Paljud inimesed on tuttavad olukorraga, kui seade esitab heli, kuid ei tee seda nii valjult, kui me tahaksime. Mida teha? Saate osta muid heli taasesitusseadmeid või helisagedusliku võimsusvõimendi (edaspidi UMZCH). Lisaks saab võimendi käsitsi kokku panna.
Selleks vajate vaid algteadmisi elektroonikast, näiteks oskust eristada emitterit, baasi ja kollektorit bipolaarses transistoris, äravoolus, allikas, väravas, samuti muid elementaarseid aspekte.
Järgnev alt kirjeldatakse heli võimsusvõimendite kõige olulisemaid parameetreid, mida tuleks suurema võimenduse saavutamiseks täiustada, samuti nende seadmete lihtsamaid vooluringe, mis on kokku pandud erinevatele põhikomponentidele, nagu vaakumtorud, transistorid, operatsioonivõimendid ja integraallülitused.
Lisaks käsitletakse artiklis kvaliteetset UMZCH-skeemi. See mõjutab selle koostist, parameetreid ja disainifunktsioone. Arvesse võetakse ka UMZCH Sukhovi skeemi.
UMZCH parameetrid
Võimendi kõige olulisem parameetervõimsus - võimendustegur. See näitab väljundsignaali ja sisendsignaali suhet ning on jagatud kolmeks eraldi parameetriks:
- Praegune võimendus. KI=Ivälja / Iin.
- Pingevõimendus. KU=Uout / Uin.
- Võimsuse suurendamine. KP=Pout / Pin.
UMZCH puhul on mõistlikum arvestada võimsuse võimendusega, kuna just see parameeter vajab võimendamist, kuigi on rumal eitada, et võimsuse väärtus – nii sisend kui väljund – sõltub voolust ja pinge väärtused.
Muidugi on võimenditel ka muid parameetreid, näiteks võimendatud signaali moonutustegur, kuid need pole võimendusega võrreldes nii olulised.
Ärge unustage, et täiuslikke seadmeid pole olemas. Puudub tohutu kasumiga UMZCH, millel puuduvad muud puudused. Alati tuleb mõned parameetrid teiste huvides ohverdada.
UMZCH elektrovaakumseadmetel
Elektrovaakumseadmed on seadmed, mis sisaldavad oma konstruktsioonis kolbi, milles on kas vaakum või teatud gaas, ning vähem alt kahte elektroodi – katood ja anood.
Kolvi sees võib olla kolm, viis ja isegi kaheksa täiendavat elektroodi. Kahe elektroodiga lampi nimetatakse dioodiks (mitte segi ajada pooljuhtdioodiga), kolmega - trioodiks, viiega - pentoodiks.
Vakulampidega võimsusvõimendidväga kõrgelt hinnatud nii tavaliste muusikasõprade kui ka professionaalsete muusikute seas, sest torud pakuvad "puhtamat" võimendust.
See on osaliselt tingitud asjaolust, et katoodilt süstitud elektronid ei puutu teel anoodile vastupanu ja jõuavad sihtmärgini muutumatul kujul – neid ei moduleerita ei tiheduse ega kiiruse poolest.
Toruvõimendid on turul pakutavatest kõige kallimad. Selle põhjuseks on asjaolu, et elektrovaakumseadmeid eelmisel sajandil enam laialdaselt ei kasutatud, nende tootmine suurtes kogustes muutus kahjumlikuks. See on tükitoode. Kuid sellised UMZCH-d on kindlasti oma raha väärt: võrreldes populaarsete analoogidega on isegi integraallülituste puhul erinevus selgelt kuuldav. Ja mitte krõpsude kasuks.
Loomulikult pole lampvõimendeid vaja ise kokku panna, neid saab osta spetsialiseeritud kauplustes. Vaakumseadmete võimendite hind algab ₽50 000. Leiad suhteliselt odavaid kasutatud variante (isegi kuni 10 000 ₽), kuid need võivad olla kehva kvaliteediga. Kui palju maksavad head toruvõimendid? Alates ₽100 000. Kui palju maksavad väga head võimendid? Alates mitmesajast tuhandest rublast.
Lampidel on palju UMZCH-ahelaid, selles jaotises käsitletakse elementaarset näidet.
Kõige lihtsama võimendi saab kokku panna trioodile. See kuulub ühetsükliliste UMZCH-ahelate klassi. Trioodis on kolmas elektrood juhtvõrk, mis reguleerib anoodivoolu. Sellega on ühendatud vahelduvpinge ning lähtesignaali suurust ja polaarsust kasutades saate kasvähendada või suurendada anoodivoolu.
Kui ühendate võrku negatiivse kõrge potentsiaali, siis elektronid settivad sellele ja voolutugevus ahelas on null. Kui võrgule rakendatakse positiivset potentsiaali, liiguvad elektronid katoodilt anoodile takistamatult.
Anoodivoolu reguleerimisega saate muuta trioodi tööpunkti voolu-pinge karakteristikul. See võimaldab teil reguleerida selle elektrovaakumseadme voolu ja pinge (lõppkokkuvõttes võimsuse) võimendust.
Lihtsa trioodvõimendi kokkupanemiseks peate juhtvõrguga ühendama muutuva toiteallika, rakendama katoodile nullpotentsiaali, anoodile positiivse. Ballasttakistus on tavaliselt ühendatud anoodiga. Koormus tuleks eemaldada liiteseadise ja anoodi vahel.
Võimendussignaali kvaliteedi parandamiseks võite ühendada koormusega järjestikku või paralleelselt (olenev alt konkreetsest juhtumist) filtrikondensaatori, ühendada kondensaatori ja katoodiga paralleelselt ühendatud takisti ning ühendage kahest takistist koosnev lihtne pingejagur juhtvõrku.
Teoreetiliselt saab võimsusvõimendi monteerida klystronile vastav alt lampide UMZCH ahelatele. Klystron on elektrovaakumseade, mis on disainilt sarnane dioodiga, kuid millel on kaks lisaklemmi, mis on mõeldud signaali sisestamiseks ja väljastamiseks. Selles seadmes toimub võimendus tänu katoodi poolt kollektori suunas kiiratavate elektronide voolu modulatsioonile (analoogiliselt anoodile), esm alt kiiruse ja seejärel tiheduse poolest.
UMZCH bipolaarsetel transistoridel
Bipolaarne transistor – kahe dioodi süntees. See on kas p-n-p või n-p-n element, millel on järgmised komponendid:
- emitter;
- baas;
- koguja.
Transistoride kiirus ja töökindlus on üldiselt kõrgem kui vaakumseadmetel. Pole saladus, et algul töötasid elektroonilised arvutid täpselt lampidel, kuid niipea, kui ilmusid transistorid, asendasid viimased kiiresti oma veevoolueelsed konkurendid ja neid kasutatakse eduk alt tänapäevani.
Järgmisena vaadeldakse näidet n-p-n transistori kasutamisest võimsusvõimendi ahelas. Oluline on märkida, et elektronid (n) on veidi kiiremad kui augud (p), vastav alt n-p-n ja p-n-p transistoride jõudlus ei erine viimaste kasuks.
Teine oluline nüanss on see, et bipolaarsetel transistoridel on mitu lülitusahelat:
- Tavaline emitter (kõige populaarsem).
- Ühise alusega.
- Ühise kollektoriga.
Kõigil ahelatel on erinevad võimendusparameetrid. Järgmisel UMZCH-ahelal on ühine emitteri ühendus.
N-p-n transistoril põhineva lihtsa võimendi kokkupanemiseks peate selle baasiga ühendama vahelduvpinge, kollektoriga positiivse potentsiaali ja emitteriga negatiivse potentsiaali. Ja aluse ette ja kollektori ette ja emitteri ette tuleks paigaldada piiravad takistused. Koormus eemaldatakse kollektori liiteseadme ja kollektori enda vahel.
Nagu elektrovaakumi puhultrioodvõimendi, selle vooluahela võimenduse kvaliteedi parandamiseks saate:
- paigaldage aluse ette pingejagur ja filterkondensaator;
- paigaldage emitteriga paralleelselt ühendatud kondensaator ja takisti;
- lülitage filtri kondensaator sisse, et eemaldada müra ja häired.
Kui kaks sellist võimendusastet on ühendatud järjestikku, siis saab nende võimendused üksteisega korrutada. See muidugi raskendab oluliselt seadme disaini, kuid võimaldab saavutada suuremat võimendust. Tõsi, nende kaskaadide ühendamine lõputult ei toimi: mida rohkem üksikuid võimendiid on järjestikku ühendatud, seda suurem on võimalus, et need lähevad küllastusse.
Kui transistor töötab küllastusrežiimis, siis võimendusomadustest ei saa juttugi olla. Seda saate kontrollida, vaadates voolu-pinge karakteristikut: transistori tööpunkt on horisontaalses osas, kui see töötab küllastusrežiimis.
UMZCH FET
Järgmisena näidatakse MOS-tüüpi transistoride UMZCH-ahel (metalloksiid-pooljuht – väljatransistori standardstruktuur).
Väljatransistoride struktuuril on bipolaarsete transistoridega vähe ühist. Veelgi enam, nende tööpõhimõte ei sarnane bipolaarsete analoogide tööpõhimõttega.
Väljatransistore juhitakse elektrivälja abil (bipolaarne – vooluga). Nad ei võta voolu ja on vastupidavad gammakiirgusele, mida nimetatakse karadioaktiivne kiirgus. Viimane asjaolu ei tule tõenäoliselt kunagi kasuks muusikutele, kes soovivad ehitada helivõimsusvõimendit, kuid tööstuses hinnatakse seda väljatransistoride omadust kõrgelt.
Nende peamine puudus on see, et nad ei suhtle hästi staatilise elektriga. Seda laadi laeng võib seda tüüpi transistorid välja lülitada. Igasugune hooletu sõrmepuudutus elemendi kontaktile võib transistori kahjustada.
Neid funktsioone tuleks nendele elektroonilistele komponentidele võimsusvõimendite kokkupanemisel arvesse võtta.
Kuidas oma kätega UMZCH-ahelat väljatransistoril kokku panna? Piisab edasiste juhiste järgimisest.
Lihtsa UMZCH-ahela väljatransistoril saab kokku panna, kasutades n-tüüpi kanaliga p-n-siirdega väljatransistori. Disain on sarnane sellele, mida kirjeldati võimendi kokkupanemisel bipolaarsele transistorile, ainult värav asus aluse asemele, kollektor - äravool, emitter - allikas.
UMZCH operatiivvõimendil
Operatsioonivõimendi (edaspidi OU) on elektrooniline komponent, millel on kaks sisendit - inverteeriv (muudab signaali faasis 180 kraadi võrra) ja mitteinverteeriv (ei muuda signaali faasi) üks väljund ja paar kontakti toiteallikaks. Sellel on madal null-nihkepinge ja sisendvoolud. Sellel seadmel on väga kõrge võimendus.
OU saab töötada kahes režiimis:
- võimendirežiimis;
- režiimisgeneraator.
Selleks, et operatsioonivõimendi töötaks võimendusrežiimis, on vaja sellega ühendada negatiivse tagasiside ahel. See on takisti, mis on ühendatud ühe väljundiga operatsioonivõimendi väljundiga ja teisega - inverteeriva sisendiga.
Kui ühendate sama vooluringi mitteinverteeriva sisendiga, saate positiivse tagasiside vooluringi ja operatsioonivõimendi hakkab töötama signaaligeneraatorina.
Operatsioonivõimendile on kokku pandud mitut tüüpi võimendeid:
- Inverteerimine – võimendab signaali ja muudab selle faasi 180 kraadi võrra. Operatsioonivõimendile inverteeriva võimendi saamiseks peate maandama op-võimendi mitteinverteeriva sisendi ja andma inverteerivale signaalile, mida tuleb võimendada. Sel juhul ei tohi unustada negatiivse tagasiside ahelat.
- Mitteinverteeriv – võimendab signaali ilma selle faasi muutmata. Mitteinverteeriva võimendi kokkupanekuks peate ühendama operatsioonivõimendiga negatiivse tagasiside ahela, maandama inverteeriva sisendi ja andma signaali operatsioonivõimendi mitteinverteerivale kontaktile.
- Diferentsiaal - võimendab diferentsiaalsignaale (signaalid, mis erinevad faasi poolest, kuid on sama amplituudi ja sagedusega). Diferentsiaalvõimendi saamiseks peate op-võimendi sisenditega ühendama piiravad takistid, ärge unustage negatiivse tagasiside ahelat ja sisestage sisendkontaktidele kaks signaali: mitteinverteerivale tuleb rakendada positiivse polaarsusega signaal. sisend, negatiivne signaal inverteerivaks.
- Mõõtmine – diferentsiaalvõimendi muudetud versioon. Instrumentaalvõimendi täidab sama funktsiooni kui diferentsiaalvõimendi, ainulton võime reguleerida võimendust, kasutades potentsiomeetrit, mis ühendab kahe op-võimendi sisendid. Sellise võimendi disain on palju keerulisem ja sisaldab mitte ühte, vaid kolme op-amprit.
Kui keeruline on töötada operatiivvõimenditega? Op-amp ahelate jaoks võib mõnikord olla keeruline leida sobivaid komponente, nagu takistid ja kondensaatorid, kuna elementide hoolikat sobitamist ei nõuta mitte ainult nimiväärtuste, vaid ka materjalide osas.
UMZCH integraallülitustel
Integreeritud vooluringid on seadmed, mis on spetsiaalselt loodud teatud ülesande täitmiseks. UMZCH puhul asendab üks väike mikroskeem suurt transistoride, operatiivvõimendite või vaakumseadmete kaskaadi.
Praegu on väga populaarsed erinevate seerianumbritega TDA kiibid, nagu TDA7057Q või TDA2030. Mikroskeemidel on tohutult palju UMZCH-skeeme.
Nende koostises on suur hulk takisteid, kondensaatoreid ja operatiivvõimendeid, mis on varustatud väga väikeses korpuses, mille suurus ei ületa 1 või 2 rubla münti.
UMZCH kujundamine
Enne vajalike osade ostmist ja juhtmete söövitamist tekstoliitplaadile on vaja selgeks teha takistite ja kondensaatorite väärtused, samuti valida soovitud transistoride, operatiivvõimendite või integraallülituste mudelid.
Seda saab teha arvutis, kasutades selleks spetsiaalset tarkvara, näiteks NI Multisim. ATSee programm on kogunud suure elektrooniliste komponentide andmebaasi. Selle abiga saate simuleerida mis tahes elektroonikaseadmete tööd, isegi võttes arvesse vigu, kontrollida vooluahelate toimivust.
Sellise tarkvara abil on eriti mugav testida võimsaid UMZCH ahelaid.
200 W transistori stereovõimendi ahel
Selles jaotises käsitletav skeem on palju keerulisem kui eespool kirjeldatud. Kuid selle võimendusomadused on paremad kui bipolaarsetel väljatransistoridel, aga ka operatsioonivõimenditel ja integraallülitustel põhinevatel konstruktsioonidel, millele on artiklis juba viidatud.
See toode sisaldab järgmisi üksusi:
- Takistid.
- Kondensaatorid (nii polaarsed kui ka mittepolaarsed).
- Dioodid.
- Zeneri diood.
- Kaitsmed.
- N-p-n-tüüpi bipolaarsed transistorid.
- P-n-p bipolaarsed transistorid.
- P-kanali IGFET-id.
- Isoleeritud värava FET n-kanaliga.
Selle võimsusvõimendi parameetrid:
- Pnimiväljund=200 W (kanali kohta).
- Uväljundastme võimsus=50 V (lubatud on väike kõikumine).
- Iväljundastme puhkeaeg=200 mA.
- Iülejäänud üks väljundtransistor=50 mA.
- Utundlikkus=0,75 V.
Kõik selle seadme peamised osad (trafo, süsteemjahutus radiaatorite ja plaadi enda kujul) asuvad duralumiiniumist anodeeritud šassiil, mille paksus on 5 mm. Seadme esipaneel ja helitugevuse reguleerimisnupud on valmistatud samast materjalist.
Kahe 35 V mähisega trafo saab osta valmis kujul. Soovitav on valida toroidaalse kujuga südamik (selle toimivus on selles vooluringis kontrollitud) ja võimsus peaks olema 300 W.
Ka vooluahela toiteallikas tuleb vastav alt UMZCH toiteahelale iseseisv alt kokku panna. Selle ehitamiseks vajate kaitset, trafot, dioodsilda ja nelja polaarkondensaatorit.
UMZCH toiteahel on toodud samas jaotises.
Kolm lihtsat tõde, mida elektriahela kokkupanemisel meeles pidada:
- Jälgige kindlasti polaarkondensaatorite polaarsust. Kui ajad väikeses võimendiahelas pluss-miinus segi, siis ei juhtu midagi kohutavat, UMZCH-ahel lihts alt ei tööta, kuid just sellise esmapilgul ebaolulise vea tõttu kukkusid raketid koos seadmete ja meeskonnaga pardal.
- Jälgige kindlasti dioodide polaarsust: katoodi ja anoodi vahetamine on samuti keelatud. Zener-dioodi puhul on see reegel samuti asjakohane.
- Peaasi, et osi tuleb jootma ainult seal, kus skeemil on kontaktpunkt. Enamik vigaseid elektriahelaid ei tööta just seetõttu, et paigaldaja ei joodis osi või jootis neid sinna, kus neid vaja ei läinud.
Kas see skeem kuulub ühte parimasse UMZCH skeemi? Võib olla. Kõik oleneb sellesttarbija soovid.
Suhhovi skeem
Kui eelmist võimsusvõimendi skeemi saab kokku panna iseseisv alt, kuna see sisaldab suhteliselt vähe elemente, siis Suhhovi võimendi ahelat on parem mitte käsitsi kokku panna. Miks? Elementide ja ühenduste tohutu hulga tõttu on suur tõenäosus eksida, mille tõttu tuleb kogu oluline töömaht uuesti teha.
Tegelikult on vale nimetada selles jaotises toodud skeemi Suhhovi skeemiks. See on VVS-2011 mudeli kõrglahutusega UMZCH (selles jaotises on antud seda tüüpi UMZCH skemaatiline diagramm). Oma koostiselt ei sisalda see väljatransistore, kuid sisaldab:
- Zeneri dioodid.
- Mittelineaarsed takistid.
- Tavalised takistid.
- Polaarsed ja mittepolaarsed kondensaatorid.
- Dioodid.
- Mõlemat tüüpi bipolaarsed transistorid.
- OpAmps.
- Gossel.
Selle kaasamise võimalused:
- P=150 W Rkoormus=8 oomi.
- Lineaarsus: 0,0002 kuni 0,0003% 20 kHz juures, P=100W ja Rkoormus=4 oomi.
- Konstantse U=0 V tugi.
- Saadaval vahelduvvoolujuhtme takistuse kompenseerimine.
- Praeguse kaitse olemasolu.
- UMZCH-ahela kaitse olemasolu Uexit=konst.
- Pehmekäivituse saadavus.
See ahel on kokku pandud tööstuslikus mastaabis ja sobib väikesele tahvlile. Juhtide paigutuse ja elementide asukoha leiate Internetist,kus need materjalid on vab alt saadaval.
Suhhovi seeria skeemid on ühed parimad UMZCH skeemid.
Tulemus
Heli võimsusvõimendi on väga populaarne seade nii professionaalsete muusikute kui ka tavaliste melomaanide seas. UMZCH teostatakse nii vaakumseadmete ja transistoride baasil kui ka operatiivvõimendite, integraallülituste baasil.
Selliseid seadmeid saab osta spetsialiseeritud kauplustest või teha ise. Hinna poolest on lampvõimendid kõige kallimad ja integraallülitused kõige odavamad.
UMZCH toruahelatel on kõrgem võimenduskvaliteet kui integreeritud või transistori UMZCH ahelatel. Just sel põhjusel on inimesed valmis selliseid seadmeid ostma 50 000 ₽, 100 000 ₽ ja 450 000 ₽ eest.
Ise võimendeid kokku pannes pidage meeles järgmisi reegleid:
- Dioodide, zeneri dioodide ja muude anoodkatoodiseadmete, samuti polaarkondensaatorite polaarsuste segi ajamine on rangelt keelatud. See on täis tõsiasja, et selle tulemusel kokkupandud UMZCH-ahel ei tööta.
- Skeemi kokkupanemisel tuleb jootma need osad, kus joonisel on kokkupuutepunkt. Kõlab nagu ilmselge reegel. See on tõsi, kuid paljud paigaldajad unustavad selle.
Kui kasutate kõiki ül altoodud soovitusi, saate transistoride või muude elementide UMZCH ahela järgi ise hea helivõimsusvõimendi kokku panna.
