Transistorsko pojačalo: vrste, krugovi, jednostavni i složeni

Najjednostavniji tranzistorsko pojačalo može biti dobar alat za proučavanje svojstava uređaja. Sheme i dizajni su vrlo jednostavni, možete sami napraviti uređaj i provjeriti njegov rad, izmjeriti sve parametre. Zahvaljujući modernom tranzistori s efektom polja Doslovno možete izraditi tri elementa minijaturnog pojačala mikrofona. I povežite ga s osobnim računalom kako biste poboljšali parametre snimanja. Da, i sugovornici će tijekom razgovora biti puno bolje i jasnije čuti vaš govor.

Frekvencijski odziv

Niskofrekventna (zvučna) pojačala dostupna su u gotovo svim kućanskim aparatima - glazbenim centrima, televizorima, radiju, radiju pa čak i osobnim računalima. Ali još uvijek postoje RF pojačala na tranzistorima, svjetiljkama i mikro-krugovima. Njihova razlika je u tome što ULF može samo pojačati signal audio frekvencije, što je ljudsko uho percipirano. Pojačala zvuka tranzistori omogućuju reprodukciju signala s frekvencijama u rasponu od 20 Hz do 20.000 Hz.

Stoga i najjednostavniji uređaj može pojačati signal u tom području. I to čini što je moguće ravnomjernije. Dobitak izravno ovisi o frekvenciji ulaznog signala. Ucrtavanje ovih vrijednosti je praktično ravna linija. Ako ulazni signal pojačala s frekvencijom izvan raspona, kvaliteta i učinkovitost uređaja će se brzo smanjiti. ULF kaskade se obično sastavljaju na tranzistorima koji rade u niskim i srednjim frekvencijama.

Klasa izvedbe pojačala zvuka

Svi uređaji za pojačanje su podijeljeni u nekoliko klasa, ovisno o stupnju protoka tijekom perioda rada struje kroz kaskadu:

1. Klasa "A" - struja neprestano teče tijekom cijelog razdoblja rada kaskadnog pojačala.
2. U klasi rada "B" struja pola razdoblja.
3. Klasa "AB" kaže da struja teče kroz kaskadno pojačalo za vrijeme jednako 50-100% perioda.
4. U načinu rada "C", električna struja teče manje od polovice vremena rada.
5. Način rada "D" ULF se koristi u amaterskoj radio praksi nedavno - nešto više od 50 godina. U većini slučajeva, ovi uređaji su implementirani na temelju digitalnih elemenata i imaju vrlo visoku učinkovitost - preko 90%.

Prisutnost izobličenja u različitim klasama niskofrekventnih pojačala

Radno područje klase tranzistorskog pojačala "A" karakterizira relativno mala nelinearna izobličenja. Ako dolazni signal emitira impulse s višim naponom, to uzrokuje da tranzistori postanu zasićeni. U izlaznom signalu, viši (do 10 ili 11) počinju se pojavljivati ​​u blizini svakog harmonika. Zbog toga se pojavljuje metalni zvuk, karakterističan samo za tranzistorska pojačala.

Uz nestabilno napajanje, izlazni signal će biti amplitudno modeliran u blizini mrežne frekvencije. Zvuk će postati kruti na lijevoj strani frekvencijskog odziva. Ali što je bolja stabilizacija snage pojačala, to je teži dizajn cijelog uređaja. ULF koji radi u klasi "A" ima relativno malu učinkovitost - manje od 20%. Razlog tome je što je tranzistor stalno otvoren i struja kontinuirano teče kroz njega.

Da biste povećali (iako malu) učinkovitost, možete koristiti push-pull sheme. Jedan nedostatak je da poluvalovi na izlaznom signalu postaju asimetrični. Ako prevedemo iz razreda "A" u "AV", nelinearna izobličenja će se povećati 3-4 puta. No, učinkovitost cjelokupnog sklopa uređaja i dalje raste. ULF klase “AB” i “B” karakteriziraju povećanje izobličenja uz smanjenje razine signala na ulazu. Ali čak i ako pojačate glasnoću, to ne pomaže u potpunosti riješiti nedostatke.

Rad u srednjim razredima

Svaka klasa ima nekoliko varijanti. Na primjer, postoji klasa radnih pojačala "A +". U njemu ulazni tranzistori (niski napon) rade u "A" modu. No, visoki napon, instaliran u izlaznim stupnjevima, radi ili u "B" ili u "AV". Takva pojačala su mnogo ekonomičnija od rada u klasi "A". Vidljivo manje nelinearnih distorzija - ne više od 0,003%. Veći rezultati mogu se postići pomoću bipolarnih tranzistora. Princip rada pojačala na tim elementima će biti objašnjen u nastavku.

Ali još uvijek postoji veliki broj viših harmonika u izlaznom signalu, što uzrokuje da zvuk postane karakterističan metalik. Postoje također i krugovi pojačala koji rade u AA klasi. U njima su nelinearne distorzije još manje - do 0,0005%. No, glavni nedostatak tranzistorskih pojačala je još uvijek tu - karakterističan metalni zvuk.

"Alternativni" dizajni

Ne može se reći da su oni alternativni, samo neki stručnjaci koji se bave dizajnom i montažom pojačala za visokokvalitetnu reprodukciju zvuka, sve više preferiraju dizajne cijevi. Svjetiljka pojačala imaju takve prednosti:

1. Vrlo niska razina nelinearnog izobličenja izlaznog signala.
2. Viši harmonici su manji nego u konstrukcijama tranzistora.

Ali postoji jedan ogroman nedostatak koji nadmašuje sve prednosti - svakako je potrebno instalirati uređaj za odobrenje. Činjenica je da kaskada svjetiljke ima vrlo veliki otpor - nekoliko tisuća ohma. Ali otpor namotaja zvučnika je 8 ili 4 ohma. Da biste ih uskladili, morate instalirati transformator.

Naravno, to nije veliki nedostatak - postoje i tranzistorski uređaji koji koriste transformatore za usklađivanje izlaznog stupnja i sustava zvučnika. Neki stručnjaci tvrde da je najučinkovitija shema hibrid - u kojoj se koriste jednostruka pojačala koja nisu pokrivena negativnim povratnim informacijama. Štoviše, sve ove kaskade djeluju u ULF klasi "A" modu. Drugim riječima, pojačalo snage tranzistora se koristi kao repetitor.

Štoviše, učinkovitost takvih uređaja je prilično visoka - oko 50%. Ali ne biste se trebali usredotočiti samo na pokazatelje učinkovitosti i snage - oni ne govore o visokokvalitetnoj reprodukciji zvuka pomoću pojačala. Od većeg značaja su linearnost karakteristika i njihova kvaliteta. Stoga moramo obratiti pozornost prvenstveno na njih, a ne na vlast.

Jednosmjerni ULF tranzistorski krug

Najjednostavnije pojačalo, izgrađeno prema shemi sa zajedničkim odašiljačem, radi u klasi "A". Krug koristi poluvodički element s npn strukturom. U krugu kolektora instaliran je otpor R3, ograničavajući protok struje. Krug kolektora je spojen na pozitivni naponski kabel, a emiterski krug je povezan s negativnim. U slučaju korištenja poluvodičkih tranzistora s pnp strukturom, sklop će biti potpuno isti, samo će biti potrebno promijeniti polaritet.

Pomoću spojnog kondenzatora C1 moguće je odvojiti varijabilni ulazni signal od izvora istosmjerna struja U ovom slučaju, kondenzator nije prepreka za protok izmjenične struje duž staze baznog emitera. Unutarnji otpor spoja emiter-baza zajedno s otpornicima R1 i R2 predstavlja najjednostavniji djelitelj napona. Tipično, otpornik R2 ima otpor od 1-1,5 kΩ - najtipičnije vrijednosti za takve krugove. U tom slučaju, napon napajanja je podijeljen točno na pola. A ako napajanje sklop s naponom od 20 volti, možete vidjeti da je vrijednost struje dobitak h21 će biti 150. Treba napomenuti da je HF pojačala na tranzistorima se izvode prema sličnim shemama, oni rade samo malo drugačije.

U isto vrijeme, napon emitera je 9 V, a pad u krugu "EB" je 0,7 V (što je karakteristično za tranzistore na silicijumskim kristalima). Ako uzmemo u obzir pojačalo na njemačkim tranzistorima, tada će u tom slučaju pad napona u "EB" dijelu biti jednak 0,3 V. Struja u krugu kolektora bit će jednaka onoj koja teče u emiteru. Moguće je izračunati dijeljenjem napona odašiljača s otporom R2 - 9V / 1 kΩ = 9 mA. Za izračun vrijednosti bazne struje potrebno je podijeliti 9 mA s pojačanjem h21 - 9mA / 150 = 60 μA. U konstrukciji se obično koriste bifolarni tranzistori. Načelo djelovanja razlikuje se od terenskog.

Na otporniku R1 sada je moguće izračunati vrijednost pada - to je razlika između osnovnog i naponskog napona. U ovom slučaju, osnovni napon se može prepoznati po formuli - zbroju značajki odašiljača i prijelaza "EB". Kada se napaja iz izvora od 20 volti: 20 - 9,7 = 10,3. Odavde je moguće izračunati vrijednost otpora R1 = 10,3 V / 60 μA = 172 kΩ. U krugu postoji kapacitivnost C2, koja je potrebna za realizaciju kruga uz koji može proći varijabla komponenta struje emitera.

Ako ne instalirate kondenzator C2, varijabla će biti vrlo ograničena. Zbog toga će takvo pojačalo audio tranzistora imati vrlo nisku struju h21. Treba napomenuti da su se u gornjim izračunima pretpostavljalo da su bazne i kolektorske struje jednake. A bazna struja je preuzeta od one koja teče u krug od emitera. To se događa samo pod uvjetom da se napon prednapona primijeni na izlaz baze tranzistora.

Ali imajte na umu da apsolutno uvijek, bez obzira na prisutnost pristranosti, struja kolektora propušta kroz osnovni krug. U krugovima sa zajedničkim odašiljačem, struja curenja se povećava najmanje 150 puta. No, obično se ta vrijednost uzima u obzir samo pri izračunavanju pojačala na germanijskim tranzistorima. U slučaju silikona, u kojem je struja kruga "KB" vrlo mala, ta se vrijednost jednostavno zanemaruje.

MOSFET pojačala

Tranzistorsko pojačalo s efektom polja koje je prikazano na dijagramu ima mnogo analoga. Uključujući i korištenje bipolarni tranzistori. Stoga je kao sličan primjer moguće uzeti konstrukciju pojačala zvuka koje je sastavljeno prema shemi sa zajedničkim odašiljačem. Na slici je prikazan krug napravljen prema krugu s zajedničkim izvorom. Na ulaznim i izlaznim sklopovima se prikupljaju RC-veze, tako da uređaj radi u modu pojačala klase "A".

Izmjenična struja od izvora signala je odvojen od DC naponskog kondenzatora C1. Pojačalo tranzistora s efektom polja mora imati potencijal vrata koji će biti manji od slične karakteristike izvora. U prikazanom krugu vrata su spojena na zajedničku žicu kroz otpornik R1. Njegova otpornost je vrlo velika - obično se u konstrukciji koristi 100-1000 kΩ otpornika. Takav veliki otpor je odabran tako da ulazni signal nije skretan.

Taj otpor gotovo ne prolazi električnom strujom, zbog čega je potencijal vrata (u odsustvu signala na ulazu) isti kao i potencijal zemlje. Na izvoru je potencijal veći od Zemlje, samo zbog pada napona preko otpora R2. Iz ovoga je jasno da vrata imaju manji potencijal od izvora. Naime, to je potrebno za normalno funkcioniranje tranzistora. Morate obratiti pozornost na činjenicu da C2 i R3 u ovom krugu pojačala imaju istu namjenu kao u gore navedenoj konstrukciji. A ulazni signal pomaknut je u odnosu na izlaz za 180 stupnjeva.

ULF s izlaznim transformatorom

Takvo pojačalo možete napraviti vlastitim rukama za kućnu uporabu. Provodi se prema shemi koja radi u klasi "A". Dizajn je isti kao što je gore opisano - sa zajedničkim odašiljačem. Jedna značajka je da je potrebno koristiti transformator za podudaranje. To je nedostatak ovog tranzistorskog audio pojačala.

Krug kolektora tranzistora je napunjen primarnim namotom, koji razvija izlazni signal koji se prenosi kroz sekundarne zvučnike. Otpornici R1 i R3 sastavljaju razdjelnik napona, što vam omogućuje da odaberete radnu točku tranzistora. Uz pomoć ovog lanca, osigurava se napon prednapona na bazu. Sve ostale komponente imaju istu svrhu kao u gornjim shemama.

Push-pull audio pojačalo

To ne znači da je riječ o jednostavnom tranzistorskom pojačalu, budući da je njegovo funkcioniranje nešto kompliciranije od onih koje smo ranije razmatrali. U push-pull ULF-u, ulazni signal je podijeljen na dva poluvalova, različita u fazi. Svaki od tih poluvalova pojačan je kaskadom izvedenom na tranzistoru. Nakon pojačanja svakog poluvalova, oba signala su spojena i puštena u zvučnike. Takve složene transformacije mogu uzrokovati izobličenje signala, budući da će dinamička i frekvencijska svojstva dvaju tranzistora, čak i istog tipa, biti različiti.

Kao rezultat, izlaz pojačala značajno smanjuje kvalitetu zvuka. Kada je push-pull pojačalo u klasi "A" u radu, nije moguće kvalitativno reproducirati složeni signal. Razlog tome je što povećana struja neprestano teče uz ramena pojačala, poluvalovi su asimetrični, a nastaju fazna iskrivljenja. Zvuk postaje manje čitljiv, a kada se zagrije, izobličenje signala se dodatno poboljšava, osobito na niskim i ultra niskim frekvencijama.

Transformerless ULF

Pojačalo LF-a na tranzistoru, napravljeno pomoću transformatora, unatoč činjenici da dizajn može imati male dimenzije, još je uvijek nesavršeno. Transformatori su još uvijek teški i glomazni pa ih je najbolje riješiti. Mnogo učinkovitiji je sklop izveden na komplementarnim poluvodičkim elementima s različitim tipovima vodljivosti. Većina suvremenih ULF-a izvodi se prema takvim shemama i radi u klasi “B”.

Dva moćna tranzistora koja se koriste u projektiranju rade prema krugu sljedbenika emitera (zajednički kolektor). U tom slučaju ulazni napon se prenosi na izlaz bez gubitka i pojačanja. Ako na ulazu nema signala, tranzistori su na rubu uključivanja, ali su i dalje onemogućeni. Kada se harmonijski signal primijeni na ulaz, otvara se pozitivni polu-val prvog tranzistora, a drugi je u isključenom modu.

Dakle, samo pozitivni polutali mogu proći kroz opterećenje. Ali negativni otvaraju drugi tranzistor i potpuno zaključavaju prvi. U ovom slučaju učitavaju se samo negativni poluvalovi. Kao rezultat, signal pojačanog snage se šalje iz uređaja. Takav sklop tranzistorskog pojačala je vrlo učinkovit i sposoban osigurati stabilan rad, visokokvalitetnu reprodukciju zvuka.

ULF sklop na jednom tranzistoru

Nakon proučavanja svih gore navedenih značajki, možete sastaviti pojačalo vlastitim rukama na jednostavnoj bazi elemenata. Tranzistor se može koristiti domaći KT315 ili bilo koji od njegovih stranih kolega - na primjer, BC107. Kao opterećenje morate koristiti slušalice, čiji je otpor 2000-3000 Ohma. U podnožju tranzistora potrebno je primijeniti prednapon kroz otpornik od 1 mama i razdvojni kondenzator od 10 μF. Napajanje strujnog kruga može se provesti iz izvora od 4,5 do 9 volti, struje 0,3-0,5 A.

Ako otpor R1 nije spojen, u bazi i kolektoru neće biti struje. No, kada je spojen, napon doseže razinu od 0,7 V i dopušta protok struje od oko 4 μA. U ovom slučaju, trenutni dobitak će biti oko 250. Odavde možete napraviti jednostavan izračun pojačala tranzistora i saznati kolektora struje - ispada da se 1 mA. Sakupljajući ovaj krug pojačala na tranzistoru, možete ga testirati. Spojite izlaz na izlaz - slušalice.

Dodirnite ulaz pojačala prstom - pojavit će se karakterističan šum. Ako ne, onda je, najvjerojatnije, dizajn sastavljen pogrešno. Ponovno provjerite sve veze i ocjene elemenata. Da bi demonstracija bila jasnija, spojite izvor zvuka na ULF ulaz - izlaz iz uređaja ili telefona. Slušajte glazbu i uživajte u kvaliteti zvuka.