→ → Что такое усилитель мощности звука? Качественный усилитель звука своими руками Алгоритм действий по изготовлению

Что такое усилитель мощности звука? Качественный усилитель звука своими руками Алгоритм действий по изготовлению

Если задуматься, то в нашей квартире найдется много старой техники, которую и выкинуть жалко, и оставить – место занимает и пыль собирает. Существуют так называемые «лайфхаки» (бытовые хитрости), которые помогут нам подключить старую технику к делу. Так из старого музыкального центра можно сделать хороший усилитель для новой техники своими руками. Для этого не понадобятся ни особые знания электроники, ни специальные приборы.

Сегодня в любой квартире присутствует техника для воспроизведения аудио или видео. Однако не каждая из них способна качественно передавать звучание как это делают старые и привычные музыкальные аппараты. Так, где же можно применить не актуальный сейчас музыкальный центр?

  1. Можно использовать систему как колонки для усиления звука на телефоне.
  2. К центру можно подключить планшет и наслаждаться громким и качественным звучанием.
  3. Вы можете использовать прибор как колонки для телевизора.
  4. Можно подсоединить к музыкальному центру компьютер, и просматривать видео или слушать песни в отличном звучании.
  5. Если вас не устраивает звук на ноутбуке, то аудиосистема и тут придет к вам на помощь.

Старая аудиосистема сможет прослужить вам не один год, при этом вы будете наслаждаться качественным звуком. Радует и то, что подсоединить ее можно к любому цифровому устройству в квартире.

Как подключить усилитель

Чтобы сделать усилитель из старой аудиосистемы, следуйте нижеизложенной инструкции. В подключении системы нет ничего сложного, просто вам понадобятся некоторые дополнительные приспособления:

Такую операцию вы можете провести только в том случае, если используемая техника полностью исправна.

Если же она не работает, то можно попробовать разобрать прибор и достать из него плату усиления. Правда, для ее подключения к технике необходимо обладать специфическими знаниями.

Заключение

Надеемся, мы сумели дать вам ответ на вопрос, как сделать усилитель из музыкального центра. Идея эта не только практичная, но и оригинальная. К тому же, для ее реализации не требуется никаких дополнительных знаний и крупных вложений. Все, что вам необходимо сделать, – это приобрести шнур для подключения и радоваться тому, как старая техника приобретает новую жизнь.

Эта схема усилителя звука была создана всеми любимым британским инженером (электронщик-звуковик) Линсли-Худом. Сам усилитель собран всего на 4-х транзисторах. С виду — обыкновенная схема усилителя НЧ, но это лишь с первого взгляда. Опытный радиолюбитель сразу поймет, что выходной каскад усилителя работает в классе А. Гениально то, что просто и эта схема тому доказательство. Это сверхлинейная схема, где форма выходного сигнала не изменяется, то, есть на выходе мы получаем ту же форму сигнала, что на входе, но уже усиленный. Схема более известна под названием JLH — ультралинейный усилитель класса А , и сегодня я решил представить ее вам, хотя схема далеко не новая. Данный усилитель звука, своими руками собрать может любой рядовой радиолюбитель, благодаря отсутствию в конструкции микросхем, делающей его более доступным.

Как сделать усилитель для колонок

Схема усилителя звука

В моем случае использовались только отечественные транзисторы, поскольку с импортными напряг, да и стандартные транзисторы схемы, найти нелегко. Выходной каскад построен на мощных отечественных транзисторах серии КТ803 — именно с ними звук кажется лучше. Для раскачки выходного каскада использован транзистор средней мощности серии КТ801 (удалось найти с трудом). Все транзисторы можно заменить на другие (в выходном каскаде можно использовать КТ805 или 819). Замены не критичны.


Совет: кто решит попробовать на «вкус» этот самодельный усилитель звука — используйте германиевые транзисторы, они лучше звучат (ИМХО). Было создано несколько версий этого усилителя, все они звучат… божественно, других слов не могу найти.

Мощность представленной схемы не более 15 ватт (плюс минус), ток потребления 2 Ампер (иногда чуть больше). Транзисторы выходного каскада будут греться даже без подачи сигнала на вход усилителя. Странное явление, не правда ли? Но для усилителей класса. А, это вполне нормальное явление, большой ток покоя — визитная карточка буквально всех известных схем этого класса.


В ролике представлена работа самого усилителя, подключенного к колонкам. Обратите внимание, что ролик снят на мобильный телефон, но о качестве звука можно судить и так. Для проверки любого усилителя стоит лишь послушать всего одно мелодию — Бетховен «К Элизе». После включения становится ясно, что за усилитель перед вами.

90% микросхемных усилителей не выдержат тест, звук будет «обломанным» могут наблюдаться хрипы и искажения при высоких частотах. Но вышесказанное не касается схемы Джона Линсли, ультралинейность схемы позволяет полностью повторить форму входного сигнала, этим получая только чистое усиление и синусоиду на выходе.

Усилители мощности в практике радиолюбителей уже много лет занимают одно из первых мест. Несмотря на множество готовых промышленных конструкций с иероглифами на борту, мы до сих пор строим свои аудиосистемы сами.

Когда-то давно я занимался в школьном радиокружке и построил наверно с десяток усилителей мощности звука. Среди них был и усилитель Агеева, и усилитель Гумели . В то время я слабо понимал как они работают, книг, компьютера, а тем более интернета, у меня не было вообще. Так что собирал как мог. Было весело. Сегодня я хочу рассказать тебе как устроен усилитель мощности звука, чтобы ты понимал из каких блоков он состоит, для чего они нужны и почему он вообще усиливает.

Усилители мощности в электронике занимают особое место и используются повсеместно: и в аудиоусилителях, и в телевизорах, и в станках и т.д. Практически каждый радиолюбитель хоть раз, да собирал УМЗЧ и радовался как это весело, что плата с проводами выдаёт звук.

Давай разобираться что такое "усилитель мощности". Из названия создаётся впечатление, что это устройство магическим образом превращет 1 Вт мощности, поступивший на вход, к примеру, в 15 Вт на выходе. Что усилитель из воздуха сделала сигнал более сильным. На деле всё иначе. Ничто не берется из ниоткуда. Главная идея усилителя мощности в том, что он подаёт на выход (на АС, например) часть мощности своего источника питания. А входной сигнал просто регулирует сколько мощности следует подать на выход.

Таким образом усилитель мощности как бы повторяет входной сигнал и подаёт на выход его копию, только большей мощности.

Если это звучит замысловато, то представь себе водопроводный кран. Труба, к которой он подсоединён -- это "источник питания" крана. Носик крана -- выход. А твоя рука, которая крутит ручку крана туда-сюда -- это входной сигнал. А значит ты своей рукой регулируешь мощность потока воды из носика крана.

Типичная структура усилителя мощности

В усилителях мощности звуковой частоты, т.е. обычно в музыкальных усилителях, важным качеством является не только увеличение мощности звука, но и сохранение его качества. Для этого усилители строятся таким образом, чтобы снизить искажения исходного сигнала.

Поэтому вместо одного блока, который сразу бы усилил сигнал в 10-100-200 раз используется несколько последовательно включенных усилительных каскадов, которые усиливают в 5-10 раз. А так как они стоят один за другим, то итоговый коэффициент усиления буден равен произведению коэффициэнтов усиления каждого каскада. Т.е. если первый каскад усиливает в 2 раза, а второй в 10, то в итоге усиление будет в 20 раз.

Коэффициентом усиления (по напряжению) в данном случае будет результат отношения напряжения на выходе усилителя к напряжению на входе.

На практике усиление напряжения происходит в первых каскадах, а последний каскад, который называется "выходным", служит как раз для подведения необходимой мощности в нагрузку и часто сам по себе даёт единичное усиление.

Ниже, на схеме усилителя Гумели, я показал блоки усилителя, соответсвующие диаграмме выше:

Характеристики усилителей мощности

Идеальный усилитель должен усиливать сигнал (т.е. создавать его копию), не внося никаких изменений в исходный сигнал. Хороший реальный усилитель конечно же вносит искажения, но они незаменты для человеческого уха. Плохой усилитель сразу даёт о себе знать, когда вместо чистого звука скрипки из динамиков доносится хрюканье поросёнка.

Я хочу обсудить с тобой характеристики усилителя мощности, на которые всё таки следует обращать внимание как при покупке, так и при создании усилителя своими руками.

  1. Искажения сигнала
  2. Номинальная мощность
  3. Частотные параметры

Искажения

Да, при прохождении сигнала через твой усилитель он искажается. Искажения неизбежно вносятся электронными компонентами, а также могут возникать из-за плохой работы всей схемы в целом. В хороших усилителях стремятся снизить искажения, в плохих их слышно даже невооруженным ухом: щелчки, хрипения, звук как из телефона и т.д. При конструировании усилителей применяют разные решения дял снижения тех или иных видов искажений:

  • Линейные искажения
  • Нелинейные искажения

Линейные искажения влияют на амплитуду и фазу сигнала. Например, при прохождении звука через усилитель слегка меняется фаза каких-нибудь составляющих этого сигнала. Искажение амплитуды сигнала чаще всего зависит от его частоты. Например усилитель гарантированно усиливает сигналы с частотами от 20 Гц до 20 КГц. А ты подал ему на вход 100 Кгц и ожидал увидеть усиление в 10 раз, а получил только в 2, если получил вообще. Что произошло? Правильно, усилитель перестал быть усилителем. Он не был сконструирован для работы с такими частотами.

Нелинейные искажения весьма коварны. Они портят сам сигнал, меняя его форму. В результате прохождения сигнала через такой усилитель в сигнале появляются составляющие, которых там изначально не было. И вместо, например синусоиды, что ты подал на вход, на выходе можно получить сигнал только отдаленно напоминающий синусоиду.

Для снижения шумов и искажений сигнала требуется и правильный подход к конструированию такого усилителя мощности и соблюдение правил монтажа, которые обеспечивают снижение шумов и искажений.

Шумы

Шумом называют всякий случайный сигнал, который усиливается вместе с полезным сигналом, что был подан на вход. Если шумы малы, то их практически незаметно и они не мешают. Но если шумовой сигнал слишком силен, то различить полезный сигнал среди шума бывает проблематично.

Замечал ли ты, что если положить сотовый телефон рядом с входными проводами от самодельного или дешевого китайского усилителя, то в момент входящего звонка из динамиков раздаётся неприятный звук. Его причина -- электромагнитные помехи от работающего сотового телефона. В каком-то смысле их можно тоже назвать шумом.

"Шумят" не только целые устройства под влиянием внешних сил. Шум вносят также электронные компоненты, из которых состоит усилитель. Это происходит под воздействием разных причин, например повышения температуры эл. компонента, может генерироваться шум.

Номинальная мощность

Я бы рекомендовал забыть про этот параметр вообще. Кто-то возразит, но я отвечу, что качественный звук лучше мощного и плохого. Поэтому, когда будешь выбирать схему для своего усилителя мощности, то выбирай ту, разработчик которой обещает минимальные искажения, а не 3 000 000 КВт мощности.

Производители аудиотехники целенаправленно вводят в заблуждение покупателей, заявляя, например: "суммарная мощность всех каналов 600 Вт при потребляемой мощности от сети 150Вт". Всё дело в методе измерения мощности, поэтому верить заявлениям не следует, так как производители выбирают какой им захочется.

Как ты знаешь, мощность P = UI. Если взять, к примеру, резистор 4 Ом, подключить его к выходу усилителя, параллельно ему осциллограф, а на вход генератор сигналов, затем подать от генератор сигнал частотой в 1000 Гц и постепенно увеличивать его амплитуду, то наступит момент, когда на осциллографе ты увидишь вот такую картину:

Зелёный график показывает реальный выходной сигнал, оранжевый -- ожидаемый, а синий показывает максимальную амплитуду неискаженного выходного сигнала. Все выходные сигналы с амплитудой больше амплитуды синего графика будут иметь вид как на зеленом графике.

Измерив амплитуду синего графика и воспользовавшись формулой P = (0,707U) 2 /Rн - ты получишь выходную мощность своего усилителя измеренную на нагрузке в 4 Ом и частоте в 1000 Гц.

Частотные параметры

Как я уже писал выше, усилители низкой частоты предназначены для работы в диапазоне частот от 20 Гц до 20 КГц, поэтому тестирование и наладку своих конструкций следует проводить в этом диапазоне. Усиление частот выше 20 КГц имеет смысл только если вы можете слышать ультразвук. Правда тогда поонадобится соответствующая акустическая система ^__~

Заключение

Тема усилителей мощности низкой частоты обширна как море. Я постарался рассказать об общей схеме построения таких усилителей и рассказать о некоторых их характеристиках. Думаю, что для первых опытов построения усилителей мощности для своей аудиосистемы этого будет более чем достаточно.

Список книг по теме усилителей

  • МРБ 0951. Левинзон Г.Л., Логинов А.В. Высококачественный усилитель низкой частоты
  • Ровдо. Схемотехника усилительных каскадов
  • Цыкин. Усилители электрических сигналов
  • Цыкин. Электронные усилители
  • Гендин Г.С. Высококачественные любительские усилители низкой частоты
  • Шкритек. Справочное руководство у звуковой схемотехнике
  • Боб Кордел. Проектирование аудио усилителей
  • Дуглас Селф. Проектирование усилителей мощности звуковой частоты
  • Войшвило. Усилительные устройства
  • Ежков Ю.С. Справочник по схемотехнике усилителей
  • Остапенко. Усилительные устройства

Для чего нужен усилитель?

Покупая качественную акустическую систему, логично рассчитывать на то, что источников звука будет несколько. Захотите ли вы слушать музыку через плеер, смотреть фильм или окунуться в очередной игровой мир на компьютере, неважно. Главное чтобы звук при этом был на высоте, а иначе, зачем было тратить деньги и плохо спать в предвкушении покупки. Проблема в том, что разные устройства имеют различный по мощности выходной аудиосигнал. Кроме того частотная палитра также может различаться, а это значит, что ваши прекрасные колонки могут себя просто не проявить на каком-то устройстве и выдать звук немногим лучше интегрированного. Что бы всё привести к единой мощности и качеству, как раз и применяют усилители, которые подключаются к источникам звука посредством различных разъёмов.

Виды усилителей

Их немного, но они существуют. В основном различают предварительный, мощностной и интегрированный (комбинированный) либо полный.

Предварительный усилитель. Его задача как раз и сводится к тому, чтобы собрать все источники звука воедино и передать сигнал на усилитель мощности. Некоторые усилители такого типа позволяют одновременно с прослушиванием вести запись звука.

Задняя панель предварительного усилителя усеяна всевозможными разъёмами. Иногда среди них появляется XLR порт, который позволяет подключать оборудование, находящееся на большом удалении от усилителя. Эта функция используется профессионалами при подсоединении сценического оборудования и в быту явно лишняя. Тем не менее, она сильно увеличивает стоимость усилителя, а потому будьте внимательны: вы же не хотите платить за то, что не будете использовать.

Усилитель мощности. С виду его функционал довольно прост. На передней панели регулятор громкости, в то время как на задней всего один стерео вход и выход на колонки. Ничего сложного, но именно от этого усилителя зависит качество исходного сигнала. Внутри устройства расположены мощные трансформаторы и ёмкостные конденсаторы, которые увеличивают силу тока. Такой усилитель всегда много весит и дорого стоит.

Интегрированный усилитель. Мысль соединить два вида усилителей в один просто не могла не прийти разработчикам в голову. В итоге такое устройство способно выполнять функции предварительного и мощностного. Однако помним простое правило: всё универсальное, хуже однозадачного. Если комбинированный усилитель стоит дёшево, то задумайтесь о его качестве.

Кстати некоторым разработчикам показалось мало соединить два типа усилителей. Они добавляют к устройству радиотюнер, караоке и подключают его к интернету. Далее всё это называют ресивером и продают счастливым покупателям. В дальнейшем счастливыми их них остаются лишь те, кто не слишком требователен к звуку и не ставит перед своей акустической системой серьёзных задач. Впрочем, наличие ресивера всё равно лучше, чем его отсутствие, а это значит, что если вы не искушённых аудиофил, вас может удовлетворить такое оборудование.

Несколько нюансов

По возможности стоит выбирать технику одного производителя, но если это проблемно, то хотя бы одного класса.

Отдельные любители музыки отдают предпочтение ламповым усилителям, ставя их на ступень выше, чем полупроводниковые. Качество звука подобной техники лучше в некоторых моментах, однако, далеко не каждый сможет его выявить. С другой стороны подобные усилители настолько капризны, что вам не захочется возиться с ними ради эфемерного преимущества. Поэтому оставим ламповую технику ценителям и гуру музыки, а простым обывателям посоветуем не осложнять себе жизнь.

Следующим моментом при выборе усилителя является его сопротивление и мощность выдаваемого сигнала. Сопротивление усилителя должно совпадать с сопротивлением акустической системы или быть ниже, но ни в коем разе не превышать его. Мощность выходящего звука пусть будет немного меньше максимальных возможностей ваших колонок. Это продлит их ресурс и сэкономит ваши нервы.

По возможности стоит выбирать технику одного производителя, но если это проблемно, то хотя бы одного класса. В противном случае вы просто не получите максимума от своей техники.

В общих чертах, это всё. Теперь, когда вы так много всего знаете, перестаньте мучить себя во сне и совершите покупку своей мечты. Удачи!

Спасибо за внимание к нашему сайту, если Вам понравилась публикуемая информация, Вы можете помочь в развитии ресурса, поделившись статьей через социальные сети.

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;
Выбираем транзистор, для нас подойдёт npn -транзистор 2N2712
  • 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;
  1. 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;

  2. 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;

  3. 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.

  4. 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;

  5. 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;

  6. 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

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

 

 
Это интересно: