ВЫХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬ

Бестрансформаторные выходные каскады

Всем доброго времени суток! В прошлом посте я рассказал про некоторые характеристики входных транзисторных усилителей включённых по схеме с общим эмиттером и с общим коллектором. Ниже я расскажу о выходных и предоконечных каскадах усиления на транзисторах.

Прежде всего, выходные каскады предназначены для создания необходимой мощности в нагрузке усилителя. Вообще же не всякий усилитель является усилителем мощности. Что бы усилитель считался таким необходимо, чтобы выходная мощность усиленного сигнала была сопоставима с мощностью, которую подводят от источника питания.

Усилители мощность в большинстве случаев работают в режиме класса усиления B или AB, но встречаются также и выходные усилители работающие в классе А (особенно в маломощной переносной аппаратуре).

Также выходные каскады усиления могут быть трансформаторными или бестрансформаторными, в зависимости от того, как они взаимодействуют с нагрузкой.

Предоконечные каскады служат в первую очередь для возбуждения выходных каскадов, так как в большинстве случаев усиления выходных каскадов не хватает. Также как и выходные каскады предоконечные могут быть трансформаторные и бестрансформаторые (резисторные и резисторно-емкостные), а также однотактные (класс усиления А) и двухтактные (класс усиления В и АВ).

Бестрансформаторные каскады

Начнём пожалуй с наиболее распространённых в настоящее время выходных и предоконечных каскадов – бестрансформаторных, которые в настоящее время наиболее распространены.

Данные типы каскадов называют также каскадами с резисторной или резисторно-емкостной нагрузкой, так как нагрузка связана с транзистором через некоторое сопротивление или через дополнительный конденсатор, который убирает постоянную составляющую сигнала.

Как уже упоминалось выше бестрансформаторные каскады работают в однотактном или двухтактном режиме.

Однотактный выходной каскад

Однотактные бестрансформаторные схемы выходных каскадов используют только режим усиления класса А. В таких каскадах нагрузка RН включается непосредственно в цепь коллектора или эмиттера транзистора.

Данные типы каскадов имеют ограниченное применение: они используются в маломощных усилителях, где в качестве нагрузки используется головные телефоны («наушники») с сопротивлением 50 – 450 Ом и имеющие выходную мощность до нескольких милливатт.

Типовая схема однотактного бестрансформаторного каскада.

В качестве примера представлена типовая схема однотактного бестрансформаторного каскада с транзистором, включённым по схеме с ОЭ. Данная схема имеет усилительный транзистор (VT1) и телефон (BF1) в качестве нагрузки. Резисторы Rb1, Rb2, RE и конденсатор СE являются элементами цепей питания, а конденсатор СP служит для связи с предыдущим каскадом.

Данный тип каскада усиления характеризуется следующими показателями: выходная мощность, электрический КПД, частотная характеристика.

Выходная мощность, которую может отдать данный каскад в нагрузку, зависит прежде всего от напряжения источника питания (Е0) и сопротивления нагрузки (RH), в качестве которой выступает телефон BF1.

При этом ток покоя транзистора (IC) не должен превышать 0,5 IC max, а максимальное напряжение напряжения питания (Е0) не превышать 0,5 UCЕ max.

Ориентировочно выходную мощность можно рассчитать по следующим формулам:

[math]I_{C}(mA)=\frac {E_{0}(B)}{R_{H}(kOm)}[/math][math]P_{BblX}(mW)=0,25 E_{0}(B) I_{C}(mA)[/math]

Электрический КПД усилительного каскада в режиме усиления класса А практически не превышает 0,25 – 0,475 и возрастает с увеличением напряжения питания.

Основные недостатки однатактного бестрансформаторного каскада являются низкий КПД и плохое использование транзистора по мощности в связи с чем данные типы каскадов применяются в маломощных усилителях до нескольких милливатт или в качестве предоконечных для возбуждения двухтактных оконечных каскадов.

Двухтактный выходной каскад

Двухтактные схемы выходных каскадов работают в режиме усиления класса В и АВ.

Как упоминалось в предыдущем посте в классе усиления В и АВ транзисторы усиливают только одну полуволну сигнала, так вот, чтобы был усилен полный сигнал необходимо использовать как минимум два транзистора, каждый из которых усиливает свою полуволну.

Для того чтобы происходило усиление обеих полуволн двухтактные усилительные каскады выполняют на транзисторах различной структуры (p-n-p и n-p-n), но параметры которых если не одинаковы, то довольно близки по значению и отличаются лишь на несколько процентов. Такие транзисторы называются комплементарными.

Типовые схемы двухтактного усилителя: слева – схема с дополнительной симметрией и справа – схема с обратной связью.

Среди двухтактных бестрансформаторных усилителей наибольшее распространение получила схема с дополнительной симметрией. В которой в качестве выходного каскада используются комплементарные транзисторы с ОК (VT2 и VT3) и предоконечный однотактный каскад (транзистор VT1).

Резистор R1 является коллекторной нагрузкой VT1, а R2 используется для задания тока смещения (напомню, что при работе в классе АВ необходимо задать небольшой начальное напряжение смещения для избегания искажений). Конденсатор СР предназначен для связи выходного каскада с нагрузкой и разделения постоянной и переменной составляющей сигнала.

Подбором сопротивлений резисторов R1 и R2 устанавливают напряжение симметрии в точке соединения транзисторов VT2, VT3 и конденсатора СР.

Обозначим параметры, которые характеризуют двухтактный бестрансформаторный каскад.

Выходная мощность двухтактных бестрансформаторных каскадов ограниченна прежде всего напряжением питания (Е0) усилительного каскада и сопротивлением нагрузки(RH).

Снижение выходной мощности происходит, прежде всего, из-за параметров транзисторов выходного каскада, прежде всего это сопротивление насыщения транзистора в режиме большого сигнала (ΔЕ0) и сопротивление в цепи эмиттера в случае использования составных транзисторов.

Приблизительное значение выходной мощности и некоторых других параметров можно рассчитать по следующим формулам:

— максимальное значение выходной мощности:

[math]P_{BblX}(W)=\frac {(E_{0}-\Delta E_{0})2 (B)}{8 R_{H}(Om)}[/math]

— максимальный ток, протекающий через коллекторы транзисторов:

[math]i_{C max}(A)=\sqrt{\frac{2 P_{BblX MAX}(W)}{R_{H}(Om)}}[/math]

Электрический КПД данного типа выходного каскада в максимальном случае в классе усиления В составляет 0,785, однако в режиме АВ, за счёт задания начального тока покоя и за счёт падения напряжения на насыщении (ΔЕ0) выходных транзисторов, он имеет несколько меньшую величину и возрастает с увеличением напряжения питания (Е0).

Улучшение параметров выходного двухтактного каскада

Во всех транзисторных каскадах вообще и в двухтактном каскаде в частности возникают нелинейные искажения, которые зависят от многих факторов, а в частности от таких как нелинейность характеристик транзисторов и неполной симметрией плеч каскада. Чтобы уменьшить величину нелинейных искажений необходимо более тщательно подбирать транзисторы по величине коэффициента усиления, а также параметры самого каскада: режимы работы и применение отрицательной обратной связи.

Выходной каскад работающий в классе усиления B имеет значительно большие нелинейные искажения, чем каскад работающий в классе AB. Поэтому абсолютное большинство выходных каскадов работают в классе AB.

Для установления такого режима работы необходимо создать некоторое напряжение смещения на базах транзисторов VT1 и VT2, которое зависит от величины сопротивления резистора R2. При этом уменьшается величина параметров Pвых.

max и КПД каскада, поэтому величина тока коллектора транзисторов VT1 и VT2 не должна превышать 0,1 iC max.

Для уменьшения зависимости параметров выходного каскада от изменения температуры довольно часто вместо резистора R2 включают диоды или терморезисторы.

В этом случае ток покоя выходных транзисторов устанавливается экспериментально: в случае, когда необходимо увеличить ток покоя последовательно с диодом включают резистор, а в случае, когда необходимо уменьшить ток покоя резистор ставят последовательно с диодом.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник: https://www.electronicsblog.ru/usilitelnaya-sxemotexnika/bestransformatornye-vyxodnye-kaskady.html

Схема усилителя

Схема усилителя. В этом материале мы вместе с вами рассмотрим довольно простой усилитель звука с выходной мощностью 150 Вт при нагрузке 4 Ом. Схема в достаточной степени качественная, можно даже сказать высококачественная.

Усилитель выполнен на транзисторах, за основу была взята базовая схема изобретателя Хун-Чан Лина. Мной в топологию данного аппарата практически ничего не добавлено. Но вместе с тем, усилитель разработан в сверх-упрощенном варианте, не теряя при этом надежности и превосходного звучания. Отличительная черта схемы заключается в ее непосредственности и одновременно в повторяемости.

На принципиальной схеме представлен усилитель мощности, имеющий в оконечном тракте две пары мощных полевых транзисторов. Печатную плату, которого вы найдете ниже, в приложении.

Выходной каскад усилителя обеспечен надежной электронной защитой от короткого замыкания в акустике. Принципиальная схема усилителя была усовершенствована в конце 2017 года.

Технические данные транзисторного усилителя

Сам усилитель не привередливый, не предъявляющий высоких требований к электронным компонентам.

Резисторы

Постоянные резисторы, помимо отдельно отмеченных на схеме, нужно выбирать из расчета 0,25Вт рассеиваемой мощности. Сопротивления желательно устанавливать типа МЛТ или зарубежные аналоги из категории металлопленочных, которые создают меньше фонового шума.

Подбор компонентов

Использовать в схеме прецизионные резисторы, точность которых составляет от 0,001% до 0,5% нет никакой необходимости, вполне нормально будет применение резисторов с точностью 10%. В отличии от резисторов, здесь особое значение имеет качество конденсаторов. А именно тех, которые установлены в сигнальном тракте — это C1 и C5, вот к ихнему подбору нужно отнестись со всем вниманием.

Эти емкости, один из которых электролит, другой пленочный, лучше всего взять какой нибудь известной фирмы. Конечно данный совет необязателен, но все же.

Чем качественнее будут компоненты установленные в цепях прохождения звукового сигнала, тем ярче будет звуковая картина на выходе.

Схема усилителя предполагает электролитический конденсатор С5 на 220µ х 16v, но его желательно поставить не полярный, с таким же номиналом. А в случае, если такового нет, то допускается установка полярной емкости.

Несколько важных советов:

• При выборе электролитических конденсаторов, обращайте принципиальное внимание на фирму-производителя. Никогда не связывайтесь с такими «компаниями» из поднебесной как Elzet, Chang и нескольких других им подобных.
• Ни при каких обстоятельствах вы не должны применять электролитические емкости изготовленные еще при Советском Союзе. Дело в том, что прошло с тех пор уже много лет, и они вполне вероятно полностью высохли, следовательно, их емкость не гарантирует нужных электрически характеристик.
• Установленные в схеме емкости С9, С10, С11, С12, С3, С4 – это электролиты, их функция заключается в фильтрации постоянного напряжения питания. Поэтому, требования к ним высокого качества можно игнорировать. Однако, китайские емкости все же ставить не рекомендуется, особенно когда обозначенная на них фирма вам незнакома. Это относится и к советским конденсаторам — помните, что они могут оказаться высохшими!

Конденсаторы

Подбор номинальных напряжений данных конденсаторов, нужно выполнять согласно указанным значениям в схеме.

Емкости С13, С14 относятся к классу само восстанавливающихся конденсаторов, у которых в качестве диэлектрика применяется пленка. Они не являются полярными.

Что касается номиналов напряжений для них, то их следует также подбирать согласно указанным у схеме значениям, исходя из максимального напряжения питания усилителя.

Тоже самое и с их качеством, которое принципиального значения особо не имеет. Тем не менее, придерживайтесь всегда привычки использовать комплектующие такие, чтобы потом за них не переживать.

Транзисторы

По полупроводникам, в частности транзисторов можно сказать только одно. Главным условием здесь должно быть: устанавливать только то, что обозначено в схеме. Избегайте применения транзисторов аналогичных указанных там, только советского производства, особенно с датой выпуска конца 80-х годов.

Как уже говорилось выше, аппарат довольно надежный, и схема усилителя рассчитана на стабильную работу выходного каскада в классе AB. В связи с этим, необходимо обеспечить оконечному тракту существенное охлаждение.

Определяющим фактором качественного рассеивания выделяемого транзисторами тепла является площадь радиатора. Например; для устройства имеющего 1Вт выходной мощности, потребуется теплоотвод из алюминиевого сплава с размерами 14-18см².

Толщина основания теплоотвода никогда не помешает, если она несколько больше расчетной и позволяют габариты усилителя. Требующую площадь теплоотвода рассчитывают с помощью формулы:

S=Pвых*(1-КПД)*(12..18), где Pвых — выходная мощность усилителя. Для 150Вт’ного усилителя площадь радиатора должна находится в пределах: от S=150*(1-0,6)*12=720см2, до S=150*(1-0,6)*18=1080см2.

При использовании в конструкции системы принудительного охлаждения с применением вентиляторов, площадь радиаторов можно значительно уменьшить. Но в таком варианте возникает шум от работающих вентиляторов, хотя, для кого, что важнее, увеличение площади теплоотводов либо шум с некоторым количеством пыли.

Источник: https://usilitelstabo.ru/shema-usilitelya.html

Как выбрать усилитель мощности

Независимо от стиля музыки и размеров площадки, акустические системы и усилители мощности берут на себя нелегкую задачу преобразования электрических сигналов обратно в звуковые волны.

Самая сложная роль отводится усилителю: слабый выходной сигнал, снимаемый с инструментов, микрофонов и других источников, требуется усилить до уровня и мощности, необходимого для нормальной работы акустики.

В этом обзоре эксперты магазина “Ученик” помогут упростить задачу по выбору усилителя.

Важные параметры

Давайте разберемся в технических параметрах, от которых зависит правильный выбор.

Сколько ватт?

Самый важный параметр усилителя – его выходная мощность. Стандартная единица измерения электрической мощности – ватт. Выходная мощность усилителей может значительно отличаться. Чтобы определить, достаточна ли мощность усилителя для вашей аудиосистемы, важно понимать, что производители измеряют мощность разными способами. Вот два основных вида мощности:

• Пиковая мощность – мощность усилителя, достигаемая при максимально возможном (пиковом) уровне сигнала. Значения пиковой мощности, как правило, непригодны для реальной оценки и декларируются производителем в рекламных целях.
• Длительная или среднеквадратичная мощность – мощность усилителя, при которой коэффициент гармонических нелинейных искажений минимален и не превышает указываемого значения. Иначе говоря, это средняя мощность при постоянной, активной, номинальной нагрузке, на которой АС может работать продолжительное время. Это значение объективно характеризует измеренную рабочую мощность.Сравнивая мощность различных усилителей, убедитесь, что сравниваете одну и ту же величину, чтобы, образно выражаясь, не сравнивать апельсины с яблоками. Иногда производители не конкретизируют, какая именно мощность указана в рекламных материалах. В таких случаях истину следует искать в руководстве пользователя или на веб-сайте производителя.
• Еще одним параметром является допустимая мощность. Применительно к акустическим системам, он характеризует устойчивость АС к тепловым и механическим повреждениям при длительной работе с шумовым сигналом типа «розовый шум». В оценке мощностных характеристик усилителей, однако, более объективной величиной все же служит среднеквадратичная мощность.Мощность усилителя зависит от импеданса (сопротивления) подключаемых к нему динамиков. Например, усилитель выдает мощность 1100 Вт при подключении АС с сопротивлением 8 Ом, а при подключении АС с сопротивлением 4 Ома – уже 1800 Вт, т. е., акустика с сопротивлением 4 Ом нагружает усилитель больше, чем акустика с сопротивлением 8 Ом.При расчете необходимой мощности учитывайте площадь помещения и жанр исполняемой музыки. Понятно, что для выставления звука гитарного фолк-дуэта нужно гораздо меньше мощности, чем для группы, играющей брутальный дет-метал. Расчет мощности включает в себя множество непостоянных величин, таких как акустика помещения, число зрителей, тип площадки (открытая или закрытая) и многие другие факторы. Приблизительно это выглядит так (приведены значения среднеквадратичной мощности):– 25-250 Вт – фолк-выступление в небольшом помещении (типа кофейни) или дома;– 250-750 Вт – исполнение поп-музыки на площадках среднего размера (джаз-клуб или театральный зал);– 1000-3000 Вт – исполнение рок-музыки на площадках среднего размера (концертный зал или фестиваль на небольшой открытой сцене);– 4000-15000 Вт – исполнение рок-музыки или «металла» на масштабных площадках (рок-арена, стадион).

Режимы работы усилителя

Изучая характеристики различных моделей усилителей, вы заметите, что для многих из них мощность указана из расчета на один канал. В зависимости от ситуации, каналы можно подключать в разных режимах.

В стерео-режиме два источника выхода (левый и правый выходы на микшере) подключаются к усилителю каждый через свой канал. Каналы подключаются к динамикам через выходное соединение, создавая стерео-эффект – впечатление объемности звукового пространства.

В параллельном режиме один источник входного сигнала подключается к обоим каналам усилителя. В этом случае мощность усилителя равномерно распределится по динамикам.

В мостовом режиме стерео-усилитель превращается в более мощный моно-усилитель. В режиме «бридж» работает только один канал, мощность которого удваивается.

В технических характеристиках усилителей, как правило, указывается выходная мощность и для стерео, и для мостового режимов. При работе в режиме моно-мост, соблюдайте требования руководства пользователя, чтобы не допустить повреждение усилителя.

Каналы

Задавшись вопросом о необходимом количестве каналов, прежде всего учитывайте, сколько динамиков вы хотите подключить к усилителю и каким образом. Большинство усилителей – двухканальные, к ним можно подключать два динамика в стерео- или моно-режиме. Существуют четырехканальные модели, а в некоторых число каналов может достигать восьми.

Многоканальные модели, помимо прочего, позволяют подключать к одному усилителю дополнительные АС. Однако такие усилители, как правило, обходятся дороже обычных двухканальных при одинаковой мощности, в связи с более сложной конструкцией и назначением.

Усилитель класса D

Усилители мощности классифицируются по способу работы с входным сигналом и принципу построения усилительных каскадов. Вам встретятся такие классы, как A, B, AB, C, D и т.д.

Последние поколения портативных аудиосистем в основном оснащаются усилителями класса D, обладающими большой выходной мощностью при малом весе и габаритах. В эксплуатации они проще и надежнее всех остальных типов.

Входы

Большинство стандартных усилителей оснащены, как минимум, XLR-разъемами (микрофонными), но чаще всего помимо них имеются разъемы ¼ дюйма, TRS и иногда RSA. Например, модель XLS2500 от компании Crown снабжена разъемами разъемы ¼ дюйма, TRS и XLR.

Обратите внимание, что симметричное соединение посредством XLR-кабеля лучше всего использовать, когда кабель имеет большую длину. В DJ-системах, домашних аудиокомплексах и некоторых концертных аудиосистемах, где кабели короче, удобно использовать коаксиальные разъемы RCA.

Выходы

Ниже представлены пять основных типов выходных соединений, используемых в усилителях мощности:

1. Винтовые «клеммники» – как правило, в аудиосистемах предыдущих поколений, оголенные концы проводов АС закручиваются вокруг винтового клеммного зажима. Это прочное и надежное соединение, однако на его фиксацию требуется время. Также оно не удобно для концертирующих музыкантов, которые часто монтируют / демонтируют звуковое оборудование.

Клемма винтовая

2. Гнездо типа «банан» – небольшой цилиндрической формы соединитель-розетка; служит для подключения кабелей со штекерами (соединителями-вилками) такого же типа. Иногда объединяет в себе проводники положительного и отрицательного вывода.

3. Разъемы Speakon – разработка компании Neutrik. Рассчитаны на большие значения тока, могут содержать 2, 4 или 8 контактов. Для АС, не имеющих соответствующих штекеров, существуют переходники Speakon.

Разъемы Speakon

4. XLR – трехконтактные симметричные разъемы, используют балансное подключение и обладают лучшей помехоустойчивостью. Легкие в подключении и надежные.

XLR разъемы

5. Разъем ¼ дюйма – простое и надежное соединение, особенно в случае потребителей с малой мощностью. Менее надежно в случае высокомощных потребителей.

Встроенный процессор DSP

Некоторые модели усилителей оснащаются процессором цифровой обработки сигнала DSP (digital signal processing), который преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой поток для дальнейшего управления и обработки. Вот несколько функций DSP, интегрированных в усилители:

Лимитирование – ограничение пиков входного сигнала с целью предотвращения перегрузки усилителя или повреждения АС.

Фильтрация – некоторые усилители, оборудованные DSP, имеют фильтры НЧ, ВЧ или полосовые фильтры диапазонов для усиления определенных частот и/или предотвращения повреждения усилителя сигналом очень низких частот (ОНЧ).

Кроссовер – разделение выходного сигнала на частотные полосы для создания нужных рабочих частотных диапазонов. (Пассивные разделительные фильтры в многоканальных АС, как правило, перекрываются при использовании DSP-кроссовера в усилителе).

Компрессия – способ ограничения динамического диапазона аудиосигнала с целью его усиления или устранения искажений.

Примеры усилителей мощности

BEHRINGER iNUKE NU3000	Alto MAC 2.2
YAMAHA P2500S	Crown XTi4002

Ознакомиться с ассортиментом усилителей мощности вы можете в интернет-магазине “Ученик”.

Источник: https://UchenikSpb.ru/kbase/kak-vybrat-usilitel-moshhnosti/

Операционные усилители

Операционный усилитель – это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз.

Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах.

Параметры схем с операционными усилителями определяются только внешними компонентами, а так же небольшой температурной зависимостью или разбросом параметров при их производстве, что делает операционные усилители очень популярными элементами при конструировании электронных схем.

Операционные усилители являются наиболее востребованными приборами среди современных электронных компонент, они находят своё применение в потребительской электронике, применяются индустрии и в научных приборах. Многие стандартные микросхемы операционных усилителей стоят всего несколько центов.

Но некоторые модели гибридных или интегрированных операционных усилителей со специальными характеристиками, выпускаемые мелкими партиями, могут стоить более сотни долларов.

Операционные усилители обычно выпускаются как отдельные компоненты, а так же они могут являться элементами более сложных электронных схем.

Операционный усилитель является разновидностью дифференциального усилителя. Другими разновидностями дифференциального усилителя являются:

1. Полностью дифференциальный усилитель (это устройство похоже по принципу действия на операционный усилитель, но имеет два выхода);
2. Инструментальный усилитель (он обычно состоит из трёх операционных усилителей);
3. Изолированный усилитель (это усилитель похож на инструментальный, но он выдерживает такие высокие напряжения, которые могут вывести из строя обычный операционный усилитель);
4. Усилитель с отрицательной обратной связью (обычно содержит один или два операционных усилителя и резистивную цепь обратной связи).

Выводы для подачи напряжения питания (VS+ и VS-) могут обозначаться по-разному. Невзирая на различное обозначение, их функция остаётся одной и той же – обеспечение дополнительной энергии для усиления сигнала. Часто на схемах эти выводы не изображают, чтобы не загромождать чертёж, и их наличие либо указывается отдельно, либо должно быть ясно из схемы.

Обозначения на схеме

Условные обозначения на схеме для операционного усилителя, изображённого на рисунке справа, следующие: V+ – неинвертирующий вход V- – инвертирующий вход Vout – выход VS+ – плюс напряжения питания VS- – минус напряжения питания

Условное графическое обозначение операционного усилителя

Принцип действия

Дифференциальные входы усилителя состоят из двух выводов – V+ и V-, идеальный операционный усилитель усиливает только разницу напряжений между двумя этими входами, эта разница называется дифференциальным напряжением на входе. Напряжение на выходе операционного усилителя определяется формулой

Vout = AOL (V+ – V-)

где V+ – напряжение на неинвертирующем (прямом) входе, V- – напряжение на инвертирующем (инверсном) входе, и AOL – коэффициент усиления усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи (то есть обратная связь от выхода ко входу отсутствует).

Операционный усилитель без отрицательной обратной связи (компаратор)

Значение коэффициента усиления у микросхем операционных усилителей обычно большое – 100000 и более, следовательно довольно небольшая разница напряжений между входами V+ и V- приведёт к появлению на выходе усилителя напряжения почти равному напряжению питания. Это называется насыщение усилителя.

Величина коэффициента усиления AOL имеет технологический разброс, поэтому не стоит использовать один операционный усилитель в качестве дифференциального усилителя, рекомендуется применять схему из трёх усилителей.

Без отрицательной обратной связи, и возможно при наличии положительной обратной связи, операционный усилитель будет работать как компаратор.

Если инвертирующий вход соединить с общим проводом (нулевым потенциалом) напрямую или через резистор, а напряжение Vin, поданное на неинвертирующий вход будет положительным, то выходное напряжение будет максимально положительным.

Если подать на вход отрицательное напряжение Vin, то на выходе напряжение будет максимально отрицательным. Поскольку с выхода на входы обратная связь отсутствует, то такая схема с разомкнутой цепью обратной связи будет работать как компаратор, коэффициент усиления схемы будет равен коэффициенту усиления операционного усилителя AOL.

Операционный усилитель с отрицательной обратной связью (неинвертирующий усилитель)

Для того, что бы работа операционного усилителя была предсказуемой, применяется отрицательная обратная связь, которая устанавливается путём подачи части напряжения с выхода усилителя на его инвертирующий вход. Эта замкнутая цепь обратной связи существенно снижает усиление усилителя.

При использовании отрицательной обратной связи общее усиление схемы значительно больше зависит от параметров цепи обратной связи, чем от параметров операционного усилителя. Если цепь обратной связи содержит компоненты с относительно стабильными параметрами, то изменения параметров операционного усилителя существенно не влияют на характеристики схемы.

Передаточная характеристика схемы с операционным усилителем определяется математически передаточной функцией. Проектирование схем с заданной передаточной функцией с операционными усилителями относится к области радиоэлектроники. Передаточная функция является важным фактором в большинстве схем, использующих операционные усилители, например, в аналоговых компьютерах.

Высокое входное сопротивление входов и низкое выходное сопротивление выхода является так же полезной особенностью операционных усилителей.

Например, если к неинвертирующему усилителю добавить отрицательную обратную связь (см. рисунок справа) с помощью делителя напряжения Rf, Rg, то это приведёт к снижению усиления схемы.

Равновесие восстановится тогда, когда напряжение на выходе Vout станет достаточным для того, что бы изменить напряжение на инвертирующем входе до напряжения Vin. Коэффициент усиления всей схемы определяется по формуле 1 + Rf/Rg.

Например, если напряжение Vin = 1 вольт, а сопротивления Rf и Rg одинаковые (Rf = Rg), то на выходе Vout будет присутствовать напряжение 2 вольта, величина этого напряжения как раз достаточная для того, что бы на инвертирующий вход V- поступало напряжение 1 вольт.

Так как резисторы Rf и Rg образуют цепь обратной связи, подключённой от выхода ко входу, то получается схема с замкнутой петлёй обратной связи. Общий коэффициент усиления схемы Vout / Vin называется коэффициентом усиления с замкнутой петлёй обратной связи ACL. Так как обратная связь отрицательная, то в этом случае ACL 

Источник: http://zpostbox.ru/operatsionny_usilitel.html

Что такое выходной транзистор? Ток покоя и каскадные усилители

Что такое выходной транзистор? Выходными, или оконечными, транзисторами называют транзисторы, входящие в конструкцию выходных (последних) каскадов в каскадных усилителях (имеющих минимум два или три каскада) частоты. Кроме выходных имеются ещё и предварительные каскады, это все, некоторые расположены до выходного.

Каскад – это транзистор укомплектованный резистором, конденсатором и иными элементами, обеспечивающими его работу в качестве усилителя.

Всё имеющееся в усилителе количество предварительных каскадов должно обеспечивать увеличение напряжения частоты таким образом, чтобы полученное значение было пригодно для функционирования выходного транзистора.

В свою очередь сам выходной транзистор повышает мощность частотных колебаний до значения, обеспечивающего работу динамической головки.

При сборке максимально простых транзисторных усилителей выходной транзистор берётся такой же маломощный, как и на предварительных каскадах. Многие находят это весьма уместным с точки зрения эргономичности прибора. Показания выходной мощности у подобного усилителя невелики: от 10-20 мВт до полутора сотен.

В ситуациях, когда проблема экономии не стоит так остро, то в конструкции выходного каскада используется транзистор с более высокими мощностными показаниями.

Качественность работы усилителя определяют несколько параметров, но максимально точное представление можно получить по: данным о выходной мощности (Р вых), чувствительности и частотной характеристике.

Измерить ток покоя выходного транзистора

Током покоя называют коллекторный ток, который проходит по транзисторам выходных каскадов при условии, что сигнал отсутствует.

В условно-идеальных (невозможных на самом деле) условиях значение такого тока должно находиться на нулевой отметке.

На деле это не совсем так, собственная температура и характерные различия разнотипных транзисторов влияют на данный показатель. В наихудшем случае возможен перегрев, который станет причиной теплового пробоя транзистора.

Кроме того, существует ещё один показатель – напряжение покоя. Он демонстрирует значение напряжения соединительной точки транзисторов. Если питание у каскада двухполярное, то напряжение будет равно нулю, а если однополярное, тогда напряжение составляет 1/2 питающего напряжения.
  Оба эти показателя должны быть стабилизированы и для этого в качестве первоочередной меры следует озаботиться о контроле температурного режима.

На роль стабилизатора обычно берётся дополнительный транзистор, которые в качестве балласта подсоединяется к базовым цепям (наиболее часто он при этом оказывается прямо на радиаторе, максимально близко к выходным транзисторам).

Чтобы выявить, каков ток покоя выходных транзисторов или каскадов, необходимо при помощи мультиметра измерить данные по падению напряжения для его эмиттерных резисторов (значения обычно выражаются в милливольтах), а потом, опираясь на закон Ома и данные по реальному сопротивлению, можно будет вычислить нужный показатель: значение падения напряжения разделить на значение реального сопротивления – значения тока покоя для данного выходного транзистора.

Все замеры необходимо производить весьма осторожно, иначе придётся производить замену транзистора.

Есть ещё один способ, гораздо менее травмоопасный. Взамен предохранителей потребуется установить сопротивление в 100 Ом и минимальную мощность в 0,5 Ватт для каждого канала. При отсутствии предохранителей сопротивление подсоединяется к разрыву питания.

После осуществляется подача питания усилителю, производятся замеры показаний по падению напряжения на приведённом выше уровне сопротивления. Дальнейшая математика до крайности проста: падению напряжения в 1 В соответствует ток покоя величиной в 10мА.

Аналогичным образом при 3,5 В получится 35 мА и так далее.

Классификация выходных каскадов

Есть несколько методов сборки выходного каскада:

• Из транзисторов, имеющих различную проводимость. Для этих целей чаще всего используют “комплементарные” (близкие по параметрам) транзисторы.
• Из транзисторов, имеющих одинаковую проводимость.
• Из транзисторов составного типа.
• Из полевых транзисторов.

Работа усилителя, сконструированного, при помощи комплементарных транзисторов, отличается простотой: положительная сигнальная полуволна запускает работу одного транзистора, а отрицательная – другого. Необходимо, чтобы плечи (транзисторы) работали в одинаковых режимах и для реализации этого используется базовое смещение.

Если усилитель использует в работе одинаковые транзисторы, то никаких принципиальных отличий от первого варианта это не имеет. За исключением того факта, что для подобных транзисторов сигнал отличаться не должен.

При работе с остальными разновидностями усилителей необходимо помнить, что отрицательное напряжение для p-n-p транзисторов, и положительное – для n-p-n транзисторов.

Обычно звание усилителя мощности принадлежит именно оконечному каскаду, поскольку он работает с самыми большими величинами, хотя с технической точки зрения так можно называть и предварительные каскады. К числу основных показателей усилителя можно отнести: полезную, отдаваемую в нагрузку мощность, КПД, полосу усиливаемых частот, коэффициент нелинейных искажений.

На эти показатели весьма сильно влияет выходная характеристика транзистора. При создании усилителя напряжения может быть использована однотактная и двухтактная схемы. В первом случае режим работы усилителя линейный (класс А). Данная ситуация характеризуется тем, что протекание тока по транзистору длится до тех пор пока не окончится период входного сигнала.

Однотактный усилитель отличается высокими показателями по линейности. Однако эти качества могут искажаться при намагничивании сердечника. Для предотвращения подобной ситуации необходимо озаботиться наличием цепи трансформатора с высоким уровнем индуктивности для первичной цепи. Это отразится на размерах трансформатора. К тому же, ввиду принципа его работы, он обладает достаточно низким КПД.

В сравнении с ним данные по двухтактному усилителю (класс B) куда выше. Данный режим позволяет искажать форму транзисторного тока на выходе.

Это увеличивает результат отношения переменного и постоянного токов, снижая вместе с тем уровень потребляемой мощности, это и считается самым главным плюсом применения двухтактных усилителей. Их работа обеспечивается подачей двух равных по значению, но фазно противоположных напряжений.

Если отсутствует трансформатор со средней точкой, то можно воспользоваться фазоинверсным каскадом, который снимет противоположные по фазе напряжения с соответственных резисторов цепей коллектора и эмиттера.

Существует двухтактная схема, не включающая в себя выходной трансформатор. Для этого потребуются разнотипные транзисторы, работающие как эмиттерные повторители. Если оказывать воздействие двуполярным входным сигналом, то будет происходить поочерёдное открытие транзисторов, и расхождение токов по противоположным направлениям.

Замена транзисторов

Поскольку УНЧ (усилители низких частот) становятся всё популярнее, то совершенно не лишним будет узнать, что делать, если такой прибор выйдет из строя.

В случае, если греется выходной транзистор, то велика вероятность, что он сломался или перегорел. В такой ситуации необходимо:

• Удостовериться в целостности всех прочих диодов и транзисторов, входящих в усилитель;
• Когда будет производиться ремонт очень желательно подсоединять усилитель к сети через лампочку в 40-100 В, это поможет сберечь оставшиеся целыми транзисторы при любых обстоятельствах;
• В первую очередь перемыкается участок эмиттер-база и транзисторы, потом осуществляется первичная диагностика УНЧ (любые изменения и реакции легко регистрируются при помощи свечения лампы);
• Основным показателем рабочего состояния и адекватной настройки транзистора можно считать данные по напряжению для участка база-эмиттер.
• Выявлять данные по напряжению межу корпусом и отдельными участками схемы – занятие практически бесполезное, никаких сведений о возможной поломке оно не даёт.

Даже наиболее упрощённый вариант проверки (до и после того как замена выходных транзисторов была произведена) обязательно должен включать в себя несколько пунктов:

• К базе и эмиттеру выходного транзистора подать минимальное напряжение, чтобы установился ток покоя;
• Проверить результативность своих действий по звуку или при помощи осциллографа (“ступенька” и искажения сигнала при мощностном минимуме должны отсутствовать);
• При помощи осциллографа выявить симметрию по ограничениям на резисторы при максимальной мощности работы усилителя.
• Удостовериться, что “паспортная” и действительная мощности усилителя совпадают.
• Обязательно требуется проверить рабочее состояние токоограничительных цепей, при наличии таковых на оконечном каскаде. Здесь не обойтись без регулируемого нагрузочного резистора.

Первое включение после того как ремонтные работы были произведены:

• Нежелательно сразу же устанавливать выходные транзисторы, для начала прибор задействуется только с предварительным каскадом (каскадами), и лишь после этого подсоединять оконечный. В ситуациях, когда осуществить включение без выходного транзистора технически невозможно, следует заменить резисторы на имеющие номинальное значение в 5-10 Ом. Это исключит вероятность перегорания транзистора.
• Перед тем как осуществлять каждое повторное включение усилителя потребуется разрядка электролитических конденсаторов питания УНЧ.
• Проконтролировать данные по току покоя в условиях низкой и высокой температуры радиатора. Разница при соотношении должна быть не более двух раз. В противном случае придётся заняться термостабилизатором УНЧ.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c615e3c9e391400ae5f8253/5d12db306d9c0000b0417b04

Выходной усилитель звука | Усилитель звука на транзисторах #5 ⋆ diodov.net

Выходной усилитель звука принципиально отличается от предварительного или входного (в том числе и микрофонного) усилителя, в которых транзистор включается по схеме с общим эмиттером, что позволяет максимально усилить мощность входного сигнала.

Такие усилители относятся к классу А, которым характерен линейный режим работы. При этом транзистор все время находится в наполовину открытом состоянии, что приводит к постоянному потреблению ток с источника питания.

Поэтому в целом коэффициент полезного действия усилителя класса А не превышает 30 %.

Однако такие схемы вполне оправдано использовать как в предварительных, так и во входных каскадах, поскольку ток, протекающий через транзистор (ток покоя коллектора) не превышает единиц миллиампер.

Но подобные схемы крайне непригодны для выходных каскадов усилителей, где требуется выполнять усиление сигнала значительной мощности. Например, при подключении 20-ти ваттных колонок токи, протекающие через транзисторы, достигают единиц ампер.

И если такие токи будут постоянно протекать через транзистор в состоянии покоя, то есть при отсутствии сигнала, то коэффициент полезного действия такого усилителя будет крайне низкий.

Вторая причина, ограничивающая применение для выходных усилителей транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером – это их относительно высокое выходное сопротивление.

Раньше, в большинстве транзисторных усилителей, а в ламповых – во всех, для согласования сопротивлений усилителя и громкоговорителя (динамика) применялись согласующие трансформаторы. Но этот вопрос мы рассматривать не станем, а сразу перейдем к решению задач.

Выходной усилитель класса B

Выделим эти задачи:

1. Как снизить энергопотребление, то есть повысить КПД усилителя?
2. Как согласовать сопротивления?

Первая задача решается довольно просто. Если при отсутствии сигнала транзистор будет изначально находиться в закрытом состоянии, то и энергия потребляться практически не будет. На нагрузочной прямой такое состояние транзистора соответствует точке B.

Однако при этом будет происходить усиление только одной полуволны переменного сигнала. Для усиления второй полуволны применяют транзистор противоположной полярности.

Таким образом, для усиления сигнала в выходном каскаде усилителя применяются два транзистора разной полупроводниковой структуры: p-n-p и n-p-n.

В один момент времени будет работать один транзистор, а во второй – другой, поэтому сигнал будет усиливаться полностью. В общем, первую задачу мы решили. Осталось согласовать сопротивления.

Согласование сопротивлений предварительного каскада с нагрузкой решается путем включения транзисторов по схеме с общим коллектором. Такой схеме свойственно высокое входное и низкое выходное сопротивление.

Однако следует помнить, что схема с общим коллектором усиливает только ток. Напряжение такая схема не усиливает. Поэтому такую схему еще называют эмиттерный повторитель и часто применяют в узлах стабилизации напряжения блоков питания. Отсюда следует вывод, что предварительный усилитель должен усилить сигнал по максимуму.

Также следует знать особенность рассматриваемой схемы выходного усилителя.

Выходной сигнал повторяет входной, только с разницей на величину падения напряжения между базой и эмиттером двух транзисторов, которая в среднем равная 0,8…1,2 В.

Это приводит к возникновению искажения на грузке, то есть на динамике. Такое искажение в среде радиолюбителей называется «ступенька»; правильное название – переходное искажение.

Для устранения данного искажения оба транзистора изначально несколько приоткрывают на величину, позволяющую скомпенсировать падение напряжения между базой и эмиттером двух транзисторов.

Выходной усилитель класса AB

На нагрузочной прямой эта точка называется AB и располагается немного выше т. B. Отсюда выходной каскады подобного типа получил название усилителя класса AB.

Как это реализуется в действительности на реальной схеме? В цепь между базами VT2 и VT3 включают либо резистор, либо три последовательно соединенные диода. Количество диодов может быть и большим, в зависимости от мощности VT2 и VT3.

Диоды применят предпочтительнее резистора по соображениям температурной стабильности каскада. Суммарное падение напряжения на диодах компенсирует падение напряжения на эмиттерных переходах обоих транзисторов, поэтому последние несколько приоткрываются.

Что касается транзисторов VT2 и VT3, то они должны иметь одинаковые (максимально близкие) коэффициенты усиления по току и обратные токи коллектора. Такие транзисторы с одинаковыми характеристиками, но разной полярности называют комплементарной парой (например, BC547 и BC557; IRF540 и IRF9540).Транзисторы комплементарной пары также изготавливают в одном общем корпусе, имеющем шесть выводов.

Для получения большего усиления (по току) применяют транзисторы Дарлингтона, которые также изготавливаются в комплементарной паре.

Конечная схема микрофонного усилителя звука вместе с выходным каскадом приведена ниже.

В более качественных усилителях для устранения помех применяют дифференциальный входной усилитель, но о нем в другой раз.

Источник: https://diodov.net/vyhodnoj-usilitel-zvuka-usilitel-zvuka-na-tranzistorah-5/