Предлагаю схему транзисторного усилителя мощности звуковой частоты, не имеющего дефицитных деталей.

Как сделать усилитель на транзисторах?

Кому не хочется собрать хороший усилитель мощности низкой частоты, чтобы он работал «чисто», был надежен, да и налаживание не отнимало бы много времени. Без ошибок собранный он начинает работать сразу же после подачи на него питающих напряжений.

Необходимо лишь с помощью резистора R7 установить нулевое выходное напряжение при отсутствии сигнала на входе и выставить начальный ток выходных транзисторов VT11, VT12 в пределах 100-150 мА. При двуполярном питании ±36 В транзисторный усилитель мощности звуковой частоты отдает в нагрузку сопротивлением 8 Ом 50 Вт, при нагрузке 4 Ом - 90 Вт.

При работе УМЗЧ на 4-омную нагрузку емкость сглаживающих конденсаторов в блоке питания должна быть не менее 20000 мкФ для стерео варианта или 10000 мкФ для моно варианта. Увлекаться снижением емкости этих конденсаторов не стоит, так как при больших токах в нагрузке может ухудшиться воспроизведение.

Хорошие результаты дает применение стабилизированных блоков питания. При этом допустимо снижение емкости фильтрующих конденсаторов в 1,5 раза. К тому же в стабилизированный блок питания нетрудно ввести токовую защиту.

В данном такая защита не предусмотрена, поскольку простоя защита заметно ухудшает качество звуковоспроизведения, о сложная значительно увеличивает количество радиокомпонентов.

Релейные схемы защиты весьма чувствительны ко всякого рода помехам и всплескам напряжений, поэтому и от них пришлось отказаться. Предлагаемый усилитель на транзисторах рассчитан не стационарный аудиокомплекс. Аккуратно собранный, работающий на исправные и с хорошим запасом мощности акустические системы, простой усилитель звука прослужит не один год.

Как видно из рис.1, УМЗЧ состоит из дифференциального каскада VT1, VT2 с генератором тока на транзисторе VI3, усилителя напряжения на транзисторе VT4 и буферного каскада - усилителя тока на транзисторе VT5. Последний нагружен на генератор токе, собранный на транзисторе VF6 и на симметричную схему двухтактного составного повторителя напряжения на транзисторах VT7-VT12.

Несмотря на «традиционность»‘ этой схемы, в ней применены некоторые «тонкости». Усилитель тока VT7-VT12 несколько видоизменен по сравнению с обычными схемами. Это позволило снизить искажения, вносимые выходным каскадом УМЗЧ, в несколько раз.

В обычных схемах из-за наличия емкости перехода база-эмиттер (эта емкость у мощных транзисторов может достигать сотых долей микрофарад) на базах выходных и предвыходных транзисторов скапливаются электрические заряды, что приводит к затягиванию времени переходных процессов.

В предлагаемой схеме влияние емкости база-эмиттер уменьшено в несколько раз, что в итоге благоприятно сказывается на верности звуковоспроизведения. УМЗЧ охвачен цепью общей ООС. Глубина ООС по переменному току зависит от резисторов R17 и R16. Для уменьшения искажений, вносимых конденсатора С6, он зашунтирован неэлектролитическим конденсатором С7 емкостью в 4,7 мкФ.

Даже неискушенные слушатели могут заметить разницу в звучании, особенно на высоких частотах, с конденсатором С7 и без него. Для установки нулевого потенциала на выходе УМЗЧ при отсутствии входного сигнала служит цепь, состоящая из элементов R3,R6,R7,R14,C3. Через эту цепочку подается небольшое отрицательное напряжение смешения на транзисторы VT1 и VT2.

Необходимо отметить, что наличие буферного усилителя тока VT5 позволяет уменьшить искажения в 10-15 роз. Поэтому не стоит упрощать схемы путем исключения этого каскада. Ток покоя выходных транзисторов зависит от тока транзистора VT6. Поэтому при настройке, если необходимо, изменяют сопротивление резистора R18. Увеличение сопротивления резистора R18 соответствует уменьшению тока транзистора
VT6 и, наоборот, уменьшение R18 вызывает увеличение тока VT6.

Увеличение тока через VT6 вызывает соответственно увеличение падения напряжения на диодах VD1 - VD4, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения смещения транзисторов VT7-VT12, при этом начальный ток выходных транзисторов VT11 и VT12 увеличивается. Напряжение на входе усилителя при максимальной мощности, отдаваемой им в нагрузку, примерно равно 1 В.

Коэффициент гармоник не превышает 0,04 % во всем диапазоне звуковых частот. Если подобрать комплиментарные пары VT9,VT10 и VT11,VT12 с одинаковыми Ь21э, можно добиться уменьшения Кг до 0,02 % в диапазоне частот до 16 кГц.

Для сохранения хорошего качества звуковоспроизведения предварительный усилитель с блоком тембров должен иметь низкое выходное сопротивление (несколько килоом) и коэфициент нелинейных искажений не более чем данный УМЗЧ.

Печатная плата УМЗЧ изображена на рис.2. Очень удобно проверять усилитель на устойчивость с помощью генератора прямоугольных импульсов, наблюдая на экране осциллографа за формой выходного сигнала. При этом подбирают емкость конденсатора С5, добиваясь наименее искаженного сигнала на выходе по сравнению с его первоначальной формой.

По возможности емкость С5 уменьшают, поскольку улучшается АЧХ усилителя на высоких частотах. Фактически емкость конденсатора удавалось снизить до 20 пФ, когда УМЗЧ работал но громкоговорители без LC-фильтров, т.е. на широкополосные громкоговорители. При работе на большую реактивную нагрузку емкость С5 необходимо увеличивать.

Кроме того, необходимо ввести катушку индуктивности в несколько микрогенри в разрыв выходного провода УМЗЧ. На печатной плате это катушка должна находиться вблизи точки соединения резисторов R26 и R27. При работе на большую реактивную нагрузку следует также ввести в схему УМЗЧ защитные (для выходных транзисторов) диоды VD7 и VD8.

Общеизвестно преимущество инвертирующего усилителя над неинвертирующим. Поскольку при инвертирующем включении входной сигнал подается на базу транзистора VT2, то входное сопротивление УМЗЧ шунтируется резистором R16. При этом для согласования низкого сопротивления усилителя, например с регулятором громкости, необходимо на входе УМЗЧ включить истоковый повторитель.

Схема такого повторителя изображена на рис.3 и на печатной плате специально для него оставлено место. Для перевода УМЗЧ в инвертирующий вариант необходимо сделать следующее.

1. Отсоединить от общего провода конденсаторы С6, С7 и освободившиеся выводы подключить к выходу истокового повторителя. При этом входом УМЗЧ будет вход повторителя.
2. Соединить левый контакт С1 (рис1) с общим проводом и включить параллельно ему электролитический конденсатор аналогично Сб.
3. Чтобы не было щелчков и бросков напряжений на выходе УМЗЧ при ею включении, подбирая резистор R3 (рис.3), установить нулевой потенциал на истоке транзистора VT1.
4. Сопротивления резисторов R4 и R5 подбираются таким образом, чтобы стабилитроны VD1 и VD2 не вышли из режима стабилизации напряжения. При инвертирующем включении по сравнению с неинеертирующим усилитель работает на слух несколько чище.

Схема блока питания (БП) изображена на рис.4. С целью уменьшения искажений общий провод разделен на два в кожном УМЗЧ, в противном случае резко возрастают искажения, появляются «блуждающие» токи, которые сильно увеличивают уровень фона в акустических системах. С этой же целью в блоке питания для уменьшения наводок от силовых трансформаторов применено противофазное включение первичных обмоток трансформаторов Т1 и Т2.

Раздельное питание каналов УМЗЧ позволяет значительно снизить переходные искажения в каналах, особенно на низких частотах. Диаметр провода как вторичной, так и первичной обмоток также можно уменьшить в 1,4 раза по сравнению с одним трансформатором в БП УМЗЧ. При использовании предохранителей FU2-FU5 (рис.4) надобность в предохранителях FU1 и FU2 (рис.1) отпадает, но предусмотренные для них площадки в платах очень удобны в случае ремонта.

При этом FU1 и FU2 заменяют резисторами для контроля токов и предохранения выхода из строя транзисторов VT7-VT12. Трансформаторы Т1 и Т2 намотаны на тороидальных магнитопроводах, внешний диаметр которых 110 мм, внутренний 65 мм и высото 23 мм. Первичная обмотка содержит 1320 витков провода ПЭВ - 0,64 мм, вторичная обмотка намотана двойным проводом ПЭВ - 1,2 мм 162 витка. Экран состоит из одного слоя провода ПЭЛШО - 0,41 мм.

Для VT5 и VT6 подойдут транзисторы КТ604, КТ611. КТ618А, КГ630. КТ940. Вместо транзисторов КТ817 и КТ816 прекрасно подходят более современные КТ850 и КТ851. Транзисторы VT1 -VT3 заменяешь на современные КТ611А. КТ632, 2Т638А. «Камень преткновения» УМЗЧ - транзистор VT4, его рекомендуется заменить но современный КТ3157А.

Этот транзистор более высоковольтный, чем КТ209М, к тому же он специально разработан для видеоусилителей транзисторных телевизоров и по своим параметром более высокочастотный.
Работает УМЗЧ с такой заменой ощутимо лучше. Усилитель прекрасно работает при понижении питания до ±25 В. Необходимо лишь уменьшить номиналы R11, R18 (Рис.1), чтобы выставить начальные токи VT7-VT12 и нулевое напряжение на выходе УМЗЧ.

В этом случае в дифференциальном каскаде можно применять КТ3102А(Б), а КТ209М (VT4I заменить но КТ3107И). Вместо КТ818. KT8I9 лучше работают КТ864, КТ865 или КТ8101, КТ8102 Предлагается также изменить цепь регулировки начального тока выходных транзисторов заменой VDI - VD4 и R19 на несколько иную схему (рис5).

Транзистор типа КТ626 устанавливается на теплоотводе как можно ближе к VT12. Транзисторы VT11 и VT12 размещены не на отдельных теплоотводах.

В режиме усиления транзистор усилитель работает в схемах приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ и УНЧ). При работе применяются малые токи в базовой цепи, управляющие большими токами в коллекторе.В этом заключается и отличие режима усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор в зависимости от Uб на базе.

В качестве опыта для начинающего радиолюбителя соберем самый простой усилитель транзистор, в соответствии с предлагаемой схемой и рисунком.

К коллектору VT1 подсоединим высокоомный телефон BF2 , между базой и минусом блока питания подключим сопротивление Rб , и развязывающую емкость конденсатора C св .

Конечно, сильного усиления звукового сигнала от такой схемы мы не получим, но услышать звук в телефоне BF1 все таки можно, т.к мы собрали ваш первый усилительный каскад.

Усилительным каскадом называют схему транзистора с резисторами, конденсаторами и другими радиокомпонентами, обеспечивающими последнему условия работы как транзистор усилитель. Кроме того сразу скажем о том, что усилительные каскады можно соединять между собой и получать многокаскадные усилительные устройства.

При подключение источника питания к схеме, на базу транзистора через сопротивление Rб идет небольшое отрицательное напряжение порядка 0,1 – 0,2В, называемое напряжением смещения. Оно немного приоткрывает транзистор, т.е снижает высоту потенциальных барьеров, и через переходы полупроводникового прибора начинает течь небольшой ток, который держит усилитель в дежурном режиме, из которого он способен мгновенно выйти, как только на входе появится входной сигнал.

Без присутствия напряжения смещения эмиттерный переход будет заперт и, как диод, будет не пропускать положительные полупериоды входного напряжения, а усиленный сигнал будет искажаться.

Если на вход усилителя подсоединить еще один телефон и применить его в роли микрофона, то он будет преобразовывать возникающие на его мембране звуковые колебания в переменное напряжение звукового диапазона, которое через емкость Ссв будет следовать на базу транзистора.

Конденсатор Ссв является связующим компонентом между телефоном и базой. Он отлично пропускает напряжение ЗЧ, но создает серьезную преграду постоянному току идущему из базовой цепи к телефону. Кроме того телефон обладает внутренним сопротивлением порядка 1600 Ом, поэтому без этой емкости конденсатора база через внутреннее сопротивление соединялась бы с эмиттером и никакого усиления не было бы.

Теперь, если начать говорить в телефон-микрофон, то эмиттерной цепи появятся колебания тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током возникающем в коллекторе и эти усиленные колебания, преобразованные вторым телефоном в обычный звук, мы и будем слышать.

Процесс усиления сигнала можно представить так. В момент отсутствия напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора протекают незначительные токи (прямые участки диаграммы а, б, в), заданные приложенным напряжением блока питания, напряжением смещения и усилительными характеристиками биполярного транзистора.

Как только на базу поступает входной сигнал (правая часть диаграммы а), то в зависимости от него начнут изменяться и токи в цепях трехвыводного полупроводникового прибора (правая часть диаграммы б, в).

В отрицательной полуволне сигнала, когда Uвх и напряжение БП суммируются на базе - токи протекающие через транзистор возрастают.

При плюсовой волне минусовое напряжение на базе снижается, как и протекающие токи. Вот таким образом и работает транзистор усилитель.

Если на выход подключить не телефон а резистор, то появляющееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно подвести ко входной цепи второго каскада для дополнительного усиления. Один прибор способен усиливать сигнал в 30 - 50 раз.

По этому же принципу работают VT противоположной структуры n-p-n. Но для них полярность включения блока питания необходимо поменять на противоположную.

Для работы транзистора усилителя на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно должно поступать постоянное напряжение смещения, открывающее полупроводниковый прибор.

Для германиевых VT открывающее напряжение должно быть не более 0,2 вольта, а для кремниевых 0,7 вольта. Напряжение смещения на базу не подают только тогда, когда эмиттерный переход транзистора применяют для детектирования сигнала, но об этом мы поговорим позднее.

Транзисторные усилители

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

Электронные усилители

Транзисторные усилители

Назначением усилителя как электронного устройства является увеличе­ние мощности сигнала за счет энергии источника питания.

В зависимости от формы электрических сигналов усилители разделяют на: усили­тели непрерывных сигналов, называемые усилителями постоянного тока; усили­тели сигналов с гармоническим несущим процессом, которые называют усилите­лями переменного тока; усилители импульсных сигналов – импульсные усили­тели. Из усилителей переменного тока выделяют узкополосные, или из­бирательные, усиливающие только одну гармоническую составляющую из ряда гармоник несинусоидального периодического тока. Импульсные усилители являются широкополосными.

В электронных устройствах применяют также усилители, преобразую­щие изменения амплитуды или фазы гармонического тока в соответствующие изменения значения и знака постоянного тока (напряжения). Называют их усилителями среднего значения тока.

В соответствии с назначением коэффициентом преобразования усилителя является коэффициент усиления мощности

где , – мощность выходного и входного сигналов соответственно.

Однако в зависимости от режимов работы выходной и входной цепей усилителя практическое значение может иметь не усиление мощности сигнала, а повышение его уровня по напряжению или по току. Поэтому на практике различают усилители мощности, усилители напряжения и усилители тока. Со­ответственно в качестве коэффициентов преобразования используются коэф­фициенты усиления напряжения и тока

; . (14.2)

Очевидно, что .

Режим работы усилителя определяется соотношениями входного , выход­ного сопротивлений и сопротивлений источника сигнала и на­грузки . Для усилителя напряжения характерны соотношения: , , которые дают режим, близкий к режиму холостого хода на выходе. Источником сигнала является источник напряжения. Для усилителя тока соотно­шения , дают режим, близкий к короткому замыканию на выходе. Источником сигнала служит источник тока.

Однако рассмотренные идеальные режимы усиления напряжения или тока на практике встречаются редко. Транзисторные усилители большей частью рабо­тают как усилители мощности в режиме согласованной нагрузки источника сиг­нала, а иногда и согласованной нагрузки усилителя, т.е. при и .

Простейший усилитель принято называть усилительным каскадом . При не­достаточном усилении сигнала одним каскадом усилитель выполняется из не­скольких каскадов. Усилители электронных устройств, как правило, состоят из двух или трех каскадов, которые называются входным, выходным и промежуточ­ным каскадами.

Общим требованием к усилителям электронных устройств является как можно меньшее искажающее воздействие на сигналы. Необходимые информаци­онные характеристики и параметры усилителей обеспечиваются при достаточно высокой стабильности коэффициентов усиления, практически линейной проход­ной характеристике, ограниченных линейных искажениях (сдвигах фаз гармони­ческих составляющих сигналов) и малой инерционностью. Перечисленные свой­ства усилителей достигаются главным образом за счет обратных связей. Поэтому практически все усилители электронных устройств выполняются с обратными связями. Особое место занимают усилители с глубокой положительной, обеспе­чивающей релейный или автоколебательный режим их работы, и отрицательной обратной связью – операционные усилители.

Усилительный каскад может быть выполнен на основе любой из трех схем включения транзистора. Однако преимущественно используются усилительные каскады по схеме включения с общим эмиттером (ОЭ) биполярного и схеме с общим истоком (ОИ) полевого транзисторов, как обеспечивающие наибольшее усиление (рис. 14.1 а, б).

Режим работы транзистора в усилительном каскаде отличается от режима работы в схеме включения транзистора, так как его выходные зажимы размы­каются и к ним под­ключается нагрузка с сопротивле­нием , а к входным зажимам под­ключается источник сигнала с сопро­тивлением и ЭДС . При = 0 транзистор находится в некотором исходном режиме, задаваемом ис­точником питания и источником смещения .

Резистор уменьшает коэф­фициент усиления по току биполяр­ного транзистора и крутизну харак­теристики полевого транзистора, поскольку их выходные сопротивле­ния конечны.

Внутренняя положительная обратная связь в схеме включения биполяр­ного транзистора с ОЭ, увеличивая коэффициент усиления мощности каскадом, одновременно увеличивает нестабильность коэффициента усиле­ния. Поэтому усилительные каскады на основе схемы с ОЭ биполярного и с ОИ полевого транзисторов всегда выпол­няются с внешними (специально введенными) отрицательными обратными связями (рис. 14.2 а, б).

В усилителях переменного тока частота несущего процесса, как правило, равна промышленной (50 Гц) или кратна ей. Наи­большие частоты не выходят за пределы звукового диапазона, наименьшая может составлять 25…30 Гц .

В усилителях переменного тока возможно гальваническое разделение це­пей усиливаемого сигнала и цепей постоянного тока, задающих исходный ре­жим транзистора, что является важной их особенностью. Разделение достига­ется путем использования реактивных сопротив­лений – кондесаторов или трансформаторов для связи транзистора с источником сигнала и нагрузкой. Соответственно различают усилители переменного тока с конден­саторными (RC -связями) и трансформаторными связями.

Достоинствами конденсаторных усилительных каскадов являются их от­носительная простота и технологичность изготовления. Однако их параметры, прежде всего коэффициент усиления мощности, хуже параметров трансформаторных каскадов. Достоинством последних является свойство обеспечения возможно большего приближения к оптимальному ре­жиму усиления мощности вплоть до согласования транзи­стора с источником сигнала и нагрузкой. Однако в связи с низкими значениями напряжений, применяемых для питания транзисторов, согласование возможно только в усилителях слабых сигналов. Такие усилители выполняют, как правило, с конденсаторными связями. С трансформаторными связями выпол­няют усилители больших сигналов, особенно выходные каскады (на биполярных транзисторах).

Часто, особенно в электронных устройствах с преобразователями неэлек­трических величин, необходимо усиление сигналов очень низких частот (). В этом случае используют усилительные каскады постоянного тока, имеющие амплитудно-частотную характеристику, равномерную в диа­пазоне от до . Так как использование конденсаторов и трансформато­ров в усилителях постоянного тока невозможно, для связи между каскадами используют только резисторы.

Из числа схем усилителей постоянного тока наибольший интерес представ­ляет параллельно-баланс–ная или дифференциальная схема (рис. 14.3). В ней использован принцип четырехплече­го моста. Однако в такой схеме предъявляются особые требования к идентичности характеристик транзи­сторов и других элементов. Такие усилители могут выполняться как на биполярных, так и на полевых тран­зисторах. В дискретных устройствах (например, ЭВМ) их используют для выполнения арифметических опера­ций.

14.1.2. Усилители на микро­схемах

В настоящее время многокаскадные усилители переменного тока с RC -свя­зью выполняют на основе интегральных микросхем. Они состоят, как правило, из нескольких (не менее двух) каскадов. Полоса пропускания частот таких усилите­лей находится в пределах от 200 Гц до 100 кГц . Особенностью интегральных усилителей являются непосредственные (гальванические) связи между каскадами. Связь с источником сигнала и нагрузкой конденсаторная. Так как конденсаторы большой емкости трудно выполнить в интегральном исполнении, то в микросхе­мах предусматривают специальные выводы для подключения внешних конденса­торов и резисторов. На рис. 14.4 показаны схема интегрального усилителя (обве–­ дена пунктиром) и схема его включения.

Источник питания должен выдавать стабильное или нестабильное двуполярное напряжение питания ±45V и ток 5А. Эта схема УНЧ на транзисторах весьма проста, так как в выходном каскаде используется пара мощных комплементарных транзисторов Дарлингтона . В соответствии с справочными характеристиками эти транзисторы могут коммутировать ток до 5А при напряжении эмиттерном-коллекторном переходе до 100V.

Схема УНЧ представлена на рисунке чуть ниже.

Сигнал требующий усиления через предварительный УНЧ подается на предварительный дифферециальный усилительный каскад построенный на составных транзисторах VT1 и VT2. Использование дифференциальной схемы в усилительном каскаде, снижает шумовые эффекты и обеспечивает работу отрицательной обратной связи. Напряжение ОС поступает на базу транзистора VT2 с выхода усилителя мощности. ОС по постоянному току реализуется через резистор R6. ОС по переменной состовляющей осуществляется через резистор R6, но её величина зависит от номиналов цепочки R7-C3. Но следует учитовать, что слишком сильное увеличение сопротивления R7 приводет к возбуждению.

Режим работы по постоянному току обеспечивается подбором резистора R6. Выходной каскад на транзисторах Дарлингтона VT3 и VT4 работает в классе АВ. Диоды VD1 и VD2 нужны для стабилизации рабочей точки выходного каскада.

Транзистор VT5 ппредназначен для раскачки выходного каскада, на его базу поступает сигнал с выхода дифференциального предварительного усилителя, а так же постоянное напряжение смещения, которое определяет режим работы выходного каскада по постоянному току.

Все конденсаторы схемы должны быть рассчитаны на максимальное постоянное напряжение не ниже 100V. Транзисторы выходного каскада рекомендуется закрепить на радиаторы площадью не меньше 200 см в квадрате

Рассмотренная схема простого двухкаскадного усилителя разработана для работы с наушниками или для использования в простых устройствах с функцией предварительного усилителя.

Первый транзистор усилителя подсоединен по схеме с общим эмиттером, а второй транзистор с общим коллектором. Первый каскад предназначен для базового усиления сигнала по напряжению, а второй каскада усиливает уже по мощности.

Малое выходное сопротивление второго каскада двухкаскадного усилителя, называемого эмиттерным повторителем, позволяет подсоединять не только наушники с большим сопротивлением, но и другие виды преобразователей акустического сигнала.

Эта тоже двухкаскадная схема УНЧ выполненная на двух транзисторах, но уже противоположной проводимости. Ее главная особенность в том, что связь между каскадами непосредственная. Охваченная ООС через сопротивление R3 напряжение смещения со второго каскада проходит на базу первого транзистора.

Конденсатор СЗ, шунтирует резистор R4, уменьшает ООС по переменному току, тем самым уменьшающая усиление VT2. Путем подбора номинала резистора R3 задают режим работы транзисторов.

УМЗЧ на двух транзисторах

Этот достаточно легкий усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) можно спаять всего на двух транзисторах. При напряжении питания 42В постоянного тока выходная мощность усилителя достигает 0,25 Вт при нагрузке 4 Ом. Потребляемый ток всего 23 mA. Усилитель работает в однотактном режиме «А».

Напряжение низкой частоты от источника сигнала подходит к регулятору громкости R1. Далее через защитный резистор R3 и конденсатор C1 сигнал оказывается на базе биполярного транзистора VT1 включенного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал через R8 подается на затвор мощного полевого транзистора VT2 включенный по схеме с общим истоком и его нагрузкой служит первичная обмотка понижающего трансформатора К вторичной обмотке трансформатора можно подключить динамическую головку или акустическую систему.

В обоих транзисторных каскадах присутствует местная отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току, так и общей цепью ООС.

В случае увеличения напряжения на затворе полевого транзистора сопротивление сток исток его канала уменьшается и напряжение на его стоке уменьшается. Это влияет и на уровень сигнала поступающий на биполярный транзистор, что снижает напряжения затвор-исток.

Совместно с цепями местной отрицательной обратной связи, таким образом, стабилизируются режимы работы обоих транзисторов даже в случае незначительного изменения питающего напряжения. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R10 и R7. Стабилитрон VD1 предназначен для предотвращения выхода полевого транзистора из строя. Питание усилительного каскада на VT1 производится через RC фильтр R12C4. Конденсатор C5 блокировочный по цепи питания.

Усилитель может быть собран на печатной плате размерами 80×50 мм,на ней расположены все элементы кроме понижающего трансформатора и динамической головки

Наладку схемы усилителя осуществляют при том напряжении питания, при котором он будет работать. Для тонкой настройки рекомендуется использовать осциллограф, щуп которого подключают к выводу стока полевого транзистора. Подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 100 … 4000 Гц, с помощью регулировки подстроечного резистора R5 добиваются того, чтобы отсутствовали заметные искажения синусоиды при как можно большем размахе амплитуды сигнала на выводе стока транзистора.

Выходная мощность усилителя на полевом транзисторе небольшая, всего 0,25Вт, напряжение питания от 42В до 60В. Сопротивление динамической головки 4 Ома.

Аудио сигнал через переменное сопротивление R1, затем R3 и разделительную емкость C1 поступает на усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Далее с этого транзистора усиленный сигнал через сопротивление R10 проходит на полевой транзистор.

Первичная обмотка трансформатора является нагрузкой для полевого транзистора, а к вторичной обмотки подключен четырех омная динамическая головка. Соотношением сопротивлений R10 и R7 задаем степень усиления по напряжению. С целью защиты униполярного транзистора в схему добавлен стабилитрон VD1.

Все номиналы деталей имеются на схеме. Трансформатор можно использовать типа ТВК110ЛМ или ТВК110Л2, от блока кадровой развертки старого телевизора или аналогичный.

УМЗЧ по схеме Агеева

Наткнулся на эту схему в старом выпуске журнала радио, впечатления от нее остались самыми приятными,во первых схема настолько проста, что ее сможет собрать и начинающий радиолюбитель,во вторых при условии рабочих компонентов и правильной сборки наладки она не требует.

Если вас заинтересовала эта схема, то остальные подробности по ее сборке вы сможете найти в журнале радио №8 за 1982 год.

Высококачественные транзисторные УНЧ

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах - музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин - практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» - ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно - чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД - свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД - менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток - полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений - не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше - до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется - характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, - обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление - несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков - 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток - существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная - в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий - порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности - они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная - с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм - наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h21 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h21 - 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения - это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле - сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h21. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое - обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, - с общим эмиттером. Одна особенность - необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина - повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог - например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора - он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку - наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем - должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука - выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.