления / ширины полосы, хорошая переходная характеристика, и низкие значения фазового сдвига в пределах звукового диапазона.

Для этой цели использовался широкий спектр схемных устройств, таких как источники постоянного тока, токовые зеркала, активные нагрузки и «пары с длинными хвостовиками» во многих оригинальных схемах.В качестве типичного примера схема, показанная на рис. 5.20, первоначально использованная National Semi-wirectors Inc. в ее операционном усилителе LH0001 и принятая Hitachi в схеме, рекомендованной для использования с ее силовыми полевыми МОП-транзисторами, обеспечивает высокую степень симметрии. , поскольку Q 3 / Q 4 , действуя как токовое зеркало, обеспечивают активную нагрузку, эквивалентную симметрично работающему транзисторному усилителю, для транзистора оконечного усилителя, Q 6.

Рис. 5.20. Симметричный каскад с высоким коэффициентом усиления.

Эта схема обеспечивает усиление по напряжению около 200 000 на низких частотах, со стабильной фазовой характеристикой и высокой степенью симметрии. Происхождение и развитие этой схемы было проанализировано автором в работе Wireless World (июль 1982 г.).

Альтернативная компоновка схемы, разработанная Хафлером, была описана Э. Борбели ( Wireless World , март 1983 г.) и показана на рис. 5.21. Он намеренно выбран полностью симметричным, настолько быстрым, насколько позволяют характеристики транзистора, чтобы свести к минимуму любую тенденцию к ограничению скорости нарастания напряжения, возникающую в результате зарядки или разрядки паразитных емкостей через источники постоянного тока.Однако коэффициент усиления разомкнутого / контура несколько ниже, чем у схемы NS / Hitachi на рис. 5.20.

Рис. 5.21. Симметричный пуш-пул-сцена от Borbely.

В конструкции Borbely свободно использовались как эмиттерные резисторы без обхода, так и резисторы с подавлением полного сопротивления базовой цепи для линеаризации передачи и улучшения фазовых характеристик биполярных транзисторов, используемых в этой конструкции, и дальнейшего улучшения линейности выходного сигнала. Вытягивание пар Дарлингтона (Q 5 / Q 6 / Q 8 / Q 9 ) получается за счет использования каскодно подключенных буферных транзисторов Q 7 и Q l0 .

Особое достоинство каскодной схемы в аудиосхеме состоит в том, что ток, протекающий через каскодный транзистор, почти полностью контролируется задающим транзистором, включенным последовательно с его эмиттером. Напротив, коллекторный потенциал транзистора драйвера остается практически постоянным, что устраняет вредное влияние нелинейных внутренних сопротивлений утечки, зависящих от напряжения, или емкостей коллектор-база от устройства драйвера.

Очень высокая степень проработки, используемая в последних высококачественных японских усилителях с целью улучшения характеристик усилителя, показана в схеме каскада усиления напряжения Technics SE — A100, показанной в несколько упрощенной форме на рис.5.22.

Рис. 5.22. Каскад усиления напряжения Technics.

В этой конфигурации входная пара с длинным хвостом, основанная на транзисторных полевых транзисторах (Q 1 , Q 4 с CC 1 ), чтобы воспользоваться преимуществом высокой линейности этих устройств, изолирована каскодом ( Q 2 , Q 3 ) из ​​схемы токового зеркала (CM 1 ), которая объединяет выходные сигналы входных устройств, чтобы максимизировать усиление и симметрию этого каскада, и управляет парным усилителем PNP Дарлингтона. стадия (Q 5 , Q 6 ).

Выходной транзистор Q 6 управляет токовым зеркалом (CM 2 ) через каскодный изолирующий транзистор (Q 7 ) от коллектора Q 6 и еще один каскод изолированного каскада усилителя (Q 8 , Q 9 ) от своего эмиттера, для которого токовое зеркало CM 2 служит активной нагрузкой. Транзистор с усиленным диодом Q 10 служит для генерирования потенциала смещения постоянного тока, стабилизированного термистором (TH 1 ), для прямого смещения последующей двухтактной пары эмиттерных повторителей.

В качестве меры эффективности данной схемы приведенные значения гармонических искажений для всего усилителя обычно составляют порядка 0,0002%.

Биполярные транзисторы как усилители

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Распознать основные режимы подключения транзисторного усилителя.
  • • Эмиттер обыкновенный.
  • • Общий коллектор.
  • • Общая база.
  • Опишите основные параметры каждого режима усилителя.
  • • Коэффициент усиления по напряжению.
  • • Текущее усиление.
  • • Входное и выходное сопротивление.

Как подключается транзистор для создания усилителя.

Рис. 3.6.1 Подключение усилителя.

Поскольку усилитель должен иметь два входа и два выхода, транзистор, используемый в качестве усилителя, должен иметь один из трех контактов, общих для входа и выхода, как показано на рис.6.1. Выбор клеммы, используемой в качестве общего подключения, оказывает заметное влияние на характеристики усилителя.

Транзистор, включенный в трех режимах, показанных на рис. 3.6.2–3.6.4 будут показывать совершенно разные характеристические кривые для каждого режима. Эти различия могут быть использованы разработчиком схем для создания усилителя с характеристиками, наиболее подходящими для конкретной цели. Обратите внимание, что схемы показаны здесь в уменьшенном виде и не предназначены для использования в качестве практических схем.

В схеме транзисторного усилителя, показанной на рис. 3.6.2–3.6.4, линия питания + V и линия 0V могут рассматриваться как одна и та же точка, если речь идет о любом сигнале переменного тока. Это связано с тем, что, хотя очевидно, что между этими двумя точками существует напряжение (напряжение питания), источник постоянного тока всегда отключается большим конденсатором (например, резервуарным конденсатором в источнике питания), поэтому не может быть разницы в напряжении переменного тока. между шинами + V и 0V.

Рис.3.6.2 Режим общего эмиттера.

Режим общего эмиттера

Наиболее распространенная функция транзистора — использование в режиме ОБЩЕГО ЭМИТТЕРА. В этом способе подключения небольшие изменения тока базы / эмиттера вызывают большие изменения тока коллектора / эмиттера. Следовательно, это схема усилителя ТОКА. Чтобы обеспечить усиление НАПРЯЖЕНИЯ, резистор нагрузки (или импеданс, такой как настроенная цепь) должен быть подключен к цепи коллектора, чтобы изменение тока коллектора вызывало изменение напряжения, возникающего на резисторе нагрузки.Значение резистора нагрузки влияет на УСИЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ усилителя. Это связано с тем, что чем больше резистор нагрузки, тем большее изменение напряжения будет вызвано данным изменением тока коллектора. Обратите внимание, что из-за этого метода подключения форма выходного сигнала будет противофазна входному сигналу. Это связано с тем, что увеличение напряжения базы / эмиттера вызовет увеличение тока базы. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока коллектора, но по мере увеличения тока коллектора падение напряжения на нагрузочном резисторе увеличивается, и поскольку напряжение на верхнем конце нагрузочного резистора (напряжение питания) не изменится, напряжение на резисторе нагрузки не изменится. нижний конец должен уменьшиться.Следовательно, увеличение напряжения база / эмиттер вызывает снижение напряжения коллектор / эмиттер.

Общие параметры эмиттера

Усиление напряжения: высокое (около 100).

Текущее усиление: высокое (от 50 до 800).

Входное сопротивление: среднее (от 3 кОм до 5 кОм).

Выходное сопротивление: среднее (приблизительное значение резистора нагрузки).

Рис. 3.6.3 Режим общего коллектора.

Режим общего коллектора

Рис.3.6.3 иллюстрирует режим ОБЩИЙ КОЛЛЕКТОР; также называется режимом эмиттерного повторителя, поскольку в этой схеме форма выходного сигнала на эмиттере не инвертируется и поэтому «следует» за формой входного сигнала на базе. Этот метод подключения часто используется в качестве БУФЕРНОГО УСИЛИТЕЛЯ для таких задач, как согласование импедансов между двумя другими цепями. Это связано с тем, что этот режим дает усилителю высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Коэффициент усиления по напряжению в этом режиме немного меньше единицы (x 1), но доступен высокий коэффициент усиления по току (называемый h fc в режиме общего коллектора).Другой способ использования этого режима подключения — УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, часто используемый для выходных цепей, которые должны управлять сильноточными устройствами переменного тока, такими как громкоговорители или устройствами постоянного тока, такими как двигатели и т. Д.

Параметры общего коллектора

Коэффициент усиления напряжения: немного меньше единицы (1).

Коэффициент усиления по току: высокий (от 50 до 800)

Входное сопротивление: высокое (несколько кОм)

Выходное сопротивление: низкое (несколько Ом)

Рис.3.6.4 Режим общей базы.

Режим общей базы

COMMON BASE MODE обычно используется для усилителей VHF и UHF, где, хотя коэффициент усиления по напряжению невелик, вероятность того, что выходной сигнал будет возвращен во входную цепь (что может быть проблемой на этих частотах), мала. Поскольку в этом режиме база транзистора соединена с землей, он образует эффективный заземленный экран между выходом и входом. Поскольку ток коллектора в этом режиме будет равен току эмиттера минус ток базы, коэффициент усиления по току (h fb в режиме общей базы) меньше единицы (<1).

Параметры общей базы

Коэффициент усиления по напряжению: средний (от 10 до 50).

Коэффициент усиления по току: меньше единицы (<1)

Входное сопротивление: низкое (около 50 Ом)

Выходное сопротивление: высокое (около 1 МОм)

Начало страницы

Базовый транзисторный усилитель — биполярные транзисторы

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Прежде чем перейти к простому транзисторному усилителю, вам следует ознакомиться с двумя терминами: УСИЛИТЕЛЬ и УСИЛИТЕЛЬ.Усиление — это процесс увеличения силы СИГНАЛА. Сигнал — это просто общий термин, используемый для обозначения любого конкретного тока, напряжения или мощности в цепи. Усилитель — это устройство, которое обеспечивает усиление (увеличение тока, напряжения или мощности сигнала) без существенного изменения исходного сигнала.

Транзисторы часто используются в качестве усилителей. Некоторые транзисторные схемы представляют собой усилители ТОКА с небольшим сопротивлением нагрузки; остальные схемы рассчитаны на усиление НАПРЯЖЕНИЯ и имеют высокое нагрузочное сопротивление; другие усиливают СИЛУ.

Базовый транзисторный усилитель (версия NPN)

Теперь взглянем на NPN-версию базового транзисторного усилителя на рисунке выше и посмотрим, как он работает.

Путем вставки одного или нескольких резисторов в схему могут быть достигнуты различные методы смещения, и эмиттер-база аккумулятор устранен. Помимо устранения батареи, некоторые из этих методов смещения компенсируют незначительное изменения характеристик транзистора и изменения проводимости транзистора в результате температурных отклонений.Обратите внимание на рисунок выше, что батарея эмиттер-база была удалена, а резистор смещения Rb был вставлен. между коллектором и цоколем. Резистор Rb обеспечивает необходимое прямое смещение для перехода эмиттер-база. Ток течет в цепи смещения эмиттер-база от земли к эмиттеру, через вывод базы и через Rb к Vcc. Поскольку ток в базовой цепи очень мал (несколько десятков микроампер) и прямое сопротивление цепи транзистор имеет низкий уровень, только несколько десятых вольт положительного смещения будут ощущаться на базе транзистора.Тем не мение, этого достаточно напряжения на базе, вместе с землей на эмиттере и большим положительным напряжением на коллекторе, правильно смещать транзистор.

При правильном смещении Q1 постоянный ток течет непрерывно, с входным сигналом или без него, на всем протяжении схема. Постоянный ток, протекающий по цепи, вызывает не только базовое смещение; он также развивает напряжение коллектора (Vc), протекающее через Q1 и Rl. Обратите внимание на напряжение коллектора на графике выхода.Поскольку он присутствует в схеме без входного сигнала, то выходной сигнал начинается с уровня Vc и либо увеличивается, либо уменьшается. Эти постоянные напряжения и токи, которые существуют в цепи до применения сигнала известны как напряжения и токи в состоянии покоя (состояние покоя схемы).

Резистор Rl, резистор нагрузки коллектора, помещен в схему, чтобы сохранить полный эффект коллектора. напряжение питания от коллектора. Это позволяет напряжению коллектора (Vc) изменяться в зависимости от входного сигнала, что, в свою очередь, позволяет транзистору усиливать напряжение.Без Rl в цепи напряжение на коллекторе всегда будет равно Vcc.

Конденсатор связи (Cc) — еще одно новое дополнение к схеме транзистора. Он используется для передачи входного сигнала переменного тока и заблокируйте постоянное напряжение от предыдущей схемы. Это предотвращает появление постоянного тока в схеме слева от муфты. конденсатор от воздействия смещения на Q1. Конденсатор связи также блокирует смещение Q1 от попадания на вход. источник сигнала.

На вход усилителя подается синусоидальная волна, которая колеблется на десятки милливольт выше и ниже нуля.Он вводится в цепь за счет конденсатора связи и применяется между базой и эмиттером. Когда входной сигнал становится положительным, напряжение на переходе эмиттер-база становится более положительным. Фактически это увеличивает прямое смещение, которое вызывает базовый ток увеличивается с той же скоростью, что и входной синусоидальный сигнал. Также увеличиваются токи эмиттера и коллектора. но намного больше, чем базовый ток. С увеличением тока коллектора на R1 возникает большее напряжение. С напряжение на Rl и напряжение на Q1 (коллектор-эмиттер) должны в сумме равняться Vcc, т.е. увеличение напряжения на Rl приводит к одинаковому снижению напряжения на Q1.Следовательно, выходное напряжение усилителя, снятое на коллектор Q1 по отношению к эмиттеру представляет собой отрицательное изменение напряжения, которое больше, чем входное, но имеет одинаковые характеристики синусоидальной волны.

Во время отрицательного изменения входа входной сигнал противодействует прямому смещению. Это действие уменьшает базу ток, что приводит к уменьшению как эмиттерных, так и коллекторных токов. Уменьшение тока через Rl уменьшается его падение напряжения и заставляет напряжение на транзисторе расти вместе с выходным напряжением.Следовательно, на выходе для отрицательного чередования входа — положительное чередование напряжения, которое больше, чем входное, но имеет те же характеристики синусоидальной волны.

Изучая как входные, так и выходные сигналы для одного полного чередования входа, мы можем видеть, что выход усилитель является точным воспроизведением входного сигнала, за исключением обратной полярности и увеличенной амплитуды. (десятки милливольт по сравнению с несколькими вольт).

Базовый транзисторный усилитель (версия PNP)

Версия PNP этого усилителя показана выше.Основное отличие NPN а усилитель PNP — полярность источника напряжения. При отрицательном Vcc базовое напряжение PNP немного отрицательное. относительно земли, что обеспечивает необходимое условие прямого смещения между эмиттером и базой.

Когда входной сигнал PNP становится положительным, он противодействует прямому смещению транзистора. Это действие отменяет некоторые из отрицательное напряжение на переходе эмиттер-база, которое снижает ток через транзистор.Следовательно напряжение на нагрузочном резисторе уменьшается, а напряжение на транзисторе увеличивается. Поскольку Vcc отрицательно, напряжение на коллекторе (Vc) идет в отрицательном направлении (как показано на выходном графике) в сторону -Vcc (например, от -5 вольт до -7 вольт). Таким образом, выходной сигнал представляет собой отрицательное изменение напряжения, которое изменяется с той же скоростью, что и выходное напряжение. входной синусоидальной волны, но имеет противоположную полярность и гораздо большую амплитуду.

Во время отрицательного изменения входного сигнала ток транзистора увеличивается, потому что входное напряжение помогает прямой уклон.Следовательно, напряжение на R1 увеличивается, и, следовательно, напряжение на транзисторе уменьшается или идет в положительном направлении (например: с -5 вольт до -3 вольт). Это действие приводит к положительному выходное напряжение, которое имеет те же характеристики, что и входное, за исключением того, что оно усилено и полярность наоборот.

Таким образом, входные сигналы в предыдущих схемах были усилены из-за небольшого изменения тока базы вызвало большое изменение тока коллектора.И, поместив резистор Rl последовательно с коллектором, напряжение усиление было достигнуто.

Транзистор

как усилитель в общем эмиттере

На рисунке ниже показана схема усилителя с общим эмиттером npn . Обратите внимание, что батарея В, , , ВВ, , подключена к входной цепи в дополнение к сигнальному напряжению. Этот d.c. напряжение известно как смещение напряжение , и его величина такова, что оно всегда поддерживает прямое * смещение перехода эмиттер-база независимо от полярности источника сигнала.

Эксплуатация. Во время положительного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается. Следовательно, больше электронов течет от эмиттера к коллектору через базу. Это вызывает увеличение тока коллектора. Повышенный ток коллектора вызывает большее падение напряжения на сопротивлении нагрузки коллектора R C . Однако во время отрицательного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база уменьшается.Следовательно, ток коллектора уменьшается. Это приводит к снижению выходного напряжения (в обратном направлении). Следовательно, через нагрузку получается усиленный выходной сигнал.

Анализ токов коллектора . Когда сигнал не подается, входная цепь смещается в прямом направлении батареей В B B . Следовательно, постоянный ток. ток коллектора I C течет в цепи коллектора. Это называется ноль сигнал коллектор ток .Когда подается напряжение сигнала, прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается или уменьшается в зависимости от того, является ли сигнал положительным или отрицательным. Во время положительного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается, в результате чего увеличивается общий ток коллектора i C . Обратное произойдет для отрицательного полупериода сигнала.

На Рис. (Справа) показан график зависимости полного тока коллектора i C от времени.Из графика видно, что полный ток коллектора состоит из двух составляющих, а именно:

( и ) Постоянный ток ток коллектора I C (ток коллектора нулевого сигнала) из-за батареи смещения В B B . Это ток, который течет в коллекторе при отсутствии сигнала.

( ii ) Переменный ток ток коллектора i c из-за сигнала. Полный ток коллектора, i C = i c + I C

Полезный выход — это падение напряжения на нагрузке коллектора R C из-за a.c. компонент i c . Целью тока коллектора нулевого сигнала является обеспечение постоянного смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении.

Схема 4-х транзисторного усилителя звука

Это схема 4-х транзисторного усилителя звука. Комплементарный двухтактный усилитель с 4 транзисторами, демонстрирующий основы конструкции аудиоусилителя.

Эта схема экономит ток батареи, который довольно низкий при средней громкости, возрастающий до 25-30 мА при увеличении громкости.

Это дает нам усилитель мощностью 250 мВт, которого достаточно, чтобы довести громкоговоритель до той же громкости, что и мобильный телефон или MP3-плеер.

Входное напряжение должно быть около 100-500 мВ для полного управления усилителем. Ранее вам может понравиться схема усилителя LM386 . Но вам может понравиться и эта схема.

Работа схемы 4-х транзисторного усилителя

Этот тип схемы с небольшим количеством компонентов не требует без трансформаторов и обеспечивает очень хорошие результаты.Четыре транзистора соединены напрямую, а петли обратной связи постоянного тока помогают стабилизировать работу схемы.

Рекомендуется: Изучите, что транзистор работает здесь

4 транзистора работают

Оба транзистора Q3 и Q4 скомпонованы как комплементарная пара , работающая в двухтактном режиме. Каждый выходной транзистор выполняет одну половину звукового цикла, причем один отключается, когда другой проводит.

Затем транзисторы Q1 и Q2 работают как предварительный усилитель для увеличения входящего напряжения для управления выходной парой.

Затем в точке Q1 смещение всей цепи начинается с делителя напряжения, состоящего из резисторов 56 кОм и 100 кОм.

Обеспечивает базу с напряжением смещения 5,5 В. Напряжение эмиттера на 0,6В меньше этого, и будет 4,9В.

И далее, транзистор Q2 смещен так, что он обеспечивает напряжение на нагрузочном резисторе 270 Ом, которое образует выходные транзисторы.

Рекомендуется: 3-х транзисторная схема усилителя звука

Имеется перепад напряжения 0.6В между их выводами базы и эмиттера.

Это необходимо для уменьшения перекрестных искажений, которые возникают, когда два транзистора соединены двухтактным.

Электролитический фильтр емкостью 100 мкФ защищает динамик от появления постоянного тока, поэтому динамик должен колебаться вокруг этого нового положения.

См. Множество схем транзисторных усилителей

Прежде всего, вам понадобятся все детали ниже

Детали, которые вам понадобятся
  • Q1, Q3: BC547 или эквивалент, 45 В 0.1A, транзистор NPN
  • Q2, Q4: BC557 или эквивалентный, 45 В 0,1 A, транзистор PNP

0,25 Вт Допуск резисторов: 5%

  • R1: 56K
  • R2: 100K
  • 33K160 R3:
  • R4: 470 Ом
  • R5: 270 Ом
  • R6: 1.5K
  • R7: 10K

Электролитические конденсаторы

  • C1: 10 мкФ 25V
  • 100µF 60160 C2: 10 мкФ 25 В
  • B1: 9-вольтовые батареи
  • SP1: 8 Ом 0.25 ” Громкоговоритель

Эта схема требует достаточного источника питания. У тебя есть это? Если у вас его нет. Посмотрите: Много Схема блока питания

Соберите мини-усилитель на 9 В

Эта схема небольшого размера, вы можете собрать их на макетной плате. Или Вы можете собрать схему усилителя на небольшом куске универсальной печатной платы с 20 — 25 отверстиями. Прежде чем приступать к какой-либо пайке, сначала составьте схему расположения, которая почти соответствует схеме.

С осторожностью вы обнаружите, что вам не придется вырезать ни одну из универсальных дорожек печатной платы, и большинство деталей аккуратно поместятся на плату, так как все они находятся на расстоянии 0,1 дюйма.

Для моего сына план будет строить его на деревянной доске или твердой бумаге , это также экономит деньги и весело!

Когда вы закончите пайку, затем подключите батарею через миллиамперметр, чтобы проверить, что ток находится в пределах 30 мА и, скорее всего, 5-15 мА при отсутствии входного сигнала.

Вы можете проследить через усилитель с помощью трассировщика сигналов проекта .

Очевидно, что все ступени не могут обеспечить хороший усилитель, так как транзистор имеет усиление, по крайней мере, в 20 раз, а иногда и внутрисхемное усиление 100.

Таким образом, это усиление усилителя примерно 20 x 20 x 20 или 8000 раз! Но это не так. Если на входе около 250 мВ, усилитель должен обеспечивать усиление от 40 до 80 раз.

Трассировщик сигналов покажет, какой транзистор обеспечивает это усиление. Посмотреть на себя. В целом, эти объединенные 4 транзистора проекта должны доставить вам много часов удовольствия.Хотя эта схема 4-х транзисторного усилителя звука устарела, она по-прежнему подходит для обучения детей и обеспечивает хорошее звучание.
Источник: http://www.talkingelectronics.com/

Если эта схема дает вам слишком мало энергии. См. Схему ниже.

Схема усилителя звука на 5 Вт, 4 транзистора

Это схема усилителя звука на 5 Вт, использующая 4 транзистора. От 4-х транзисторного усилителя и выше. Давайте посмотрим на эту схему. Звук однозначно громче. Меняем некоторые устройства и повышаем уровень питающего напряжения.Это может увеличить мощность динамика примерно на 4-6 Вт.

Схема довольно древняя. Он также использовался как усилитель для кассетных радиоприемников. Он имеет частотную характеристику от 44 Гц до 33 100 Гц, может принимать входной сигнал до 1 В (размах) и подходит для источников питания от 18 до 22 В.

Как это работает

Сначала см. Каскад INPUT, Q1 действует как усилитель напряжения в режиме прямой связи.

Второй каскад ДРАЙВЕРА Q2 подключается к общему эмиттеру и напрямую подключается к дополнительному усилителю с общим коллектором через Q3 и Q4.

В-третьих, на ВЫХОДНЫХ каскадах Q3 и Q4 будет отрицательная обратная связь, вызывающая 100% обратную связь, таким образом, коэффициент усиления по постоянному току равен 1.

Тогда, см. R1, R2 и R6 — это схема делителя напряжения. Чтобы сместить базовый штифт Q1. Таким образом, базовое напряжение Q1 будет примерно вдвое меньше напряжения питания.

Это примерно равно выходному напряжению. Поскольку усиление по постоянному току равно 1. Это позволяет получить максимальный размах выходного сигнала без жесткого ограничения.

R7 и C9 используются для развязки в звуковом диапазоне частот.

Используйте D1 для смещения пары выходных транзисторов. Для уменьшения кроссоверных искажений.

Кроме того, Q3 и Q4 являются следующими эмитентами. Это сделает выходной импеданс низким. Таким образом, он может управлять нагрузкой — это динамик с большим током.

Q3 активируется на положительной половине сигнала, а Q4 активируется на отрицательной половине.

Если выходной сигнал положительной и отрицательной сторон не полностью синхронизирован. Мы назовем это перекрестным искажением

C3 и C8 защитят сигнал постоянного тока на входе и выходе.

C1, R6 и C2 — это блоки питания с развязкой и шумоподавлением, которые могут попадать в шнур питания.

C5, C6 и C7 добавляют цепи стабильности.
VR1 будет действовать как регулятор громкости.

Список компонентов

0,25Вт Резисторы, допуск: 5%
R1, R2: 33K
R3: 1K
R4: 680Ω
R5: 100Ω 1W 5%
R6: 4.7K
R7: 39Ω
R8: 820 Ом
VR1: Потенциометр 100KA

Электролитические конденсаторы
C1: 100 мкФ 25 В
C2: 220 мкФ 25 В
C3: 2.2 мкФ 16 В
C8: 2,200 мкФ 25 В
C9: 10 мкФ 16 В

Керамические конденсаторы
C4: 0,0012 мкФ 50 В
C5, C6: 82 пФ 50 В
C7: 33 пФ 50 В

84 1 : полупроводники BC548, 45 В 0,1 А, транзистор NPN TO-92
Q2: 2N3053, 45 В 1,5 А, транзистор NPP TO-39
Q3: TIP41, 100 В 6 А, транзистор NPN TO-220
Q4: TIP42, 100 В 6 А, PNP TO-220 транзистор
*** или аналогичный
D1: 1N4148, 75V 150mA Diodes

Как собрать

Сначала вы можете попробовать собрать эту схему на макетной плате.См. Рис. Ниже.

Или на перфорированной печатной плате. Вы также можете построить его на печатной плате, как показано.

Схема печатной платы

Схема компонентов

Примечание:

  • При использовании этой схемы Q2-2N3053 и R5 будут нагреваться. Потому что через него все время течет ток. и следует использовать R5-100 Ом на 1 Вт или более.
  • Q2, Q3, Q4 следует установить на соответствующий радиатор.
  • Эта схема потребляет около 1 А тока и напряжения от 18 до 22 В.

Транзистор как усилитель тока

Закон Ома

Электричество и магнетизм

Транзистор как усилитель тока

Практическая деятельность для 14–16

Урок практический

Минутный ток в цепи база-эмиттер используется для управления гораздо большим током в цепи коллектор-эмиттер.

Аппараты и материалы

На каждую студенческую группу

  • Транзистор NPN (если возможно, установить)
  • Амперметры, 0-100 мА., 2 (в зависимости от транзистора)
  • Элемент, 1,5 В в держателе
  • Ячейки, 1,5 В в держателе, 4 (или стабилизированный низковольтный источник постоянного тока)
  • Реостат
  • Резистор (680 Ом, 1 Вт)
  • Лампа в патроне, 6 В 60 мА.
  • Выводы, 4 мм, 10
  • Зажимы Crocodile, 3 (при необходимости)

Примечания по охране труда и технике безопасности

Поможет, если транзистор будет установлен на базе с тремя выводами 4 мм. В противном случае соедините его с помощью зажимов типа «крокодил».

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

  1. В транзисторе незначительный ток в цепи база-эмиттер используется для управления гораздо большим током в цепи коллектор-эмиттер.Расположите компоненты схемы, как показано на схеме, и подключите их следующим образом.
  2. Подключите реостат, чтобы сформировать делитель напряжения на элементе 1,5 В.
  3. Подключите ползунковый зажим к фиксированному сопротивлению 680 Ом., Один амперметр (диапазон
  4. 100 мА.) И вывод базы транзистора.
  5. Подключите один конец делителя напряжения к выводу эмиттера транзистора.
  6. Подключите коллектор транзистора к другому миллиамперметру (диапазон 100 мА.), фонарик и 6-вольтовый аккумулятор и обратно к эмиттеру (который уже подключен к делителю напряжения).
  7. Теперь попробуйте следующие эксперименты:
  8. Во-первых, оставьте цепь базы разомкнутой, без подключения к базе. Вы не увидите обнаруживаемого тока в цепи коллектора.
  9. Подключите базовую цепь. Напряжение для подходящего базового тока составляет менее 1 вольт. Начните без напряжения на делителе напряжения и увеличивайте напряжение до тех пор, пока не загорится лампа в цепи коллектора.
  10. Считайте миллиамперметр в этой цепи.
  11. Посмотрите на другой миллиамперметр в цепи база-эмиттер. Есть ли ток к базе? Если кажется, что тока нет, попробуйте включить и выключить питание и посмотреть, двигается ли стрелка миллиамперметра вообще.
  12. Ваш транзистор усиливает ток . Сравнение двух показаний миллиамперметра дает вам представление об усилении.
  13. Немного увеличьте базовый ток, что приведет к увеличению тока коллектора.Соотношение двух токов останется примерно постоянным.
  14. Ток коллектора стабилизируется примерно до 60 мА, что является пределом, установленным лампой в цепи. Любое дальнейшее увеличение базового тока не будет иметь дальнейшего эффекта.

Учебные заметки

  • Студенты, возможно, раньше не экспериментировали с транзисторами. Вы могли бы описать им транзистор так:
  • Транзистор — это крошечный кристалл из полупроводниковых материалов.Это скорее похоже на бутерброд из куска сыра между двумя ломтиками хлеба.
    • Эмиттер транзистора соответствует тонкому ломтику хлеба
    • База транзистора соответствует сыру
    • Коллектор транзистора соответствует толстому ломтику хлеба.
  • Транзистору требуется небольшое напряжение для протекания тока базы: менее 1 В. Это легко получить с помощью делителя напряжения (потенциометр ) на ячейке.-Возможно, вам потребуется убедиться, что учащиеся знакомы с использованием трехконтактного переменного резистора для снятия напряжения таким образом.
  • Студенты должны построить график зависимости тока коллектора от тока базы. Это один из нескольких возможных графиков характеристик транзистора.
  • Эксперимент можно расширить, добавив вольтметры. Затем студенты могли бы посмотреть, например, как ток базы и ток коллектора зависят от входного напряжения Vinput.

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в октябре 2006 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *