Ang transistor amplifier, sa kabila ng mahabang kasaysayan nito, ay nananatiling paboritong paksa ng pag-aaral para sa mga baguhan at beteranong radio amateurs. At ito ay naiintindihan. Ito ay isang kailangang-kailangan na bahagi ng pinakasikat na mga amateur radio device: mga radio receiver at mababang (tunog) frequency amplifier. Titingnan natin kung paano binuo ang pinakasimpleng low-frequency transistor amplifier.
Amp frequency response
Sa anumang receiver ng telebisyon o radyo, sa bawat music center o sound amplifier, makakahanap ka ng mga transistor sound amplifier (mababang frequency - LF). Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga audio transistor amplifier at iba pang uri ay nakasalalay sa kanilang frequency response.
Ang transistor audio amplifier ay may pare-parehong frequency response sa frequency band mula 15 Hz hanggang 20 kHz. Nangangahulugan ito na ang lahat ng input signal na may dalas sa loob ng saklaw na ito ay kino-convert (pinalakas) ng amplifier.halos pareho. Ipinapakita ng figure sa ibaba ang perpektong frequency response curve para sa isang audio amplifier sa mga coordinate na "amplifier gain Ku - input signal frequency".
Ang curve na ito ay halos flat mula 15Hz hanggang 20kHz. Nangangahulugan ito na ang naturang amplifier ay dapat gamitin partikular para sa mga input signal na may mga frequency sa pagitan ng 15 Hz at 20 kHz. Para sa mga input signal na may mga frequency na higit sa 20 kHz o mas mababa sa 15 Hz, ang kahusayan at pagganap nito ay mabilis na lumalala.
Ang uri ng frequency response ng amplifier ay tinutukoy ng mga electrical radio elements (ERE) ng circuit nito, at higit sa lahat ng mga transistor mismo. Ang isang audio amplifier na batay sa mga transistor ay karaniwang binuo sa tinatawag na low- at mid-frequency na mga transistor na may kabuuang bandwidth ng mga input signal mula sa sampu at daan-daang Hz hanggang 30 kHz.
Amplifier class
Tulad ng alam mo, depende sa antas ng pagpapatuloy ng kasalukuyang daloy sa buong panahon nito sa pamamagitan ng transistor amplifying stage (amplifier), ang mga sumusunod na klase ng operasyon nito ay nakikilala: "A", "B", "AB", "C", "D ".
Sa klase ng operasyon, ang kasalukuyang "A" ay dumadaloy sa stage para sa 100% ng panahon ng input signal. Ang cascade sa klase na ito ay inilalarawan sa sumusunod na figure.
Sa yugto ng amplifier ng klase na "AB", ang kasalukuyang dumadaloy dito nang higit sa 50%, ngunit mas mababa sa 100% ng panahon ng input signal (tingnan ang figure sa ibaba).
Sa klase ng pagpapatakbo ng yugtong "B", ang kasalukuyang dumadaloy dito sa eksaktong 50% ng panahon ng input signal, gaya ng inilalarawan sa figure.
Sa wakas, sa "C" stage operation class, ang kasalukuyang dumadaloy dito nang wala pang 50% ng panahon ng input signal.
LF-transistor amplifier: distortion sa mga pangunahing klase ng trabaho
Sa lugar ng pagtatrabaho, ang class "A" na transistor amplifier ay may mababang antas ng non-linear distortion. Ngunit kung ang signal ay may mga impulse surges sa boltahe, na humahantong sa saturation ng mga transistor, pagkatapos ay ang mas mataas na harmonics (hanggang sa ika-11) ay lilitaw sa paligid ng bawat "standard" harmonic ng output signal. Nagdudulot ito ng phenomenon ng tinatawag na transistorized o metallic sound.
Kung ang mga low-frequency power amplifier sa mga transistor ay may hindi na-stabilize na power supply, ang kanilang mga output signal ay modulated sa amplitude malapit sa mains frequency. Ito ay humahantong sa harshness ng tunog sa kaliwang gilid ng frequency response. Ginagawang mas kumplikado ng iba't ibang paraan ng pag-stabilize ng boltahe ang disenyo ng amplifier.
Ang karaniwang kahusayan ng single-ended Class A amplifier ay hindi lalampas sa 20% dahil sa palaging naka-on na transistor at sa tuluy-tuloy na daloy ng DC component. Maaari kang gumawa ng isang class A amplifier push-pull, ang kahusayan ay tataas nang bahagya, ngunit ang kalahating alon ng signal ay magiging mas asymmetric. Ang paglilipat ng cascade mula sa work class na "A" patungo sa work class na "AB" ay apat na beses ang nonlinear distortion, kahit na ang kahusayan ng circuit nito ay tumataas.
BAng mga amplifier ng mga klase na "AB" at "B" ay tumataas habang bumababa ang antas ng signal. Hindi mo sinasadyang palakasin ang ganitong amplifier para sa buong pakiramdam ng lakas at dynamics ng musika, ngunit kadalasan ay hindi ito nakakatulong nang malaki.
Mga intermediate job class
Ang klase ng trabaho na "A" ay may variation - klase na "A+". Sa kasong ito, ang mababang boltahe na input transistors ng amplifier ng klase na ito ay nagpapatakbo sa klase na "A", at ang mataas na boltahe na output transistors ng amplifier, kapag ang kanilang mga input signal ay lumampas sa isang tiyak na antas, pumunta sa mga klase na "B" o "AB". Ang kahusayan ng naturang mga cascades ay mas mahusay kaysa sa purong klase na "A", at ang non-linear distortion ay mas mababa (hanggang sa 0.003%). Gayunpaman, "metallic" din ang tunog ng mga ito dahil sa pagkakaroon ng mas matataas na harmonic sa output signal.
Mga amplifier ng ibang klase - Ang "AA" ay may mas mababang antas ng non-linear distortion - humigit-kumulang 0.0005%, ngunit mayroon ding mas matataas na harmonic.
Bumalik sa Class A transistor amplifier?
Ngayon, maraming mga espesyalista sa larangan ng de-kalidad na sound reproduction ang nagsusulong ng pagbabalik sa mga tube amplifier, dahil ang antas ng non-linear distortion at mas mataas na harmonic na ipinakilala ng mga ito sa output signal ay halatang mas mababa kaysa sa transistor.. Gayunpaman, ang mga kalamangan na ito ay higit na nababawasan ng pangangailangan para sa isang pagtutugma ng transpormer sa pagitan ng high-impedance tube output stage at ng mga low-impedance speaker. Gayunpaman, ang isang simpleng transistorized amplifier ay maaaring gawin gamit ang isang transformer output gaya ng ipinapakita sa ibaba.
Mayroon ding pananaw na ang hybrid tube-transistor amplifier lang ang makakapagbigay ng sukdulang kalidad ng tunog, na ang lahat ng yugto ay single-ended, hindi sakop ng negatibong feedback at gumagana sa klase na "A". Iyon ay, ang naturang power follower ay isang amplifier sa isang solong transistor. Ang scheme nito ay maaaring magkaroon ng pinakamataas na maaabot na kahusayan (sa klase "A") na hindi hihigit sa 50%. Ngunit hindi ang kapangyarihan o ang kahusayan ng amplifier ay mga tagapagpahiwatig ng kalidad ng pagpaparami ng tunog. Kasabay nito, ang kalidad at linearity ng mga katangian ng lahat ng ERE sa circuit ay partikular na kahalagahan.
Habang nakukuha ng mga single-ended circuit ang pananaw na ito, titingnan natin ang kanilang mga opsyon sa ibaba.
Single-ended single-transistor amplifier
Ang circuit nito, na ginawa gamit ang isang karaniwang emitter at R-C na koneksyon para sa input at output signal para sa operasyon sa klase "A", ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Nagpapakita ito ng n-p-n transistor Q1. Ang kolektor nito ay konektado sa +Vcc positive terminal sa pamamagitan ng kasalukuyang-limiting resistor R3, at ang emitter nito ay konektado sa -Vcc. Ang p-n-p transistor amplifier ay magkakaroon ng parehong circuit, ngunit ang power supply leads ay mababaligtad.
Ang C1 ay isang decoupling capacitor na naghihiwalay sa AC input source mula sa DC voltage source na Vcc. Kasabay nito, hindi pinipigilan ng C1 ang pagpasa ng isang alternating input current sa pamamagitan ng base-emitter junction ng transistor Q1. Ang mga resistors R1 at R2 kasama ang paglabanAng paglipat ng "E - B" ay bumubuo ng isang boltahe divider Vcc upang piliin ang operating point ng transistor Q1 sa static na mode. Karaniwan para sa circuit na ito ay ang halaga ng R2=1 kOhm, at ang posisyon ng operating point ay Vcc / 2. Ang R3 ay isang collector circuit load resistor at ginagamit upang lumikha ng variable na boltahe na output signal sa collector.
Ipagpalagay na ang Vcc=20 V, R2=1 kOhm, at ang kasalukuyang nakuha h=150. Pinipili namin ang boltahe sa emitter Ve=9 V, at ang pagbaba ng boltahe sa paglipat na "A - B" ay kinuha katumbas ng Vbe=0.7 V. Ang halagang ito ay tumutugma sa tinatawag na silicon transistor. Kung isasaalang-alang namin ang isang amplifier batay sa germanium transistors, ang pagbaba ng boltahe sa bukas na junction na "E - B" ay magiging Vbe=0.3 V.
Emitter current, humigit-kumulang katumbas ng collector current
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Base current Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Pagbaba ng boltahe sa risistor R1
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9.7V=10.3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
Ang C2 ay kailangan upang lumikha ng isang circuit para sa pagpasa ng variable na bahagi ng emitter current (talagang ang collector current). Kung wala ito doon, kung gayon ang risistor R2 ay mahigpit na maglilimita sa variable na bahagi, upang ang bipolar transistor amplifier na pinag-uusapan ay magkaroon ng mababang kasalukuyang gain.
Sa aming mga kalkulasyon, ipinapalagay namin na ang Ic=Ib h, kung saan ang Ib ay ang base current na dumadaloy dito mula sa emitter at lumalabas kapag ang isang bias na boltahe ay inilapat sa base. Gayunpaman, sa pamamagitan ng base palaging (kapwa may at walang offset)mayroon ding leakage current mula sa collector na Icb0. Samakatuwid, ang tunay na kasalukuyang kolektor ay Ic=Ib h + Icb0 h, i.e. ang kasalukuyang pagtagas sa circuit na may OE ay pinalakas ng 150 beses. Kung isasaalang-alang namin ang isang amplifier batay sa germanium transistors, kung gayon ang pangyayaring ito ay kailangang isaalang-alang sa mga kalkulasyon. Ang katotohanan ay ang germanium transistors ay may isang makabuluhang Icb0 ng pagkakasunud-sunod ng ilang μA. Sa silicon, ito ay tatlong order ng magnitude na mas maliit (mga ilang nA), kaya karaniwan itong napapabayaan sa mga kalkulasyon.
Single-ended MIS transistor amplifier
Tulad ng anumang field-effect transistor amplifier, ang circuit na pinag-uusapan ay may pagkakatulad sa mga bipolar transistor amplifier. Samakatuwid, isaalang-alang ang isang analogue ng nakaraang circuit na may isang karaniwang emitter. Ito ay ginawa gamit ang isang karaniwang source at R-C na koneksyon para sa input at output signal para sa operasyon sa klase na "A" at ipinapakita sa figure sa ibaba.
Narito ang C1 ay ang parehong decoupling capacitor, kung saan ang AC input source ay pinaghihiwalay mula sa DC voltage source na Vdd. Tulad ng alam mo, ang anumang field-effect transistor amplifier ay dapat mayroong gate potential ng mga MOS transistor nito na mas mababa sa mga potensyal ng kanilang mga source. Sa circuit na ito, ang gate ay pinagbabatayan ng R1, na karaniwang mataas ang resistensya (100 kΩ hanggang 1 MΩ) upang hindi ito lumihis sa input signal. Halos walang kasalukuyang sa pamamagitan ng R1, kaya ang potensyal ng gate sa kawalan ng input signal ay katumbas ng potensyal ng lupa. Ang potensyal na mapagkukunan ay mas mataas kaysa sa potensyal ng lupa dahil sa pagbaba ng boltahe sa risistor R2. KayaKaya, ang potensyal ng gate ay mas mababa kaysa sa potensyal na mapagkukunan, na kinakailangan para sa normal na operasyon ng Q1. Ang Capacitor C2 at risistor R3 ay may parehong layunin tulad ng sa nakaraang circuit. Dahil isa itong common-source circuit, ang input at output signal ay wala sa phase nang 180°.
Transformer Output Amplifier
Ang ikatlong single-stage na simpleng transistor amplifier, na ipinapakita sa figure sa ibaba, ay ginawa din ayon sa common emitter circuit para sa operasyon sa klase na "A", ngunit ito ay konektado sa isang low-impedance speaker sa pamamagitan ng pagtutugma transpormer.
Ang pangunahing paikot-ikot ng transformer T1 ay ang collector circuit load ng transistor Q1 at nagkakaroon ng output signal. Ipinapadala ng T1 ang output signal sa speaker at tinitiyak na ang output impedance ng transistor ay tumutugma sa mababang (sa pagkakasunud-sunod ng ilang ohms) na speaker impedance.
Ang boltahe divider ng collector power supply Vcc, na binuo sa resistors R1 at R3, ay nagbibigay ng pagpili ng operating point ng transistor Q1 (nagbibigay ng bias na boltahe sa base nito). Ang layunin ng mga natitirang elemento ng amplifier ay pareho sa mga nakaraang circuit.
Push-pull audio amplifier
Hinahati ng two-transistor push-pull low-frequency amplifier ang input audio signal sa dalawang out-of-phase half-wave, na ang bawat isa ay pinalalakas ng sarili nitong transistor stage. Matapos maisagawa ang naturang amplification, ang mga kalahating alon ay pinagsama sa isang kumpletong harmonic signal, na ipinadala sa speaker system. Ang ganitong pagbabago ng low-frequencyAng signal (paghahati at muling pagsasanib), siyempre, ay nagdudulot ng hindi maibabalik na pagbaluktot sa loob nito, dahil sa pagkakaiba sa dalas at mga dynamic na katangian ng dalawang transistors ng circuit. Binabawasan ng distortion na ito ang kalidad ng tunog sa output ng amplifier.
Push-pull amplifier na gumagana sa klase na "A" ay hindi gumagawa ng mga kumplikadong signal ng audio nang maayos, dahil patuloy na dumadaloy sa kanilang mga braso ang tumaas na pare-parehong kasalukuyang. Ito ay humahantong sa kawalaan ng simetrya ng mga kalahating alon ng signal, mga pagbaluktot sa phase at, sa huli, sa pagkawala ng sound intelligibility. Kapag pinainit, doble ng dalawang makapangyarihang transistor ang pagbaluktot ng signal sa mababa at infra-mababang frequency. Ngunit gayon pa man, ang pangunahing bentahe ng push-pull circuit ay ang katanggap-tanggap na kahusayan nito at tumaas na output power.
Push-pull transistor power amplifier circuit ay ipinapakita sa figure.
Ito ay isang class na "A" amplifier, ngunit ang class na "AB" at maging ang "B" ay maaari ding gamitin.
Transformerless Transistor Power Amplifier
Transformers, sa kabila ng pag-unlad sa kanilang miniaturization, ay pa rin ang pinakamalaki, mabigat at mahal na ERE. Samakatuwid, natagpuan ang isang paraan upang maalis ang transpormer mula sa push-pull circuit sa pamamagitan ng pagpapatakbo nito sa dalawang malakas na pantulong na transistors ng iba't ibang uri (n-p-n at p-n-p). Karamihan sa mga modernong power amplifier ay gumagamit ng prinsipyong ito at idinisenyo upang gumana sa klase na "B". Ang circuit ng naturang power amplifier ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ang parehong mga transistor nito ay konektado ayon sa isang karaniwang collector (emitter follower) circuit. Samakatuwid, inililipat ng circuit ang input boltahe sa output nang walang amplification. Kung walang input signal, ang parehong transistor ay nasa hangganan ng on state, ngunit naka-off ang mga ito.
Kapag ang isang harmonic signal ay input, ang positive half-wave nito ay magbubukas ng TR1, ngunit inilalagay ang p-n-p transistor TR2 sa full cutoff mode. Kaya, tanging ang positibong kalahating alon ng amplified na kasalukuyang dumadaloy sa pagkarga. Ang negatibong kalahating alon ng input signal ay nagbubukas lamang ng TR2 at pinapatay ang TR1, upang ang negatibong kalahating alon ng amplified na kasalukuyang ay ibinibigay sa load. Bilang resulta, ang isang full power amplified (dahil sa kasalukuyang amplification) sinusoidal signal ay inihahatid sa load.
Single transistor amplifier
Para ma-assimilate ang nasa itaas, bubuo kami ng simpleng transistor amplifier gamit ang aming sariling mga kamay at alamin kung paano ito gumagana.
Bilang isang load ng isang low-power transistor T ng uri BC107, i-on namin ang mga headphone na may resistensyang 2-3 kOhm, inilalapat namin ang bias na boltahe sa base mula sa isang mataas na resistensyang risistor R ng 1 MΩ, binuksan namin ang decoupling electrolytic capacitor C na may kapasidad na 10 μF hanggang 100 μF sa base circuit T. Papaganahin namin ang circuit mula sa isang baterya na 4.5 V / 0.3 A.
Kung ang risistor R ay hindi konektado, kung gayon walang base kasalukuyang Ib o kasalukuyang kolektor na Ic. Kung ang risistor ay konektado, pagkatapos ay ang boltahe sa base ay tumataas sa 0.7 V at isang kasalukuyang Ib \u003d 4 μA ay dumadaloy dito. Coefficientang kasalukuyang nakuha ng transistor ay 250, na nagbibigay ng Ic=250Ib=1 mA.
Nakapag-assemble ng isang simpleng transistor amplifier gamit ang aming sariling mga kamay, maaari na namin itong subukan. Ikonekta ang mga headphone at ilagay ang iyong daliri sa punto 1 ng diagram. Makakarinig ka ng ingay. Nakikita ng iyong katawan ang radiation ng mga mains sa dalas na 50 Hz. Ang ingay na naririnig mo mula sa mga headphone ay ang radiation na ito, pinalakas lamang ng transistor. Ipaliwanag natin ang prosesong ito nang mas detalyado. Ang boltahe ng AC na 50 Hz ay konektado sa base ng transistor sa pamamagitan ng capacitor C. Ang boltahe sa base ay katumbas na ngayon ng kabuuan ng boltahe ng bias ng DC (humigit-kumulang 0.7 V) na nagmumula sa risistor R at ang boltahe ng daliri ng AC. Bilang resulta, ang kasalukuyang kolektor ay tumatanggap ng isang alternating component na may dalas na 50 Hz. Ang alternating current na ito ay ginagamit upang ilipat ang lamad ng mga speaker pabalik-balik sa parehong frequency, na nangangahulugang nakakarinig tayo ng 50Hz na tono sa output.
Hindi masyadong kawili-wili ang marinig ang 50 Hz na antas ng ingay, kaya maaari mong ikonekta ang mga low-frequency na source (CD player o mikropono) sa mga punto 1 at 2 at marinig ang pinalakas na pagsasalita o musika.
