Penguat transistor, walaupun sejarahnya sudah lama, tetap menjadi subjek kajian kegemaran untuk pemula dan amatur radio veteran. Dan ini boleh difahami. Ia adalah komponen yang sangat diperlukan bagi peranti radio amatur yang paling popular: penerima radio dan penguat frekuensi rendah (bunyi). Kami akan melihat cara penguat transistor frekuensi rendah yang paling mudah dibina.
Respons kekerapan amp
Dalam mana-mana penerima televisyen atau radio, di setiap pusat muzik atau penguat bunyi, anda boleh menemui penguat bunyi transistor (frekuensi rendah - LF). Perbezaan antara penguat transistor audio dan jenis lain terletak pada tindak balas frekuensinya.
Penguat audio transistor mempunyai tindak balas frekuensi seragam dalam jalur frekuensi dari 15 Hz hingga 20 kHz. Ini bermakna semua isyarat input dengan frekuensi dalam julat ini ditukar (dikuatkan) oleh penguat.lebih kurang sama. Rajah di bawah menunjukkan keluk tindak balas frekuensi yang ideal untuk penguat audio dalam koordinat "pendapatan penguat Ku - frekuensi isyarat input".
Keluk ini hampir rata dari 15Hz hingga 20kHz. Ini bermakna bahawa penguat sebegini harus digunakan khusus untuk isyarat input dengan frekuensi antara 15 Hz dan 20 kHz. Untuk isyarat input dengan frekuensi melebihi 20 kHz atau di bawah 15 Hz, kecekapan dan prestasinya merosot dengan cepat.
Jenis tindak balas frekuensi penguat ditentukan oleh elemen radio elektrik (ERE) litarnya, dan terutamanya oleh transistor itu sendiri. Penguat audio berdasarkan transistor biasanya dipasang pada apa yang dipanggil transistor frekuensi rendah dan sederhana dengan jumlah lebar jalur isyarat input daripada puluhan dan ratusan Hz hingga 30 kHz.
Kelas penguat
Seperti yang anda ketahui, bergantung pada tahap kesinambungan aliran arus sepanjang tempohnya melalui peringkat penguat transistor (penguat), kelas operasi berikut dibezakan: "A", "B", "AB", "C", "D ".
Dalam kelas operasi, arus "A" mengalir melalui peringkat selama 100% daripada tempoh isyarat input. Lata dalam kelas ini digambarkan dalam rajah berikut.
Dalam peringkat penguat kelas "AB", arus mengalir melaluinya selama lebih daripada 50%, tetapi kurang daripada 100% daripada tempoh isyarat input (lihat rajah di bawah).
Dalam kelas operasi peringkat "B", arus mengalir melaluinya tepat 50% daripada tempoh isyarat input, seperti yang digambarkan dalam rajah.
Akhir sekali, dalam kelas operasi peringkat "C", arus mengalir melaluinya kurang daripada 50% daripada tempoh isyarat input.
Penguat transistor LF: herotan dalam kelas kerja utama
Di kawasan kerja, penguat transistor kelas "A" mempunyai tahap herotan bukan linear yang rendah. Tetapi jika isyarat mempunyai lonjakan impuls dalam voltan, yang membawa kepada ketepuan transistor, maka harmonik yang lebih tinggi (sehingga ke-11) muncul di sekeliling setiap harmonik "standard" isyarat keluaran. Ini menyebabkan fenomena yang dipanggil bunyi transistor atau logam.
Jika penguat kuasa frekuensi rendah pada transistor mempunyai bekalan kuasa yang tidak stabil, maka isyarat keluarannya dimodulasi dalam amplitud berhampiran frekuensi utama. Ini membawa kepada kekasaran bunyi di tepi kiri tindak balas frekuensi. Pelbagai kaedah penstabilan voltan menjadikan reka bentuk penguat lebih kompleks.
Kecekapan biasa penguat Kelas A hujung tunggal tidak melebihi 20% disebabkan oleh transistor sentiasa hidup dan aliran berterusan komponen DC. Anda boleh membuat tolak-tarik penguat kelas A, kecekapan akan meningkat sedikit, tetapi separuh gelombang isyarat akan menjadi lebih tidak simetri. Pemindahan lata daripada kelas kerja "A" kepada kelas kerja "AB" menggandakan herotan tak linear, walaupun kecekapan litarnya meningkat.
Bpenguat kelas "AB" dan herotan "B" meningkat apabila tahap isyarat berkurangan. Anda secara tidak sengaja ingin menghidupkan penguat sedemikian lebih kuat untuk sensasi penuh kuasa dan dinamik muzik, tetapi selalunya ini tidak banyak membantu.
Kelas pekerjaan pertengahan
Kelas kerja "A" mempunyai variasi - kelas "A+". Dalam kes ini, transistor input voltan rendah penguat kelas ini beroperasi dalam kelas "A", dan transistor keluaran voltan tinggi penguat, apabila isyarat input mereka melebihi tahap tertentu, masuk ke kelas "B" atau "AB". Kecekapan lata sedemikian adalah lebih baik daripada kelas tulen "A", dan herotan bukan linear adalah kurang (sehingga 0.003%). Walau bagaimanapun, ia juga berbunyi "metal" kerana kehadiran harmonik yang lebih tinggi dalam isyarat keluaran.
Penguat kelas lain - "AA" mempunyai tahap herotan tak linear yang lebih rendah - kira-kira 0.0005%, tetapi harmonik yang lebih tinggi turut hadir.
Kembali ke penguat transistor Kelas A?
Hari ini, ramai pakar dalam bidang pembiakan bunyi berkualiti tinggi menyokong pengembalian kepada penguat tiub, kerana tahap herotan bukan linear dan harmonik yang lebih tinggi yang diperkenalkan oleh mereka ke dalam isyarat keluaran jelas lebih rendah daripada transistor. Walau bagaimanapun, kelebihan ini sebahagian besarnya diimbangi oleh keperluan untuk pengubah padanan antara peringkat keluaran tiub berimpedans tinggi dan pembesar suara galangan rendah. Walau bagaimanapun, penguat transistor mudah boleh dibuat dengan keluaran pengubah seperti yang ditunjukkan di bawah.
Terdapat juga pandangan bahawa hanya penguat transistor tiub hibrid boleh memberikan kualiti bunyi yang muktamad, semua peringkatnya adalah satu hujung, tidak dilindungi oleh maklum balas negatif dan berfungsi dalam kelas "A". Iaitu, pengikut kuasa sedemikian adalah penguat pada satu transistor. Skimnya boleh mempunyai kecekapan maksimum yang boleh dicapai (dalam kelas "A") tidak lebih daripada 50%. Tetapi kuasa mahupun kecekapan penguat bukanlah penunjuk kualiti pembiakan bunyi. Pada masa yang sama, kualiti dan kelinearan ciri semua ERE dalam litar adalah amat penting.
Apabila litar satu hujung mendapat perspektif ini, kita akan melihat pilihannya di bawah.
Penguat transistor tunggal hujung tunggal
Litarnya, dibuat dengan pemancar sepunya dan sambungan R-C untuk isyarat input dan output untuk operasi dalam kelas "A", ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Ia menunjukkan transistor n-p-n Q1. Pengumpulnya disambungkan ke terminal positif +Vcc melalui perintang pengehad arus R3, dan pemancarnya disambungkan ke -Vcc. Penguat transistor p-n-p akan mempunyai litar yang sama, tetapi petunjuk bekalan kuasa akan diterbalikkan.
C1 ialah kapasitor penyah gandingan yang memisahkan sumber input AC daripada sumber voltan DC Vcc. Pada masa yang sama, C1 tidak menghalang laluan arus masukan berselang-seli melalui simpang pemancar asas transistor Q1. Perintang R1 dan R2 bersama rintanganperalihan "E - B" membentuk pembahagi voltan Vcc untuk memilih titik operasi transistor Q1 dalam mod statik. Lazim untuk litar ini ialah nilai R2=1 kOhm, dan kedudukan titik operasi ialah Vcc / 2. R3 ialah perintang beban litar pemungut dan digunakan untuk mencipta isyarat keluaran voltan berubah pada pengumpul.
Anggapkan bahawa Vcc=20 V, R2=1 kOhm, dan keuntungan semasa h=150. Kami memilih voltan pada pemancar Ve=9 V, dan penurunan voltan pada peralihan "A - B" ialah diambil sama dengan Vbe=0.7 V. Nilai ini sepadan dengan apa yang dipanggil transistor silikon. Jika kita mempertimbangkan penguat berdasarkan transistor germanium, maka penurunan voltan merentasi simpang terbuka "E - B" ialah Vbe=0.3 V.
Arus pemancar, lebih kurang sama dengan arus pengumpul
Iaitu=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Arus asas Ib=Ic/j=9mA/150=60uA.
Penurunan voltan merentasi perintang R1
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9.7V=10.3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
C2 diperlukan untuk mencipta litar untuk laluan komponen pembolehubah arus pemancar (sebenarnya arus pengumpul). Jika ia tidak ada, maka perintang R2 akan mengehadkan komponen pembolehubah dengan teruk, supaya penguat transistor bipolar yang dimaksudkan akan mempunyai keuntungan arus yang rendah.
Dalam pengiraan kami, kami mengandaikan bahawa Ic=Ib h, dengan Ib ialah arus asas yang mengalir ke dalamnya daripada pemancar dan timbul apabila voltan pincang dikenakan pada tapak. Walau bagaimanapun, melalui pangkalan sentiasa (kedua-duanya dengan dan tanpa mengimbangi)terdapat juga arus bocor dari pengumpul Icb0. Oleh itu, arus pengumpul sebenar ialah Ic=Ib h + Icb0 h, i.e. arus bocor dalam litar dengan OE dikuatkan sebanyak 150 kali ganda. Jika kita sedang mempertimbangkan penguat berdasarkan transistor germanium, maka keadaan ini perlu diambil kira dalam pengiraan. Faktanya ialah transistor germanium mempunyai Icb0 yang ketara daripada susunan beberapa μA. Dalam silikon, ia adalah tiga susunan magnitud lebih kecil (kira-kira beberapa nA), jadi ia biasanya diabaikan dalam pengiraan.
Penguat transistor MIS hujung tunggal
Seperti mana-mana penguat transistor kesan medan, litar yang dimaksudkan mempunyai analognya antara penguat transistor bipolar. Oleh itu, pertimbangkan analog litar sebelumnya dengan pemancar biasa. Ia dibuat dengan sumber biasa dan sambungan R-C untuk isyarat input dan output untuk operasi dalam kelas "A" dan ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Di sini C1 ialah kapasitor penyah gandingan yang sama, yang dengannya sumber input AC diasingkan daripada sumber voltan DC Vdd. Seperti yang anda ketahui, mana-mana penguat transistor kesan medan mesti mempunyai potensi get transistor MOSnya di bawah potensi sumbernya. Dalam litar ini, gerbang dibumikan oleh R1, yang biasanya rintangan tinggi (100 kΩ hingga 1 MΩ) supaya ia tidak memesongkan isyarat input. Terdapat praktikal tiada arus melalui R1, jadi potensi pintu tanpa ketiadaan isyarat input adalah sama dengan potensi tanah. Potensi punca lebih tinggi daripada potensi tanah kerana penurunan voltan merentasi perintang R2. JadiOleh itu, potensi get adalah lebih rendah daripada potensi punca, yang diperlukan untuk operasi biasa Q1. Kapasitor C2 dan perintang R3 mempunyai tujuan yang sama seperti dalam litar sebelumnya. Memandangkan ini adalah litar sumber biasa, isyarat input dan output berada di luar fasa sebanyak 180°.
Penguat Output Transformer
Penguat transistor ringkas satu peringkat ketiga, ditunjukkan dalam rajah di bawah, juga dibuat mengikut litar pemancar sepunya untuk operasi dalam kelas "A", tetapi ia disambungkan kepada pembesar suara impedans rendah melalui pemadanan pengubah.
Belitan utama pengubah T1 ialah beban litar pengumpul transistor Q1 dan membangunkan isyarat keluaran. T1 menghantar isyarat keluaran kepada pembesar suara dan memastikan galangan keluaran transistor sepadan dengan galangan pembesar suara yang rendah (mengikut susunan beberapa ohm).
Pembahagi voltan bekalan kuasa pengumpul Vcc, dipasang pada perintang R1 dan R3, menyediakan pilihan titik operasi transistor Q1 (membekalkan voltan pincang ke tapaknya). Tujuan baki elemen penguat adalah sama seperti dalam litar sebelumnya.
Penguat audio tekan-tarik
Penguat frekuensi rendah tarik-tolak dua transistor membahagikan isyarat audio input kepada dua gelombang separuh luar fasa, setiap satunya dikuatkan oleh peringkat transistornya sendiri. Selepas penguatan sedemikian dilakukan, separuh gelombang digabungkan menjadi isyarat harmonik lengkap, yang dihantar ke sistem pembesar suara. Transformasi frekuensi rendah sedemikianisyarat (pemecahan dan gabungan semula), sudah tentu, menyebabkan herotan tidak dapat dipulihkan di dalamnya, disebabkan oleh perbezaan frekuensi dan sifat dinamik kedua-dua transistor litar. Herotan ini mengurangkan kualiti bunyi pada output penguat.
Penguat tekan-tarik yang beroperasi dalam kelas "A" tidak menghasilkan semula isyarat audio yang kompleks dengan cukup baik, kerana arus malar yang meningkat sentiasa mengalir dalam lengan mereka. Ini membawa kepada asimetri separuh gelombang isyarat, herotan fasa dan, akhirnya, kehilangan kebolehfahaman bunyi. Apabila dipanaskan, dua transistor berkuasa menggandakan herotan isyarat dalam frekuensi rendah dan infra-rendah. Namun begitu, kelebihan utama litar tolak tarik ialah kecekapan yang boleh diterima dan peningkatan kuasa keluaran.
Litar penguat kuasa transistor tolak ditunjukkan dalam rajah.
Ini ialah penguat kelas "A", tetapi kelas "AB" dan juga "B" juga boleh digunakan.
Penguat Kuasa Transistor Tanpa Transformer
Transformers, walaupun terdapat kemajuan dalam pengecilan mereka, masih merupakan ERE yang paling besar, berat dan mahal. Oleh itu, satu cara telah didapati untuk menghapuskan pengubah daripada litar tolak-tarik dengan menjalankannya pada dua transistor pelengkap berkuasa yang berlainan jenis (n-p-n dan p-n-p). Kebanyakan penguat kuasa moden menggunakan prinsip ini dan direka bentuk untuk beroperasi dalam kelas "B". Litar penguat kuasa sedemikian ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Kedua-dua transistornya disambungkan mengikut litar pengumpul biasa (pengikut pemancar). Oleh itu, litar memindahkan voltan input ke output tanpa amplifikasi. Jika tiada isyarat input, maka kedua-dua transistor berada di sempadan keadaan hidup, tetapi ia dimatikan.
Apabila isyarat harmonik dimasukkan, separuh gelombang positifnya membuka TR1, tetapi meletakkan transistor p-n-p TR2 dalam mod potong penuh. Oleh itu, hanya separuh gelombang positif arus yang dikuatkan mengalir melalui beban. Separuh gelombang negatif isyarat input hanya membuka TR2 dan mematikan TR1, supaya separuh gelombang negatif arus diperkuatkan dibekalkan kepada beban. Akibatnya, isyarat sinusoidal yang dikuatkan kuasa penuh (disebabkan oleh penguatan semasa) dihantar ke beban.
Penguat transistor tunggal
Untuk mengasimilasikan perkara di atas, kami akan memasang penguat transistor ringkas dengan tangan kami sendiri dan memikirkan cara ia berfungsi.
Sebagai beban transistor kuasa rendah T jenis BC107, kami menghidupkan fon kepala dengan rintangan 2-3 kOhm, kami menggunakan voltan pincang ke pangkalan dari perintang rintangan tinggi R sebanyak 1 MΩ, kami menghidupkan kapasitor elektrolitik penyahgandingan C dengan kapasiti 10 μF hingga 100 μF dalam litar asas T. Kami akan kuasakan litar daripada bateri 4.5 V / 0.3 A.
Jika perintang R tidak disambungkan, maka tiada arus asas Ib mahupun Ic arus pengumpul. Jika perintang disambungkan, maka voltan di pangkalan meningkat kepada 0.7 V dan arus Ib \u003d 4 μA mengalir melaluinya. Pekalikeuntungan semasa transistor ialah 250, yang memberikan Ic=250Ib=1 mA.
Setelah memasang penguat transistor ringkas dengan tangan kami sendiri, kini kami boleh mengujinya. Sambungkan fon kepala dan letakkan jari anda pada titik 1 rajah. Anda akan mendengar bunyi bising. Badan anda merasakan sinaran sesalur kuasa pada frekuensi 50 Hz. Bunyi yang anda dengar daripada fon kepala ialah sinaran ini, hanya dikuatkan oleh transistor. Mari kita terangkan proses ini dengan lebih terperinci. Voltan AC 50 Hz disambungkan ke tapak transistor melalui kapasitor C. Voltan pada tapak kini sama dengan jumlah voltan pincang DC (kira-kira 0.7 V) yang datang daripada perintang R dan voltan jari AC. Akibatnya, arus pengumpul menerima komponen berselang-seli dengan frekuensi 50 Hz. Arus ulang alik ini digunakan untuk menggerakkan membran pembesar suara ke depan dan ke belakang pada frekuensi yang sama, yang bermaksud kita boleh mendengar nada 50Hz pada output.
Mendengar tahap hingar 50 Hz tidak begitu menarik, jadi anda boleh menyambungkan sumber frekuensi rendah (pemain CD atau mikrofon) ke titik 1 dan 2 dan mendengar pertuturan atau muzik yang diperkuatkan.
