В этой статье мы поговорим об усилителях. Они же УНЧ (усилители низкой частоты), они же УМЗЧ (усилители мощности звуковой частоты). Эти устройства могут быть выполнены как на транзисторах, так и на микросхемах. Хотя некоторые радиолюбители, отдавая дань моде на винтаж, делают их по старинке - на лампах. Здесь советуем посмотреть . Особое внимание начинающих хочу обратить на микросхемы автомобильных усилителей с 12-ти вольтовым питанием. Используя их можно получить довольно качественный звук на выходе, причем для сборки практически достаточно знаний школьного курса физики. Порой из обвеса, или говоря другими словами, тех деталей на схеме, без которых микросхема не будет работать, на схеме бывает буквально 5 штук. Одна из подобных, усилитель на микросхеме TDA1557Q приведена на рисунке:
Такой усилитель в свое время был собран мною, пользуюсь уже несколько лет им вместе с советской акустикой 8 Ом 8 Вт, совместно с компьютером. Качество звучания намного выше, чем у китайских пластмассовых колонок. Правда, чтобы почувствовать существенную разницу, мне пришлось купить звуковую карту creative, на встроенном звуке разница была незначительная.
Усилитель можно собрать навесным монтажом
Также усилитель можно собрать навесным монтажом, прямо на выводах деталей, но я бы не советовал собирать этим методом. Лучше потратить немного больше времени, найти разведенную печатную плату (или развести самому), перенести рисунок на текстолит, протравить его и получить в итоге усилитель, который будет работать много лет. Обо всех эти технологиях многократно рассказано в интернете, поэтому более подробно останавливаться на них не буду.
Усилитель прикрепленный к радиатору
Сразу скажу, что микросхемы усилителей при работе сильно нагреваются и их необходимо крепить, нанеся термопасту на радиатор. Тем же, кто хочет просто собрать один усилитель и нет времени или желания изучать программы по разводке печатных плат, технологии ЛУТ и травление, могу предложить использовать специальные макетные платы с отверстиями под пайку. Одна из них изображена на фото ниже:
Как видно на фото, соединения осуществляются не дорожками на печатной плате, как в случае с печатным монтажом, а гибкими проводками, подпаиваемыми к контактам на плате. Единственной проблемой при сборке таких усилителей, является источник питания, выдающий напряжение 12-16 вольт, при токе потребления усилителем до 5 ампер. Разумеется, такой трансформатор (на 5 ампер) будет иметь немаленькие размеры, поэтому некоторые пользуются импульсными источниками питания.
Трансформатор для усилителя - фото
У многих, думаю, дома есть блоки питания компьютеров, которые сейчас морально устарели, и больше не используются в составе системных блоков, так вот такие блоки питания способны выдавать по цепям +12 вольт, токи намного большие чем 4 ампера. Конечно, такое питание среди ценителей звучания считается худшим, чем стандартное трансформаторное, но я подключал импульсный блок питания для питания своего усилителя, после сменил его на трансформаторный - разница в звучании можно сказать незаметна.
После выхода с трансформатора, разумеется, нужно поставить для выпрямления тока диодный мост, который должен быть рассчитан на работу с большими токами, потребляемыми усилителем.
После диодного моста идет фильтр на электролитическом конденсаторе, который должен быть рассчитан на заметно большее напряжение, чем у нас в схеме. Например, если у нас в схеме питание 16 вольт, конденсатор должен быть на 25 вольт. Причем этот конденсатор должен быть как можно большей емкости, у меня стоят подключенные параллельно 2 конденсатора по 2200 мкф, и это не предел. Параллельно питанию (шунтируем) нужно подключить керамический конденсатор емкостью 100 нф. У усилителя на входе ставят пленочные разделительные конденсаторы емкостью от 0,22 до 1 мкф.
Пленочные конденсаторы
Подключение сигнала к усилителю, с целью снизить уровень наводимых помех, должно осуществляться экранированным кабелем, для этих целей удобно пользоваться кабелем Джек 3.5 - 2 Тюльпана, с соответствующими гнездами на усилителе.
Кабель джек 3.5 - 2 тюльпана
Регулировку уровня сигнала (громкости на усилителе) осуществляют с помощью потенциометра, если усилитель стерео, то сдвоенного. Схема подключения переменного резистора показана на рисунке ниже:
Разумеется усилители могут быть выполнены и на транзисторах, при этом питание, подключение и регулировка громкости в них применяются точно так же, как и в усилителях на микросхемах. Рассмотрим, к примеру, схему усилителя на одном транзисторе:
Здесь также стоит разделительный конденсатор, и минус сигнала соединяется с минусом питания. Ниже приведена схема двухтактного усилителя мощности на двух транзисторах:
Следующая схема также на двух транзисторах, но собранная из двух каскадов. Действительно, если присмотреться, она состоит как-бы из 2 почти одинаковых частей. В первый каскад у нас входят: С1, R1, R2, V1. Во второй каскад C2, R3, V2, и нагрузка наушники В1.
Двухкаскадный усилитель на транзисторах - схема
Если же мы хотим сделать стерео усилитель, нам нужно будет собрать два одинаковых канала. Точно также мы можем, собрав две схемы любого моно усилителя, превратить его в стерео. Ниже приведена схема трехкаскадного усилителя мощности на транзисторах:
Трехкаскадный усилитель на транзисторах - схема
Схемы усилителей также различаются по напряжению питания, некоторым достаточно для работы 3-5 вольт, другим необходимо 20 и выше. Для работы некоторых усилителей требуется двуполярное питание. Ниже приведены 2 схемы усилителя на микросхеме TDA2822 , первая стерео подключение:
На схеме в виде резисторов RL обозначены подключения динамиков. Усилитель нормально работает от напряжения в 4 вольта. На следующем рисунке изображена схема мостового включения, в ней используется один динамик, зато она выдает большую мощность, чем в стерео варианте:
На следующем рисунке изображены схемы усилителя на , обе схемы взяты из даташита. Питание 18 вольт, мощность 14 Ватт:
Акустика, подключаемая к усилителю, может иметь разное сопротивление, чаще всего это 4-8 Ом, иногда встречаются динамики с сопротивлением 16 Ом. Узнать сопротивление динамика, можно перевернув его тыльной стороной к себе, там обычно пишется номинальная мощность и сопротивление динамика. В нашем случае это 8 Ом, 15 Ватт.
Если же динамик находится внутри колонки и посмотреть, что на нем написано, нет возможности, тогда динамик можно прозвонить тестером в режиме омметра выбрав предел измерения 200 Ом.
Динамики имеют полярность. Кабеля, которыми акустика подключается, обычно имеют пометку красным цветом, для провода который соединен с плюсом динамика.
Если провода не имеют пометок, проверить правильность подключения можно, соединив батарейку плюс с плюсом, минус с минусом динамика (условно), если диффузор динамика выдвинется наружу - то мы угадали с полярностью. Больше различных схем УНЧ, в том числе ламповых, можно посмотреть в . Там собрана, думаем, самая большая подборка схем в интернете.
Многие интересуются способом изготовления портативных колонок или динамиков для смартфонов и планшетов. Однако перед тем, как приступить к изготовлению самих динамиков, нужно позаботиться об усилителе. В этом материале мы сделаем обзор видеоролика, который посвящен сборке простейшего усилителя.
Итак, что же нам понадобится, чтобы собрать усилитель:
- коннектор для кроны;
- крона на 9 вольт;
- динамик 0.5-1 Вт и сопротивлением 8 Ом;
- мини джек на 3.5 мм;
- резистор на 10 Ом;
- выключатель;
- микросхема ЛМ386;
- конденсатор на 10 вольт.
Чтобы процесс сборки не показался очень сложным, представляем вашему вниманию схему будущего усилителя.
Посмотрев на микросхему с более близкого расстояния, можно увидеть, что она имеет по четырем лапкам с обеих сторон. В сумме получается 8 лапок. Для того, чтобы не перепутать и не перевернуть микросхему вверх ногами и тем самым ошибиться с пайкой, на микросхеме предусмотрена небольшая метка похожая на полукруг. Эта метка должна располагаться сверху.
Начнем с пайки первого провода, который будет идти к выключателю и плюсовому контакту кроны. Этот проводок необходимо припаять к шестой лапке микросхеме, то есть второй снизу на правой стороне.
Следующий конец проводка необходимо припаять к выключателю. Тут стоит отметить, что по словам автора идеи, сама схема не представляет никакой трудности и со сборкой может справиться даже тот, кто не имеет особых навыков в электронике .
После успешной пайки первого провода нужно перейти ко второму контакту выключателя, который на данный момент свободен. Тут нужно припаять плюсовой провод, идущий от коннектора кроны. После такой несложной пайки, можно сказать, что первый этап изготовления усилителя успешным образом пройден.
Перейдем к следующей лапке, которая на схеме отмечена цифрой 5 и находиться непосредственно под шестой лапкой, то есть той, к которой мы припаяли провод на предыдущем этапе работы. К этой лапке нужно припаять плюсовой контакт конденсатора.
От конденсатора у нас остается минусовой контакт, который необходимо припаять к плюсовому контакту динамика. При желании можно отказаться от прямой пайки конденсатора к динамику, чтобы уберечь его от возможных повреждений, как это делает автор. В таком случае нужно укоротить контакт конденсатора и удлинить его проводком.
После этого можно припаять проводок от минуса конденсатора к плюсу динамика.
Минусовой контакт динамика необходимо припаять к четвертой и второй лапкам на микросхеме. Соответственно это нижняя и вторая сверху лапки на левой стороне. Для этого берем проводок и припаиваем к минусу динамика.
После этого соединяем этот провод с четвертой лапке микросхемы.
Чтобы соединить этот же провод со второй лапкой, необходимо сделать перемычку. Берем короткий проводок. Один конец припаиваем к четвертой лапке, на которой уже есть один провод, а второй конец – ко второй лапке.
К третей лапке с левой стороны, то есть той, которая находиться между предыдущими двумя, мы должны припаять резистор.
Ко второй ножке резистора припаиваем проводок, который будет идти к плюсовому контакте на мини джеке.
Разбираем мини джек. На мини джеке, который использует автор, есть два контакта – на левый и правый каналы. Их нужно соединить между собой и припаиваем провод, идущий от резистора к контактам.
Привет всем самоделкиным, как обычно у каждого начинающего радиолюбителя есть идея сделать что либо, но первое что приходит обычно в голову это собрать усилитель, который будет легок в сборке и не требующий финансовых затрат. Именно поэтому я решил собрать усилитель, главное «сердце» которого можно извлечь из ненужного или же старого телевизора, о том как сделать его я расскажу в этой статье.
Чтобы собрать усилитель звука, нам нужно подготовить все нужные материалы, это:
Телевизор, ненужный или же просто старый учтите, что в телевизорах сделанных в СССР такого усилителя вы не найдете.
Паяльник и все что необходимо для его использования, подставка, припой и флюс.
Провода, отлично подойдут с блока питания компьютера.
Штекер под тюльпаны, такие можно найти в магнитоле, DVD плеере или музыкальном центре.
Зажим для проводов, по которым будет идти усиленный усилителем звук, также есть в большинстве музыкальных систем.
Радиатор охлаждения, мною снят с старого винилового проигрывателя.
Блок питания от ноутбука, внутренности будут не нужны, а только корпус.
Плоскогубцы.
Двухконтактный штекер, по диаметру контакта подходит в блок от пк.
Канцелярский нож для выполнения отверстий.
После того, когда все детали готовы и вы точно решили, что настал тот момент, когда можно сделать простой усилитель, можно приступать к пошаговой сборке.
Шаг первый.
Как обычно телевизор выполнен в корпусе из пластика, снимаем его, чтобы добраться до платы. Внимание, перед разборкой выньте вилку из розетки, не зря на телевизоре написано высокое напряжение. После того, как крышка снята можно рассмотреть плату, на ней находится радиатор, который выполнен обычно в форме листового аллюминия, вырезать плату нужно ножницами по металлу или при помощи плоскогубцев, оставляйте более 10 см вокруг микросхемы, так как плата должна остаться рабочей.
Шаг второй. Для того, собой сделать усилитель звука из «внутренностей» телевизора нужно найти информацию в интернете на микросхему, маркировка которой написана на ней белыми буквами с набором цифр, в данном случае это микросхема TDA 2611,данные о ней есть в даташите и схема включения, см на фото.
Именно по схеме дадим микросхеме вторую жизнь.
Дальнейшая сборка будет проходить с использованием схемы, показанной на картинке. При помощи паяльника, предварительно залуженный провод красного цвета припаиваем к 1-ой ножке микросхемы, отсчет идет слава направо, этот провод есть плюс питания, за минус возьмем черный провод, который припаиваем к 6-ой ножке, два этих провода закреплены на штекере.
С питанием разобрались, теперь необходимо сделать вход звука, подавать который можно с любого плеера или телефона с помощью переходника штекер джек с одной стороны и с другой пара тюльпанов. Входы под эти тюльпаны паяем к 7-ой ноге через резистор, закрепленный на плате у входа и 6-ой ножке.
Выход звука делаем на зажимах, провода которого подсоединяем к дорожке 2-ой ноги микросхемы идущей после конденсатора на 220мкф, второй контакт идет как в большинстве случаев по минусы.
Часть электроники усилителя готова, теперь нужен хороший благородный корпус с охлаждением. Недолго думая я остановил свой выбор на блоке питания для зарядки ноутбука, корпус из него как мне показалось будет хорошим. Ну что ж, приступаем. Для начала раскурочим его содержимое и при помощи канцелярского ножа вырежем отверстия под тюльпаны и питание на одной стороне и на другой под выход звука.
Все штекера крепятся при помощи термоклея. В окончании необходимо закрутить микросхему усилителя на радиатор и также закрепить на термоклей.
Евгения Смирнова
Посылать свет в глубину человеческого сердца - вот назначение художника
Содержание
Подключение динамиков к ноутбуку, телевизору или другому источнику музыки иногда требует усиления сигнала с помощью отдельного устройства. Идея собрать усилитель своими руками хороша, если вы склонны к работе с печатными платами в домашних условиях и имеете некоторые технические навыки.
Как сделать усилитель звука
Начало работ по сборке усиливающего устройства для колонок того или иного типа состоит из поиска инструментов и комплектующих. Схема усилителя на печатной плате собирается с помощью паяльника на термоустойчивой опоре. Рекомендуется использовать специальные паяльные станции. Если сборка своими руками проводится для целей тестирования схемы или для использования в течение небольшого срока, подойдет вариант «на проводах», но вам потребуется больше места для размещения комплектующих. Печатная плата гарантирует компактность устройства и удобство в дальнейшем применении.
Дешевый и распространенный усилитель для наушников или малых динамиков создается на базе микросхемы – миниатюрного управляющего блока с заранее вшитым набором команд управления электрическим сигналом. К схеме с микросхемой остается добавить всего несколько резисторов и конденсаторов. Суммарная стоимость усилителя любительского класса в итоге значительно ниже цены готовой профессиональной аппаратуры из ближайшего магазина, но и функционал ограничивается изменением выходной громкости аудиосигнала.
Помните об особенностях компактных одноканальных усилителей, собираемых своими руками на основе микросхем серий TDA и их аналогов. Микросхема выделяет большое количество тепла в процессе работы, поэтому вы должны исключить или минимизировать ее соприкосновение с другими деталями устройства. Радиаторная решетка для отвода тепла рекомендуется к использованию. В зависимости от модели микросхемы и мощности усилителя увеличивается размер требуемого радиатора. Если усилитель собирается в корпусе, следует предварительно спланировать место под теплоотвод.
Другая особенность сборки усилителя звука своими руками – низкое потребляемое напряжение. Это позволяет использовать простой усилитель в автомобилях (питание от авто аккумулятора), в дороге или дома (питание от специального блока или батарей). Некоторые упрощенные усилители звука требуют напряжения тока всего в 3 Вольта. Потребляемая мощность зависит от того, какая степень усиления звукового сигнала требуется. Усилитель звука c плеера для стандартных наушников потребляет около 3 Ватт.
Начинающему радиолюбителю рекомендуется воспользоваться компьютерной программой для создания и просмотра принципиальных схем. Файлы для таких программ могут иметь расширение *.lay – они создаются и редактируются в популярном виртуальном инструменте Sprint Layout. Создание схемы своими руками с нуля имеет смысл, если вы уже набрались опыта и желаете экспериментировать с полученными знаниями. Иначе ищите и скачивайте готовые файлы, по которым можно быстро собрать замену низкочастотному усилителю для автомагнитолы или цифровому комбоусилителю для гитары.
Для ноутбука
Собирается звукоусилитель своими руками для ноутбука в одном из двух случаев: встроенные динамики вышли из строя либо же их громкости и качества звучания недостаточно для ваших нужд. Потребуется простой усилитель, рассчитанный на мощность внешних колонок до 2 Ватт, и сопротивление обмоток до 4 Ом. Для его сборки своими руками кроме стандартных инструментов радиолюбителя (плоскогубцы, паяльная станция) потребуется печатная плата, микросхема TDA 7231, блок питания на 9 Вольт. Самостоятельно подберите корпус, в котором разместятся компоненты усилителя.
В список закупаемых комплектующих добавьте следующие позиции:
- конденсатор неполярный 0,1 мкФ – 2 шт.;
- конденсатор полярный 100 мкФ – 1 шт.;
- конденсатор полярный 220 мкФ – 1 шт.;
- конденсатор полярный 470 мкФ – 1шт.;
- резистор постоянный 10 КОм – 1 шт.;
- резистор постоянный 4,7 Ом – 1 шт.;
- выключатель двухпозиционный – 1 шт.;
- гнездо для выхода на громкоговоритель – 1 шт.
Порядок сборки определите самостоятельно в зависимости от того, какую электросхему формата *.lay вы скачали. Радиатор подберите такого размера, чтобы его теплопроводность позволила сохранять рабочую температуру микросхемы ниже 50 градусов Цельсия. Если устройство постоянно используется с ноутбуком вне помещений, ему потребуется самодельный корпус с прорезями или отверстиями для циркуляции воздуха. Собрать такой корпус можно своими руками из пластикового контейнера или остатков старой радиоаппаратуры, закрепив плату с помощью длинных винтов.
Для наушников своими руками
Простейший стереоусилитель для портативных наушников должен обладать небольшой мощностью, но самым важным параметром будет энергопотребление. В идеальном примере конструкция запитана от пальчиковых батареек, в крайнем случае, от простого адаптера на 3 Вольт. Вам понадобится высококачественная микросхема TDA 2822 или ее аналог (например, КА 2209), электронная схема сборки усилителя своими руками на TDA 2822. Дополнительно возьмите комплектующие:
- конденсаторы 100 мкФ (4 шт.);
- до 30 см медного провода;
- гнездо для провода наушников.
Теплоотводящий элемент понадобится, если желаете сделать усилитель компактным и с закрытым корпусом. Усилитель можете собрать на готовой или самодельной печатной плате либо навесным монтажом. Импульсный трансформатор в источнике питания может создавать помехи, поэтому не используйте его в данном варианте усилителя. Готовый усилитель обеспечит приятный и мощный звук с плеера (записи или радиосигнал), планшета или телефона.
Схема усилителя для сабвуфера
Низкочастотный усилитель собирается своими руками на микросхеме TDA 7294. Используется как для создания мощной акустики с басами в квартире, так и в качестве автоусилителя – в этом случае, правда, нужно приобрести двухполярный источник питания на 30-35 Вольт. На рисунках ниже описано расположение комплектующих, а также номинал резисторов и конденсаторов. Такой усилитель для сабвуфера обеспечит выходную мощность до 100 Ватт с выделяющимися низкими частотами.
Мини усилитель звука для колонок
В качестве устройства усиления звука для отечественных или зарубежных домашних колонок подойдет описанная выше конструкция для ноутбуков. Стационарное размещение устройства позволит выбирать любой адаптер питания из имеющихся в наличии. Миниатюрность и приемлемый внешний вид недорогого усилителя вы сможете обеспечить, соблюдая несколько правил:
- Готовая качественная печатная плата.
- Прочный пластиковый или металлический корпус (закажите у мастера).
- Размещение компонентов заранее спланировано.
- Усилитель спаян аккуратно, без лишних капель припоя.
- Радиатор касается только микросхемы.
- Использованы готовые гнезда для выхода сигнала и ввода питания.
Ламповый усилитель звука своими руками
Ламповые усилители звука – это дорогостоящие устройства при условии, что вы закупаете все комплектующие на собственные средства. Старые радиолюбители иногда держат у себя коллекции ламп и других деталей. Собрать ламповый усилитель на дому своими руками относительно легко, если вы готовы потратить несколько дней на поиск подробных схем в интернете. Схема усилителя звука в каждом случае уникальна и зависит от источника звука (старый магнитофон, современная цифровая техника), источника питания, предполагаемых габаритов и других параметров.
Усилитель звука на транзисторах
Сборка предусилителя звука своими руками без использования сложных микросхем возможна на транзисторах. Усилитель на германиевых транзисторах легко встраивают в современные аудиосистемы, он не требует дополнительной настройки. Недостатком схем на транзисторах считается больший размер плат в сборе. Неприятна и зависимость от «чистоты» фона – вам потребуется экранированный кабель, либо дополнительная схема подавления шумов и пульсаций из сети.
Видео: усилитель мощности звука своими руками
Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим! Добрый день уважаемый хабраюзер, я хочу рассказать тебе о основах построения усилителей звуковой частоты. Я думаю эта статья будет интересна тебе если ты никогда не занимался радиоэлектроникой, и конечно же она будет смешна тем кто не расстаётся с паяльником. И поэтому я попытаюсь расказать о данной теме как можно проще и к сожалению опуская некоторые нюансы.Усилитель звуковой частоты или усилитель низкой частоты, что бы разобраться как он всё таки работает и зачем там так много всяких транзисторов, резисторов и конденсаторов, нужно понять как работает каждый элемент и попробовать узнать как эти элементы устроены. Для того что бы собрать примитивный усилитель нам понадобятся три вида электронных элементов: резисторы, конденсаторы и конечно транзисторы.
Резистор
Итак, резисторы у нас характеризуются сопротивлением электрическому току и это сопротивление измеряется в Омах. Каждый электропроводящий металл или сплав металлов имеют своё удельное сопротивление . Если мы возьмём проволоку определённой длинны с большим удельным сопротивлением, то у нас получится самый настоящий проволочный резистор. Для того что бы резистор был компактным, проволоку можно намотать на каркас. Таким образом у нас получится проволочный резистор, но он имеет ряд недостатков, поэтому резисторы обычно изготавливаются из металлокерамического материала. Вот так обозначаются резисторы на электрических схемах:Верхний вариант обозначения принят в США, нижний в России и в Европе.
Конденсатор
Конденсатор представляет из себя две металлических пластины разделённые диэлектриком . Если мы подадим на эти пластины постоянное напряжение, то появится электрическое поле, которое после отключения питания будет поддерживать на пластинах положительный и отрицательный заряды соответственно.
Основа конструкции конденсатора - две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик
Таким образом конденсатор способен накапливать электрический заряд. Эта способность накапливать электрический заряд называется электрическая ёмкость , что есть главный параметр конденсатора. Электрическая ёмкость измеряется в Фарадах. Что ещё характерно, это то что когда мы заряжаем или разряжаем конденсатор, через него идёт электрический ток. Но как только конденсатор зарядился, он перестаёт пропускать электрический ток, а это потому что конденсатор принял заряд источника питания, то есть потенциал конденсатора и источника питания одинаковые, а если нет разности потенциалов (напряжения), нет электрического тока. Таким образом, заряженный конденсатор не пропускает постоянный электрический ток, но пропускает переменный ток, так как при подключении его к переменному электрическому току, он будет постоянно заряжаться и разряжаться. На электрических схемах его обозначают так:
Транзистор
В нашем усилителе мы будем использовать самые простые биполярные транзисторы . Транзистор изготавливают из полупроводникового материала . Нужное для нас свойство это материала, - наличие в них свободных носителей как положительных, так и отрицательных зарядов. В зависимости от того каких зарядов больше, полупроводники различают на два типа по проводимости: n -тип и p -тип (n-negative, p-positive). Отрицательные заряды - это электроны, освободившиеся с внешних оболочек атомов кристаллической решетки, а положительные - так называемые дырки. Дырки - это вакантные места, остающиеся в электронных оболочках после ухода из них электронов. Условно обозначим атомы с электроном на на внешней орбите синим кружком со знаком минус, а атомы с вакантным местом - пустым кружком:
Каждый биполярный транзистор состоит из трёх зон таких полупроводников, эти зоны называют база, эмиттер и коллектор.
Рассмотрим пример работы транзистора. Для этого подключим к транзистору две батарейки на 1,5 и на 5 вольт, плюсом к эмиттеру, а минусом к базе и коллектору соответственно (смотрим рисунок):
На контакте базы и эмиттера появится электромагнитное поле, которое буквально вырывает электроны с внешней орбиты атомов базы и переносит их в эмиттер. Свободные электроны оставляют за собой дырки, и занимают вакантные места уже в эмиттере. Это же электромагнитное поле оказывает такое же воздействие на атомы коллектора, а так как база в транзисторе достаточно тонкая относительно эмиттера и коллектора, электроны коллектора достаточно легко проходят сквозь неё в эмиттер, причём в гораздо большем количестве чем из базы.
Если же мы отключим напряжение от базы, то никакого электромагнитного поля не будет, а база будет выполнять роль диэлектрика, и транзистор будет закрыт. Таким образом при подаче на базу достаточно малого напряжения, мы можем контролировать большее поданное напряжение на эмиттер и коллектор.
Рассмотренный нами транзистор pnp
-типа, так как у него две p
-зоны и одна n
-зона. Так же существуют npn
-транзисторы, принцип действия в них такой же, но электрический ток течёт в них в противоположную сторону, чем в рассмотренном нами транзисторе. Вот так биполярные транзисторы обозначаются на электрических схемах, стрелка указывает направление тока:
УНЧ
Ну что ж, попробуем спроектировать из этого всего усилитель низкой частоты. Для начала нам нужен сигнал который мы будем усиливать, это может быть звуковая карта компьютера или любое другое звуковое устройство с линейным выходом. Допустим наш сигнал с максимальной амплитудой примерно 0,5 вольта при токе 0,2 А, примерно такой:
А что бы заработал самый простой 4-х омный 10 ваттный динамик, нам нужно увеличить амплитуду сигнала до 6 вольт, при силе тока I = U / R = 6 / 4 = 1,5 A.
Итак, попробуем подключить наш сигнал к транзистору. Вспомните нашу схему с транзистором и двумя батарейками, теперь вместо 1,5 вольтовой батарейки у нас у нас сигнал линейного выхода. Резистор R1 выполняет роль нагрузки, дабы не было короткого замыкания и наш транзистор не сгорел.
Но тут возникают сразу две проблемы, во-первых наш транзистор npn -типа, и открывается только при положительном значении полуволны, а при отрицательном закрывается.
Во-вторых транзистор, как и любой полупроводниковый прибор имеет нелинейные характеристики в отношении напряжения и тока и чем меньше значения тока и напряжения тем сильнее эти искажения:
Мало того что от нашего сигнала осталась только полуволна, так она ещё и будет искажена:
Это есть так называемое искажение типа ступенька.
Чтобы избавиться от этих проблем, нам нужно сместить наш сигнал в рабочую зону транзистора, где поместится вся синусоида сигнала и нелинейные искажения будут незначительны. Для этого подают на базу напряжение смещения, допустим в 1 вольт, с помощью составленного из двух резисторов R2 и R3 делителя напряжения.
А наш сигнал входящий в транзистор будет выглядеть вот так:
Теперь нам нужно изъять наш полезный сигнал с коллектора транзистора. Для этого установим конденсатор C1:
Как мы помним конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный, поэтому он нам будет служить фильтром пропускающим только наш полезный сигнал - нашу синусоиду. А постоянная составляющая не прошедшая через конденсатор будет рассеиваться на резисторе R1. Переменный же ток, наш полезный сигнал, будет стремиться пройти через конденсатор, так сопротивление конденсатора для него ничтожно мало по сравнению с резистором R1.
Вот и получился первый транзисторный каскад нашего усилителя. Но существуют ещё два маленьких нюанса:
Мы не знаем на 100% какой сигнал входит в усилитель, вдруг всё таки источник сигнала неисправен, всякое бывает, опять же статическое электричество или вместе с полезным сигналом проходит постоянное напряжение. Это может стать причиной не правильной работы транзистора или даже спровоцировать его поломку. Для этого установим конденсатор С2, он подобно конденсатору С1 будет блокировать постоянный электрический ток, а так же ограниченная ёмкость конденсатора не будет пропускать пики большой амплитуды, которые могут испортить транзистор. Такие скачки напряжения обычно происходят при включении или отключении устройства.
И второй нюанс, любому источнику сигнала требуется определённая конкретная нагрузка (сопротивление). По этому для нас важно входное сопротивление каскада. Для регулировки входного сопротивления добавим в цепь эмиттера резистор R4:
Теперь мы знаем назначение каждого резистора и конденсатора в транзисторном каскаде. Давайте теперь попробуем рассчитать какие номиналы элементов нужно использовать для него.
Исходные данные:
- U = 12 В - напряжение питания;
- U бэ ~ 1 В - Напряжение эмиттер-база рабочей точки транзистора;
- P max = 200 мВт - максимальная рассеиваемая мощность;
- I max = 100 мА - максимальный постоянный ток коллектора;
- U max = 18 В - макcимально допустимое напряжение коллектор-база / коллектор-эмиттер (У нас напряжение питания 12 В, так что хватает с запасом);
- U эб = 5 В - макcимально допустимое напряжение эмиттер-база (наше напряжение 1 вольт ± 0,5 вольта);
- h21 = 75-225 - коэффициент усиления тока базы, принимается минимальное значение - 75;
- Рассчитываем максимальную статическую мощность транзистора, её берут на 20% меньше максимальной рассеиваемой мощности, дабы наш транзистор не работал на пределе своих возможностей:
P ст.max = 0,8*P max = 0,8 * 200мВт = 160 мВт;
- Определим ток коллектора в статическом режиме (без сигнала), не смотря на что на базу не подаётся напряжение через транзистор всё равно в малой степени протекает электрический ток.
I к0 = P ст.max / U кэ , где U кэ - напряжение перехода коллектор-эмиттер. На транзисторе рассеивается половина напряжения питания, вторая половина будет рассеиваться на резисторах:
U кэ = U / 2;
I к0 = P ст.max / (U / 2) = 160 мВт / (12В / 2) = 26,7 mA;
- Теперь рассчитаем сопротивление нагрузки, изначально у нас был один резистор R1, который выполнял эту роль, но так как мы добавили резистор R4 для увеличения входного сопротивления каскада, теперь сопротивление нагрузки будет складываться из R1 и R4:
R н = R1 + R4 , где R н - общее сопротивление нагрузки;
Отношение между R1 и R4 обычно принимается 1 к 10:
R1 = R4 *10;
Рассчитаем сопротивление нагрузки:
R1 + R4 = (U / 2) / I к0 = (12В / 2) / 26,7 mA = (12В / 2) / 0,0267 А = 224,7 Ом;
Ближайшие номиналы резисторов это 200 и 27 Ом. R1 = 200 Ом, а R4 = 27 Ом.
- Теперь найдем напряжение на коллекторе транзистора без сигнала:
U к0 = (U кэ0 + I к0 * R4 ) = (U - I к0 * R1 ) = (12В -0,0267 А * 200 Ом) = 6,7 В;
- Ток базы управления транзистором:
I б = I к / h21 , где I к - ток коллектора;
I к = (U / R н );
I б = (U / R н ) / h21 = (12В / (200 Ом + 27 Ом)) / 75 = 0,0007 А = 0,07 mA;
- Полный ток базы определяется напряжением смещения на базе, которое устанавливается делителем R2
и R3
. Ток задаваемый делителем должен быть в 5-10 раз больше тока управления базы (I б
), что бы собственно ток управления базы не влиял на напряжение смещения. Таким образом для значения тока делителя (I дел
) принимаем 0,7 mA и рассчитываем R2
и R3
:
R2 + R3 = U / I дел = 12В / 0,007 = 1714,3 Ом
- Теперь рассчитаем напряжение на эмиттере в состоянии покоя транзистора (U э
):
U э = I к0 * R4 = 0,0267 А * 27 Ом = 0,72 В
Да, I к0 ток покоя коллектора, но этот же ток проходит и через эмиттер, так что I к0 считают током покоя всего транзистора.
- Рассчитываем полное напряжение на базе (U б
) с учётом напряжения смещения (U см
= 1В):
U б = U э + U см = 0,72 + 1 = 1,72 В
Теперь с помощью формулы делителя напряжения находим значения резисторов R2 и R3 :
R3 = (R2 + R3 ) * U б / U = 1714,3 Ом * 1,72 В / 12 В = 245,7 Ом;
Ближайший номинал резистора 250 Ом;
R2 = (R2 + R3 ) - R3 = 1714,3 Ом - 250 Ом = 1464,3 Ом;
Номинал резистора выбираем в сторону уменьшения, ближайший R2 = 1,3 кОм.
- Конденсаторы С1 и С2 обычно устанавливают не менее 5 мкФ. Ёмкость выбирается такой что бы конденсатор не успевал перезаряжаться.
Заключение
На выходе каскада мы получаем пропорционально усиленный сигнал и по току и по напряжению, то есть по мощности. Но одного каскада нам не хватит для требуемого усиления, так что придётся добавлять следующий и следующий… И так далее.Рассмотренный расчёт довольно поверхностный и такая схема усиления конечно же не используется в строении усилителей, мы не должны забывать о диапазоне пропускаемых частот, искажениях и многом другом.
