Transistorvõimendi on vaatamata oma niigi pikale ajaloole endiselt lemmikõppeaine nii algajatele kui ka staažikatele raadioamatööridele. Ja see on arusaadav. See on asendamatu komponent populaarseimates amatöörraadioseadmetes: raadiovastuvõtjad ja madala (heli) sagedusega võimendid. Vaatame, kuidas on ehitatud kõige lihtsamad madalsageduslikud transistorvõimendid.
Amperi sageduskarakteristik
Igas televiisoris või raadiovastuvõtjas, igas muusikakeskuses või helivõimendis võib leida transistorhelivõimendeid (madalsagedus – LF). Erinevus helitransistorvõimendite ja muude tüüpide vahel seisneb nende sageduskarakteris.
Transistorhelivõimendil on ühtlane sagedusreaktsioon sagedusalas 15 Hz kuni 20 kHz. See tähendab, et kõik sisendsignaalid, mille sagedus on selles vahemikus, teisendab (võimendab) võimendi.umbes sama. Alloleval joonisel on kujutatud helivõimendi ideaalne sageduskarakteristiku kõver koordinaatides "võimendi võimendus Ku - sisendsignaali sagedus".
See kõver on peaaegu tasane vahemikus 15Hz kuni 20kHz. See tähendab, et sellist võimendit tuleks kasutada spetsiaalselt sisendsignaalide jaoks, mille sagedus on vahemikus 15 Hz kuni 20 kHz. Üle 20 kHz või alla 15 Hz sagedusega sisendsignaalide tõhusus ja jõudlus halvenevad kiiresti.
Võimendi sageduskarakteristiku tüübi määravad selle ahela elektrilised raadioelemendid (ERE) ja eelkõige transistorid ise. Transistoridel põhinev helivõimendi monteeritakse tavaliselt nn madala ja keskmise sagedusega transistoridele, mille sisendsignaalide koguribalaius on kümnetest ja sadadest Hz kuni 30 kHz.
Võimendiklass
Nagu teate, eristatakse sõltuv alt voolu järjepidevuse astmest kogu selle perioodi jooksul läbi transistori võimendusastme (võimendi) järgmised tööklassid: "A", "B", "AB", "C", "D ".
Tööklassis voolab vool "A" läbi astme 100% sisendsignaali perioodist. Selle klassi kaskaad on illustreeritud järgmisel joonisel.
Klassi "AB" võimendiastmes läbib seda vool rohkem kui 50%, kuid vähem kui 100% sisendsignaali perioodist (vt joonist allpool).
B-astme tööklassis läbib seda vool täpselt 50% sisendsignaali perioodist, nagu on näidatud joonisel.
Lõpuks, C-astme tööklassis läbib vool seda vähem kui 50% sisendsignaali perioodist.
LF-transistor võimendi: moonutused peamistes tööklassides
Tööpiirkonnas on A-klassi transistorvõimendil madal mittelineaarsete moonutuste tase. Kuid kui signaalil on impulsspinge, mis viib transistoride küllastumiseni, ilmuvad väljundsignaali iga "standardse" harmooniku ümber kõrgemad harmoonilised (kuni 11-ndani). See põhjustab nn transistoriseeritud või metallilise heli nähtuse.
Kui transistoride madalsageduslikud võimsusvõimendid on stabiliseerimata toiteallikaga, siis moduleeritakse nende väljundsignaale amplituudiga võrgusageduse lähedal. See põhjustab sageduskarakteristiku vasakpoolses servas heli karedust. Erinevad pinge stabiliseerimise meetodid muudavad võimendi konstruktsiooni keerukamaks.
Ühe otsaga A-klassi võimendi tüüpiline kasutegur ei ületa alati sisselülitatud transistori ja alalisvoolukomponendi pideva voolu tõttu 20%. Võite teha A-klassi võimendi push-pull, kasutegur tõuseb veidi, kuid signaali poollained muutuvad asümmeetrilisemaks. Kaskaadi ülekandmine tööklassist "A" tööklassi "AB" neljakordistab mittelineaarset moonutust, kuigi selle ahela efektiivsus suureneb.
Bklasside "AB" ja "B" võimendid moonutused suurenevad, kui signaali tase väheneb. Tahad tahtmatult sellist võimendit valjemaks keerata, et muusika võimsust ja dünaamikat täielikult tunda, kuid sageli pole sellest palju abi.
Vahetaseme tööklassid
Tööklassil "A" on variatsioon - klass "A+". Sel juhul töötavad selle klassi võimendi madalpinge sisendtransistorid klassis "A" ja võimendi kõrgepinge väljundtransistorid, kui nende sisendsignaalid ületavad teatud taseme, lähevad klassidesse "B" või "AB". Selliste kaskaadide efektiivsus on parem kui puhtal klassil "A" ja mittelineaarne moonutus on väiksem (kuni 0,003%). Kuid need kõlavad ka "metalliliselt", kuna väljundsignaalis on kõrgemad harmoonilised.
Teise klassi võimenditel - "AA" on mittelineaarsete moonutuste aste veelgi väiksem - umbes 0,0005%, kuid esineb ka kõrgemaid harmoonilisi.
Kas naasta A-klassi transistorvõimendi juurde?
Täna pooldavad paljud kvaliteetse heli taasesituse valdkonna spetsialistid tagasipöördumist lampvõimendite juurde, kuna mittelineaarsete moonutuste ja kõrgemate harmooniliste tase, mida need väljundsignaali toovad, on ilmselgelt madalam kui transistoridel.. Neid eeliseid kompenseerib aga suures osas vajadus sobiva trafo järele suure takistusega toru väljundastme ja madala takistusega kõlarite vahel. Lihtsa transistoriseeritud võimendi saab aga valmistada trafo väljundiga, nagu allpool näidatud.
On ka seisukoht, et ülimat helikvaliteeti suudab pakkuda ainult hübriidlamp-transistor võimendi, mille kõik astmed on ühe otsaga, ei ole kaetud negatiivse tagasisidega ja töötavad klassis "A". See tähendab, et selline võimsuse järgija on võimendi ühel transistoril. Selle skeemi maksimaalne saavutatav efektiivsus (klassis "A") ei tohi ületada 50%. Kuid ei võimendi võimsus ega kasutegur ei ole heli taasesituse kvaliteedi näitajad. Samal ajal on eriti oluline kõigi ahelas olevate ERE-de omaduste kvaliteet ja lineaarsus.
Kuna ühe otsaga vooluringid saavad sellest vaatenurgast aru, vaatame allpool nende valikuid.
Ühe otsaga ühe transistori võimendi
Selle ahel, mis on tehtud ühise emitteri ja R-C ühendustega sisend- ja väljundsignaalide jaoks kasutamiseks klassis "A", on näidatud alloleval joonisel.
See näitab n-p-n transistori Q1. Selle kollektor on ühendatud +Vcc positiivse klemmiga voolu piirava takisti R3 kaudu ja selle emitter on ühendatud -Vcc. P-n-p transistorvõimendil on sama vooluahel, kuid toiteallika juhtmed on vastupidised.
C1 on lahtisidestuskondensaator, mis eraldab vahelduvvoolu sisendallika alalispingeallikast Vcc. Samal ajal ei takista C1 vahelduvvoolu sisendvoolu läbimist läbi transistori Q1 baas-emitteri ristmiku. Takistid R1 ja R2 koos takistusegaüleminek "E - B" moodustavad pingejaguri Vcc, et valida transistori Q1 tööpunkt staatilises režiimis. Selle vooluahela jaoks on tüüpiline väärtus R2=1 kOhm ja tööpunkti asukoht on Vcc / 2. R3 on kollektori vooluahela koormustakisti ja seda kasutatakse muutuva pingega väljundsignaali loomiseks kollektoril.
Oletame, et Vcc=20 V, R2=1 kOhm ja voolu võimendus h=150. Valime pinge emitteril Ve=9 V ja pingelang üleminekul "A - B" on võetakse võrdseks Vbe=0,7 V. See väärtus vastab nn ränitransistorile. Kui kaaluksime germaaniumtransistoridel põhinevat võimendit, oleks pingelang avatud ristmikul "E - B" Vbe=0,3 V.
Emitteri vool, ligikaudu võrdne kollektorivooluga
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Baasvool Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Takisti R1 pingelangus
V(R1)=Vcc – Vb=Vcc – (Vbe + Ve)=20 V – 9,7 V=10,3 V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
C2 on vajalik vooluringi loomiseks emitteri voolu muutuva komponendi (tegelikult kollektorivoolu) läbimiseks. Kui seda poleks, piiraks takisti R2 muutlikku komponenti tugev alt, nii et kõnealusel bipolaarsel transistorvõimendil oleks madal vooluvõimendus.
Oma arvutustes eeldasime, et Ic=Ib h, kus Ib on baasvool, mis sellesse voolab emitterist ja tekib, kui baasile rakendatakse eelpinge. Kuid läbi aluse alati (nii nihkega kui ka ilma)kollektorist Icb0 on ka lekkevool. Seetõttu on kollektori tegelik vool Ic=Ib h + Icb0 h, st. OE-ga ahela lekkevool võimendub 150 korda. Kui kaaluksime germaaniumtransistoridel põhinevat võimendit, siis tuleks seda asjaolu arvutustes arvesse võtta. Fakt on see, et germaaniumitransistoridel on märkimisväärne Icb0 suurusjärgus mitu μA. Räni puhul on see kolm suurusjärku väiksem (umbes paar nA), mistõttu jäetakse see arvutustes tavaliselt tähelepanuta.
Ühe otsaga MIS-transistorvõimendi
Nagu igal väljatransistorvõimendil, on ka kõnealusel vooluringil oma analoog bipolaarsete transistorvõimendite hulgas. Seetõttu kaaluge eelmise ahela analoogi ühise emitteriga. See on valmistatud ühise allika ja R-C ühendustega sisend- ja väljundsignaalide jaoks kasutamiseks klassis "A" ning see on näidatud alloleval joonisel.
Siin on C1 seesama lahtisidestuskondensaator, mille abil eraldatakse vahelduvvoolu sisendallikas alalispingeallikast Vdd. Nagu teate, peab iga väljatransistorvõimendi MOS-transistoride paisupotentsiaal olema väiksem kui nende allikate potentsiaal. Selles vooluringis on värav maandatud R1-ga, mis on tavaliselt suure takistusega (100 kΩ kuni 1 MΩ), nii et see ei šunteeri sisendsignaali. Vool R1 kaudu praktiliselt puudub, seega võrdub paisu potentsiaal sisendsignaali puudumisel maanduspotentsiaaliga. Allika potentsiaal on takisti R2 pingelanguse tõttu suurem kui maanduspotentsiaal. NiisiisSeega on värava potentsiaal väiksem kui lähtepotentsiaal, mis on vajalik Q1 normaalseks tööks. Kondensaatoril C2 ja takistil R3 on sama otstarve nagu eelmises vooluringis. Kuna tegemist on ühise allika vooluringiga, on sisend- ja väljundsignaalid 180° võrra faasist väljas.
Trafo väljundvõimendi
Kolmas üheastmeline lihtne transistor-võimendi, mis on näidatud alloleval joonisel, on samuti valmistatud vastav alt ühisele emitteri vooluringile kasutamiseks klassis "A", kuid see on ühendatud madala takistusega kõlariga sobitusseadme kaudu. trafo.
Trafo T1 primaarmähis on transistori Q1 kollektori ahela koormus ja arendab väljundsignaali. T1 saadab väljundsignaali kõlarisse ja tagab, et transistori väljundtakistus ühtib kõlari madala (suurusjärgus mõne oomi) takistusega.
Takistitele R1 ja R3 monteeritud kollektori toiteallika Vcc pingejaotur võimaldab valida transistori Q1 tööpunkti (annab selle alusele eelpinge). Ülejäänud võimendi elementide otstarve on sama, mis eelmistes ahelates.
Tõmbatav helivõimendi
Kahe transistori push-pull madalsagedusvõimendi jagab sisendhelisignaali kaheks faasiväliseks poollaineks, millest kumbagi võimendab oma transistori aste. Pärast sellise võimenduse tegemist ühendatakse poollained terviklikuks harmooniliseks signaaliks, mis edastatakse kõlarisüsteemi. Selline madalsageduslik teisendussignaal (jagamine ja uuesti liitmine) põhjustab loomulikult selles pöördumatuid moonutusi, mis on tingitud ahela kahe transistori sageduse ja dünaamiliste omaduste erinevusest. See moonutus vähendab heli kvaliteeti võimendi väljundis.
A-klassis töötavad tõukevõimendid ei taasesita keerulisi helisignaale piisav alt hästi, kuna nende käte vahel voolab pidev alt suurenenud konstantne vool. See põhjustab signaali poollainete asümmeetriat, faasimoonutusi ja lõpuks heli arusaadavuse kaotust. Kuumutamisel kahekordistavad kaks võimsat transistori signaali moonutusi madalatel ja infra-madalatel sagedustel. Siiski on tõuke-tõmbeahela peamine eelis selle vastuvõetav efektiivsus ja suurenenud väljundvõimsus.
Tõmbetransistori võimsusvõimendi ahel on näidatud joonisel.
See on A-klassi võimendi, kuid kasutada saab ka klassi "AB" ja isegi "B".
Trafota transistori võimsusvõimendi
Transformerid on hoolimata miniaturiseerimise edusammudest endiselt kõige mahukamad, raskemad ja kallimad ERE-d. Seetõttu leiti viis, kuidas trafo tõuke-tõmbeahelast eemaldada, kasutades seda kahel erinevat tüüpi võimsal komplementaarsel transistoril (n-p-n ja p-n-p). Enamik kaasaegseid võimsusvõimendeid kasutab seda põhimõtet ja on mõeldud töötama klassis "B". Sellise võimsusvõimendi vooluahel on näidatud alloleval joonisel.
Selle mõlemad transistorid on ühendatud ühise kollektori (emitteri järgija) ahela järgi. Seetõttu kannab ahel sisendpinge väljundisse ilma võimenduseta. Kui sisendsignaal puudub, on mõlemad transistorid sisselülitatud oleku piiril, kuid need on välja lülitatud.
Kui sisestatakse harmooniline signaal, avab selle positiivne poollaine TR1, kuid lülitab p-n-p transistori TR2 täielikult väljalülitusrežiimi. Seega läbib koormust ainult võimendatud voolu positiivne poollaine. Sisendsignaali negatiivne poollaine avab ainult TR2 ja lülitab välja TR1, nii et võimendatud voolu negatiivne poollaine antakse koormusele. Selle tulemusena edastatakse koormusele täisvõimsusega võimendatud (vooluvõimenduse tõttu) siinussignaal.
Ühe transistori võimendi
Eespool kirjeldatu assimileerimiseks paneme oma kätega kokku lihtsa transistorvõimendi ja mõtleme välja, kuidas see töötab.
BC107 tüüpi väikese võimsusega transistori T koormusena lülitame sisse kõrvaklapid takistusega 2-3 kOhm, rakendame alusele eelpinge suure takistusega takistilt R 1 MΩ, lülitame sisse lahtisiduva elektrolüütkondensaatori C mahuga 10 μF kuni 100 μF baasahelas T. Toiteahela toiteallikaks on 4,5 V / 0,3 A aku.
Kui takisti R ei ole ühendatud, siis pole ei baasvoolu Ib ega kollektorivoolu Ic. Kui takisti on ühendatud, tõuseb aluse pinge 0,7 V-ni ja läbi selle voolab vool Ib \u003d 4 μA. Koefitsienttransistori vooluvõimendus on 250, mis annab Ic=250Ib=1 mA.
Kui oleme oma kätega lihtsa transistorvõimendi kokku pannud, saame seda nüüd testida. Ühendage kõrvaklapid ja asetage sõrm diagrammi punktile 1. Te kuulete müra. Teie keha tajub elektrivõrgu kiirgust sagedusel 50 Hz. Müra, mida kõrvaklappidest kuulete, on see kiirgus, mida ainult transistor võimendab. Selgitame seda protsessi üksikasjalikum alt. Transistori põhjaga on ühendatud kondensaatori C kaudu vahelduvpinge 50 Hz. Pinge baasil võrdub nüüd takistilt R tuleva alalispinge (ligikaudu 0,7 V) ja vahelduvvoolu sõrmepinge summaga. Selle tulemusena saab kollektori vool vahelduva komponendi sagedusega 50 Hz. Seda vahelduvvoolu kasutatakse kõlarite membraani liigutamiseks sama sagedusega edasi-tagasi, mis tähendab, et kuuleme väljundis 50 Hz tooni.
50 Hz mürataseme kuulamine pole eriti huvitav, nii et saate ühendada madala sagedusega allikad (CD-mängija või mikrofon) punktidega 1 ja 2 ning kuulda võimendatud kõnet või muusikat.
