Прості УНЧ на транзисторах. Підсилювач на транзисторах: види, схеми, прості і складні. Ламповий підсилювач звуку

Підсилювачі низької частоти (УНЧ) використовують для перетворення слабких сигналів переважно звукового діапазону в більш потужні сигнали, прийнятні для безпосереднього сприйняття через електродинамічні або інші випромінювачі звуку.

Зауважимо, що високочастотні підсилювачі до частот 10 ... 100 МГц будують за аналогічними схемами, вся відмінність найчастіше зводиться до того, що значення ємностей конденсаторів таких підсилювачів зменшуються в стільки разів, у скільки частота високочастотного сигналу перевершує частоту низькочастотного.

Простий підсилювач на одному транзисторі

Найпростіший УНЧ, виконаний за схемою з загальним емітером, показаний на рис. 1. Як навантаження використаний телефонний капсуль. Допустима напруга живлення для цього підсилювача 3 ... 12 В.

Величину резистора зміщення R1 (десятки кОм) бажано визначити експериментально, оскільки його оптимальна величина залежить від напруги живлення підсилювача, опору телефонного капсуля, коефіцієнта передачі конкретного екземпляра транзистора.

Мал. 1. Схема простого УНЧ на одному транзисторі + конденсатор і резистор.

Для вибору початкового значення резистора R1 слід врахувати, що його величина приблизно в сто і більше разів повинна перевищувати опір, включене в ланцюг навантаження. Для підбору резистора зміщення рекомендується послідовно включити постійний резистор опором 20 ... 30 кОм і перемінний опором 100 ... 1000 кОм, після чого, подавши на вхід підсилювача звуковий сигнал невеликої амплітуди, наприклад, від магнітофона або плеєра, обертанням ручки змінного резистора домогтися найкращої якості сигналу при найбільшій його гучності.

Величина ємності перехідного конденсатора С1 (рис. 1) може перебувати в межах від 1 до 100 мкФ: чим більше величина цієї ємності, тим більш низькі частоти може посилювати УНЧ. Для освоєння техніки посилення низьких частот рекомендується поекспериментувати з підбором номіналів елементів і режимів роботи підсилювачів (рис. 1 - 4).

Поліпшеним варіантом однотранзісторний підсилювача

Ускладнені і поліпшені в порівнянні зі схемою на рис. 1 схеми підсилювачів наведені на рис. 2 і 3. У схемі на рис. 2 каскад посилення додатково містить ланцюжок частотнозавісімой негативного зворотного зв'язку (резистор R2 і конденсатор С2), яка поліпшує якість сигналу.

Мал. 2. Схема однотранзісторний УНЧ з ланцюжком частотнозавісімой негативного зворотного зв'язку.

Мал. 3. однотранзісторний підсилювач з подільником для подачі напруги зміщення на базу транзистора.

Мал. 4. однотранзісторний підсилювач з автоматичною установкою зміщення для бази транзистора.

У схемі на рис. 3 зсув на базу транзистора задано більш «жорстко» за допомогою дільника, що покращує якість роботи підсилювача при зміні умов його експлуатації. «Автоматична» установка зміщення на базі підсилювального транзистора застосована в схемі на рис. 4.

Двохкаскадний підсилювач на транзисторах

Поєднавши послідовно два найпростіших каскаду посилення (рис. 1), можна отримати двохкаскадний УНЧ (рис. 5). Посилення такого підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення окремо взятих каскадів. Однак отримати велику стійке посилення при подальшому нарощуванні числа каскадів нелегко: підсилювач швидше за все самовозбудится.

Мал. 5. Схема простого двухкаскадного підсилювача НЧ.

Нові розробки підсилювачів НЧ, схеми яких часто призводять на сторінках журналів останніх років, мають на меті досягнення мінімального коефіцієнта нелінійних спотворень, підвищення вихідної потужності, розширення смуги підсилюються частот і т.д.

У той же час, при налагодженні різних пристроїв і проведенні експериментів часто необхідний нескладний УНЧ, зібрати який можна за кілька хвилин. Такий підсилювач повинен містити мінімальну кількість дефіцитних елементів і працювати в широкому інтервалі зміни напруги харчування і опору навантаження.

Схема УНЧ на польовому і кремнієвому транзисторах

Схема простого підсилювача потужності НЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами приведена на рис. 6 [РЛ 3 / 00-14]. Вхідний опір підсилювача визначається номіналом потенціометра R1 і може змінюватися від сотень Ом до десятків МОм. На вихід підсилювача можна підключати навантаження опором від 2 ... 4 до 64 Ом і вище.

При високоомній навантаженні в якості VT2 можна використовувати транзистор КТ315. Підсилювач працездатний в діапазоні живлячих напруг від 3 до 15 В, хоча прийнятна працездатність його зберігається і при зниженні напруги живлення аж до 0,6 В.

Ємність конденсатора С1 може бути обрана в межах від 1 до 100 мкФ. В останньому випадку (С1 \u003d 100 мкФ) УНЧ може працювати в смузі частот від 50 Гц до 200 кГц і вище.

Мал. 6. Схема простого підсилювача низької частоти на двох транзисторах.

Амплітуда вхідного сигналу УНЧ не повинна перевищувати 0,5 ... 0,7 В. Вихідна потужність підсилювача може змінюватися від десятків мВт до одиниць Вт в залежності від опору навантаження і величини напруги живлення.

Налаштування підсилювача полягає в підборі резисторів R2 і R3. З їх допомогою встановлюють напругу на стоці транзистора VT1, рівне 50 ... 60% від напруги джерела живлення. Транзистор VT2 повинен бути встановлений на тепловідвід-щей пластині (радіаторі).

Трекаскадний УНЧ з безпосереднім зв'язком

На рис. 7 показана схема іншого зовні простого УНЧ з безпосередніми зв'язками між каскадами. Такого роду зв'язок покращує частотні характеристики підсилювача в області нижніх частот, схема в цілому спрощується.

Мал. 7. Принципова схема трехкаскадного УНЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами.

У той же час налаштування підсилювача ускладнюється тим, що кожне опір підсилювача доводиться підбирати в індивідуальному порядку. Орієнтовно співвідношення резисторів R2 і R3, R3 і R4, R4 і R BF має бути в межах (30 ... 50) до 1. Резистор R1 повинен бути 0,1 ... 2 кОм. Розрахунок підсилювача, наведеного на рис. 7, можна знайти в літературі, наприклад, [Р 9 / 70-60].

Схеми каскадних УНЧ на біполярних транзисторах

На рис. 8 і 9 показані схеми каскодних УНЧ на біполярних транзисторах. Такі підсилювачі мають досить високий коефіцієнт посилення Ку. Підсилювач на рис. 8 має Ку \u003d 5 в смузі частот від 30 Гц до 120 кГц [МК 2 / 86-15]. УНЧ за схемою на рис. 9 при коефіцієнті гармонік менше 1% має коефіцієнт посилення 100 [РЛ 3 / 99-10].

Мал. 8. Каскадний УНЧ на двох транзисторах з коефіцієнтом посилення \u003d 5.

Мал. 9. Каскадний УНЧ на двох транзисторах з коефіцієнтом посилення \u003d 100.

Економічний УНЧ на трьох транзисторах

Для портативної радіоелектронної апаратури важливим параметром є економічність УНЧ. Схема такого УНЧ представлена \u200b\u200bна рис. 10 [РЛ 3 / 00-14]. Тут використано каскадне включення польового транзистора VT1 і біполярного транзистора VT3, причому транзистор VT2 включений таким чином, що стабілізує робочу точку VT1 і VT3.

При збільшенні вхідної напруги цей транзистор шунтирует перехід емітер - база VT3 і зменшує значення струму, що протікає через транзистори VT1 \u200b\u200bі VT3.

Мал. 10. Схема простого економічного підсилювача НЧ на трьох транзисторах.

Як і в поступовим зниженням дози (див. Рис. 6), вхідний опір цього УНЧ можна задавати в межах від десятків Ом до десятків МОм. Як навантаження використаний телефонний капсуль, наприклад, ТК-67 або ТМ-2В. Телефонний капсуль, що підключається за допомогою штекера, може одночасно служити вимикачем живлення схеми.

Напруга живлення УНЧ становить від 1,5 до 15 В, хоча працездатність пристрою зберігається і при зниженні напруги живлення до 0,6 В. У діапазоні напруги живлення 2 ... 15 В споживаний підсилювачем струм описується виразом:

1 (мкА) \u003d 52 + 13 * (Uпит) * (Uпит),

де Uпит - напруга живлення в Вольтах (В).

Якщо відключити транзистор VT2, споживаний пристроєм струм збільшується на порядок.

Двокаскадні УНЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами

Прикладами УНЧ з безпосередніми зв'язками і мінімальним підбором режиму роботи є схеми, наведені на рис. 11 - 14. Вони мають високий коефіцієнт посилення і хорошу стабільність.

Мал. 11. Простий двохкаскадний УНЧ для мікрофона (низький рівень шумів, високий КУ).

Мал. 12. Двохкаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315.

Мал. 13. Двохкаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315 - варіант 2.

Мікрофонний підсилювач (рис. 11) характеризується низьким рівнем власних шумів і високим коефіцієнтом посилення [МК 5/83-XIV]. Як мікрофона ВМ1 використаний мікрофон електродинамічного типу.

У ролі мікрофона може виступати і телефонний капсуль. Стабілізація робочої точки (початкового зсуву на базі вхідного транзистора) підсилювачів на рис. 11 - 13 здійснюється за рахунок падіння напруги на емітерний опір другого каскаду посилення.

Мал. 14. Двохкаскадний УНЧ з польовим транзистором.

Підсилювач (рис. 14), що має високий вхідний опір (близько 1 МОм), виконаний на польовому транзисторі VT1 (істоковий повторювач) і біполярному - VT2 (із загальним).

Каскадний підсилювач низької частоти на польових транзисторах, також має високий вхідний опір, показаний на рис. 15.

Мал. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двох польових транзисторах.

Схеми УНЧ для роботи з низькоомними навантаженням

Типові УНЧ, призначені для роботи на низкоомную навантаження і мають вихідну потужність десятки мВт і вище, зображені на рис. 16, 17.

Мал. 16. Простий УНЧ для роботи з включенням навантаження з низьким опором.

Електродинамічна головка Ва1 може бути підключена до виходу підсилювача, як показано на рис. 16, або в діагональ моста (рис. 17). Якщо джерело живлення виконаний з двох послідовно з'єднаних батарей (акумуляторів), правий по схемі виведення головки Ва1 може бути підключений до їх середньої точки безпосередньо, без конденсаторів СЗ, С4.

Мал. 17. Схема підсилювача низької частоти з включенням низкоомной навантаження в діагональ моста.

Якщо вам потрібна схема простого лампового УНЧ то такий підсилювач можна зібрати навіть на одній лампі, дивіться у нас на сайті по електроніці в відповідному розділі.

Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 год.

Виправлення в публікації: на рис. 16 і 17 замість діода Д9 встановлена \u200b\u200bланцюжок з діодів.

Транзисторні підсилювачі, незважаючи на появу сучасніших мікросхемних, не втратили свій актуальності. Дістати мікросхему буває, часом, не так легко, а ось транзистори можна випаять практично з будь-якого електронного пристрою, саме тому у завзятих радіоаматорів іноді накопичуються гори цих деталей. Для того, щоб знайти їм застосування пропоную до збірки невигадливий транзисторний підсилювач потужності, складання якого подужає навіть початківець.

схема

Схема складається з 6-ти транзисторів і може розвивати потужність до 3-х ват при харчуванні напругою 12 вольт. Цієї потужності вистачить для озвучування невеликої кімнати або робочого місця. Транзистори Т5 і Т6 на схемі утворюють вихідний каскад, на їх місце можна поставити широко поширені вітчизняні аналоги КТ814 і КТ815. Конденсатор С4, який підключається до колекторів вихідних транзисторів, відокремлює постійну складову сигналу на виході, саме тому даний підсилювач можна використовувати без плати захисту акустичних систем. Навіть якщо підсилювач в процесі роботи вийде з ладу і на виході з'явиться постійна напруга, воно не пройде далі цього конденсатора і динаміки акустичної системи залишаться цілі. Розділовий конденсатор С1 на вході краще застосувати плівковий, але якщо такого немає під рукою, підійде і керамічний. Аналогом діодів D1 і D2 в даній схемі є 1N4007 або вітчизняні КД522. Динамік можна використовувати опором 4-16 Ом, чим нижче його опір, тим більшу потужність буде розвивати схема.

(Cкачиваний: 686)

збірка підсилювача

Збирається схема на друкованій платі розмірами 50х40 мм, рисунок у форматі Sprint-Layout до статті додається. Наведену друковану плату при друку необхідно отзеркалить. Після травлення і видалення тонера з плати свердлити отвори, найкраще використовувати свердло 0,8 - 1 мм, а для отворів під вихідні транзистори і клеммник 1,2 мм.

Після свердління отворів бажано залудити все доріжки, тим самим зменшити їх опір і захистити мідь від окислення. Потім впаюються дрібні деталі - резистори, діоди, після чого вихідні транзистори, клеммник, конденсатори. Згідно зі схемою, колектори вихідних транзисторів повинні з'єднуватися, на даній платі це з'єднання відбувається шляхом замикання «спинок» транзисторів дротом або радіатором, якщо він використовується. Радіатор потрібно ставити в тому випадку, якщо схема навантажена на динамік опором 4 Ома, або якщо на вхід подається сигнал великій гучності. В інших же випадках вихідні транзистори майже не нагріваються і не вимагають додаткового охолодження.

Після складання обов'язково потрібно змити залишки флюсу з доріжок, перевірити плату на наявність помилок збірки або замикань між сусідніми доріжками.

Налагодження та випробування підсилювача

Після завершення збирання можна подавати живлення на плату підсилювача. В розрив одного з живильних проводів потрібно включити амперметр, для контролю споживаного струму. Подаємо харчування і дивимося на показання амперметра, без вхідних сигналів підсилювач повинен споживати приблизно 15-20 мА. Струм спокою задається резистором R6, для його збільшення потрібно зменшити опір цього резистора. Занадто сильно піднімати струм спокою не слід, тому що збільшиться виділення тепла на вихідних транзисторах. Якщо струм спокою в нормі, можна подавати на вхід сигнал, наприклад, музику з комп'ютера, телефону або плеєра, підключати на вихід динамік і приступати до прослуховування. Хоч підсилювач і простий у виконанні, він забезпечує досить прийнятну якість звуку. Для відтворення одночасно двох каналів, лівого і правого, схему потрібно зібрати двічі. Зверніть увагу, що якщо джерело сигналу знаходиться далеко від плати, підключати його потрібно екранованим проводом, інакше не уникнути перешкод і наведень. Таким чином, даний підсилювач вийшов повністю універсальним завдяки невеликому споживанню струму і компактним розмірам плати. Його можна використовувати як в складі комп'ютерних колонок, так і при створенні невеликого стаціонарного музичного центру. Вдалою збірки. Добрий день шановний хабраюзер, я хочу розповісти тобі про основи побудови підсилювачів звукової частоти. Я думаю ця стаття буде цікава тобі якщо ти ніколи не займався радіоелектронікою, і звичайно ж вона буде смішна тим хто не розлучається з паяльником. І тому я спробую розповісти про цю тему якомога простіше і на жаль опускаючи деякі нюанси.

Підсилювач звукової частоти або підсилювач низької частоти, що б розібратися як він все таки працює і навіщо там так багато всяких транзисторів, резисторів і конденсаторів, потрібно зрозуміти як працює кожен елемент і спробувати дізнатися як ці елементи влаштовані. Для того що б зібрати примітивний підсилювач нам знадобляться три види електронних елементів: резистори, конденсатори і звичайно транзистори.

резистор

Отже, резистори у нас характеризуються опором електричному струму і цей опір вимірюється в Омах. Кожен електропровідний метал або сплав металів мають своє питомий опір. Якщо ми візьмемо дріт певної довжини з великим питомим опором, то у нас вийде справжнісінький дротяний резистор. Для того що б резистор був компактним, дріт можна намотати на каркас. Таким чином у нас вийде дротяний резистор, але він має ряд недоліків, тому резистори зазвичай виготовляються з металокерамічного матеріалу. Ось так позначаються резистори на електричних схемах:

Верхній варіант позначення прийнятий в США, нижній в Росії і в Європі.

конденсатор

Конденсатор вдає із себе дві металеві пластини розділені діелектриком. Якщо ми подамо на ці пластини постійна напруга, то з'явиться електричне поле, яке після відключення живлення буде підтримувати на пластинах позитивний і негативний заряди відповідно.

Основа конструкції конденсатора - дві струмопровідні обкладання, між якими знаходиться діелектрик

Таким чином конденсатор здатний накопичувати електричний заряд. Ця здатність накопичувати електричний заряд називається електрична ємність, що є головний параметр конденсатора. Електрична ємність вимірюється в Фарадах. Що ще характерно, це те що коли ми заряджаємо або розряджатися конденсатор, через нього йде електричний струм. Але як тільки конденсатор зарядився, він перестає пропускати електричний струм, а це тому що конденсатор прийняв заряд джерела живлення, тобто потенціал конденсатора і джерела живлення однакові, а якщо немає різниці потенціалів (напруги), немає електричного струму. Таким чином, заряджений конденсатор не пропускає постійний електричний струм, але пропускає змінний струм, так як при підключенні його до змінного електричного струму, він буде постійно заряджати та розряджати. На електричних схемах його позначають так:

транзистор

У нашому підсилювачі ми будемо використовувати найпростіші біполярні транзистори. Транзистор виготовляють з напівпровідникового матеріалу. Потрібне для нас властивість це матеріалу, - наявність в них вільних носіїв як позитивних, так і негативних зарядів. Залежно від того яких зарядів більше, напівпровідники розрізняють на два типи по провідності: n-тип і p-тип (n-negative, p-positive). Негативні заряди - це електрони, що звільнилися з зовнішніх оболонок атомів кристалічної решітки, а позитивні - так звані дірки. Дірки - це вакантні місця, що залишаються в електронних оболонках після відходу з них електронів. Умовно позначимо атоми з електроном на на зовнішній орбіті синім кружком зі знаком мінус, а атоми з вакантним місцем - порожнім гуртком:

Кожен біполярний транзистор складається з трьох зон таких напівпровідників, ці зони називають база, емітер і колектор.

Розглянемо приклад роботи транзистора. Для цього підключимо до транзистора дві батарейки на 1,5 і на 5 вольт, плюсом до емітера, а мінусом до бази і колектора відповідно (дивимося малюнок):

На контакті бази і емітера з'явиться електромагнітне поле, яке буквально вириває електрони із зовнішньої орбіти атомів бази і переносить їх в емітер. Вільні електрони залишають за собою дірки, і займають вакантні місця вже в емітер. Це ж електромагнітне поле надає таку ж дію на атоми колектора, а так як база в транзисторі досить тонка щодо емітера і колектора, електрони колектора досить легко проходять крізь неї в емітер, причому в набагато більшій кількості ніж з бази.

Якщо ж ми відключимо напруга від бази, то ніякого електромагнітного поля не буде, а база буде виконувати роль діелектрика, і транзистор буде закритий. Таким чином при подачі на базу досить малого напруги, ми можемо контролювати більшу подане напруга на емітер і колектор.

Розглянутий нами транзистор pnp-типу, так як у нього дві p-зони і одна n-зона. Так само існують npn-транзістори, принцип дії в них такий же, але електричний струм тече в них в протилежну сторону, ніж в розглянутому нами транзисторі. Ось так біполярні транзистори позначаються на електричних схемах, стрілка вказує напрямок струму:

УНЧ

Ну що ж, спробуємо спроектувати з цього всього підсилювач низької частоти. Для початку нам потрібен сигнал який ми будемо посилювати, це може бути звукова карта комп'ютера або будь-яке інше звуковий пристрій з лінійним виходом. Припустимо наш сигнал з максимальною амплітудою приблизно 0,5 вольта при струмі 0,2 А, приблизно такий:

А що б заробив найпростіший 4-х омний 10 ватний динамік, нам потрібно збільшити амплітуду сигналу до 6 вольт, при силі струму I = U / R \u003d 6/4 \u003d 1,5 A.

Отже, спробуємо підключити наш сигнал до транзистора. Згадайте нашу схему з транзистором і двома батарейками, тепер замість 1,5 вольтової батарейки у нас у нас сигнал лінійного виходу. Резистор R1 виконує роль навантаження, щоб не було короткого замикання і наш транзистор не згорів.

Але тут виникають відразу дві проблеми, по-перше наш транзистор npn-типу, і відкривається тільки при позитивному значенні напівхвилі, а при негативному закривається.

По-друге транзистор, як і будь-який напівпровідниковий прилад має нелінійні характеристики щодо напруги і струму і чим менше значення струму і напруги тим сильніше ці спотворення:

Мало того що від нашого сигналу залишилася тільки полуволна, так вона ще й буде спотворена:

Це є так зване спотворення типу сходинка.

Щоб позбутися від цих проблем, нам потрібно змістити наш сигнал в робочу зону транзистора, де поміститься вся синусоїда сигналу і нелінійні спотворення будуть незначні. Для цього подають на базу напруга зсуву, припустимо в 1 вольт, за допомогою складеного з двох резисторів R2 і R3 дільника напруги.

А наш сигнал входить в транзистор буде виглядати ось так:

Тепер нам потрібно вилучити наш корисний сигнал з колектора транзистора. Для цього встановимо конденсатор C1:

Як ми пам'ятаємо конденсатор пропускає змінний струм і не пропускає постійний, тому він нам буде служити фільтром пропускає тільки наш корисний сигнал - нашу синусоїду. А постійна складова не пройшла через конденсатор буде розсіюватися на резисторі R1. Змінний же струм, наш корисний сигнал, буде прагнути пройти через конденсатор, так опір конденсатора для нього мізерно мало в порівнянні з резистором R1.

Ось і вийшов перший транзисторний каскад нашого підсилювача. Але існують ще два маленьких нюансу:

Ми не знаємо на 100% який сигнал входить в підсилювач, раптом все таки джерело сигналу несправний, всяке буває, знову ж впливом статичної електрики або разом з корисним сигналом проходить постійну напругу. Це може стати причиною неправильної роботи транзистора або навіть спровокувати його поломку. Для цього встановимо конденсатор С2, він подібно конденсатору С1 буде блокувати постійний електричний струм, а так само обмежена ємність конденсатора НЕ буде пропускати піки великої амплітуди, які можуть зіпсувати транзистор. Такі скачки напруги зазвичай відбуваються при включенні або відключенні пристрою.

І другий нюанс, будь-якого джерела сигналу потрібна певна конкретна навантаження (опір). З цього для нас важливо вхідний опір каскаду. Для регулювання вхідного опору додамо в ланцюг емітера резистор R4:

Тепер ми знаємо призначення кожного резистора і конденсатора в транзисторному каскаді. Давайте тепер спробуємо розрахувати які номінали елементів потрібно використовувати для нього.

Початкові дані:

U \u003d 12 В - напруга живлення;
U бе ~ 1 В - Напруга емітер-база робочої точки транзистора;

Вибираємо транзистор, для нас підійде npn-транзістор 2N2712

P max \u003d 200 мВт - максимальна розсіює потужність;
I max \u003d 100 мА - максимальний постійний струм колектора;
U max \u003d 18 В - макcимально допустима напруга колектор-база / колектор-емітер (У нас напруга живлення 12 В, так що вистачає із запасом);
U ЕБ \u003d 5 В - макcимально допустима напруга емітер-база (наше напругу 1 вольт ± 0,5 вольта);
h21 \u003d 75-225 - коефіцієнт посилення струму бази, приймається мінімальне значення - 75;

Розраховуємо максимальне статичне потужність транзистора, її беруть на 20% менше максимальної потужності, що розсіюється, щоб наш транзистор не працював на межі своїх можливостей:
P ст.max = 0,8*P max \u003d 0,8 * 200мВт \u003d 160 мВт;
Визначимо струм колектора в статичному режимі (без сигналу), не дивлячись на що на базу не подається напруга через транзистор все одно в малому ступені протікає електричний струм.
I к0 = P ст.max / U ке, де U ке - напруга переходу колектор-емітер. На транзисторі розсіюється половина напруги живлення, друга половина буде розсіюватися на резисторах:
U ке = U / 2;
I к0 = P ст.max / (U / 2) \u003d 160 мВт / (12В / 2) \u003d 26,7 mA;
Тепер розрахуємо опір навантаження, спочатку у нас був один резистор R1, який виконував цю роль, але так як ми додали резистор R4 для збільшення вхідного опору каскаду, тепер опір навантаження буде складатися з R1 і R4:
R н = R1 + R4, де R н - загальний опір навантаження;
Відношення між R1 і R4 зазвичай приймається 1 до 10:
R1 = R4*10;
Розрахуємо опір навантаження:
R1 + R4 = (U / 2) / I к0 \u003d (12В / 2) / 26,7 mA \u003d (12В / 2) / 0,0267 А \u003d 224,7 Ом;
Найближчі номінали резисторів це 200 і 27 Ом. R1 \u003d 200 Ом, а R4 \u003d 27 Ом.
Тепер знайдемо напруга на колекторі транзистора без сигналу:
U до0 = (U ке0 + I к0 * R4) = (U - I к0 * R1) \u003d (12В -0,0267 А * 200 Ом) \u003d 6,7 В;
Струм бази управління транзистором:
I б = I до / h21, де I до - струм колектора;
I до = (U / R н);
I б = (U / R н) / h21 \u003d (12В / (200 Ом + 27 Ом)) / 75 \u003d 0,0007 А \u003d 0,07 mA;
Повний струм бази визначається напругою зміщення на базі, яке встановлюється дільником R2 і R3. Струм задається подільником повинен бути в 5-10 разів більше струму управління бази ( I б), Що б власне ток управління бази не впливав на напруга зсуву. Таким чином для значення струму дільника ( I справ) Приймаємо 0,7 mA і розраховуємо R2 і R3:
R2 + R3 = U / I справ \u003d 12В / 0,007 \u003d 1714,3 Ом
Тепер розрахуємо напруга на емітер в стані спокою транзистора ( U е):
U е = I к0 * R4 \u003d 0,0267 А * 27 Ом \u003d 0,72 В
Так, I к0 струм спокою колектора, але цей же струм проходить і через емітер, так що I к0 вважають струмом спокою всього транзистора.
Розраховуємо повну напругу на базі ( U б) З урахуванням напруги зміщення ( U см \u003d 1В):
U б = U е + U см \u003d 0,72 + 1 \u003d 1,72 В
Тепер за допомогою формули подільника напруги знаходимо значення резисторів R2 і R3:
R3 = (R2 + R3) * U б / U \u003d 1714,3 Ом * 1,72 В / 12 В \u003d 245,7 Ом;
Найближчий номінал резистора 250 Ом;
R2 = (R2 + R3) - R3 \u003d 1714,3 Ом - 250 Ом \u003d 1464,3 Ом;
Номінал резистора вибираємо в сторону зменшення, найближчий R2 \u003d 1,3 кОм.
конденсатори З 1 і С2 зазвичай встановлюють не менше 5 мкФ. Ємність вибирається такий що б конденсатор не встигав перезаряджатимуться.

висновок

На виході каскаду ми отримуємо пропорційно посилений сигнал і по току і по напрузі, тобто за потужністю. Але одного каскаду нам не вистачить для необхідного посилення, так що доведеться додавати наступний і наступний ... І так далі.

Розглянутий розрахунок досить поверхневий і така схема посилення звичайно ж не використовується в будові підсилювачів, ми не повинні забувати про діапазоні частот, що пропускаються, викривлення і багато іншого.

Найпростіший підсилювач на транзисторах може бути хорошим посібником для вивчення властивостей приладів. Схеми і конструкції досить прості, можна самостійно виготовити пристрій і перевірити його роботу, зробити виміри всіх параметрів. Завдяки сучасним польовим транзисторам можна виготовити буквально з трьох елементів мініатюрний мікрофонний підсилювач. І підключити його до персонального комп'ютера для поліпшення параметрів звукозапису. Та й співрозмовники при розмовах будуть набагато краще і чіткіше чути вашу мову.

частотні характеристики

Підсилювачі низької (звукової) частоти є практично у всіх побутових приладах - музичних центрах, телевізорах, радіоприймачах, магнітолах і навіть в персональних комп'ютерах. Але існують ще підсилювачі ВЧ на транзисторах, лампах і мікросхемах. Відмінність їх в тому, що УНЧ дозволяє підсилити сигнал тільки звуковий частоти, яка сприймається людським вухом. Підсилювачі звуку на транзисторах дозволяють відтворювати сигнали з частотами в діапазоні від 20 Гц до 20000 Гц.

Отже, навіть найпростіше пристрій здатний підсилити сигнал в цьому діапазоні. Причому робить він це максимально рівномірно. Коефіцієнт посилення залежить прямо від частоти вхідного сигналу. Графік залежності цих величин - практично пряма лінія. Якщо ж на вхід підсилювача подати сигнал з частотою в межах дії, якість роботи і ефективність пристрою швидко зменшаться. Каскади УНЧ збираються, як правило, на транзисторах, що працюють в низько- і середньочастотному діапазонах.

Класи роботи звукових підсилювачів

Все підсилювальні пристрої поділяються на кілька класів, залежно від того, який ступінь протікання протягом періоду роботи струму через каскад:

Клас «А» - струм протікає безупинно протягом усього періоду роботи підсилювального каскаду.
У класі роботи «В» протікає струм протягом половини періоду.
Клас «АВ» говорить про те, що струм протікає через підсилювальний каскад протягом часу, рівного 50-100% від періоду.
У режимі «С» електричний струм протікає менш ніж половину періоду часу роботи.
Режим «D» УНЧ застосовується в радіоаматорського практиці зовсім недавно - трохи більше 50 років. У більшості випадків ці пристрої реалізуються на основі цифрових елементів і мають дуже високий ККД - понад 90%.

Наявність спотворень в різних класах НЧ-підсилювачів

Робоча область транзисторного підсилювача класу «А» характеризується досить невеликими нелінійними спотвореннями. Якщо вхідний сигнал викидає імпульси з більш високою напругою, це призводить до того, що транзистори насичуються. У вихідному сигналі біля кожної гармоніки починають з'являтися більш високі (до 10 або 11). Через це з'являється металевий звук, характерний тільки для транзисторних підсилювачів.

При нестабільному харчуванні вихідний сигнал буде по амплітуді моделюватися біля частоти мережі. Звук стане в лівій частині частотної характеристики більш жорстким. Але чим краще стабілізація харчування підсилювача, тим складніше стає конструкція всього пристрою. УНЧ, що працюють в класі «А», мають відносно невеликий ККД - менше 20%. Причина полягає в тому, що транзистор постійно відкритий і струм через нього протікає постійно.

Для підвищення (правда, незначного) ККД можна скористатися двотактними схемами. Один недолік - напівхвилі у вихідного сигналу стають несиметричними. Якщо ж перевести з класу «А» в «АВ», збільшаться нелінійні спотворення в 3-4 рази. Але коефіцієнт корисної дії всієї схеми пристрою все ж збільшиться. УНЧ класів «АВ» і «В» характеризує наростання спотворень при зменшенні рівня сигналу на вході. Але навіть якщо додати гучність, це не допоможе повністю позбутися від недоліків.

Робота в проміжних класах

У кожного класу є кілька різновидів. Наприклад, існує клас роботи підсилювачів «А +». У ньому транзистори на вході (низьковольтні) працюють в режимі «А». Але високовольтні, що встановлюються в вихідних каскадах, працюють або в «В», або в «АВ». Такі підсилювачі набагато економічніше, ніж працюють в класі «А». Помітно менше число нелінійних спотворень - не вище 0,003%. Можна домогтися і більш високих результатів, використовуючи біполярні транзистори. Принцип роботи підсилювачів на цих елементах буде розглянуто нижче.

Але все одно є велика кількість вищих гармонік в вихідному сигналі, чому звук стає характерним металевим. Існують ще схеми підсилювачів, що працюють в класі «АА». У них нелінійні спотворення ще менше - до 0,0005%. Але головний недолік транзисторних підсилювачів все одно є - характерний металевий звук.

«Альтернативні» конструкції

Не можна сказати, що вони альтернативні, просто деякі фахівці, що займаються проектуванням і складанням підсилювачів для якісного відтворення звуку, все частіше віддають перевагу ламповим конструкціям. У лампових підсилювачів такі переваги:

Дуже низьке значення рівня нелінійних спотворень у вихідному сигналі.
Вищих гармонік менше, ніж в транзисторних конструкціях.

Але є один величезний мінус, який переважує всі переваги, - обов'язково потрібно ставити пристрій для узгодження. Справа в тому, що у лампового каскаду дуже великий опір - кілька тисяч Ом. Але опір обмотки динаміків - 8 або 4 Ома. Щоб їх узгодити, потрібно встановлювати трансформатор.

Звичайно, це не дуже великий недолік - існують і транзисторні пристрої, в яких використовуються трансформатори для узгодження вихідного каскаду і акустичної системи. Деякі фахівці стверджують, що найбільш ефективною схемою виявляється гібридна - в якій застосовуються однотактний підсилювачі, не охоплені негативним зворотним зв'язком. Причому всі ці каскади функціонують в режимі УНЧ класу «А». Іншими словами, застосовується в якості повторювача підсилювач потужності на транзисторі.

Причому ККД у таких пристроїв досить високий - близько 50%. Але не варто орієнтуватися тільки на показники ККД і потужності - вони не говорять про високу якість відтворення звуку підсилювачем. Набагато більше значення мають лінійність характеристик і їх якість. Тому потрібно звертати увагу в першу чергу на них, а не на потужність.

Схема однотактного УНЧ на транзисторі

Найпростіший підсилювач, побудований за схемою з загальним емітером, працює в класі «А». У схемі використовується напівпровідниковий елемент зі структурою n-p-n. У колекторної ланцюга встановлено опір R3, що обмежує протікає струм. Колекторна ланцюг з'єднується з позитивним проводом харчування, а емітерна - з негативним. У разі використання напівпровідникових транзисторів зі структурою p-n-p схема буде точно такий же, ось тільки потрібно поміняти полярність.

За допомогою розділового конденсатора С1 вдається відокремити змінний вхідний сигнал від джерела постійного струму. При цьому конденсатор не є перешкодою для протікання змінного струму по шляху база-емітер. Внутрішній опір переходу емітер-база разом з резисторами R1 і R2 є найпростіший дільник напруги харчування. Зазвичай резистор R2 має опір 1-1,5 кОм - найбільш типові значення для таких схем. При цьому напруга живлення ділиться рівно навпіл. І якщо живити схему напругою 20 Вольт, то можна побачити, що значення коефіцієнта посилення по току h21 складе 150. Потрібно відзначити, що підсилювачі КВ на транзисторах виконуються за аналогічними схемами, тільки працюють трохи інакше.

При цьому напруга емітера дорівнює 9 В і падіння на ділянці ланцюга «Е-Б» 0,7 В (що характерно для транзисторів на кристалах кремнію). Якщо розглянути підсилювач на германієвих транзисторах, то в цьому випадку падіння напруги на ділянці «Е-Б» дорівнюватиме 0,3 В. Струм в ланцюзі колектора буде дорівнює тому, який протікає в емітер. Обчислити можна, розділивши напруга емітера на опір R2 - 9В / 1 кОм \u003d 9 мА. Для обчислення значення струму бази необхідно 9 мА розділити на коефіцієнт посилення h21 - 9ма / 150 \u003d 60 мкА. У конструкціях УНЧ зазвичай використовуються біполярні транзистори. Принцип роботи у нього відрізняється від польових.

На резисторі R1 тепер можна обчислити значення падіння - це різниця між напругою бази і харчування. При цьому напруга бази можна дізнатися за формулою - сума характеристик емітера і переходу «Е-Б». При харчуванні від джерела 20 Вольт: 20 - 9,7 \u003d 10,3. Звідси можна обчислити і значення опору R1 \u003d 10,3В / 60 мкА \u003d 172 кОм. У схемі присутній ємність С2, необхідна для реалізації ланцюга, по якій зможе проходити змінна складова емітерного струму.

Якщо не встановлювати конденсатор С2, змінна складова буде дуже сильно обмежуватися. Через це такий підсилювач звуку на транзисторах буде мати дуже низьким коефіцієнтом посилення по току h21. Потрібно звернути увагу на те, що в вищевикладених розрахунках приймалися рівними струми бази і колектора. Причому за струм бази брався той, який втікає в ланцюг від емітера. Виникає він тільки за умови подачі на висновок бази транзистора напруги зсуву.

Але потрібно враховувати, що по ланцюгу бази абсолютно завжди, незалежно від наявності зміщення, обов'язково протікає струм витоку колектора. У схемах із загальним емітером струм витоку посилюється не менше ніж в 150 разів. Але зазвичай це значення враховується тільки при розрахунку підсилювачів на германієвих транзисторах. У разі використання кремнієвих, у яких струм ланцюга «К-Б» дуже малий, цим значенням просто нехтують.

Підсилювачі на МДП-транзисторах

Підсилювач на польових транзисторах, представлений на схемі, має безліч аналогів. У тому числі і з використанням біполярних транзисторів. Тому можна розглянути в якості аналогічного прикладу конструкцію підсилювача звуку, зібрану за схемою з загальним емітером. На фото представлена \u200b\u200bсхема, виконана по схемі із загальним витоком. На вхідних і вихідних ланцюгах зібрані R-C-зв'язку, щоб пристрій працював в режимі підсилювача класу «А».

Змінний струм від джерела сигналу відділяється від постійної напруги харчування конденсатором С1. Обов'язково підсилювач на польових транзисторах повинен володіти потенціалом затвора, який буде нижча від аналогічної характеристики витоку. На представленій схемі затвор з'єднаний із загальним проводом за допомогою резистора R1. Його опір дуже велике - зазвичай застосовують в конструкціях резистори 100-1000 кОм. Таке велике опір вибирається для того, щоб не шунтуватися сигнал на вході.

Це опір майже не пропускає електричний струм, внаслідок чого у затвора потенціал (в разі відсутності сигналу на вході) такий же, як у землі. На початку ж потенціал буде вищою, ніж у землі, тільки завдяки падінню напруги на опорі R2. Звідси ясно, що у затвора потенціал нижче, ніж біля витоку. А саме це і потрібно для нормального функціонування транзистора. Потрібно звернути увагу на те, що С2 і R3 в цій схемі підсилювача мають таке ж призначення, як і в розглянутої вище конструкції. А вхідний сигнал зрушать щодо вихідного на 180 градусів.

УНЧ з трансформатором на виході

Можна виготовити такий підсилювач своїми руками для домашнього використання. Виконується він за схемою, яка працює в класі «А». Конструкція така ж, як і розглянуті вище, - з загальним емітером. Одна особливість - необхідно використовувати трансформатор для узгодження. Це є недоліком подібного підсилювача звуку на транзисторах.

Колекторна ланцюг транзистора навантажується первинної обмоткою, яка розвиває вихідний сигнал, який передається через вторинну на динаміки. На резисторах R1 і R3 зібраний дільник напруги, який дозволяє вибрати робочу точку транзистора. За допомогою цього ланцюжка забезпечується подача напруги зсуву в базу. Всі інші компоненти мають таке ж призначення, як і у розглянутих вище схем.

Двотактний підсилювач звуку

Не можна сказати, що це простий підсилювач на транзисторах, так як його робота трохи складніше, ніж у розглянутих раніше. У двотактних УНЧ вхідний сигнал розщеплюється на дві напівхвилі, різні по фазі. І кожна з цих полуволн посилюється своїм каскадом, виконаному на транзисторі. Після того, як відбулося посилення кожної напівхвилі, обидва сигналу з'єднуються і надходять на динаміки. Такі складні перетворення здатні викликати спотворення сигналу, так як динамічні і частотні властивості двох, навіть однакових за типом, транзисторів будуть відмінні.

В результаті на виході підсилювача істотно знижується якість звучання. При роботі двотактного підсилювача в класі «А» не виходить якісно відтворити складний сигнал. Причина - підвищений струм протікає по плечах підсилювача постійно, напівхвилі несиметричні, виникають фазові спотворення. Звук стає менш розбірливим, а при нагріванні спотворення сигналу ще більше посилюються, особливо на низьких і наднизьких частотах.

безтрансформаторні УНЧ

Підсилювач НЧ на транзисторі, виконаний з використанням трансформатора, незважаючи на те, що конструкція може мати малі габарити, все одно недосконалий. Трансформатори все одно важкі та громіздкі, тому краще від них позбутися. Набагато ефективніше виявляється схема, виконана на комплементарних напівпровідникових елементах з різними типами провідності. Велика частина сучасних УНЧ виконується саме за такими схемами і працюють в класі «В».

Два потужних транзистора, що використовуються в конструкції, працюють за схемою емітерного повторювача (загальний колектор). При цьому напруга входу передається на вихід без втрат і посилення. Якщо на вході немає сигналу, то транзистори на межі включення, але все одно ще відключені. При подачі гармонійного сигналу на вхід відбувається відкривання позитивної напівхвиль першого транзистора, а другий в цей час знаходиться в режимі відсічення.

Отже, через навантаження здатні пройти тільки позитивні напівхвилі. Але негативні відкривають другий транзистор і повністю замикають перший. При цьому в навантаженні виявляються тільки негативні напівхвилі. В результаті посилений по потужності сигнал виявляється на виході пристрою. Подібна схема підсилювача на транзисторах досить ефективна і здатна забезпечити стабільну роботу, якісне відтворення звуку.

Схема УНЧ на одному транзисторі

Вивчивши всі вищеописані особливості, можна зібрати підсилювач своїми руками на простий елементній базі. Транзистор можна використовувати вітчизняний КТ315 або будь-який його закордонний аналог - наприклад ВС107. Як навантаження потрібно використовувати навушники, опір яких 2000-3000 Ом. На базу транзистора необхідно подати напругу зміщення через резистор опором 1 Мом і конденсатор розв'язки 10 мкФ. Харчування схеми можна здійснити від джерела напругою 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.

Якщо опір R1 не підключений, то в базі і колектора не буде струму. Але при підключенні напруга досягає рівня в 0,7 В і дозволяє протікати току близько 4 мкА. При цьому по току коефіцієнт посилення виявиться близько 250. Звідси можна зробити простий розрахунок підсилювача на транзисторах і дізнатися струм колектора - він виявляється дорівнює 1 мА. Зібравши цю схему підсилювача на транзисторі, можна провести її перевірку. До виходу підключіть навантаження - навушники.

Торкніться входу підсилювача пальцем - повинен з'явитися характерний шум. Якщо його немає, то, швидше за все, конструкція зібрана неправильно. Перевірте всі з'єднання і номінали елементів. Щоб наочніше була демонстрація, підключіть до входу УНЧ джерело звуку - вихід від плеєра або телефону. Прослухайте музику та оцініть якість звучання.

Підсилювач на транзисторах, незважаючи на свою вже довгу історію, залишається улюбленим предметом дослідження як початківців, так і маститих радіоаматорів. І це зрозуміло. Він є неодмінною складовою частиною наймасовіших і підсилювачів низької (звукової) частоти. Ми розглянемо, як будуються найпростіші підсилювачі на транзисторах.

Частотна характеристика підсилювача

У будь-якому теле- чи радіоприймачі, в кожному музичному центрі або підсилювачі звуку можна знайти транзисторні підсилювачі звуку (низької частоти - НЧ). Різниця між звуковими транзисторними підсилювачами і іншими видами полягає в їх частотних характеристиках.

Звуковий підсилювач на транзисторах має рівномірну частотну характеристику в смузі частот від 15 Гц до 20 кГц. Це означає, що всі вхідні сигнали з частотою всередині цього діапазону підсилювач перетворює (підсилює) приблизно однаково. На малюнку нижче в координатах «коефіцієнт посилення підсилювача Ку - частота вхідного сигналу» показана ідеальна крива частотної характеристики для звукового підсилювача.

Ця крива практично плоска з 15 Гц до 20 кГц. Це означає, застосовувати такий підсилювач слід саме для вхідних сигналів з частотами між 15 Гц і 20 кГц. Для вхідних сигналів з частотами вище 20 кГц або нижче 15 Гц ефективність і якість його роботи швидко зменшуються.

Вид частотної характеристики підсилювача визначається електрорадіоелементами (ЕРЕ) його схеми, і перш за все самими транзисторами. Звуковий підсилювач на транзисторах зазвичай зібраний на так званих низько- і середньо частотних транзисторах з сумарною пропускною здатністю вхідних сигналів від десятків і сотень Гц до 30 кГц.

Клас роботи підсилювача

Як відомо, в залежності від ступеня безперервності протікання струму протягом його періоду через транзисторний підсилювальний каскад (підсилювач) розрізняють наступні класи його роботи: "А", "B", "AB", "C", "D".

У класі роботи ток "А" через каскад протікає протягом 100% періоду вхідного сигналу. Роботу каскаду в цьому класі ілюструє наступний малюнок.

У класі роботи підсилювального каскаду "AB" ток через нього протікає більш ніж 50%, але менше ніж 100% періоду вхідного сигналу (див. Малюнок нижче).

У класі роботи каскаду "В" ток через нього протікає рівно 50% періоду вхідного сигналу, як це ілюструє рисунок.

І нарешті в класі роботи каскаду "C" ток через нього протікає менш ніж 50% періоду вхідного сигналу.

НЧ-підсилювач на транзисторах: спотворення в основних класах роботи

У робочій області транзисторний підсилювач класу "А" має малим рівнем нелінійних спотворень. Але якщо сигнал має імпульсні викиди за напругою, що призводять до насичення транзисторів, то навколо кожної «штатної» гармоніки вихідного сигналу з'являються вищі гармоніки (аж до 11-ї). Це викликає феномен так званого транзисторного, або металевого, звуку.

Якщо НЧ-підсилювачі потужності на транзисторах мають нестабілізована харчування, то їх вихідні сигнали модулюються по амплітуді поблизу частоти мережі. Це веде до жорсткості звуку на лівому краю частотної характеристики. Різні ж способи стабілізації напруги роблять конструкцію підсилювача складнішою.

Типовий ККД однотактного підсилювача класу А не перевищує 20% через постійно відкритого транзистора і безперервного протікання постійної складової струму. Можна виконати підсилювач класу А двотактним, ККД дещо підвищиться, але напівхвилі сигналу стануть більш несиметричними. Переклад же каскаду з класу роботи "А" в клас роботи "АВ" підвищує вчетверо нелінійні спотворення, хоча ККД його схеми при цьому підвищується.

В підсилювачах же класів "АВ" та "В" спотворення наростають у міру зниження рівня сигналу. Мимоволі хочеться вмикати такий підсилювач голосніше для повноти відчуттів мощі і динаміки музики, але найчастіше це мало допомагає.

Проміжні класи роботи

У класу роботи "А" є різновид - клас "А +". При цьому низьковольтні вхідні транзистори підсилювача цього класу працюють в класі "А", а високовольтні вихідні транзистори підсилювача при перевищенні їх вхідними сигналами певного рівня переходять в класи "В" або "АВ". Економічність таких каскадів краще, ніж в чистому класі "А", а нелінійні спотворення менше (до 0,003%). Однак звук у них також "металевий" через наявність вищих гармонік в вихідному сигналі.

У підсилювачів ще одного класу - "АА" ступінь нелінійних спотворень ще нижче - близько 0,0005%, але вищі гармоніки також присутні.

Повернення до транзисторного підсилювача класу "А"?

Сьогодні багато фахівців в області якісного звуковідтворення ратують за повернення до лампових підсилювачів, оскільки рівень нелінійних спотворень і вищих гармонік, що вносяться ними в вихідний сигнал, свідомо нижче, ніж у транзисторів. Однак ці переваги в чималому ступені нівелюються необхідністю трансформатора між високоомним ламповим вихідним каскадом і низькоомними звуковими колонками. Втім, з трансформаторним виходом може бути зроблений і простий підсилювач на транзисторах, що буде показано нижче.

Існує і точка зору, що граничне якість звучання може забезпечити тільки гібридний лампово-транзисторний підсилювач, все каскади якого є однотактним, що не охоплені і працюють в класі "А". Тобто такий повторювач потужності являє собою підсилювач на одному транзисторі. Схема його може мати гранично досяжний ККД (в класі "А") не більше 50%. Але ні потужність, ні ККД підсилювача не є показниками якості звуковідтворення. При цьому особливого значення набувають якість і лінійність характеристик всіх ЕРЕ в схемі.

Оскільки однотактний схеми отримують таку перспективу, ми розглянемо нижче їх можливі варіанти.

Однотактний підсилювач на одному транзисторі

Схема його, виконана із загальним емітером і R-C-зв'язками по вхідному і вихідному сигналам для роботи в класі "А", наведена на малюнку нижче.

На ній зображений транзистор Q1 структури n-p-n. Його колектор через струмообмежуючі резистор R3 приєднаний до позитивного висновку + Vcc, а емітер - до -Vcc. Підсилювач на транзисторі структури p-n-p матиме таку ж схему, але висновки джерела живлення поміняються місцями.

C1 - розділовий конденсатор, за допомогою якого джерело змінного вхідного сигналу відділяється від джерела постійної напруги Vcc. При цьому С1 не перешкоджає проходженню змінного вхідного струму через перехід "база - емітер транзистора Q1". Резистори R1 і R2 спільно з опором переходу «Е - Б» утворюють Vcc для вибору робочої точки транзистора Q1 в статичному режимі. Типовою для цієї схеми є величина R2 \u003d 1 кОм, а положення робочої точки - Vcc / 2. R3 є навантажувальним резистором колекторної ланцюга і служить для створення на колекторі змінної напруги вихідного сигналу.

Припустимо, що Vcc \u003d 20 В, R2 \u003d 1 кОм, а коефіцієнт посилення по току h \u003d 150. Напруга на емітер вибираємо Ve \u003d 9 В, а падіння напруги на переході «Е - Б» приймаємо рівним Vbe \u003d 0,7 В. ця величина відповідає так званому кремниевому транзистору. Якби ми розглядали підсилювач на германієвих транзисторах, то падіння напруги на відкритому переході «Е - Б» було б так само Vbe \u003d 0,3 В.

Струм емітера, приблизно рівний струму колектора

Ie \u003d 9 B / 1 кОм \u003d 9 мА ≈ Ic.

Струм бази Ib \u003d Ic / h \u003d 9 мА / 150 \u003d 60 мкА.

Падіння напруги на резисторі R1

V (R1) \u003d Vcc - Vb \u003d Vcc - (Vbe + Ve) \u003d 20 В - 9,7 В \u003d 10,3 В,

R1 \u003d V (R1) / Ib \u003d 10,3 В / 60 мкА \u003d 172 кОм.

С2 потрібен для створення ланцюга проходження змінної складової струму емітера (фактично струму колектора). Якби його не було, то резистор R2 сильно обмежував би змінну складову, так що даний підсилювач на біполярному транзисторі мав би низький коефіцієнт посилення по току.

У наших розрахунках ми брали, що Ic \u003d Ib h, де Ib - струм бази, впадає в неї з емітера і виникає при подачі на базу напруги зсуву. Однак через базу завжди (як при наявності зміщення, так і без нього) протікає ще й струм витоку з колектора Icb0. Тому реальний струм колектора дорівнює Ic \u003d Ib h + Icb0 h, тобто струм витоку в схемі з ОЕ посилюється в 150 разів. Якби ми розглядали підсилювач на германієвих транзисторах, то ця обставина потрібно було б враховувати при розрахунках. Справа в тому, що мають істотний Icb0 порядку декількох мкА. У кремнієвих ж він на три порядки менше (близько декількох нА), так що в розрахунках їм зазвичай нехтують.

Однотактний підсилювач з МДП-транзистором

Як і будь-який підсилювач на польових транзисторах, що розглядається схема має свій аналог серед підсилювачів на Тому розглянемо аналог попередньої схеми із загальним емітером. Вона виконана із загальним витоком і R-C-зв'язками по вхідному і вихідному сигналам для роботи в класі "А" і приведена на малюнку нижче.

Тут C1 - такий же розділовий конденсатор, за допомогою якого джерело змінного вхідного сигналу відділяється від джерела постійної напруги Vdd. Як відомо, будь-який підсилювач на польових транзисторах повинен мати потенціал затвора своїх МДП-транзисторів нижче потенціалів їх витоків. В даній схемі затвор заземлений резистором R1, що має, як правило, великий опір (від 100 кОм до 1 МОм), щоб він не шунтував вхідний сигнал. Струм через R1 практично не проходить, тому потенціал затвора при відсутності вхідного сигналу дорівнює потенціалу землі. Потенціал же витоку вище потенціалу землі за рахунок падіння напруги на резисторі R2. Таким чином, потенціал затвора виявляється нижче потенціалу витоку, що і потрібно для нормальної роботи Q1. Конденсатор C2 і резистор R3 мають таке ж призначення, як і в попередній схемі. Оскільки ця схема із загальним витоком, то вхідний і вихідний сигнали зрушені по фазі на 180 °.

Підсилювач з трансформаторним виходом

Третій одноступінчатий простий підсилювач на транзисторах, показаний на малюнку нижче, також виконаний за схемою з загальним емітером для роботи в класі "А", але з низькоомним динаміком він пов'язаний через узгоджувальний трансформатор.

Первинна обмотка трансформатора T1 є навантаженням колекторної ланцюга транзистора Q1 і розвиває вихідний сигнал. T1 передає вихідний сигнал на динамік і забезпечує узгодження вихідного повного опору транзистора з низьким (близько декількох Ом) опором динаміка.

Дільник напруги колекторного джерела живлення Vcc, зібраний на резисторах R1 і R3, забезпечує вибір робочої точки транзистора Q1 (подачу напруги зсуву на його базу). Призначення інших елементів підсилювача таке ж, як і в попередніх схемах.

Двотактний звуковий підсилювач

Двотактний НЧ-підсилювач на двох транзисторах розщеплює вхідний частоти на дві протифазні напівхвилі, кожна з яких посилюється своїм власним транзисторним каскадом. Після виконання такого посилення напівхвилі об'єднуються в цілісний гармонійний сигнал, який і передається на акустичну систему. Подібне перетворення НЧ-сигналу (розщеплення і повторне злиття), природно, викликає в ньому незворотні викривлення, зумовлені відмінністю частотних і динамічних властивостей двох транзисторів схеми. Ці спотворення знижують якість звуку на виході підсилювача.

Двотактні підсилювачі, що працюють в класі "А", недостатньо добре відтворюють складні звукові сигнали, так як в їх плечах безперервно протікає постійний струм підвищеної величини. Це призводить до несиметрії полуволн сигналу, фазовим спотворенням і в кінцевому підсумку до втрати розбірливості звуку. Нагріваючись, два потужних транзистора збільшують удвічі спотворення сигналу в області низьких і інфранизьких частот. Але все ж основною перевагою двотактної схеми є її прийнятний ККД і підвищена вихідна потужність.

Двотактна схема підсилювача потужності на транзисторах показана на малюнку.

Це підсилювач для роботи в класі "А", але може бути використаний і клас "АВ", і навіть "В".

Бестрансформаторним транзисторний підсилювач потужності

Трансформатори, незважаючи на успіхи в їх мініатюризації, залишаються все ж самими громіздкими, важкими і дорогими ЕРЕ. Тому було знайдено шлях усунення трансформатора з двотактної схеми шляхом виконання її на двох потужних комплементарних транзисторах різних типів (n-p-n і p-n-p). Більшість сучасних підсилювачів потужності використовують саме цей принцип і призначені для роботи в класі "В". Схема такого підсилювача потужності показана на малюнку нижче.

Обидва її транзистора включені за схемою із загальним колектором (емітерний повторювача). Тому схема передає вхідну напругу на вихід без посилення. Якщо вхідного сигналу немає, то обидва транзистора знаходяться на кордоні включеного стану, але при цьому вони вимкнені.

Коли гармонійний сигнал поданий на вхід, його позитивна полуволна відкриває TR1, але переводить p-n-p транзистор TR2 повністю в режим відсічення. Таким чином, тільки позитивна полуволна посиленого струму протікає через навантаження. Негативна полуволна вхідного сигналу відкриває тільки TR2 і замикає TR1, так що в навантаження подається негативна полуволна посиленого струму. В результаті на навантаженні виділяється повний посилений по потужності (за рахунок посилення по току) синусоїдальний сигнал.

Підсилювач на одному транзисторі

Для засвоєння вищевикладеного зберемо простий підсилювач на транзисторах своїми руками і розберемося, як він працює.

Як навантаження малопотужного транзистора Т типу BC107 включимо навушники з опором 2-3 кОм, напруга зсуву на базу подамо з високоомного резистора R * величиною 1 МОм, що розв'язує електролітичний конденсатор C ємністю від 10 мкФ до 100 мкФ включимо в базову ланцюг Т. Харчувати схему будемо від батареї 4,5 В / 0,3 А.

Якщо резистор R * не підключений, то немає ні струму бази Ib, ні струму колектора Ic. Якщо резистор підключений, то напруга на базі піднімається до 0,7 В і через неї протікає струм Ib \u003d 4 мкА. Коефіцієнт посилення транзистора по току дорівнює 250, що дає Ic \u003d 250Ib \u003d 1 мА.

Зібравши простий підсилювач на транзисторах своїми руками, можемо тепер його випробувати. Підключіть навушники і поставте палець на точку 1 схеми. Ви почуєте шум. Ваше тіло сприймає випромінювання мережі живлення на частоті 50 Гц. Шум, почутий вами з навушників, і є цим випромінюванням, тільки посиленим транзистором. Пояснимо цей процес докладніше. Напруга змінного струму з частотою 50 Гц підключено до бази транзистора через конденсатор С. Напруга на базі тепер дорівнює сумі постійної напруги зміщення (приблизно 0,7 В), що приходить з резистора R *, і напруги змінного струму "від пальця". В результаті струм колектора отримує змінну складову з частотою 50 Гц. Цей змінний струм використовується для зсуву мембрани динаміків вперед-назад з тією ж частотою, а це означає, що ми зможемо почути тон 50 Гц на виході.

Слухати рівень шуму 50 Гц не дуже цікаво, тому можна підключити до точок 1 і 2 низькочастотні джерела сигналу (CD-плеєр або мікрофон) і чути посилену мова або музику.