Filtres à ultrasons à transistors simples. Amplificateur à transistors : types, circuits, simples et complexes. Amplificateur à tube à vide

Des amplificateurs basse fréquence (ULF) sont utilisés pour convertir signaux faibles principalement de la gamme audio en signaux plus puissants acceptables pour la perception directe par le biais d'émetteurs électrodynamiques ou d'autres sons.

Notez que les amplificateurs haute fréquence jusqu'à des fréquences de 10 ... 100 MHz sont construits selon des schémas similaires, toute la différence se résume le plus souvent au fait que les valeurs de capacité des condensateurs de ces amplificateurs diminuent autant de fois que la fréquence du signal haute fréquence dépasse la fréquence du signal basse fréquence.

Amplificateur simple transistor simple

L'ULF le plus simple, réalisé selon le schéma avec un émetteur commun, est illustré à la Fig. 1. Une capsule téléphonique est utilisée comme charge. La tension d'alimentation admissible pour cet amplificateur est de 3 ... 12 V.

Il est souhaitable de déterminer expérimentalement la valeur de la résistance de polarisation R1 (des dizaines de kΩ) car sa valeur optimale dépend de la tension d'alimentation de l'amplificateur, de la résistance de la capsule téléphonique et du coefficient de transmission d'un transistor particulier.

Riz. 1. Schéma d'un ULF simple sur un transistor + condensateur et résistance.

Pour sélectionner la valeur initiale de la résistance R1, il convient de garder à l'esprit que sa valeur doit être environ cent fois ou plus supérieure à la résistance incluse dans le circuit de charge. Pour sélectionner une résistance de polarisation, il est recommandé d'activer séquentiellement une résistance constante avec une résistance de 20 ... 30 kOhm et une résistance variable avec une résistance de 100 ... 1000 kOhm, après quoi, en appliquant un audio de faible amplitude signal à l'entrée de l'amplificateur, par exemple à partir d'un magnétophone ou d'un lecteur, en tournant le bouton Resistance variable atteindre meilleure qualité signal à son volume le plus élevé.

La valeur de la capacité du condensateur de transition C1 (Fig. 1) peut être comprise entre 1 et 100 F : plus la valeur de cette capacité est élevée, plus l'ULF peut amplifier des fréquences basses. Maîtriser la technique de l'amplification basses fréquences il est recommandé d'expérimenter la sélection des valeurs nominales des éléments et des modes de fonctionnement des amplificateurs (Fig. 1 - 4).

Options d'amplificateur à transistor unique améliorées

Compliqué et amélioré par rapport au circuit de la fig. 1 les circuits amplificateurs sont illustrés à la Fig. 2 et 3. Dans le schéma de la fig. 2, l'étage d'amplification contient en outre une chaîne de contre-réaction dépendant de la fréquence (résistance R2 et condensateur C2), ce qui améliore la qualité du signal.

Riz. 2. Schéma d'un ULF à transistor unique avec un circuit de rétroaction négative dépendant de la fréquence.

Riz. 3. Un amplificateur à transistors avec un diviseur pour fournir une tension de polarisation à la base du transistor.

Riz. 4. Amplificateur à transistor unique avec réglage de polarisation automatique pour la base du transistor.

Dans le schéma de la fig. 3, la polarisation à la base du transistor est réglée de manière plus "rigide" à l'aide d'un diviseur, ce qui améliore la qualité de l'amplificateur lorsque ses conditions de fonctionnement changent. Le réglage "automatique" de la polarisation basé sur le transistor amplificateur est utilisé dans le circuit de la Fig. 4.

Amplificateur à transistors à deux étages

En connectant en série deux étages d'amplification les plus simples (Fig. 1), vous pouvez obtenir un ULF à deux étages (Fig. 5). Le gain d'un tel amplificateur est égal au produit des gains des différents étages. Cependant, il n'est pas facile d'obtenir un gain important et stable en augmentant ultérieurement le nombre d'étages : l'amplificateur est susceptible de s'auto-exciter.

Riz. 5. Schéma d'un simple amplificateur de basse à deux étages.

Les nouveaux développements des amplificateurs basse fréquence, dont les circuits sont souvent cités dans les pages de magazines ces dernières années, poursuivent l'objectif d'atteindre un minimum de distorsion harmonique, d'augmenter la puissance de sortie, d'étendre la bande de fréquence à amplifier, etc.

En même temps, lors de la mise en place divers appareils et mener des expériences nécessite souvent un simple ULF, qui peut être assemblé en quelques minutes. Un tel amplificateur doit contenir un nombre minimum d'éléments déficients et fonctionner sur une large plage de variations de tension d'alimentation et de résistance de charge.

Circuit ULF sur transistors à effet de champ et au silicium

Le schéma d'un simple amplificateur de puissance LF avec connexion directe entre les étages est illustré à la Fig. 6 [Rl 3 / 00-14]. L'impédance d'entrée de l'amplificateur est déterminée par la valeur du potentiomètre R1 et peut varier de centaines d'ohms à des dizaines de mégohms. La sortie de l'amplificateur peut être connectée à une charge avec une impédance de 2 ... 4 à 64 Ohm et plus.

Avec une charge à haute résistance, le transistor KT315 peut être utilisé comme VT2. L'amplificateur est opérationnel dans la plage de tensions d'alimentation de 3 à 15 V, bien que ses performances acceptables restent même lorsque la tension d'alimentation est réduite à 0,6 V.

La capacité du condensateur C1 peut être choisie dans la plage de 1 à 100 F. Dans ce dernier cas (C1 = 100 F), l'ULF peut fonctionner dans la gamme de fréquences de 50 Hz à 200 kHz et plus.

Riz. 6. Schéma d'un simple amplificateur de basse fréquence sur deux transistors.

L'amplitude du signal d'entrée ULF ne doit pas dépasser 0,5 ... 0,7 V. La puissance de sortie de l'amplificateur peut varier de dizaines de mW à des unités de W, en fonction de la résistance de charge et de l'amplitude de la tension d'alimentation.

Le réglage de l'amplificateur consiste en la sélection des résistances R2 et R3. Avec leur aide, la tension au drain du transistor VT1 est fixée à 50 ... 60% de la tension d'alimentation. Le transistor VT2 doit être installé sur une plaque dissipateur thermique (dissipateur thermique).

ULF suivi à couplage direct

En figue. 7 montre un schéma d'un autre ULF apparemment simple avec des connexions directes entre les étages. Ce type de couplage améliore la réponse en fréquence de l'amplificateur dans la gamme des basses fréquences et le circuit global est simplifié.

Riz. 7. Diagramme schématique ULF à trois étages avec connexion directe entre les étages.

Dans le même temps, le réglage de l'amplificateur est compliqué par le fait que chaque impédance d'amplificateur doit être sélectionnée individuellement. Environ le rapport des résistances R2 et R3, R3 et R4, R4 et R BF doit être compris entre (30 ... 50) et 1. La résistance R1 doit être de 0,1 ... 2 kOhm. Calcul de l'amplificateur illustré à la Fig. 7 peut être trouvé dans la littérature, par exemple [P 9 / 70-60].

Circuits ULF en cascade sur transistors bipolaires

En figue. 8 et 9 montrent des schémas de transistors bipolaires cascode ULF. De tels amplificateurs ont un gain Ku assez élevé. L'amplificateur de la fig. 8 a Ku = 5 dans la gamme de fréquences de 30 Hz à 120 kHz [MK 2 / 86-15]. ULF selon le schéma de la Fig. 9 avec un coefficient harmonique inférieur à 1% a un gain de 100 [RL 3 / 99-10].

Riz. 8. Cascade ULF sur deux transistors avec gain = 5.

Riz. 9. Cascade ULF sur deux transistors avec gain = 100.

ULF économique sur trois transistors

Pour les équipements électroniques portables paramètre important est l'efficacité de l'ULF. Le schéma d'un tel ULF est illustré à la Fig. 10 [RL 3 / 00-14]. Ici, une connexion en cascade d'un transistor à effet de champ VT1 et d'un transistor bipolaire VT3 est utilisée, et le transistor VT2 est rendu conducteur de telle sorte qu'il stabilise les points de fonctionnement VT1 et VT3.

Avec une augmentation de la tension d'entrée, ce transistor shunte la transition émetteur-base VT3 et réduit la valeur du courant traversant les transistors VT1 et VT3.

Riz. 10. Schéma d'un simple amplificateur de basse économique sur trois transistors.

Comme dans le circuit ci-dessus (voir Fig. 6), l'impédance d'entrée de cet ULF peut être réglée dans la plage de dizaines d'Ohms à des dizaines de MΩ. Une capsule téléphonique a été utilisée comme charge, par exemple, TK-67 ou TM-2V. La capsule téléphonique, qui est connectée au moyen d'une prise, peut simultanément servir d'interrupteur d'alimentation pour le circuit.

La tension d'alimentation de l'ULF est de 1,5 à 15 V, bien que l'appareil reste opérationnel même lorsque la tension d'alimentation tombe à 0,6 V. Dans la plage de tension d'alimentation de 2 ... 15 V, le courant consommé par l'amplificateur est décrit par l'expression:

1 (μA) = 52 + 13 * (Upit) * (Upit),

où Usup est la tension d'alimentation en Volts (V).

Si vous éteignez le transistor VT2, le courant consommé par l'appareil augmente d'un ordre de grandeur.

ULF à deux étages avec connexion directe entre les étages

Des exemples d'ULF avec des connexions directes et une sélection minimale du mode de fonctionnement sont les circuits illustrés à la Fig. 11 - 14. Ils ont un gain élevé et une bonne stabilité.

Riz. 11. ULF simple à deux étages pour un microphone (faible bruit, KU élevé).

Riz. 12. Amplificateur à deux étages de basse fréquence sur transistors KT315.

Riz. 13. Amplificateur basse fréquence à deux étages sur transistors KT315 - option 2.

L'amplificateur de microphone (Fig. 11) se caractérise par un faible niveau de bruit intrinsèque et un gain élevé [MK 5/83-XIV]. Un microphone de type électrodynamique est utilisé comme microphone VM1.

Une capsule téléphonique peut également servir de microphone. Stabilisation du point de fonctionnement (polarisation initiale basée sur le transistor d'entrée) des amplificateurs de la Fig. 11 - 13 est réalisée en raison de la chute de tension aux bornes de la résistance d'émetteur du deuxième étage d'amplification.

Riz. 14. ULF à deux étages avec un transistor à effet de champ.

L'amplificateur (Fig. 14), qui a une impédance d'entrée élevée (environ 1 MΩ), est constitué d'un transistor à effet de champ VT1 (suiveur de source) et d'un transistor bipolaire - VT2 (avec un commun).

Un amplificateur à transistors à effet de champ basse fréquence en cascade, ayant également une impédance d'entrée élevée, est illustré à la Fig. 15.

Riz. 15. circuit d'un simple ULF à deux étages sur deux transistors à effet de champ.

Circuits ULF pour travailler avec une charge de faible ohm

ULF typique conçu pour fonctionner sur une charge à faible impédance et ayant puissance de sortie des dizaines de mW et plus sont représentés sur la Fig. 16, 17.

Riz. 16. ULF simple pour un fonctionnement avec commutation de charge à faible impédance.

La tête électrodynamique VA1 peut être connectée à la sortie de l'amplificateur, comme illustré à la Fig. 16, ou dans la diagonale du pont (Fig. 17). Si la source d'alimentation est constituée de deux batteries connectées en série (accumulateurs), la sortie droite de la tête BA1 selon le schéma peut être connectée directement à leur point médian, sans condensateurs , С4.

Riz. 17. Circuit amplificateur basse fréquence avec inclusion d'une charge à faible impédance dans la diagonale du pont.

Si vous avez besoin d'un circuit d'un simple tube ULF, un tel amplificateur peut être assemblé même sur une seule lampe, consultez notre site Web sur l'électronique dans la section appropriée.

Littérature : Shustov M.A. Circuits pratiques (Livre 1), 2003.

Corrections dans la publication : En figue. 16 et 17, à la place de la diode D9, une chaîne de diodes est installée.

Les amplificateurs à transistors, malgré l'émergence d'amplificateurs à microcircuits plus modernes, n'ont pas perdu leur pertinence. Il n'est parfois pas si facile d'obtenir un microcircuit, mais les transistors peuvent être évaporés de presque n'importe quel appareil électronique, c'est pourquoi les radioamateurs passionnés accumulent parfois des montagnes de ces détails. Afin de leur trouver une application, je propose d'assembler un amplificateur de puissance à transistor sans prétention, dont le montage peut être maîtrisé même par un débutant.

Schème

Le circuit est composé de 6 transistors et peut développer une puissance allant jusqu'à 3 watts lorsqu'il est alimenté par une tension de 12 volts. Cette puissance est suffisante pour faire sonner une petite pièce ou un lieu de travail. Les transistors T5 et T6 sur le circuit forment un étage de sortie, à leur place, vous pouvez mettre les analogues domestiques répandus KT814 et KT815. Le condensateur C4, qui est connecté aux collecteurs des transistors de sortie, sépare la composante continue du signal de sortie, c'est pourquoi cet amplificateur peut être utilisé sans carte de protection de haut-parleur. Même si l'amplificateur tombe en panne pendant le fonctionnement et qu'une tension constante apparaît en sortie, elle ne dépassera pas ce condensateur et les haut-parleurs du système de haut-parleurs resteront intacts. Il est préférable d'utiliser un condensateur à film C1 en entrée, mais si ce n'est pas à portée de main, un en céramique convient également. L'analogue des diodes D1 et D2 dans ce circuit est 1N4007 ou KD522 domestique. Le haut-parleur peut être utilisé avec une résistance de 4 à 16 ohms, plus sa résistance est faible, plus le circuit développera de puissance.

(Téléchargements : 686)

Assemblage de l'amplificateur

Un circuit est assemblé sur un circuit imprimé de dimensions 50x40 mm, un dessin au format Sprint-Layout est joint à l'article. Le donné circuit imprimé lors de l'impression, vous devez refléter. Après avoir gravé et retiré le toner de la carte, des trous sont percés, il est préférable d'utiliser un foret de 0,8 à 1 mm et de 1,2 mm pour les trous des transistors de sortie et du bornier.

Après avoir percé les trous, il est conseillé d'étamer toutes les pistes, réduisant ainsi leur résistance et protégeant le cuivre de l'oxydation. Ensuite, de petites pièces sont soudées - des résistances, des diodes, après quoi les transistors de sortie, le bornier, les condensateurs. D'après le schéma, les collecteurs des transistors de sortie doivent être connectés ; sur cette carte, cette connexion se fait en fermant les "arrières" des transistors avec un fil ou un radiateur, si utilisé. Le radiateur doit être installé si le circuit est chargé sur un haut-parleur avec une résistance de 4 Ohm, ou si un signal est appliqué à l'entrée volume élevé... Dans d'autres cas, les transistors de sortie ne chauffent presque pas et ne nécessitent pas refroidissement supplémentaire.

Après assemblage, il est impératif de laver les restes de flux des pistes, de vérifier la carte pour les erreurs d'assemblage ou les courts-circuits entre les pistes adjacentes.

Configuration et test de l'amplificateur

Une fois l'assemblage terminé, vous pouvez alimenter la carte de l'amplificateur. Un ampèremètre doit être inclus dans la coupure d'un des fils d'alimentation pour contrôler la consommation de courant. Nous alimentons et regardons les lectures de l'ampèremètre, sans appliquer de signal à l'entrée, l'amplificateur devrait consommer environ 15-20 mA. Le courant de repos est fixé par la résistance R6 ; pour l'augmenter, il faut réduire la résistance de cette résistance. Le courant de repos ne doit pas être trop élevé, car la génération de chaleur sur les transistors de sortie augmentera. Si le courant de repos est normal, vous pouvez envoyer un signal à l'entrée, par exemple de la musique à partir d'un ordinateur, d'un téléphone ou d'un lecteur, connecter un haut-parleur à la sortie et commencer à écouter. Bien que l'amplificateur soit simple à mettre en œuvre, il offre une qualité sonore très acceptable. Pour jouer simultanément deux canaux, gauche et droit, le circuit doit être monté deux fois. Veuillez noter que si la source du signal est éloignée de la carte, elle doit être connectée avec un fil blindé, sinon les interférences et les interférences ne peuvent pas être évitées. Ainsi, cet amplificateur s'est avéré être complètement universel en raison de sa faible consommation de courant et format compact planches. Il peut être utilisé à la fois dans le cadre de haut-parleurs d'ordinateur, et lors de la création d'un petit centre de musique fixe. Bonne construction. Bonjour cher habrauser, je veux vous parler des bases de la construction d'amplificateurs fréquence audio... Je pense que cet article vous intéressera si vous n'avez jamais traité d'électronique radio, et bien sûr il sera amusant pour ceux qui ne se séparent pas d'un fer à souder. Et c'est pourquoi je vais essayer de parler de ce sujet aussi simplement que possible et en omettant malheureusement certaines nuances.

Un amplificateur audiofréquence ou un amplificateur basse fréquence, afin de comprendre comment cela fonctionne toujours et pourquoi il y a tant de transistors, résistances et condensateurs différents, vous devez comprendre comment fonctionne chaque élément et essayer de découvrir comment ces éléments fonctionnent. Afin d'assembler un amplificateur primitif, nous avons besoin de trois types éléments électroniques: résistances, condensateurs et bien sûr transistors.

Résistance

Ainsi, nos résistances sont caractérisées par une résistance au courant électrique et cette résistance se mesure en Ohms. Chaque métal ou alliage métallique électriquement conducteur a sa propre résistance spécifique. Si on prend un fil d'une certaine longueur avec une résistivité élevée, alors on obtient une vraie résistance bobinée. Pour que la résistance soit compacte, le fil peut être enroulé autour du cadre. Ainsi, nous obtenons une résistance bobinée, mais elle présente un certain nombre d'inconvénients, de sorte que les résistances sont généralement constituées de matériau cermet. C'est ainsi que les résistances schémas électriques:

La version supérieure de la désignation est adoptée aux États-Unis, la version inférieure en Russie et en Europe.

Condensateur

Un condensateur est constitué de deux plaques métalliques séparées par un diélectrique. Si nous appliquons une tension constante à ces plaques, un champ électrique apparaîtra qui, après avoir coupé l'alimentation, maintiendra respectivement des charges positives et négatives sur les plaques.

La base de la conception du condensateur est constituée de deux plaques conductrices, entre lesquelles se trouve un diélectrique

Ainsi, le condensateur est capable d'accumuler charge électrique... Cette capacité à accumuler une charge électrique est appelée capacité électrique, qui est le paramètre principal d'un condensateur. Capacité électrique mesuré en Farads. Ce qui est aussi caractéristique, c'est que lorsqu'on charge ou décharge un condensateur, il passe par électricité... Mais dès que le condensateur est chargé, il cesse de faire passer le courant électrique, et c'est parce que le condensateur a pris la charge de la source d'alimentation, c'est-à-dire que le potentiel du condensateur et de la source d'alimentation est le même, et s'il y a pas de différence de potentiel (tension), il n'y a pas de courant électrique. Ainsi, un condensateur chargé ne laisse pas passer un courant électrique constant, mais courant alternatif, car lorsque vous le connectez à un courant électrique alternatif, il se chargera et se déchargera constamment. Sur les schémas électriques, il est désigné comme suit :

Transistor

Dans notre amplificateur, nous utiliserons les transistors bipolaires les plus simples. Le transistor est constitué d'un matériau semi-conducteur. La propriété dont nous avons besoin pour ce matériau est la présence en eux de porteurs libres de charges positives et négatives. Selon les charges les plus élevées, les semi-conducteurs se distinguent en deux types par conductivité : m-type et p-type (n-négatif, p-positif). Les charges négatives sont des électrons libérés par les enveloppes externes des atomes dans le réseau cristallin, et les charges positives sont les soi-disant trous. Les trous sont des lacunes qui restent dans les couches d'électrons après que les électrons les ont quittés. Désignons conventionnellement les atomes avec un électron dans l'orbite externe par un cercle bleu avec un signe moins, et les atomes avec une place vacante - par un cercle vide :

Chaque transistor bipolaire est constitué de trois zones de tels semi-conducteurs, ces zones sont appelées base, émetteur et collecteur.

Prenons un exemple du fonctionnement d'un transistor. Pour ce faire, connectez deux batteries pour 1,5 et 5 volts au transistor, avec un plus à l'émetteur et un moins à la base et au collecteur, respectivement (voir la figure):

Un champ électromagnétique apparaîtra au contact entre la base et l'émetteur, qui arrache littéralement les électrons de l'orbite externe des atomes de la base et les transfère à l'émetteur. Les électrons libres laissent des trous derrière eux et occupent déjà des places vacantes dans l'émetteur. Le même champ électromagnétique a le même effet sur les atomes du collecteur, et comme la base du transistor est assez mince par rapport à l'émetteur et au collecteur, les électrons du collecteur la traversent assez facilement dans l'émetteur, et dans beaucoup Suite que de la base.

Si nous coupons la tension de la base, il n'y aura pas de champ électromagnétique, la base agira comme un diélectrique et le transistor sera fermé. De cette façon, lorsqu'une tension suffisamment basse est appliquée à la base, nous pouvons contrôler une tension plus élevée appliquée à l'émetteur et au collecteur.

Le transistor que nous avons considéré pnp-type, puisqu'il en a deux p-zones et une m-zone. Il y a aussi npn- transistors, le principe de fonctionnement y est le même, mais le courant électrique y circule dans le sens opposé à celui du transistor que nous avons considéré. C'est ainsi que sont indiqués les transistors bipolaires sur les circuits électriques, la flèche indique le sens du courant :

ULF

Eh bien, essayons de concevoir un amplificateur basse fréquence à partir de tout cela. Premièrement, nous avons besoin d'un signal que nous allons amplifier, il peut être carte son ordinateur ou tout autre périphérique audio avec sortie de ligne. Disons que notre signal a une amplitude maximale d'environ 0,5 volts à un courant de 0,2 A, quelque chose comme ceci :

Et pour que le haut-parleur 4 ohms 10 watts le plus simple fonctionne, nous devons augmenter l'amplitude du signal à 6 volts, avec un courant je = U / R= 6/4 = 1,5 A.

Essayons donc de connecter notre signal à un transistor. Rappelez-vous notre circuit avec un transistor et deux batteries, maintenant au lieu d'une batterie de 1,5 volts nous avons un signal sortie de ligne... La résistance R1 agit comme une charge de sorte qu'il n'y a pas de court-circuit et notre transistor n'a pas grillé.

Mais ici deux problèmes se posent à la fois, d'une part, notre transistor npn-type, et s'ouvre uniquement lorsque la demi-onde est positive, et se ferme lorsqu'elle est négative.

Deuxièmement, un transistor, comme tout dispositif semi-conducteur Il a caractéristiques non linéaires par rapport à la tension et au courant, et plus les valeurs de courant et de tension sont faibles, plus ces distorsions sont fortes :

Non seulement il ne reste qu'une demi-onde de notre signal, mais il sera également déformé :

C'est ce qu'on appelle la distorsion de croisement.

Pour éliminer ces problèmes, nous devons déplacer notre signal vers la zone de travail du transistor, où toute la sinusoïde du signal s'adaptera et la distorsion non linéaire sera négligeable. Pour ce faire, une tension de polarisation est appliquée à la base, disons 1 volt, à l'aide d'un diviseur de tension composé de deux résistances R2 et R3.

Et notre signal entrant dans le transistor ressemblera à ceci :

Nous devons maintenant extraire notre signal utile du collecteur du transistor. Pour cela, installez le condensateur C1 :

Comme nous nous en souvenons, le condensateur laisse passer le courant alternatif et n'autorise pas le courant continu. Il nous servira donc de filtre, ne transmettant que notre signal utile - notre sinusoïde. Et la composante constante qui n'a pas traversé le condensateur sera dissipée sur la résistance R1. Le courant alternatif, notre signal utile, aura tendance à traverser le condensateur, puisque la résistance du condensateur pour lui est négligeable par rapport à la résistance R1.

Ainsi, le premier étage à transistors de notre amplificateur s'est avéré. Mais il y a encore deux petites nuances :

Nous ne savons pas à 100% quel signal entre dans l'amplificateur, tout d'un coup la source du signal est défectueuse, tout peut arriver, encore une fois, de l'électricité statique ou une tension constante passe avec le signal utile. Cela peut empêcher le transistor de fonctionner correctement ou même provoquer son claquage. Pour ce faire, on va installer un condensateur C2, celui-ci, comme le condensateur C1, bloquera un courant électrique continu, et aussi la capacité limitée du condensateur ne laissera pas passer des pics de grande amplitude, ce qui peut endommager le transistor. Ces surtensions se produisent généralement lorsque l'appareil est allumé ou éteint.

Et la deuxième nuance, toute source de signal nécessite une certaine charge spécifique (résistance). Par conséquent, l'impédance d'entrée de l'étage est importante pour nous. Pour régler la résistance d'entrée, ajoutez une résistance R4 au circuit émetteur :

Nous connaissons maintenant le rôle de chaque résistance et condensateur dans l'étage transistor. Essayons maintenant de calculer les dénominations d'éléments que vous devez utiliser pour cela.

Donnée initiale:

U= 12 V - tension d'alimentation ;
U bébé~ 1 V - Tension émetteur-base du point de fonctionnement du transistor ;

On choisit un transistor, il nous convient npn-transistor 2N2712

Pmax= 200 mW - puissance dissipée maximale ;
je max= 100 mA - maximum D.C. collectionneur;
U max= 18 V - la tension collecteur-base / collecteur-émetteur maximale admissible (Nous avons une tension d'alimentation de 12 V, il y en a donc assez avec une marge);
U eb= 5 V - la tension émetteur-base maximale autorisée (notre tension est de 1 volt ± 0,5 volt);
h21= 75-225 - facteur d'amplification du courant de base, la valeur minimale est prise - 75;

On calcule la puissance statique maximale du transistor, elle est prise 20% de moins que la puissance dissipée maximale, pour que notre transistor ne fonctionne pas à la limite de ses capacités :
Article max. = 0,8*Pmax= 0,8 * 200 mW = 160 mW ;
Déterminez le courant de collecteur en mode statique (sans signal), malgré le fait qu'aucune tension n'est appliquée à la base à travers le transistor, un courant électrique circule toujours dans une faible mesure.
je k0 =Article max. / U ke, où U ke- tension de la jonction collecteur-émetteur. La moitié de la tension d'alimentation est dissipée sur le transistor, la seconde moitié sera dissipée sur des résistances :
U ke = U / 2;
je k0 = Article max. / (U/ 2) = 160 mW / (12 V / 2) = 26,7 mA ;
Calculons maintenant la résistance de charge, au départ nous avions une résistance R1, qui jouait ce rôle, mais puisque nous avons ajouté une résistance R4 pour augmenter la résistance d'entrée de l'étage, maintenant la résistance de charge sera la somme de R1 et R4 :
R n = R1 + R4, où R n- résistance de charge totale ;
Le rapport entre R1 et R4 est généralement pris de 1 à 10 :
R1 =R4*10;
Calculons la résistance de charge :
R1 + R4 = (U / 2) / je k0= (12V / 2) / 26,7 mA = (12V / 2) / 0,0267 A = 224,7 Ohm ;
Les résistances les plus proches sont de 200 et 27 ohms. R1= 200 Ohms, et R4= 27 ohms.
On retrouve maintenant la tension au collecteur du transistor sans signal :
U k0 = (U ke0 + je k0 * R4) = (U - je k0 * R1) = (12V -0,0267 A * 200 Ohm) = 6,7 V;
Courant de base de contrôle de transistor :
je b = je à / h21, où je à- courant collecteur ;
je à = (U / R n);
je b = (U / R n) / h21= (12V / (200 Ohm + 27 Ohm)) / 75 = 0,0007 A = 0,07 mA ;
Le courant de base total est déterminé par la tension de polarisation à la base, qui est définie par le diviseur R2 et R3... Le courant réglé par le diviseur doit être 5 à 10 fois supérieur au courant de commande de base ( je b) de sorte que le courant de commande de base réel n'affecte pas la tension de polarisation. Ainsi, pour la valeur du courant du diviseur ( je cas) on prend 0,7 mA et on calcule R2 et R3:
R2 + R3 = U / je cas= 12V / 0,007 = 1714,3 Ohm
Calculons maintenant la tension à l'émetteur au repos du transistor ( Euh):
Euh = je k0 * R4= 0,0267 A * 27 Ohm = 0,72 V
Oui, je k0 le courant de repos du collecteur, mais le même courant traverse l'émetteur, de sorte que je k0 considérer le courant de repos de l'ensemble du transistor.
On calcule la tension totale à la base ( U b) en tenant compte de la tension de polarisation ( Ucm= 1B) :
U b = Euh + Ucm= 0,72 + 1 = 1,72 V
Maintenant, en utilisant la formule du diviseur de tension, nous trouvons les valeurs des résistances R2 et R3:
R3 = (R2 + R3) * U b / U= 1714,3 Ohm * 1,72 V / 12 V = 245,7 Ohm ;
La résistance nominale la plus proche est de 250 Ohm ;
R2 = (R2 + R3) - R3= 1714,3 Ohm - 250 Ohm = 1464,3 Ohm ;
On sélectionne la valeur de la résistance dans le sens décroissant, la plus proche R2= 1,3 kΩ.
Condensateurs C1 et C2 généralement réglé à au moins 5 F. La capacité est choisie pour que le condensateur n'ait pas le temps de se recharger.

Conclusion

A la sortie de l'étage, on obtient proportionnellement signal amplifié et par le courant et la tension, c'est-à-dire par la puissance. Mais un étage ne suffit pas pour le gain demandé, il faut donc rajouter le suivant et le suivant... Et ainsi de suite.

Le calcul envisagé est plutôt superficiel et un tel schéma d'amplification n'est certainement pas utilisé dans la structure des amplificateurs, il ne faut pas oublier la gamme de fréquences de passage, les distorsions et bien plus encore.

L'amplificateur à transistor le plus simple peut être bonne allocationétudier les propriétés des appareils. Les schémas et les conceptions sont assez simples, vous pouvez fabriquer indépendamment l'appareil et vérifier son fonctionnement, mesurer tous les paramètres. Grâce aux transistors à effet de champ modernes, vous pouvez littéralement créer un amplificateur de microphone miniature à partir de seulement trois éléments. Et connectez-le à un ordinateur personnel pour améliorer les paramètres d'enregistrement sonore. Et les interlocuteurs lors des conversations entendront votre discours beaucoup mieux et plus clairement.

Caractéristiques de fréquence

Les amplificateurs de basse fréquence (audio) sont disponibles dans presque tous les appareils électroménagers - centres de musique, téléviseurs, radios, magnétophones radio et même dans Ordinateur personnel... Mais il existe aussi des amplificateurs RF sur transistors, lampes et microcircuits. Leur différence est que l'ULF vous permet d'amplifier le signal uniquement de la fréquence audio, qui est perçue par l'oreille humaine. Les amplificateurs audio à transistors peuvent reproduire des signaux avec des fréquences allant de 20 Hz à 20 000 Hz.

Par conséquent, même le dispositif le plus simple est capable d'amplifier un signal dans cette plage. Et il le fait aussi uniformément que possible. Le gain dépend directement de la fréquence du signal d'entrée. Le graphique de la dépendance de ces valeurs est presque une ligne droite. Si un signal avec une fréquence en dehors de la plage est appliqué à l'entrée de l'amplificateur, la qualité de fonctionnement et l'efficacité de l'appareil diminueront rapidement. Les cascades ULF sont généralement montées sur des transistors fonctionnant dans les gammes de fréquences basses et moyennes.

Classes de fonctionnement des amplificateurs audio

Tous les dispositifs d'amplification sont divisés en plusieurs classes, en fonction du degré de courant traversant la cascade pendant la période de fonctionnement :

Classe "A" - le courant circule sans interruption pendant toute la période de fonctionnement de l'étage amplificateur.
En classe de fonctionnement « B », le courant circule pendant la moitié de la période.
La classe "AB" indique que le courant traverse l'étage d'amplification pendant un temps égal à 50-100 % de la période.
En mode "C", le courant électrique circule moins de la moitié du temps de fonctionnement.
Le mode "D" ULF est utilisé dans la pratique radioamateur assez récemment - un peu plus de 50 ans. Dans la plupart des cas, ces appareils sont mis en œuvre sur la base d'éléments numériques et ont un rendement très élevé - supérieur à 90%.

Distorsion dans diverses classes d'amplificateurs basse fréquence

La zone de travail d'un amplificateur à transistors de classe "A" se caractérise par des distorsions non linéaires assez faibles. Si le signal d'entrée émet des impulsions avec plus de haute tension, cela provoque la saturation des transistors. Dans le signal de sortie, près de chaque harmonique, des plus hautes commencent à apparaître (jusqu'à 10 ou 11). Cela produit un son métallique que l'on ne trouve que dans les amplificateurs à transistors.

Si l'alimentation est instable, le signal de sortie sera simulé en amplitude proche de la fréquence du secteur. Le son deviendra sur le côté gauche fréquence de réponse plus rigide. Mais plus la stabilisation de la puissance de l'amplificateur est bonne, plus la conception de l'ensemble de l'appareil devient complexe. Les ULF fonctionnant en classe "A" ont un rendement relativement faible - moins de 20 %. La raison en est que le transistor est constamment allumé et que le courant le traverse constamment.

Pour augmenter (quoique insignifiante) l'efficacité, vous pouvez utiliser des circuits push-pull. Un inconvénient est que les alternances au niveau du signal de sortie deviennent déséquilibrées. Si nous passons de la classe "A" à "AB", les distorsions non linéaires augmenteront de 3 à 4 fois. Mais l'efficacité de l'ensemble du circuit de l'appareil augmentera encore. Les classes ULF "AB" et "B" caractérisent l'augmentation de la distorsion avec une diminution du niveau du signal à l'entrée. Mais même si vous augmentez le volume, cela ne supprimera pas complètement les défauts.

Travailler dans les classes intermédiaires

Chaque classe a plusieurs variétés. Par exemple, il existe une classe d'amplificateurs "A+". Dans celui-ci, les transistors à l'entrée (basse tension) fonctionnent en mode "A". Mais ceux à haute tension installés dans les étages de sortie fonctionnent soit en "B" soit en "AB". De tels amplificateurs sont beaucoup plus économiques que ceux fonctionnant en classe "A". Un nombre sensiblement plus petit de distorsions non linéaires - pas plus de 0,003%. De meilleurs résultats peuvent être obtenus en utilisant des transistors bipolaires. Le principe de fonctionnement des amplificateurs basés sur ces éléments sera discuté ci-dessous.

Mais il y a encore un grand nombre de harmoniques plus élevées dans le signal de sortie, ce qui rend la caractéristique sonore métallique. Il existe également des circuits amplificateurs fonctionnant dans la classe "AA". Ils ont encore moins de distorsion harmonique - jusqu'à 0,0005 %. Mais le principal inconvénient des amplificateurs à transistors est toujours là - un son métallique caractéristique.

Conceptions "alternatives"

Cela ne veut pas dire qu'ils sont alternatifs, seuls certains spécialistes engagés dans la conception et l'assemblage d'amplificateurs pour une reproduction sonore de haute qualité préfèrent de plus en plus les conceptions à tubes. Les avantages des amplificateurs à tubes sont :

Valeur très faible du niveau de distorsion non linéaire dans le signal de sortie.
Il y a moins d'harmoniques plus élevées que dans les conceptions à transistors.

Mais il y a un énorme inconvénient qui l'emporte sur tous les avantages - il est impératif d'installer l'appareil pour l'appariement. Le fait est que l'étage du tube a une résistance très élevée - plusieurs milliers d'ohms. Mais la résistance de l'enroulement du haut-parleur est de 8 ou 4 ohms. Pour les faire correspondre, vous devez installer un transformateur.

Bien sûr, ce n'est pas un très gros inconvénient - il existe également des dispositifs à transistors qui utilisent des transformateurs pour faire correspondre l'étage de sortie et le système de haut-parleurs. Certains experts soutiennent que le plus régime efficace s'avère être un hybride - dans lequel des amplificateurs asymétriques sont utilisés qui ne sont pas couverts par le négatif retour d'information... De plus, toutes ces cascades fonctionnent en mode ULF classe "A". En d'autres termes, un amplificateur de puissance à transistor est utilisé comme suiveur.

De plus, l'efficacité de ces appareils est assez élevée - environ 50%. Mais vous ne devez pas vous concentrer uniquement sur les indicateurs d'efficacité et de puissance - ils ne parlent pas de haute qualité reproduction sonore par l'amplificateur. La linéarité et la qualité sont beaucoup plus importantes. Par conséquent, vous devez d'abord faire attention à eux et non au pouvoir.

Circuit ULF asymétrique sur un transistor

L'amplificateur à émetteur commun le plus simple fonctionne en classe "A". Le circuit utilise un élément semi-conducteur avec une structure n-p-n. La résistance R3 est installée dans le circuit collecteur, ce qui limite le courant circulant. Le circuit collecteur est connecté au fil d'alimentation positif et le circuit émetteur est connecté au négatif. Dans le cas de l'utilisation de transistors à semi-conducteurs avec une structure p-n-p, le circuit sera exactement le même, il vous suffit de changer la polarité.

Au moyen du condensateur de blocage C1, il est possible de séparer le signal d'entrée alternatif de la source continue. Dans ce cas, le condensateur n'est pas un obstacle à la circulation du courant alternatif le long du trajet base-émetteur. La résistance interne de la jonction émetteur-base, avec les résistances R1 et R2, est le diviseur le plus simple de la tension d'alimentation. Typiquement, R2 a une résistance de 1-1,5 kΩ - les valeurs les plus typiques pour de tels circuits. Dans ce cas, la tension d'alimentation est divisée exactement en deux. Et si vous alimentez le circuit avec une tension de 20 Volts, vous pouvez voir que la valeur du gain de courant h21 sera de 150. Il est à noter que les amplificateurs à transistors HF sont réalisés selon des circuits similaires, seulement ils fonctionnent un peu différemment .

Dans ce cas, la tension de l'émetteur est de 9 V et la chute de la section du circuit "EB" est de 0,7 V (ce qui est typique des transistors sur cristaux de silicium). Si l'on considère l'amplificateur sur transistors au germanium, alors dans ce cas la chute de tension dans la section "E-B" sera égale à 0,3 V. Le courant dans le circuit collecteur sera égal à celui qui circule dans l'émetteur. Elle peut être calculée en divisant la tension de l'émetteur par la résistance R2 - 9V / 1 kΩ = 9 mA. Pour calculer le courant de base, il faut diviser 9 mA par le gain h21 - 9 mA / 150 = 60 A. Dans les conceptions ULF, des transistors bipolaires sont généralement utilisés. Le principe de son travail diffère de celui du terrain.

Sur la résistance R1, vous pouvez maintenant calculer la valeur de chute - c'est la différence entre les tensions de base et d'alimentation. Dans ce cas, la tension de base peut être trouvée par la formule - la somme des caractéristiques de l'émetteur et de la transition "E-B". Lorsqu'il est alimenté par une source de 20 volts : 20 - 9,7 = 10,3. À partir de là, vous pouvez calculer la valeur de résistance R1 = 10,3 V / 60 A = 172 kΩ. Le circuit contient une capacité C2, qui est nécessaire pour réaliser un circuit dans lequel peut passer la composante alternative du courant d'émetteur.

Si vous n'installez pas le condensateur C2, la composante variable sera très limitée. De ce fait, un tel amplificateur sonore transistorisé aura un gain de courant h21 très faible. Il faut faire attention au fait que dans les calculs ci-dessus, les courants de base et de collecteur ont été supposés égaux. De plus, le courant de base a été pris comme celui qui circule dans le circuit depuis l'émetteur. Il ne se produit que si une tension de polarisation est appliquée à la borne de base du transistor.

Mais il faut garder à l'esprit que le courant de fuite du collecteur circule absolument toujours dans le circuit de base, indépendamment de la présence d'un décalage. Dans les circuits avec un émetteur commun, le courant de fuite est amplifié d'au moins 150 fois. Mais généralement, cette valeur n'est prise en compte que lors du calcul des amplificateurs sur des transistors au germanium. Dans le cas de l'utilisation de silicium, dans lequel le courant du circuit "K-B" est très faible, cette valeur est simplement négligée.

Amplificateurs à transistors MIS

L'amplificateur à transistor à effet de champ illustré dans le schéma a de nombreux analogues. Y compris en utilisant des transistors bipolaires. Par conséquent, nous pouvons considérer comme un exemple similaire la conception de l'amplificateur de son, assemblé selon le schéma avec un émetteur commun. La photo montre un circuit réalisé selon un circuit source commun. Des liaisons R-C sont assemblées sur les circuits d'entrée et de sortie afin que l'appareil fonctionne en mode amplificateur de classe "A".

Le courant alternatif de la source de signal est séparé de l'alimentation en tension continue par le condensateur C1. Il est impératif que l'amplificateur à transistors à effet de champ ait un potentiel de grille qui sera inférieur à celui de la source. Dans le schéma illustré, la porte est connectée au fil commun à travers une résistance R1. Sa résistance est très grande - généralement, des résistances de 100 à 1000 kOhm sont utilisées dans les conceptions. Une résistance aussi importante est choisie pour que le signal à l'entrée ne soit pas shunté.

Cette résistance ne laisse quasiment pas passer le courant électrique, de sorte que le potentiel de la grille (en l'absence de signal à l'entrée) est le même que celui de la masse. A la source, le potentiel s'avère plus élevé qu'à la terre, uniquement à cause de la chute de tension aux bornes de la résistance R2. Il est donc clair que le potentiel de la grille est inférieur à celui de la source. A savoir, c'est ce qui est requis pour le fonctionnement normal du transistor. Il convient de noter que C2 et R3 dans ce circuit amplificateur ont le même objectif que dans la conception discutée ci-dessus. Et le signal d'entrée est décalé de 180 degrés par rapport à la sortie.

ULF avec transformateur en sortie

Vous pouvez fabriquer un tel amplificateur de vos propres mains pour Utilisation à la maison... Elle est réalisée selon le schéma opérant en classe « A ». La conception est la même que celles décrites ci-dessus - avec un émetteur commun. Une caractéristique est qu'il est nécessaire d'utiliser un transformateur pour l'appariement. C'est un inconvénient d'un tel amplificateur de son à transistor.

Le circuit collecteur du transistor est chargé enroulement primaire, qui développe le signal de sortie envoyé par le secondaire aux haut-parleurs. Un diviseur de tension est monté sur les résistances R1 et R3, ce qui permet de sélectionner le point de fonctionnement du transistor. Cette chaîne fournit une tension de polarisation à la base. Tous les autres composants ont le même but que dans les circuits discutés ci-dessus.

Amplificateur audio push-pull

Cela ne veut pas dire qu'il s'agit d'un simple amplificateur à transistor, puisque son fonctionnement est un peu plus compliqué que celui de l'ancien considéré. Dans les ULF push-pull, le signal d'entrée est divisé en deux demi-ondes, différentes en phase. Et chacune de ces alternances est amplifiée par son propre étage, réalisé sur un transistor. Après l'amplification de chaque demi-onde, les deux signaux sont connectés et envoyés aux haut-parleurs. De telles transformations complexes peuvent provoquer une distorsion du signal, car les propriétés dynamiques et fréquentielles de deux transistors, même du même type, seront différentes.

En conséquence, la qualité sonore à la sortie de l'amplificateur est considérablement réduite. Lors de l'exploitation d'un amplificateur push-pull en classe "A", il n'est pas possible de reproduire un signal complexe de haute qualité. La raison en est que le courant accru circule constamment le long des bras de l'amplificateur, les demi-ondes sont asymétriques et des distorsions de phase se produisent. Le son devient moins intelligible, et lorsqu'il est chauffé, les distorsions du signal augmentent encore plus, en particulier aux fréquences basses et ultra-basses.

ULF sans transformateur

Amplificateur BF sur transistor, réalisé à l'aide d'un transformateur, malgré le fait que la conception puisse avoir de petites dimensions, est encore imparfait. Les transformateurs sont encore lourds et encombrants, il est donc préférable de s'en débarrasser. Un circuit basé sur des éléments semi-conducteurs complémentaires avec différents types conductivité. La majeure partie de l'ULF moderne est réalisée selon de tels schémas et travaille dans la classe "B".

Deux transistor puissant utilisé dans les travaux de conception selon le circuit émetteur suiveur (collecteur commun). Dans ce cas, la tension d'entrée est transférée à la sortie sans perte ni amplification. S'il n'y a pas de signal à l'entrée, les transistors sont sur le point de s'allumer, mais sont toujours éteints. Lorsqu'un signal harmonique est appliqué à l'entrée, l'alternance positive du premier transistor s'ouvre et le second est en mode de coupure à ce moment.

Par conséquent, seules les alternances positives sont capables de traverser la charge. Mais les négatifs ouvrent le deuxième transistor et éteignent complètement le premier. Dans ce cas, seules des alternances négatives sont présentes dans la charge. En conséquence, le signal amplifié en puissance est à la sortie de l'appareil. Un tel circuit amplificateur à transistor est assez efficace et capable de fournir travail stable, reproduction de haute qualité sonner.

Circuit ULF sur un transistor

Après avoir étudié toutes les caractéristiques ci-dessus, vous pouvez assembler un amplificateur de vos propres mains sur une base d'élément simple. Le transistor peut être utilisé par le KT315 national ou l'un de ses homologues étrangers - par exemple, VS107. En tant que charge, vous devez utiliser un casque avec une impédance de 2000 à 3000 ohms. Une tension de polarisation doit être appliquée à la base du transistor à travers une résistance de 1 MΩ et un condensateur de découplage de 10 F. Le circuit peut être alimenté par une source avec une tension de 4,5 à 9 volts, un courant de 0,3 à 0,5 A.

Si la résistance R1 n'est pas connectée, alors il n'y aura pas de courant dans la base et le collecteur. Mais lorsqu'elle est connectée, la tension atteint un niveau de 0,7 V et laisse passer un courant d'environ 4 µA. Dans ce cas, le gain de courant sera d'environ 250. À partir de là, vous pouvez effectuer un calcul simple de l'amplificateur sur des transistors et connaître le courant du collecteur - il s'avère être égal à 1 mA. Après avoir assemblé ce circuit amplificateur à transistor, vous pouvez le vérifier. Connectez la charge à la sortie - casque.

Touchez l'entrée de l'amplificateur avec votre doigt - un bruit caractéristique devrait apparaître. Si ce n'est pas le cas, alors, très probablement, la structure est mal assemblée. Revérifiez toutes les connexions et les caractéristiques nominales des éléments. Pour rendre la démonstration plus claire, connectez une source sonore à l'entrée ULF - sortie d'un lecteur ou d'un téléphone. Écoutez de la musique et profitez de la qualité sonore.

L'amplificateur à transistors, malgré sa déjà longue histoire, reste un sujet de recherche de prédilection pour les débutants comme pour les vénérables radioamateurs. Et cela est compréhensible. Il est indispensable partie de les amplificateurs de fréquence (sonore) les plus populaires et les plus bas. Nous verrons comment sont construits les amplificateurs à transistors les plus simples.

Réponse en fréquence de l'amplificateur

Dans tout récepteur de télévision ou de radio, dans chaque centre de musique ou amplificateur de son, vous pouvez trouver des amplificateurs de son à transistor (basse fréquence - LF). La différence entre les amplificateurs audio à transistors et les autres types réside dans leurs caractéristiques de fréquence.

L'amplificateur audio à transistor a une réponse en fréquence uniforme dans la plage de fréquences de 15 Hz à 20 kHz. Cela signifie que l'amplificateur convertit (amplifie) tous les signaux d'entrée avec une fréquence comprise dans cette plage approximativement de la même manière. La figure ci-dessous montre la courbe de réponse en fréquence idéale pour un amplificateur audio en coordonnées "gain d'amplificateur Ku - fréquence d'entrée".

Cette courbe est pratiquement plate de 15 Hz à 20 kHz. Cela signifie qu'un tel amplificateur doit être utilisé spécifiquement pour les signaux d'entrée avec des fréquences comprises entre 15 Hz et 20 kHz. Pour les signaux d'entrée avec des fréquences supérieures à 20 kHz ou inférieures à 15 Hz, l'efficacité et la qualité de son fonctionnement diminuent rapidement.

Le type de réponse en fréquence de l'amplificateur est déterminé par les radioéléments électriques (ERE) de son circuit, et surtout par les transistors eux-mêmes. Un amplificateur audio sur transistors est généralement monté sur les transistors dits basse et moyenne fréquence avec une bande passante totale de signaux d'entrée de dizaines et centaines de Hz à 30 kHz.

Classe d'amplificateur

Comme vous le savez, en fonction du degré de continuité du flux de courant tout au long de sa période à travers l'étage amplificateur à transistor (amplificateur), les classes suivantes de son travail sont distinguées: "A", "B", "AB", "C", "RÉ".

En classe de fonctionnement, le courant « A » traverse l'étage pendant 100 % de la période du signal d'entrée. Le fonctionnement de la cascade dans cette classe est illustré dans la figure suivante.

Dans la classe de fonctionnement de l'étage amplificateur "AB", le courant le traverse plus de 50%, mais moins de 100% de la période du signal d'entrée (voir figure ci-dessous).

Dans la classe de fonctionnement de l'étage "B", le courant le traverse exactement 50% de la période du signal d'entrée, comme illustré sur la figure.

Et enfin, dans la classe de fonctionnement de l'étage "C", le courant le traverse pendant moins de 50 % de la période du signal d'entrée.

Amplificateur BF sur transistors : distorsion dans les principales classes de travail

Dans la zone de travail, l'amplificateur à transistors de classe "A" a un faible niveau de distorsion non linéaire. Mais si le signal présente des surtensions impulsionnelles conduisant à la saturation des transistors, des harmoniques plus élevées (jusqu'au 11ème) apparaissent autour de chaque harmonique "standard" du signal de sortie. Cela provoque le phénomène du soi-disant transistor ou son métallique.

Si les amplificateurs de puissance BF sur transistors ont une alimentation non stabilisée, alors leurs signaux de sortie sont modulés en amplitude près de la fréquence du secteur. Cela conduit à un son dur à l'extrémité gauche de la réponse en fréquence. Diverses méthodes de stabilisation de tension rendent la conception de l'amplificateur plus complexe.

L'efficacité typique d'un amplificateur de classe A asymétrique ne dépasse pas 20% en raison de la constante transistor ouvert et flux continu d'une composante à courant constant. Vous pouvez faire un amplificateur de classe A avec un push-pull, l'efficacité augmentera légèrement, mais les demi-ondes du signal deviendront plus asymétriques. Le transfert du même étage de la classe d'ouvrages « A » à la classe d'ouvrages « AB » multiplie par quatre les distorsions non linéaires, bien que l'efficacité de son circuit augmente.

Dans les amplificateurs des classes "AB" et "B", la distorsion augmente lorsque le niveau du signal diminue. Vous voulez involontairement allumer un tel amplificateur plus fort pour la plénitude de la sensation de puissance et de dynamique de la musique, mais souvent cela n'aide pas beaucoup.

Classes de travail intermédiaire

La classe de travail "A" a une variante - classe "A +". Dans ce cas, les transistors d'entrée basse tension d'un amplificateur de cette classe fonctionnent en classe "A", et les transistors de sortie haute tension de l'amplificateur, lorsque leurs signaux d'entrée dépassent un certain niveau, entrent dans les classes "B" ou "UN B". L'efficacité de ces étages est meilleure que dans la pure classe "A", et la distorsion harmonique est moindre (jusqu'à 0,003%). Cependant, leur son est également "métallique" en raison de la présence d'harmoniques plus élevées dans le signal de sortie.

Les amplificateurs d'une autre classe - "AA" ont un degré de distorsion non linéaire encore plus faible - environ 0,0005%, mais des harmoniques plus élevées sont également présentes.

Retour à l'amplificateur à transistor de classe A ?

Aujourd'hui, de nombreux experts dans le domaine de la restitution sonore de haute qualité préconisent un retour aux amplificateurs à tubes, car le niveau de distorsions non linéaires et d'harmoniques supérieures introduits par ceux-ci dans le signal de sortie est évidemment inférieur à celui des transistors. Cependant, ces avantages sont largement compensés par la nécessité d'un transformateur d'adaptation entre l'étage de sortie du tube haute impédance et l'étage basse impédance haut-parleurs... Cependant, un simple amplificateur à transistor peut être réalisé avec une sortie de transformateur, ce qui sera illustré ci-dessous.

Il existe également un point de vue selon lequel la qualité sonore ultime ne peut être fournie que par un amplificateur hybride à tube-transistor, dont tous les étages sont asymétriques, ne sont pas couverts et fonctionnent en classe "A". C'est-à-dire qu'un tel suiveur de puissance est un amplificateur à transistor unique. Son circuit peut avoir l'efficacité maximale réalisable (en classe "A") pas plus de 50%. Mais ni la puissance ni l'efficacité de l'amplificateur ne sont des indicateurs de la qualité de restitution sonore. Dans ce cas, la qualité et la linéarité des caractéristiques de tous les ERE du circuit sont d'une importance particulière.

Étant donné que les circuits asymétriques bénéficient d'une telle perspective, nous examinerons leurs options possibles ci-dessous.

Amplificateur à transistor unique asymétrique

Son circuit, constitué d'un émetteur commun et de couplages R-C pour les signaux d'entrée et de sortie pour un fonctionnement en classe "A", est illustré dans la figure ci-dessous.

Il montre un transistor n-p-n Q1. Son collecteur est connecté à la borne positive de + Vcc via une résistance de limitation de courant R3, et l'émetteur est connecté à -Vcc. Amplificateur à transistors structures pnp aura le même circuit, mais les broches d'alimentation sont permutées.

C1 est un condensateur de blocage par lequel la source d'entrée alternative est séparée de la source de tension continue Vcc. Dans ce cas, C1 n'interfère pas avec le passage du courant alternatif d'entrée à travers la jonction base-émetteur du transistor Q1. Les résistances R1 et R2 ainsi que la résistance de la transition "E - B" forment Vcc pour sélectionner le point de fonctionnement du transistor Q1 en mode statique. Typique pour ce circuit est R2 = 1 kΩ et le point de fonctionnement est Vcc/2. R3 est une résistance de rappel du circuit collecteur et sert à créer un signal de sortie sur le collecteur d'une tension alternative.

Supposons que Vcc = 20 V, R2 = 1 kΩ et que le gain de courant soit h = 150. La tension à l'émetteur est Ve = 9 V et la chute de tension aux bornes de la jonction "E - B" est prise égale à Vbe = 0,7 V. Cette valeur correspond au transistor dit au silicium. Si nous considérions un amplificateur à base de transistors au germanium, la chute de tension aux bornes de la jonction ouverte "E - B" serait égale à Vbe = 0,3 V.

Courant d'émetteur approximativement égal au courant de collecteur

Ie = 9 V / 1 kΩ = 9 mA Ic.

Courant de base Ib = Ic / h = 9 mA / 150 = 60 A.

Chute de tension aux bornes de la résistance R1

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

R1 = V (R1) / Ib = 10,3 V / 60 A = 172 kΩ.

C2 est nécessaire pour créer un circuit pour le passage de la composante alternative du courant d'émetteur (en fait, le courant de collecteur). Sans cela, la résistance R2 limiterait fortement la composante alternative, de sorte que l'amplificateur considéré sur un transistor bipolaire aurait un faible gain en courant.

Dans nos calculs, nous avons supposé que Ic = Ib h, où Ib est le courant de base qui y circule depuis l'émetteur et se produit lorsque la tension de polarisation est appliquée à la base. Cependant, le courant de fuite du collecteur Icb0 traverse également toujours la base (avec et sans polarisation). Par conséquent, le courant de collecteur réel est Ic = Ib h + Icb0 h, c'est-à-dire le courant de fuite dans le circuit OE est augmenté de 150 fois. Si nous considérions un amplificateur basé sur des transistors au germanium, cette circonstance devrait être prise en compte dans les calculs. Le fait est qu'ils ont un Icb0 significatif de l'ordre de plusieurs A. Dans le silicium, il est inférieur de trois ordres de grandeur (de l'ordre de plusieurs nA), il est donc généralement négligé dans les calculs.

Amplificateur asymétrique avec transistor MIS

Comme tout amplificateur basé sur des transistors à effet de champ, le circuit considéré a son propre analogue parmi les amplificateurs allumés. Par conséquent, nous considérerons un analogue du circuit précédent avec un émetteur commun. Il est constitué d'une source commune et de connexions R-C pour les signaux d'entrée et de sortie pour un fonctionnement en classe "A" et est illustré dans la figure ci-dessous.

Ici, C1 est le même condensateur de blocage par lequel la source d'entrée alternative est séparée de la source de tension continue Vdd. Comme vous le savez, tout amplificateur basé sur des transistors à effet de champ doit avoir un potentiel de grille de ses transistors MOS inférieur aux potentiels de leurs sources. Dans ce circuit, la grille est mise à la terre par la résistance R1, qui a généralement une résistance élevée (de 100 kΩ à 1 MΩ) de sorte qu'elle ne contourne pas le signal d'entrée. Il n'y a pratiquement pas de courant à travers R1, donc le potentiel de grille en l'absence de signal d'entrée est égal au potentiel de masse. Le potentiel de la source est supérieur au potentiel de masse en raison de la chute de tension aux bornes de la résistance R2. Ainsi, le potentiel de la grille s'avère inférieur au potentiel de la source, ce qui est nécessaire au fonctionnement normal de Q1. Le condensateur C2 et la résistance R3 ont la même fonction que dans le circuit précédent. Comme il s'agit d'un circuit source commun, les signaux d'entrée et de sortie sont déphasés de 180 °.

Amplificateur avec sortie transformateur

Le troisième amplificateur à transistor simple à un étage, illustré dans la figure ci-dessous, est également une conception d'émetteur commune pour un fonctionnement en classe A, mais est couplé au haut-parleur à faible impédance via un transformateur correspondant.

L'enroulement primaire du transformateur T1 charge le circuit collecteur du transistor Q1 et développe un signal de sortie. T1 envoie le signal de sortie au haut-parleur et fournit la correspondance de sortie impédance transistor à faible impédance de haut-parleur (de l'ordre de quelques ohms).

Le diviseur de tension de l'alimentation collecteur Vcc, monté sur les résistances R1 et R3, permet le choix du point de fonctionnement du transistor Q1 (fourniture d'une tension de polarisation à sa base). Le but des éléments restants de l'amplificateur est le même que dans les circuits précédents.

Amplificateur audio push-pull

Un amplificateur basse fréquence push-pull sur deux transistors divise la fréquence d'entrée en deux demi-ondes antiphase, chacune étant amplifiée par son propre étage de transistor. Après avoir effectué cette amplification, les demi-ondes sont combinées en un signal harmonique complet, qui est transmis au système de haut-parleurs. Une telle transformation du signal basse fréquence (séparation et refusion) provoque naturellement dans celui-ci des distorsions irréversibles, dues à la différence de fréquence et de propriétés dynamiques des deux transistors du circuit. Cette distorsion dégrade la qualité sonore à la sortie de l'amplificateur.

Les amplificateurs push-pull de classe A ne reproduisent pas les complexes signaux sonores, puisqu'un courant constant d'amplitude accrue circule en permanence dans leurs épaules. Cela conduit à des demi-ondes de signal déséquilibrées, à une distorsion de phase et finalement à une perte d'intelligibilité. Lorsqu'ils sont chauffés, deux transistors puissants doublent la distorsion du signal dans la région des basses et des infra-basses fréquences. Pourtant, le principal avantage du circuit push-pull est son efficacité acceptable et sa puissance de sortie accrue.

Un circuit push-pull d'un amplificateur de puissance à transistor est représenté sur la figure.

Cet amplificateur est conçu pour fonctionner en classe "A", mais la classe "AB" et même "B" peuvent être utilisées.

Amplificateur de puissance à transistor sans transformateur

Les transformateurs, malgré le succès de leur miniaturisation, restent les ERE les plus encombrants, lourds et chers. Par conséquent, un moyen a été trouvé pour éliminer le transformateur du circuit push-pull en le réalisant sur deux puissants transistors complémentaires de types différents (n-p-n et p-n-p). La plupart des amplificateurs de puissance modernes utilisent ce principe et sont conçus pour fonctionner en classe "B". Le schéma d'un tel amplificateur de puissance est présenté dans la figure ci-dessous.

Ses deux transistors sont connectés selon le schéma avec un collecteur commun (émetteur suiveur). Par conséquent, le circuit transfère la tension d'entrée à la sortie sans amplification. S'il n'y a pas de signal d'entrée, les deux transistors sont à la limite de l'état passant, mais en même temps, ils sont éteints.

Lorsqu'un signal harmonique est entré, sa demi-onde positive ouvre TR1, mais se traduit transistor pnp TR2 est complètement en mode de coupure. Ainsi, seule l'alternance positive du courant amplifié traverse la charge. L'alternance négative du signal d'entrée n'ouvre que TR2 et verrouille TR1, de sorte que l'alternance négative du courant amplifié est fournie à la charge. En conséquence, un signal sinusoïdal amplifié à pleine puissance (en raison de l'amplification du courant) est libéré au niveau de la charge.

Amplificateur à transistor unique

Pour maîtriser ce qui précède, nous allons assembler de nos propres mains un simple amplificateur à transistor et comprendre comment cela fonctionne.

En tant que charge d'un transistor de faible puissance T de type BC107, nous allumons un casque avec une résistance de 2-3 kOhm, fournissons la tension de polarisation à la base à partir d'une résistance à haute résistance R * d'une valeur de 1 MΩ, Condensateur électrolytique de découplage C d'une capacité de 10 F à 100 μF que nous incluons dans le circuit de base T. Alimenter le circuit Nous serons alimentés par une batterie 4,5 V / 0,3 A.

Si R* n'est pas connecté, alors il n'y a ni courant de base Ib ni courant de collecteur Ic. Si la résistance est connectée, alors la tension à la base monte à 0,7 V et un courant Ib = 4 A la traverse. Le gain en courant du transistor est de 250, ce qui donne Ic = 250Ib = 1 mA.

Après avoir assemblé de nos propres mains un simple amplificateur à transistors, nous pouvons maintenant le tester. Branchez le casque et placez votre doigt sur le point 1 du circuit. Vous entendrez du bruit. Votre corps reçoit le rayonnement du secteur à une fréquence de 50 Hz. Le bruit que vous entendez au casque est ce rayonnement, uniquement amplifié par le transistor. Expliquons ce processus plus en détail. Une tension alternative de 50 Hz est connectée à la base du transistor via un condensateur C. La tension de base est maintenant la somme de la tension de polarisation continue (environ 0,7 V) de la résistance R * et de la tension alternative du doigt. En conséquence, le courant collecteur reçoit une composante alternative avec une fréquence de 50 Hz. Ce courant alternatif est utilisé pour déplacer la membrane du haut-parleur d'avant en arrière à la même fréquence, ce qui signifie que nous pouvons entendre une tonalité de 50 Hz à la sortie.

L'écoute du niveau de bruit de 50 Hz n'est pas très intéressante, vous pouvez donc connecter des sources de signaux à basse fréquence (lecteur CD ou microphone) aux points 1 et 2 et entendre de la parole ou de la musique amplifiée.