Տրանզիստորային ուժեղացուցիչը, չնայած իր արդեն երկար պատմությանը, շարունակում է մնալ սիրված ուսումնասիրության առարկա ինչպես սկսնակների, այնպես էլ վետերան ռադիոսիրողների համար: Եվ սա հասկանալի է. Այն ամենահայտնի սիրողական ռադիոսարքերի՝ ռադիոընդունիչների և ցածր (ձայնային) հաճախականության ուժեղացուցիչների անփոխարինելի բաղադրիչն է: Մենք կնայենք, թե ինչպես են կառուցվում ամենապարզ ցածր հաճախականության տրանզիստորային ուժեղացուցիչները:
Ամպեր հաճախականության արձագանք
Ցանկացած հեռուստատեսային կամ ռադիոընդունիչում, յուրաքանչյուր երաժշտական կենտրոնում կամ ձայնի ուժեղացուցիչում կարող եք գտնել տրանզիստորային ձայնի ուժեղացուցիչներ (ցածր հաճախականություն - LF): Աուդիո տրանզիստորային ուժեղացուցիչների և այլ տեսակների միջև տարբերությունը կայանում է նրանց հաճախականության արձագանքման մեջ:
Տրանզիստորային աուդիո ուժեղացուցիչն ունի միասնական հաճախականության արձագանք 15 Հց-ից մինչև 20 կՀց հաճախականության տիրույթում: Սա նշանակում է, որ այս տիրույթում հաճախականությամբ բոլոր մուտքային ազդանշանները փոխակերպվում են (ուժեղանում) ուժեղացուցիչի կողմից:մոտավորապես նույնը: Ստորև բերված նկարը ցույց է տալիս ձայնային ուժեղացուցիչի հաճախականության արձագանքման իդեալական կորը կոորդինատներում «ուժեղացուցիչի ստացում Ku - մուտքային ազդանշանի հաճախականություն»:
Այս կորը գրեթե հարթ է՝ 15Հց-ից մինչև 20կՀց: Սա նշանակում է, որ նման ուժեղացուցիչը պետք է հատուկ օգտագործվի 15 Հց-ից մինչև 20 կՀց հաճախականություններ ունեցող մուտքային ազդանշանների համար: 20 կՀց-ից ցածր կամ 15 Հց-ից ցածր հաճախականություններ ունեցող մուտքային ազդանշանների դեպքում դրա արդյունավետությունն ու կատարումը արագորեն վատանում են:
Ուժեղացուցիչի հաճախականության արձագանքի տեսակը որոշվում է նրա շղթայի էլեկտրական ռադիոտարրերով (ERE), և առաջին հերթին հենց տրանզիստորներով: Տրանզիստորների վրա հիմնված աուդիո ուժեղացուցիչը սովորաբար հավաքվում է այսպես կոչված ցածր և միջին հաճախականության տրանզիստորների վրա, որոնց մուտքային ազդանշանների ընդհանուր թողունակությունը տասնյակ և հարյուրավոր Հց-ից մինչև 30 կՀց է::
Ուժեղացուցիչի դաս
Ինչպես գիտեք, կախված տրանզիստորի ուժեղացման փուլի (ուժեղացուցիչի) միջոցով ընթացիկ հոսքի շարունակականության աստիճանից, առանձնանում են դրա աշխատանքի հետևյալ դասերը՝ «A», «B», «AB», «C», «D».
Շահագործման դասում «A» հոսանքը հոսում է բեմի միջով մուտքային ազդանշանի ժամանակաշրջանի 100%-ի համար: Այս դասի կասկադը պատկերված է հետևյալ նկարում։
«AB» դասի ուժեղացուցիչի փուլում հոսանքը հոսում է դրա միջով ավելի քան 50%, բայց մուտքային ազդանշանի ժամանակաշրջանի 100%-ից պակաս (տես ստորև նկարը):
«B» փուլի աշխատանքի դասում հոսանքը հոսում է դրա միջով մուտքային ազդանշանի ժամանակաշրջանի ճիշտ 50%-ը, ինչպես պատկերված է նկարում։
Վերջապես, «C» փուլի գործառնական դասում հոսանքը հոսում է դրա միջով մուտքային ազդանշանի ժամանակահատվածի 50%-ից պակաս:
LF-տրանզիստորային ուժեղացուցիչ. աղավաղում աշխատանքի հիմնական դասերում
Աշխատանքային տարածքում «A» դասի տրանզիստորային ուժեղացուցիչն ունի ոչ գծային աղավաղման ցածր մակարդակ: Բայց եթե ազդանշանն ունի լարման իմպուլսային ալիքներ, ինչը հանգեցնում է տրանզիստորների հագեցվածության, ապա ավելի բարձր ներդաշնակություն (մինչև 11-րդը) հայտնվում է ելքային ազդանշանի յուրաքանչյուր «ստանդարտ» ներդաշնակության շուրջ: Սա առաջացնում է այսպես կոչված տրանզիստորացված կամ մետաղական ձայնի երևույթը։
Եթե տրանզիստորների վրա ցածր հաճախականության հզորության ուժեղացուցիչներն ունեն անկայուն էներգիայի մատակարարում, ապա դրանց ելքային ազդանշանները մոդուլացվում են ամպլիտուդի մեջ ցանցի հաճախականության մոտ: Սա հանգեցնում է ձայնի կոշտության հաճախականության արձագանքի ձախ եզրին: Լարման կայունացման տարբեր մեթոդներ ուժեղացուցիչի դիզայնն ավելի բարդ են դարձնում:
Միակողմանի դասի A ուժեղացուցիչի տիպիկ արդյունավետությունը չի գերազանցում 20%-ը մշտապես միացված տրանզիստորի և DC բաղադրիչի շարունակական հոսքի պատճառով: Դուք կարող եք կատարել A դասի ուժեղացուցիչ push-pull, արդյունավետությունը մի փոքր կբարձրանա, բայց ազդանշանի կես ալիքները կդառնան ավելի ասիմետրիկ: Կասկադի փոխանցումը աշխատանքային դասից «A» աշխատանքային դասին «AB» քառապատկում է ոչ գծային աղավաղումը, թեև դրա շղթայի արդյունավետությունը մեծանում է։
B«AB» և «B» դասերի աղավաղման ուժեղացուցիչները մեծանում են ազդանշանի մակարդակի նվազման հետ: Դու ակամա ուզում ես նման ուժեղացուցիչն ավելի բարձր բարձրացնել երաժշտության ուժի և դինամիկայի լիարժեք զգացողության համար, բայց հաճախ դա այնքան էլ չի օգնում:
Միջանկյալ աշխատանքի դասեր
Աշխատանքային դասը «A» ունի տատանումներ՝ «A+» դաս: Այս դեպքում, այս դասի ուժեղացուցիչի ցածր լարման մուտքային տրանզիստորները գործում են «A» դասում, իսկ ուժեղացուցիչի բարձր լարման ելքային տրանզիստորները, երբ դրանց մուտքային ազդանշանները գերազանցում են որոշակի մակարդակ, անցնում են «B» կամ դասեր. «AB». Նման կասկադների արդյունավետությունը ավելի լավ է, քան մաքուր «A» դասում, իսկ ոչ գծային աղավաղումը ավելի քիչ է (մինչև 0,003%): Այնուամենայնիվ, դրանք նաև «մետաղական» են հնչում ելքային ազդանշանում ավելի բարձր ներդաշնակության առկայության պատճառով:
Մյուս դասի ուժեղացուցիչները՝ «AA» ունեն ոչ գծային աղավաղման նույնիսկ ավելի ցածր աստիճան՝ մոտ 0,0005%, սակայն առկա են նաև ավելի բարձր ներդաշնակություններ։
Վերադառնալ A դասի տրանզիստորային ուժեղացուցիչին?
Այսօր ձայնի բարձրորակ վերարտադրության ոլորտում շատ մասնագետներ պաշտպանում են վերադարձ դեպի խողովակային ուժեղացուցիչներ, քանի որ ոչ գծային աղավաղումների և դրանց կողմից ելքային ազդանշանի մեջ ներմուծված ավելի բարձր ներդաշնակության մակարդակը ակնհայտորեն ավելի ցածր է, քան տրանզիստորներինը:. Այնուամենայնիվ, այս առավելությունները հիմնականում փոխհատուցվում են բարձր դիմադրությամբ խողովակի ելքային փուլի և ցածր դիմադրողականությամբ բարձրախոսների միջև համապատասխան տրանսֆորմատորի անհրաժեշտությամբ: Այնուամենայնիվ, պարզ տրանզիստորացված ուժեղացուցիչ կարող է պատրաստվել տրանսֆորմատորի ելքով, ինչպես ցույց է տրված ստորև:
Կա նաև տեսակետ, որ միայն հիբրիդային խողովակ-տրանզիստորային ուժեղացուցիչը կարող է ապահովել ձայնի վերջնական որակ, որի բոլոր փուլերը միակողմանի են, չեն ծածկվում բացասական արձագանքներով և աշխատում են «A» դասում: Այսինքն, նման հզորության հետևորդը ուժեղացուցիչ է մեկ տրանզիստորի վրա: Դրա սխեման կարող է ունենալ առավելագույն հասանելի արդյունավետություն («A» դասում) ոչ ավելի, քան 50%: Բայց ուժեղացուցիչի ոչ հզորությունը, ոչ էլ արդյունավետությունը ձայնի վերարտադրության որակի ցուցանիշ չեն: Միևնույն ժամանակ, շղթայում բոլոր ERE-ների բնութագրերի որակն ու գծայինությունը առանձնահատուկ նշանակություն ունեն:
Քանի որ միակողմանի սխեմաները ստանում են այս հեռանկարը, մենք կդիտարկենք դրանց տարբերակները ստորև:
Միակողմանի մեկ տրանզիստորային ուժեղացուցիչ
Նրա շղթան, որը պատրաստված է ընդհանուր թողարկիչով և R-C միացումներով՝ մուտքային և ելքային ազդանշանների «A» դասի շահագործման համար, ներկայացված է ստորև նկարում:
Այն ցույց է տալիս n-p-n տրանզիստոր Q1: Դրա կոլեկտորը միացված է +Vcc դրական տերմինալին R3 հոսանք սահմանափակող ռեզիստորի միջոցով, իսկ թողարկիչը միացված է -Vcc-ին: P-n-p տրանզիստորային ուժեղացուցիչը կունենա նույն միացումը, բայց սնուցման լարերը կփոխվեն:
C1-ը անջատող կոնդենսատոր է, որը բաժանում է AC մուտքային աղբյուրը DC լարման աղբյուրից Vcc: Միևնույն ժամանակ, C1-ը չի խոչընդոտում փոփոխական մուտքային հոսանքի անցմանը Q1 տրանզիստորի բազային-էմիտեր հանգույցով: R1 և R2 ռեզիստորները դիմադրության հետ միասինանցումը «E - B» ձևավորում է Vcc լարման բաժանարար՝ ստատիկ ռեժիմում տրանզիստորի Q1 գործառնական կետը ընտրելու համար: Այս շղթայի համար բնորոշ է R2=1 kOhm արժեքը, իսկ գործող կետի դիրքը Vcc / 2 է: R3-ը կոլեկտորի շղթայի բեռնվածության դիմադրություն է և օգտագործվում է կոլեկտորի վրա փոփոխական լարման ելքային ազդանշան ստեղծելու համար:
Ենթադրենք, որ Vcc=20 V, R2=1 կՕհմ, և հոսանքի հզորությունը h=150: Մենք ընտրում ենք լարումը Ve=9 V էմիտերի մոտ, իսկ լարման անկումը «A - B» անցման ժամանակ հավասար է. վերցված հավասար է Vbe=0.7 V. Այս արժեքը համապատասխանում է այսպես կոչված սիլիցիումի տրանզիստորին: Եթե մենք դիտարկեինք գերմանիումի տրանզիստորների վրա հիմնված ուժեղացուցիչ, ապա «E - B» բաց հանգույցում լարման անկումը կլինի Vbe=0,3 V:
Էմիտերի հոսանք, մոտավորապես հավասար է կոլեկտորի հոսանքին
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Հիմնական հոսանք Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Լարման անկում R1 դիմադրության վրա
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9.7V=10.3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 կՕհմ:
C2-ն անհրաժեշտ է էմիտերի հոսանքի փոփոխական բաղադրիչի (իրականում կոլեկտորի հոսանքի) անցման համար շղթա ստեղծելու համար: Եթե այն այնտեղ չլիներ, ապա R2 ռեզիստորը խստորեն կսահմանափակեր փոփոխական բաղադրիչը, այնպես որ երկբևեռ տրանզիստորի ուժեղացուցիչը կունենար ցածր հոսանքի հզորություն:
Մեր հաշվարկներում մենք ենթադրեցինք, որ Ic=Ib h, որտեղ Ib-ն էմիտերից դրա մեջ հոսող բազային հոսանքն է և առաջանում է բազայի վրա շեղման լարման կիրառման ժամանակ: Այնուամենայնիվ, բազայի միջոցով միշտ (ինչպես օֆսեթով, այնպես էլ առանց)կա նաև արտահոսքի հոսք Icb0 կոլեկտորից: Հետեւաբար, իրական կոլեկտորային հոսանքը Ic=Ib h + Icb0 h է, այսինքն. OE-ով շղթայում արտահոսքի հոսանքն ուժեղանում է 150 անգամ: Եթե մենք դիտարկում էինք գերմանիումի տրանզիստորների վրա հիմնված ուժեղացուցիչ, ապա այս հանգամանքը պետք է հաշվի առնվեր հաշվարկներում։ Փաստն այն է, որ գերմանական տրանզիստորներն ունեն մի քանի μA կարգի զգալի Icb0: Սիլիցիումի մեջ այն երեք կարգով փոքր է (մոտ մի քանի nA), ուստի այն սովորաբար անտեսվում է հաշվարկներում։
Միակողմանի MIS տրանզիստորային ուժեղացուցիչ
Ինչպես դաշտային ազդեցության տրանզիստորային ցանկացած ուժեղացուցիչ, խնդրո առարկա շղթան ունի իր անալոգը երկբևեռ տրանզիստորային ուժեղացուցիչների միջև: Հետևաբար, հաշվի առեք նախորդ սխեմայի անալոգը ընդհանուր թողարկիչով: Այն պատրաստված է ընդհանուր աղբյուրով և R-C միացումներով՝ մուտքային և ելքային ազդանշանների «A» դասի շահագործման համար և ներկայացված է ստորև նկարում:
Այստեղ C1-ը նույն անջատող կոնդենսատորն է, որի միջոցով AC մուտքային աղբյուրը բաժանվում է մշտական լարման աղբյուրից Vdd: Ինչպես գիտեք, դաշտային ազդեցության ցանկացած տրանզիստորային ուժեղացուցիչ պետք է ունենա իր MOS տրանզիստորների դարպասի ներուժը իրենց աղբյուրների ներուժից ցածր: Այս շղթայում դարպասը հիմնավորված է R1-ով, որը սովորաբար բարձր դիմադրություն է (100 kΩ-ից մինչև 1 MΩ), այնպես որ այն չի շեղում մուտքային ազդանշանը: R1-ի միջոցով գործնականում հոսանք չկա, ուստի մուտքային ազդանշանի բացակայության դեպքում դարպասի ներուժը հավասար է գետնի ներուժին: Աղբյուրի ներուժը ավելի բարձր է, քան հողի ներուժը R2 դիմադրության լարման անկման պատճառով: ԱյսպիսովԱյսպիսով, դարպասի պոտենցիալը ցածր է աղբյուրի ներուժից, որն անհրաժեշտ է Q1-ի բնականոն աշխատանքի համար: C2 կոնդենսատորը և R3 ռեզիստորն ունեն նույն նպատակը, ինչ նախորդ միացումում: Քանի որ սա ընդհանուր աղբյուրի միացում է, մուտքային և ելքային ազդանշանները 180°-ով դուրս են ֆազից:
Տրանսֆորմատորի ելքային ուժեղացուցիչ
Երրորդ միաստիճան պարզ տրանզիստորային ուժեղացուցիչը, որը ցույց է տրված ստորև նկարում, նույնպես պատրաստված է ըստ ընդհանուր թողարկիչի սխեմայի՝ «A» դասի աշխատանքի համար, սակայն այն միացված է ցածր դիմադրողականությամբ բարձրախոսին համապատասխանող միջոցով: տրանսֆորմատոր.
Տրանսֆորմատոր T1-ի առաջնային ոլորունը տրանզիստորի Q1 կոլեկտորային շղթայի բեռն է և զարգացնում է ելքային ազդանշան: T1-ն ուղարկում է ելքային ազդանշանը բարձրախոսին և ապահովում, որ տրանզիստորի ելքային դիմադրությունը համընկնում է բարձրախոսի ցածր (մի քանի ohms կարգի) դիմադրության հետ:
Կոլեկտորի սնուցման Vcc լարման բաժանարարը, որը հավաքված է R1 և R3 ռեզիստորների վրա, ապահովում է Q1 տրանզիստորի գործառնական կետի ընտրությունը (տրանզիստորի բազայի վրա կողմնակալ լարման մատակարարում): Ուժեղացուցիչի մնացած տարրերի նպատակը նույնն է, ինչ նախորդ սխեմաներում:
Push-pull ձայնային ուժեղացուցիչ
Երկու տրանզիստորային հրում-քաշիչ ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչը մուտքային աուդիո ազդանշանը բաժանում է երկու կիսաֆազային կիսաալիքների, որոնցից յուրաքանչյուրն ուժեղացվում է տրանզիստորի սեփական աստիճանով: Նման ուժեղացումից հետո կիսաալիքները միավորվում են ամբողջական ներդաշնակ ազդանշանի մեջ, որը փոխանցվում է բարձրախոսի համակարգին։ Ցածր հաճախականության նման փոխակերպումազդանշանը (բաժանումը և նորից միաձուլումը), իհարկե, դրանում անդառնալի աղավաղումներ է առաջացնում՝ շղթայի երկու տրանզիստորների հաճախականության և դինամիկ հատկությունների տարբերության պատճառով։ Այս աղավաղումը նվազեցնում է ձայնի որակը ուժեղացուցիչի ելքի վրա:
Push-pull ուժեղացուցիչները, որոնք գործում են «A» դասում, բավականաչափ լավ չեն վերարտադրում բարդ աուդիո ազդանշանները, քանի որ նրանց ձեռքերում անընդհատ աճող հաստատուն հոսանք է հոսում: Սա հանգեցնում է ազդանշանի կիսաալիքների անհամաչափության, փուլային աղավաղումների և, ի վերջո, ձայնի հասկանալիության կորստի: Երբ ջեռուցվում է, երկու հզոր տրանզիստորները կրկնապատկում են ազդանշանի աղավաղումը ցածր և ինֆրա ցածր հաճախականություններում: Այնուամենայնիվ, հրում-քաշման սխեմայի հիմնական առավելությունը դրա ընդունելի արդյունավետությունն է և ելքային հզորության բարձրացումը:
Հրում-քաշող տրանզիստորի ուժային ուժեղացուցիչի միացումը ներկայացված է նկարում:
Սա «A» դասի ուժեղացուցիչ է, սակայն «AB» և նույնիսկ «B» դասերը կարող են օգտագործվել նաև:
Տրանսֆորմատոր առանց տրանզիստորի ուժային ուժեղացուցիչ
Տրանսֆորմատորները, չնայած դրանց մանրանկարչության առաջընթացին, դեռևս ամենածանր, ծանր և թանկ ERE-ն են: Հետևաբար, գտնվեց տրանսֆորմատորը հրում-քաշման միացումից վերացնելու միջոց՝ այն գործարկելով տարբեր տիպի երկու հզոր փոխլրացնող տրանզիստորների վրա (n-p-n և p-n-p): Ժամանակակից ուժային ուժեղացուցիչների մեծ մասը օգտագործում է այս սկզբունքը և նախատեսված է «B» դասում աշխատելու համար: Նման հզորության ուժեղացուցիչի միացումը ներկայացված է ստորև նկարում:
Նրա երկու տրանզիստորներն էլ միացված են ընդհանուր կոլեկցիոների (էմիտերի հետևորդ) սխեմայի համաձայն: Հետեւաբար, շղթան առանց ուժեղացման փոխանցում է մուտքային լարումը դեպի ելք: Եթե մուտքային ազդանշան չկա, ապա երկու տրանզիստորներն էլ գտնվում են միացված վիճակի սահմանին, բայց դրանք անջատված են։
Երբ ներդաշնակ ազդանշան է մուտքագրվում, դրա դրական կիսաալիքը բացում է TR1, բայց p-n-p տրանզիստորը TR2-ը դնում է լրիվ անջատման ռեժիմի: Այսպիսով, բեռի միջով անցնում է ուժեղացված հոսանքի միայն դրական կես ալիքը: Մուտքային ազդանշանի բացասական կես ալիքը բացում է միայն TR2-ը և անջատում TR1-ը, այնպես որ ուժեղացված հոսանքի բացասական կես ալիքը մատակարարվում է բեռին: Արդյունքում, ամբողջ հզորությամբ ուժեղացված (հոսանքի ուժեղացման շնորհիվ) սինուսոիդային ազդանշան է մատակարարվում բեռին:
Մեկ տրանզիստորային ուժեղացուցիչ
Վերոնշյալը յուրացնելու համար մենք մեր ձեռքերով կհավաքենք պարզ տրանզիստորային ուժեղացուցիչ և կպարզենք, թե ինչպես է այն աշխատում:
Որպես BC107 տիպի ցածր էներգիայի տրանզիստորի բեռնվածք, մենք միացնում ենք 2-3 կՕմ դիմադրություն ունեցող ականջակալները, մենք կիրառում ենք շեղման լարումը բազայի վրա բարձր դիմադրողականության R 1 դիմադրիչից: MΩ, մենք միացնում ենք անջատող էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր C-ը 10 μF-ից մինչև 100 μF հզորությամբ T բազային շղթայում: Շղթան սնուցելու ենք 4,5 Վ / 0,3 Ա մարտկոցից:
Եթե R ռեզիստորը միացված չէ, ապա չկա ոչ բազային հոսանք Ib, ոչ էլ կոլեկտորի հոսանք Ic: Եթե ռեզիստորը միացված է, ապա բազայի լարումը բարձրանում է մինչև 0,7 Վ, և դրա միջով հոսում է հոսանք Ib \u003d 4 μA: Գործակիցտրանզիստորի ընթացիկ հզորությունը 250 է, որը տալիս է Ic=250Ib=1 մԱ։
Մեր սեփական ձեռքերով հավաքելով պարզ տրանզիստորային ուժեղացուցիչ՝ այժմ կարող ենք փորձարկել այն: Միացրեք ականջակալները և ձեր մատը դրեք գծապատկերի 1-ին կետի վրա։ Դուք աղմուկ կլսեք: Ձեր մարմինը ընկալում է ցանցի ճառագայթումը 50 Հց հաճախականությամբ: Ականջակալներից լսվող աղմուկն այս ճառագայթումն է, որը ուժեղանում է միայն տրանզիստորի միջոցով: Եկեք ավելի մանրամասն բացատրենք այս գործընթացը: 50 Հց AC լարումը միացված է տրանզիստորի բազային C կոնդենսատորի միջոցով: Լարումը բազայում այժմ հավասար է DC կողմնակալության լարման գումարին (մոտավորապես 0,7 Վ), որը գալիս է ռեզիստորից R և AC մատի լարումից: Արդյունքում կոլեկտորի հոսանքը ստանում է 50 Հց հաճախականությամբ փոփոխական բաղադրիչ: Այս փոփոխական հոսանքն օգտագործվում է բարձրախոսների թաղանթը ետ և առաջ տեղափոխելու համար նույն հաճախականությամբ, ինչը նշանակում է, որ մենք կարող ենք 50 Հց ձայն լսել ելքի վրա:
50 Հց աղմուկի մակարդակը լսելն այնքան էլ հետաքրքիր չէ, այնպես որ կարող եք միացնել ցածր հաճախականության աղբյուրները (CD նվագարկիչ կամ խոսափող) 1-ին և 2-րդ կետերին և լսել ուժեղացված խոսք կամ երաժշտություն:
