Die transistorversterker, ten spyte van sy reeds lang geskiedenis, bly 'n gunsteling vak van studie vir beide beginners en veteraan radioamateurs. En dit is verstaanbaar. Dit is 'n onontbeerlike komponent van die gewildste amateurradiotoestelle: radio-ontvangers en lae (klank)frekwensieversterkers. Ons sal kyk hoe die eenvoudigste lae-frekwensie transistor versterkers gebou is.
Versterkerfrekwensierespons
In enige televisie- of radio-ontvanger, in elke musieksentrum of klankversterker, kan jy transistor-klankversterkers (lae frekwensie - LF) vind. Die verskil tussen oudiotransistorversterkers en ander tipes lê in hul frekwensierespons.
Die transistor oudioversterker het 'n eenvormige frekwensierespons in die frekwensieband van 15 Hz tot 20 kHz. Dit beteken dat alle insetseine met 'n frekwensie binne hierdie reeks deur die versterker omgeskakel (versterk) word.omtrent dieselfde. Die figuur hieronder toon die ideale frekwensieresponskromme vir 'n oudioversterker in die koördinate "versterkerversterking Ku - insetseinfrekwensie".
Hierdie kromme is amper plat van 15Hz tot 20kHz. Dit beteken dat so 'n versterker spesifiek gebruik moet word vir insetseine met frekwensies tussen 15 Hz en 20 kHz. Vir insetseine met frekwensies bo 20 kHz of onder 15 Hz, gaan die doeltreffendheid en werkverrigting daarvan vinnig agteruit.
Die tipe frekwensierespons van die versterker word bepaal deur die elektriese radio-elemente (ERE) van sy stroombaan, en bowenal deur die transistors self. 'n Oudioversterker gebaseer op transistors word gewoonlik op die sogenaamde lae- en middelfrekwensie-transistors saamgestel met 'n totale bandwydte van insetseine van tiene en honderde Hz tot 30 kHz.
Versterkerklas
Soos jy weet, word die volgende klasse van sy werking onderskei, afhangende van die mate van kontinuïteit van stroomvloei deur die hele periode deur die transistorversterkerstadium (versterker): "A", "B", "AB", "C", "D ".
In die klas van operasie vloei stroom "A" deur die verhoog vir 100% van die insetseinperiode. Die waterval in hierdie klas word in die volgende figuur geïllustreer.
In die klas "AB"-versterkerstadium vloei die stroom daardeur vir meer as 50%, maar minder as 100% van die tydperk van die insetsein (sien figuur hieronder).
In die werkklas van die "B"-stadium vloei die stroom presies 50% van die tydperk van die insetsein daardeur, soos in die figuur geïllustreer.
Uiteindelik, in die "C" stadium-bewerkingsklas, vloei die stroom daardeur vir minder as 50% van die insetseinperiode.
LF-transistorversterker: vervorming in die hoofklasse van werk
In die werkarea het die klas "A" transistorversterker 'n lae vlak van nie-lineêre vervorming. Maar as die sein impulsstuwings in spanning het, wat lei tot versadiging van die transistors, dan verskyn hoër harmonieke (tot die 11de) rondom elke "standaard" harmoniese van die uitsetsein. Dit veroorsaak die verskynsel van die sogenaamde getransistoriseerde of metaalklank.
As lae-frekwensie drywingsversterkers op transistors 'n ongestabiliseerde kragtoevoer het, dan word hul uitsetseine in amplitude naby die netfrekwensie gemoduleer. Dit lei tot die hardheid van die klank aan die linkerkant van die frekwensierespons. Verskeie spanningstabiliseringsmetodes maak die ontwerp van die versterker meer kompleks.
Tipiese doeltreffendheid van enkel-einde Klas A versterker oorskry nie 20% as gevolg van die altyd-aan transistor en die deurlopende vloei van die DC komponent. Jy kan 'n klas A-versterker druk-trek maak, die doeltreffendheid sal effens toeneem, maar die halfgolwe van die sein sal meer asimmetries word. Die oordrag van die kaskade van die werkklas "A" na die werkklas "AB" vervierdubbel die nie-lineêre vervorming, hoewel die doeltreffendheid van sy stroombaan toeneem.
Bversterkers van klasse "AB" en "B" vervorming neem toe soos die seinvlak afneem. Jy wil onwillekeurig so 'n versterker harder opsit vir die volle sensasie van die krag en dinamika van die musiek, maar dikwels help dit nie veel nie.
Intermediêre werksklasse
Werkklas "A" het 'n variasie - klas "A+". In hierdie geval werk die laespanning-insettransistors van die versterker van hierdie klas in klas "A", en die hoëspanning-uitsettransistors van die versterker, wanneer hul insetseine 'n sekere vlak oorskry, gaan na klasse "B" of "AB". Die doeltreffendheid van sulke kaskades is beter as in die suiwer klas "A", en die nie-lineêre vervorming is minder (tot 0,003%). Hulle klink egter ook "metaal" as gevolg van die teenwoordigheid van hoër harmonieke in die uitsetsein.
Versterkers van 'n ander klas - "AA" het selfs 'n laer graad van nie-lineêre vervorming - ongeveer 0,0005%, maar hoër harmonieke is ook teenwoordig.
Keer terug na Klas A-transistorversterker?
Vandag bepleit baie spesialiste op die gebied van hoëgeh alte-klankweergawe 'n terugkeer na buisversterkers, aangesien die vlak van nie-lineêre vervorming en hoër harmonieke wat deur hulle in die uitsetsein ingebring word, uiteraard laer is as dié van transistors. Hierdie voordele word egter grootliks geneutraliseer deur die behoefte aan 'n bypassende transformator tussen die hoë-impedansie buis uitset stadium en die lae-impedansie luidsprekers. 'n Eenvoudige getransistoriseerde versterker kan egter gemaak word met 'n transformatoruitset soos hieronder getoon.
Daar is ook 'n standpunt dat slegs 'n hibriede buis-transistor-versterker die uiteindelike klankgeh alte kan verskaf, waarvan alle stadiums eenkant is, nie deur negatiewe terugvoer gedek word nie en werk in klas "A". Dit wil sê, so 'n kragvolger is 'n versterker op 'n enkele transistor. Sy skema kan die maksimum haalbare doeltreffendheid (in klas "A") nie meer as 50% hê nie. Maar nie die krag of die doeltreffendheid van die versterker is aanwysers van die kwaliteit van klankweergawe nie. Terselfdertyd is die kwaliteit en lineariteit van die kenmerke van alle ERE'e in die stroombaan van besondere belang.
Namate enkel-einde stroombane hierdie perspektief kry, sal ons na hul opsies hieronder kyk.
Enkeleinde enkeltransistorversterker
Sy stroombaan, gemaak met 'n gemeenskaplike uitstraler en R-C-verbindings vir inset- en uitsetseine vir werking in klas "A", word in die figuur hieronder getoon.
Dit wys 'n n-p-n-transistor Q1. Sy kollektor is gekoppel aan die +Vcc positiewe terminaal via 'n stroombeperkende weerstand R3, en sy emitter is gekoppel aan -Vcc. Die p-n-p-transistorversterker sal dieselfde stroombaan hê, maar die kragtoevoerleidings sal omgekeer word.
C1 is 'n ontkoppelkapasitor wat die WS-invoerbron van die GS-spanningsbron Vcc skei. Terselfdertyd verhoed C1 nie die deurgang van 'n wisselende insetstroom deur die basis-emitter-aansluiting van transistor Q1 nie. Weerstande R1 en R2 saam met weerstandoorgang "E - B" vorm 'n spanningsverdeler Vcc om die werkspunt van die transistor Q1 in statiese modus te kies. Tipies vir hierdie stroombaan is die waarde van R2=1 kOhm, en die posisie van die bedryfspunt is Vcc / 2. R3 is 'n kollektorkringlasweerstand en word gebruik om 'n veranderlike spanningsuitsetsein op die kollektor te skep.
Veronderstel dat Vcc=20 V, R2=1 kOhm, en die stroomwins h=150. Ons kies die spanning by die emittor Ve=9 V, en die spanningsval by die oorgang "A - B" is geneem gelyk aan Vbe=0,7 V. Hierdie waarde stem ooreen met die sogenaamde silikontransistor. As ons 'n versterker oorweeg gebaseer op germanium transistors, dan sou die spanningsval oor die oop aansluiting "E - B" Vbe=0.3 V wees.
Emitterstroom, ongeveer gelyk aan versamelaarstroom
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Basisstroom Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Spanningsval oor weerstand 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 is nodig om 'n stroombaan te skep vir die deurgang van die veranderlike komponent van die emittorstroom (eintlik die kollektorstroom). As dit nie daar was nie, dan sou die weerstand R2 die veranderlike komponent ernstig beperk, sodat die betrokke bipolêre transistorversterker 'n lae stroomversterking sou hê.
In ons berekeninge het ons aangeneem dat Ic=Ib h, waar Ib die basisstroom is wat vanaf die emittor daarin vloei en ontstaan wanneer 'n voorspanning op die basis toegepas word. Maar deur die basis altyd (beide met en sonder offset)daar is ook 'n lekstroom vanaf die versamelaar Icb0. Daarom is die werklike kollektorstroom Ic=Ib h + Icb0 h, d.w.s. die lekstroom in die stroombaan met OE word met 150 keer versterk. As ons 'n versterker oorweeg wat op germanium-transistors gebaseer is, sou hierdie omstandigheid in die berekeninge in ag geneem moet word. Die feit is dat germaniumtransistors 'n beduidende Icb0 van die orde van verskeie μA het. In silikon is dit drie ordes van grootte kleiner (ongeveer 'n paar nA), dus word dit gewoonlik in berekeninge afgeskeep.
Enkeleinde MIS-transistorversterker
Soos enige veld-effek transistor versterker, het die betrokke stroombaan sy analoog onder bipolêre transistor versterkers. Oorweeg dus 'n analoog van die vorige stroombaan met 'n gemeenskaplike uitstraler. Dit word gemaak met 'n gemeenskaplike bron en R-C-verbindings vir inset- en uitsetseine vir werking in klas "A" en word in die figuur hieronder getoon.
Hier is C1 dieselfde ontkoppelkapasitor, waardeur die WS-insetbron van die GS-spanningsbron Vdd geskei word. Soos u weet, moet enige veldeffek-transistorversterker die poortpotensiaal van sy MOS-transistors onder die potensiaal van hul bronne hê. In hierdie stroombaan word die hek geaard deur R1, wat tipies hoë weerstand (100 kΩ tot 1 MΩ) is sodat dit nie die insetsein shunt nie. Daar is feitlik geen stroom deur R1 nie, dus is die hekpotensiaal in die afwesigheid van 'n insetsein gelyk aan die grondpotensiaal. Die bronpotensiaal is hoër as die grondpotensiaal as gevolg van die spanningsval oor die weerstand R2. DusDie hekpotensiaal is dus laer as die bronpotensiaal, wat nodig is vir die normale werking van Q1. Kapasitor C2 en weerstand R3 het dieselfde doel as in die vorige stroombaan. Aangesien dit 'n gemeenskaplike-bronkring is, is die inset- en uitsetseine uit fase met 180°.
Transformator-uitsetversterker
Die derde enkelfase-transistorversterker, wat in die figuur hieronder getoon word, is ook gemaak volgens die algemene emittorkring vir werking in klas "A", maar dit is deur middel van 'n bypassende aan 'n lae-impedansieluidspreker gekoppel. transformator.
Die primêre wikkeling van transformator T1 is die kollektorkringlading van transistor Q1 en ontwikkel 'n uitsetsein. T1 stuur die uitsetsein na die luidspreker en verseker dat die uitsetimpedansie van die transistor ooreenstem met die lae (op die orde van 'n paar ohm) luidsprekerimpedansie.
Die spanningsverdeler van die kollektorkragtoevoer Vcc, saamgestel op weerstande R1 en R3, verskaf die keuse van die werkspunt van die transistor Q1 (wat 'n voorspanning aan sy basis verskaf). Die doel van die oorblywende elemente van die versterker is dieselfde as in die vorige stroombane.
Druk-trek-oudioversterker
Die twee-transistor druk-trek lae frekwensie versterker verdeel die inset klank sein in twee uit-fase halfgolwe, wat elkeen deur sy eie transistor stadium versterk word. Nadat so 'n versterking uitgevoer is, word die halfgolwe gekombineer in 'n volledige harmoniese sein, wat na die luidsprekerstelsel oorgedra word. So 'n transformasie van lae-frekwensiesein (splitsing en hersmelting), veroorsaak natuurlik onomkeerbare vervorming daarin, as gevolg van die verskil in frekwensie en dinamiese eienskappe van die twee transistors van die stroombaan. Hierdie vervorming verminder die klankgeh alte by die uitset van die versterker.
Druk-trek-versterkers wat in klas "A" werk, reproduseer nie komplekse oudioseine goed genoeg nie, aangesien 'n verhoogde konstante stroom voortdurend in hul arms vloei. Dit lei tot asimmetrie van die halfgolwe van die sein, fasevervormings en uiteindelik tot die verlies aan klankverstaanbaarheid. Wanneer dit verhit word, verdubbel twee kragtige transistors die seinvervorming in die lae en infra-lae frekwensies. Maar steeds, die hoofvoordeel van die druk-trekkring is sy aanvaarbare doeltreffendheid en verhoogde uitsetkrag.
Druk-trek-transistor-kragversterkerkring word in die figuur getoon.
Dit is 'n klas "A" versterker, maar klas "AB" en selfs "B" kan ook gebruik word.
Transformatorlose transistorkragversterker
Transformers, ten spyte van die vordering in hul miniaturisering, is steeds die lywigste, swaarste en duurste ERE. Daarom is 'n manier gevind om die transformator uit die druk-trekkring te elimineer deur dit op twee kragtige komplementêre transistors van verskillende tipes (n-p-n en p-n-p) te laat loop. Die meeste moderne kragversterkers gebruik hierdie beginsel en is ontwerp om in klas "B" te werk. Die stroombaan van so 'n kragversterker word in die figuur hieronder getoon.
Albei sy transistors is verbind volgens 'n gemeenskaplike kollektor (emitter volger) stroombaan. Daarom dra die stroombaan die insetspanning oor na die uitset sonder versterking. As daar geen insetsein is nie, is beide transistors op die grens van die aan-toestand, maar hulle is afgeskakel.
Wanneer 'n harmoniese sein ingevoer word, maak sy positiewe halfgolf TR1 oop, maar plaas die p-n-p transistor TR2 in volle afsnymodus. Slegs die positiewe halfgolf van die versterkte stroom vloei dus deur die las. Die negatiewe halfgolf van die insetsein maak slegs TR2 oop en skakel TR1 af, sodat die negatiewe halfgolf van versterkte stroom aan die las gelewer word. As gevolg hiervan word 'n volle krag versterkte (as gevolg van stroomversterking) sinusvormige sein aan die las gelewer.
Enkeltransistorversterker
Om bogenoemde te assimileer, sal ons 'n eenvoudige transistorversterker met ons eie hande saamstel en uitvind hoe dit werk.
As 'n las van 'n lae-krag transistor T van tipe BC107, skakel ons oorfone aan met 'n weerstand van 2-3 kOhm, ons pas die voorspanning op die basis van 'n hoë-weerstand weerstand R van 1 MΩ, ons skakel die ontkoppelende elektrolitiese kapasitor C aan met 'n kapasiteit van 10 μF tot 100 μF in die basiskring T. Ons sal die stroombaan van 'n battery van 4.5 V / 0.3 A aandryf.
As weerstand R nie gekoppel is nie, dan is daar nóg basisstroom Ib nóg kollektorstroom Ic. As die weerstand gekoppel is, styg die spanning by die basis tot 0,7 V en 'n stroom Ib \u003d 4 μA vloei daardeur. Koëffisiëntdie stroomwins van die transistor is 250, wat Ic=250Ib=1 mA gee.
Nadat ons 'n eenvoudige transistorversterker met ons eie hande saamgestel het, kan ons dit nou toets. Koppel die oorfone en plaas jou vinger op punt 1 van die diagram. Jy sal 'n geraas hoor. Jou liggaam waarneem die bestraling van die hoofleiding teen 'n frekwensie van 50 Hz. Die geraas wat jy van die oorfone hoor, is hierdie straling, net versterk deur die transistor. Kom ons verduidelik hierdie proses in meer detail. 'n WS-spanning van 50 Hz word deur kapasitor C aan die basis van die transistor gekoppel. Die spanning by die basis is nou gelyk aan die som van die GS-voorspanning (ongeveer 0,7 V) wat van weerstand R en die WS-vingerspanning kom. As gevolg hiervan ontvang die kollektorstroom 'n wisselende komponent met 'n frekwensie van 50 Hz. Hierdie wisselstroom word gebruik om die membraan van die luidsprekers teen dieselfde frekwensie heen en weer te beweeg, wat beteken dat ons 'n 50Hz-toon by die uitset kan hoor.
Om die 50 Hz geraasvlak te hoor is nie baie interessant nie, so jy kan lae-frekwensiebronne (CD-speler of mikrofoon) aan punte 1 en 2 koppel en versterkte spraak of musiek hoor.
