Транзисторлық күшейткіш өзінің ұзақ тарихына қарамастан, жаңадан бастағандар үшін де, ардагер радиоәуесқойлар үшін де сүйікті зерттеу пәні болып қала береді. Және бұл түсінікті. Ол ең танымал әуесқой радиоқұрылғылардың: радиоқабылдағыштардың және төмен (дыбыс) жиілікті күшейткіштердің таптырмас құрамдас бөлігі болып табылады. Біз ең қарапайым төмен жиілікті транзисторлық күшейткіштердің қалай жасалғанын қарастырамыз.
Күштік жиілікке жауап
Кез келген теледидар немесе радио қабылдағышта, әрбір музыка орталығында немесе дыбыс күшейткішінде транзисторлы дыбыс күшейткіштерін (төмен жиілік - LF) таба аласыз. Аудио транзисторлы күшейткіштердің басқа түрлерінен айырмашылығы олардың жиілік реакциясында.
Транзисторлық дыбыс күшейткішінде 15 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі жиілік диапазонында біркелкі жиілік реакциясы бар. Бұл осы диапазондағы жиілігі бар барлық кіріс сигналдары күшейткішпен түрленетінін (күшейтетінін) білдіреді.шамамен бірдей. Төмендегі суретте "күшейткіштің күшеюі Ku - кіріс сигналының жиілігі" координаттарындағы дыбыс күшейткіші үшін идеалды жиілік жауап қисығы көрсетілген.
Бұл қисық 15Гц пен 20кГц аралығында дерлік тегіс. Бұл мұндай күшейткішті 15 Гц пен 20 кГц аралығындағы жиіліктегі кіріс сигналдары үшін арнайы пайдалану керек дегенді білдіреді. Жиіліктері 20 кГц жоғары немесе 15 Гц-тен төмен кіріс сигналдары үшін оның тиімділігі мен өнімділігі тез нашарлайды.
Күшейткіштің жиілік реакциясының түрі оның тізбегінің электрлік радиоэлементтерімен (ERE) және ең алдымен транзисторлардың өздерімен анықталады. Транзисторларға негізделген дыбыс күшейткіш әдетте ондаған және жүздеген Гц-тен 30 кГц-ке дейінгі кіріс сигналдарының жалпы өткізу қабілеттілігі бар төмен және орташа жиілікті транзисторларға жиналады.
Күшейткіш класы
Өздеріңіз білетіндей, транзисторлық күшейткіш саты (күшейткіш) арқылы өтетін ток ағынының үздіксіздік дәрежесіне байланысты оның жұмысының келесі кластары бөлінеді: «А», «В», «АВ», "C", "D ".
Жұмыс класында «A» ток кіріс сигнал кезеңінің 100%-ы үшін кезең арқылы өтеді. Бұл сыныптағы каскад келесі суретте көрсетілген.
«AB» сыныбының күшейткіш сатысында ток ол арқылы 50%-дан астам, бірақ кіріс сигналының периодының 100%-нан аз уақыт бойы өтеді (төмендегі суретті қараңыз).
«В» сатысының жұмыс класында ток ол арқылы суретте көрсетілгендей кіріс сигналының периодының дәл 50% өтеді.
Соңында, «C» кезеңінің жұмыс класында ток ол арқылы кіріс сигнал кезеңінің 50%-дан аз уақытында өтеді.
LF-транзисторлы күшейткіш: жұмыстың негізгі сыныптарындағы бұрмалану
Жұмыс аймағында «А» класындағы транзисторлық күшейткіштің сызықты емес бұрмалану деңгейі төмен. Бірақ егер сигналда транзисторлардың қанығуына әкелетін кернеудегі импульстік асқындар болса, шығыс сигналының әрбір «стандартты» гармоникасының айналасында жоғары гармоникалар (11-ге дейін) пайда болады. Бұл транзисторланған немесе металдық дыбыс деп аталатын құбылысты тудырады.
Транзисторлардағы төмен жиілікті қуат күшейткіштерінің тұрақсыздандырылған қуат көзі болса, олардың шығыс сигналдары желі жиілігіне жақын амплитудада модуляцияланады. Бұл жиілік реакциясының сол жақ шетіндегі дыбыстың қатаңдығына әкеледі. Кернеуді тұрақтандырудың әртүрлі әдістері күшейткіштің дизайнын күрделірек етеді.
Бір жақты А класты күшейткіштің әдеттегі тиімділігі әрқашан қосулы транзистордың және тұрақты ток құрамдас бөлігінің үздіксіз ағынының арқасында 20% аспайды. Сіз А класындағы күшейткішті итермелей аласыз, тиімділігі аздап артады, бірақ сигналдың жарты толқындары асимметриялық болады. Каскадты «А» жұмыс класынан «АВ» жұмыс класына ауыстыру оның тізбегінің тиімділігі артқанымен, сызықты емес бұрмалануды төрт есе арттырады.
Б«АВ» және «В» кластарының күшейткіштері сигнал деңгейі төмендеген сайын бұрмалану артады. Музыканың күші мен динамикасын толық сезіну үшін мұндай күшейткішті еріксіз қаттырақ қосқыңыз келеді, бірақ бұл көп жағдайда көмектеспейді.
Орташа жұмыс сыныптары
«A» жұмыс сыныбының вариациясы бар - «A+» сыныбы. Бұл жағдайда осы класты күшейткіштің төменгі вольтты кіріс транзисторлары «А» класында жұмыс істейді, ал күшейткіштің жоғары вольтты шығыс транзисторлары олардың кіріс сигналдары белгілі бір деңгейден асқан кезде «В» кластарына өтеді немесе «AB». Мұндай каскадтардың тиімділігі таза «А» класына қарағанда жақсы, ал сызықты емес бұрмалану азырақ (0,003% дейін). Дегенмен, олар шығыс сигналында жоғары гармоникалардың болуына байланысты «металл» деп те естіледі.
Басқа класты күшейткіштер - "AA" сызықты емес бұрмалану дәрежесі одан да төмен - шамамен 0,0005%, бірақ жоғары гармоникалар да бар.
А класындағы транзисторлы күшейткішке оралу керек пе?
Бүгінгі күні жоғары сапалы дыбысты шығару саласындағы көптеген мамандар түтік күшейткіштеріне қайта оралуды жақтайды, өйткені сызықтық емес бұрмалану деңгейі және олар шығыс сигналға енгізетін жоғары гармоника транзисторларға қарағанда төмен екені анық.. Дегенмен, бұл артықшылықтар негізінен жоғары кедергісі бар түтіктің шығыс сатысы мен төмен кедергісі бар динамиктердің арасындағы сәйкес трансформатордың қажеттілігімен өтеледі. Дегенмен, қарапайым транзисторлы күшейткішті төменде көрсетілгендей трансформатор шығысымен жасауға болады.
Сондай-ақ тек гибридті түтік-транзисторлы күшейткіш дыбыстың соңғы сапасын қамтамасыз ете алады, оның барлық кезеңдері бір жақты, теріс кері байланыспен қамтылмаған және «А» класында жұмыс істейді деген көзқарас бар. Яғни, мұндай қуат ізбасары бір транзистордағы күшейткіш болып табылады. Оның схемасы 50% -дан аспайтын ең жоғары қол жеткізілетін тиімділікке ие болуы мүмкін («А» класында). Бірақ күшейткіштің қуаты да, тиімділігі де дыбысты шығару сапасының көрсеткіштері емес. Сонымен қатар тізбектегі барлық ERE сипаттамаларының сапасы мен сызықтылығы ерекше маңызға ие.
Бір жақты тізбектер осындай перспективаға ие болғандықтан, біз олардың опцияларын төменде қарастырамыз.
Бір ұшты бір транзисторлы күшейткіш
«А» класында жұмыс істеуге арналған кіріс және шығыс сигналдары үшін жалпы эмитент және R-C қосылымдары арқылы жасалған оның тізбегі төмендегі суретте көрсетілген.
Ол n-p-n Q1 транзисторын көрсетеді. Оның коллекторы +Vcc оң терминалына токты шектейтін R3 резисторы арқылы, ал эмитенті -Vcc-ке қосылған. p-n-p транзисторлық күшейткіштің тізбегі бірдей болады, бірақ қуат көзінің сымдары керісінше болады.
C1 – айнымалы ток кіріс көзін Vcc тұрақты кернеу көзінен бөлетін ажырату конденсаторы. Сонымен қатар, C1 Q1 транзисторының базалық-эмиттерлік түйісу арқылы ауыспалы кіріс тоғының өтуіне кедергі жасамайды. R1 және R2 резисторлары кедергімен бірге«E - B» ауысуы статикалық режимде Q1 транзисторының жұмыс нүктесін таңдау үшін Vcc кернеу бөлгішін құрайды. Бұл схемаға тән R2=1 кОм мәні, ал жұмыс нүктесінің орны Vcc / 2 болып табылады. R3 коллектор тізбегіндегі жүктеме резисторы болып табылады және коллекторда айнымалы кернеу шығыс сигналын жасау үшін пайдаланылады.
Vcc=20 В, R2=1 кОм, ал ток күшеюі h=150 деп есептейміз. Эмитенттегі кернеуді Ve=9 В таңдаймыз, ал «А - В» ауысуындағы кернеудің төмендеуі Vbe=0,7 В тең қабылданады. Бұл мән кремний транзисторы деп аталатынға сәйкес келеді. Егер біз германий транзисторларына негізделген күшейткішті қарастыратын болсақ, онда «E - B» ашық түйініндегі кернеудің төмендеуі Vbe=0,3 В болады.
Эмитатор тогы, коллектор токына шамамен тең
Ie=9 В/1 кОм=9 мА ≈ Ic.
Негізгі ток Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
R1 резисторындағы кернеудің төмендеуі
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9,7V=10,3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 В/60 uA=172 кОм.
C2 эмитент тоғының айнымалы құрамдас бөлігінің (шын мәнінде коллекторлық ток) өту тізбегін құру үшін қажет. Егер ол жоқ болса, R2 резисторы айнымалы құрамдас бөлікті қатты шектейді, осылайша қарастырылып отырған биполярлы транзистор күшейткішінің ток күшеюі төмен болады.
Біз өз есептеулерімізде Ic=Ib h деп есептедік, мұндағы Ib – эмитенттен оған түсетін және базаға ығысу кернеуі берілгенде пайда болатын негізгі ток. Дегенмен, негіз арқылы әрқашан (офсетпен де, ығысусыз да)сонымен қатар Icb0 коллекторынан ағып кету тогы бар. Демек, нақты коллекторлық ток Ic=Ib h + Icb0 h, яғни. OE бар тізбектегі ағып кету тогы 150 есе күшейеді. Егер германий транзисторларына негізделген күшейткішті қарастыратын болсақ, онда бұл жағдайды есептеулерде ескеру керек еді. Өйткені, германий транзисторларында бірнеше мкА ретті маңызды Icb0 бар. Кремнийде ол үш рет кішірек (шамамен бірнеше nA), сондықтан ол әдетте есептеулерде еленбейді.
Бір жақты MIS транзисторлы күшейткіш
Кез келген өрістік транзисторлық күшейткіш сияқты, қарастырылып отырған схеманың биполярлы транзисторлы күшейткіштер арасында аналогы бар. Сондықтан, жалпы эмитентпен алдыңғы тізбектің аналогын қарастырыңыз. Ол "A" сыныбында жұмыс істеуге арналған кіріс және шығыс сигналдары үшін жалпы көзбен және R-C қосылымдарымен жасалған және төмендегі суретте көрсетілген.
Мұнда C1 - бірдей ажырату конденсаторы, оның көмегімен айнымалы ток кіріс көзі тұрақты кернеу көзінен Vdd бөлінген. Өздеріңіз білетіндей, кез келген өрістік транзисторлық күшейткіштің MOS транзисторларының қақпалық потенциалы олардың көздерінің потенциалдарынан төмен болуы керек. Бұл тізбекте қақпа R1 арқылы жерге тұйықталған, ол әдетте жоғары қарсылық (100 кОм-дан 1 МΩ-қа дейін) кіріс сигналын шунттамайды. R1 арқылы іс жүзінде ток жоқ, сондықтан кіріс сигналы болмаған кезде қақпа потенциалы жердегі потенциалға тең. Көз потенциалы R2 резисторындағы кернеудің төмендеуіне байланысты жердегі потенциалдан жоғары. СоныменОсылайша, қақпа әлеуеті Q1 қалыпты жұмыс істеуі үшін қажетті бастапқы потенциалдан төмен. C2 конденсаторы мен резистор R3 алдыңғы тізбектегідей мақсатқа ие. Бұл жалпы көзді тізбек болғандықтан, кіріс және шығыс сигналдары 180° фазадан тыс.
Трансформатор шығыс күшейткіші
Төмендегі суретте көрсетілген үшінші бір сатылы қарапайым транзисторлы күшейткіш те «А» класында жұмыс істеуге арналған жалпы эмитент тізбегіне сәйкес жасалған, бірақ ол сәйкестік арқылы төмен кедергісі бар динамикке қосылған. трансформатор.
Т1 трансформаторының бастапқы орамасы Q1 транзисторының коллекторлық тізбегінің жүктемесі болып табылады және шығыс сигналын жасайды. T1 шығыс сигналын динамикке жібереді және транзистордың шығыс кедергісінің төменгі (бірнеше Ом реті бойынша) динамик кедергісіне сәйкес келуін қамтамасыз етеді.
R1 және R3 резисторларында жинақталған Vcc коллекторлық қоректендіру көзінің кернеу бөлгіші Q1 транзисторының жұмыс нүктесін таңдауды қамтамасыз етеді (оның негізіне ығысу кернеуін береді). Күшейткіштің қалған элементтерінің мақсаты алдыңғы тізбектердегідей.
Push-pull аудио күшейткіш
Екі транзисторлы итергіш төмен жиілікті күшейткіш кіріс дыбыс сигналын фазадан тыс екі жарты толқынға бөледі, олардың әрқайсысы өзінің транзисторлық сатысымен күшейтіледі. Осындай күшейтуді орындағаннан кейін жарты толқындар динамик жүйесіне берілетін толық гармоникалық сигналға біріктіріледі. Төмен жиілікті мұндай түрлендірусигнал (бөлу және қайта біріктіру), әрине, тізбектің екі транзисторының жиілік пен динамикалық қасиеттерінің айырмашылығына байланысты ондағы қайтымсыз бұрмалануды тудырады. Бұл бұрмалау күшейткіш шығысындағы дыбыс сапасын төмендетеді.
"A" сыныбында жұмыс істейтін итеру-тарту күшейткіштері күрделі дыбыс сигналдарын жеткілікті түрде шығармайды, өйткені олардың қолдарында тұрақты ток үнемі ағып тұрады. Бұл сигналдың жарты толқындарының асимметриясына, фазалық бұрмалануларға және, сайып келгенде, дыбыстың түсініктілігін жоғалтуға әкеледі. Қыздырылған кезде екі қуатты транзистор төмен және инфра-төмен жиіліктерде сигналдың бұрмалануын екі есе арттырады. Бірақ бәрібір, push-pull тізбегінің басты артықшылығы оның қолайлы тиімділігі мен жоғары шығыс қуаты болып табылады.
Итермелейтін транзистордың қуат күшейткіш тізбегі суретте көрсетілген.
Бұл "A" класындағы күшейткіш, бірақ "AB" және тіпті "B" класын да пайдалануға болады.
Трансформаторсыз транзисторлық қуат күшейткіш
Трансформаторлар, олардың миниатюризациясындағы прогреске қарамастан, әлі де ең көлемді, ауыр және қымбат ERE болып табылады. Сондықтан трансформаторды әртүрлі типтегі екі қуатты комплементарлы транзисторларда (n-p-n және p-n-p) іске қосу арқылы итермелеу тізбегінен шығару жолы табылды. Қазіргі заманғы қуат күшейткіштерінің көпшілігі осы принципті пайдаланады және «В» класында жұмыс істеуге арналған. Мұндай қуат күшейткішінің тізбегі төмендегі суретте көрсетілген.
Оның екі транзисторы да ортақ коллектор (эмиттер ізбасары) тізбегіне сәйкес қосылған. Сондықтан тізбек кіріс кернеуін күшейтусіз шығысқа береді. Егер кіріс сигналы болмаса, екі транзистор да қосулы күйдің шекарасында болады, бірақ олар өшірілген.
Гармоникалық сигнал енгізілгенде, оның оң жарты толқыны TR1 ашады, бірақ p-n-p транзисторы TR2 толық өшіру режиміне қояды. Осылайша, жүктеме арқылы күшейтілген токтың оң жарты толқыны ғана өтеді. Кіріс сигналының теріс жарты толқыны тек TR2-ні ашады және TR1-ді өшіреді, осылайша күшейтілген токтың теріс жарты толқыны жүктемеге беріледі. Нәтижесінде жүктемеге толық қуат күшейтілген (тоқтың күшеюіне байланысты) синусоидалы сигнал беріледі.
Бір транзисторлы күшейткіш
Жоғарыда айтылғандарды игеру үшін біз өз қолымызбен қарапайым транзисторлы күшейткішті жинап, оның қалай жұмыс істейтінін анықтаймыз.
BC107 типті төмен қуатты транзистордың жүктемесі ретінде біз кедергісі 2-3 кОм құлаққаптарды қосамыз, біз R 1 кедергісі жоғары резистордан негізге ығысу кернеуін қолданамыз. MΩ, біз T базалық тізбегінде сыйымдылығы 10 мкФ-тен 100 мкФ-қа дейінгі айырғыш электролиттік конденсатор C-ті қосамыз. Біз тізбекті 4,5 В / 0,3 А батареядан қуаттаймыз.
Егер R резисторы қосылмаса, онда Ib базалық тогы да, Ic коллекторлық тогы да болмайды. Егер резистор қосылған болса, онда базадағы кернеу 0,7 В дейін көтеріледі және ол арқылы Ib \u003d 4 мкА ток өтеді. Коэффиценттранзистордың ағымдағы күшеюі 250, ол Ic=250Ib=1 мА береді.
Қарапайым транзисторлы күшейткішті өз қолымызбен жинап алсақ, енді біз оны тексере аламыз. Құлаққапты қосып, саусағыңызды диаграмманың 1-ші нүктесіне қойыңыз. Сіз шу естисіз. Сіздің денеңіз 50 Гц жиіліктегі электр желісінің сәулеленуін қабылдайды. Құлаққаптан естіген шу тек транзистор арқылы күшейтілген бұл сәуле. Бұл процесті толығырақ түсіндірейік. 50 Гц айнымалы ток кернеуі транзистордың негізіне C конденсаторы арқылы қосылған. Негіздегі кернеу енді R резисторынан келетін тұрақты ток кернеуінің (шамамен 0,7 В) және айнымалы ток саусақ кернеуінің қосындысына тең. Нәтижесінде коллекторлық ток жиілігі 50 Гц айнымалы құрамдас бөлікті алады. Бұл айнымалы ток динамиктердің мембранасын бір жиілікте алға-артқа жылжыту үшін пайдаланылады, яғни шығыста 50 Гц дыбысты ести аламыз.
50 Гц шу деңгейін есту өте қызық емес, сондықтан төмен жиілікті көздерді (CD ойнатқышы немесе микрофон) 1 және 2 нүктелерге қосып, күшейтілген сөзді немесе музыканы тыңдай аласыз.
