Много хора са запознати със ситуацията, когато устройство възпроизвежда звук, но не го прави толкова силно, колкото бихме искали. Какво да правя? Можете да закупите друго оборудване за възпроизвеждане на звук или можете да закупите аудиочестотен усилвател на мощност (наричан по-долу UMZCH). Освен това, усилвателят може да бъде сглобен ръчно.
За да направите това, ви трябват само основни познания по електроника, като способност за разграничаване между емитер, база и колектор в биполярен транзистор, дренаж, източник, порта в полето, както и други елементарни аспекти.
По-долу ще бъдат описани най-важните параметри на аудиомощните усилватели, които трябва да бъдат подобрени, за да се постигне по-голямо усилване, както и най-простите схеми на тези устройства, сглобени върху различни основни компоненти като вакуумни тръби, транзистори, операционни усилватели и интегрални схеми.
В допълнение, статията ще разгледа висококачествена схема UMZCH. Неговият състав, параметри, както и характеристиките на дизайна ще бъдат засегнати. Схемата UMZCH Sukhov също ще бъде разгледана.
UMZCH параметри
Най-важният параметър на усилвателямощност - коефициент на усилване. Той представлява съотношението на изходния към входния сигнал и е разделен на три отделни параметъра:
- Текуща печалба. KI=Iизвън / Iв.
- Усилване на напрежението. KU=Uout / Uв.
- Увеличаване на мощността. KP=Pout / Pв.
В случая на UMZCH е по-разумно да се вземе предвид усилването на мощността, тъй като този параметър изисква усилване, въпреки че е глупаво да се отрича, че стойността на мощността - както на входа, така и на изхода - зависи от тока и стойности на напрежението.
Разбира се, усилвателите имат и други параметри като коефициента на изкривяване на усиления сигнал, но те не са толкова важни в сравнение с усилването.
Не забравяйте, че няма перфектни устройства. Няма UMZCH с огромна печалба, лишена от други недостатъци. Винаги трябва да жертвате някои параметри в името на други.
UMZCH на електровакуумни устройства
Електровакуумните устройства са устройства, които съдържат в дизайна си колба, в която има или вакуум, или определен газ, както и поне два електрода - катод и анод..
В колбата може да има три, пет и дори осем допълнителни електрода. Лампа с два електрода се нарича диод (да не се бърка с полупроводников диод), с три - триод, с пет - пентод.
Усилватели на мощност с вакуумна лампамного високо ценени както сред обикновените любители на музиката, така и сред професионалните музиканти, защото тръбите осигуряват "най-чистото" усилване.
Това отчасти се дължи на факта, че електроните, инжектирани от катода, не срещат съпротивление по пътя си към анода и достигат целта в непроменено състояние - те не се модулират нито по плътност, нито по скорост.
Лръбните усилватели са най-скъпите от всички, които се предлагат на пазара. Това се дължи на факта, че електровакуумните устройства вече не се използват широко през миналия век, съответно тяхното производство в големи количества стана нерентабилно. Това е продукт на парче. Но такива UMZCH определено си струват парите: в сравнение с популярните аналози, дори на интегрални схеми, разликата се чува ясно. И не в полза на чипса.
Разбира се, не е необходимо сами да сглобявате лампови усилватели, можете да ги закупите в специализирани магазини. Цената на усилвателите на вакуумни устройства започва от ₽50 000. Можете да намерите сравнително евтини използвани опции (дори до 10 000 ₽), но те може да са с лошо качество. Колко струват добрите лампови усилватели? От ₽100 000. Колко струват много добрите усилватели? От няколкостотин хиляди рубли.
Има много UMZCH вериги на лампи, този раздел ще разгледа елементарен пример.
Най-простият усилвател може да бъде сглобен на триод. Принадлежи към класа на едноциклови вериги UMZCH. В триод третият електрод е контролна решетка, която регулира анодния ток. Към него е свързано променливо напрежение и като използвате големината и полярността на изходния сигнал, можете да го направитенамалете или увеличете анодния ток.
Ако свържете отрицателен висок потенциал към мрежата, тогава електроните ще се установят върху нея и токът във веригата ще бъде нула. Ако към решетката се приложи положителен потенциал, тогава електроните от катода към анода ще преминават безпрепятствено.
Чрез регулиране на анодния ток можете да промените работната точка на триода на характеристиката на тока-напрежение. Това ви позволява да регулирате размера на усилване на тока и напрежението (в крайна сметка - мощност) на това електровакуумно устройство.
За да сглобите обикновен триоден усилвател, трябва да свържете променлив източник на захранване към контролната мрежа, да приложите нулев потенциал към катода, положителен към анода. Баластното съпротивление обикновено е свързано към анода. Товарът трябва да се отстрани между баласта и анода.
За да подобрите качеството на усиления сигнал, можете да свържете филтърен кондензатор последователно или паралелно (в зависимост от конкретния случай) към товара, да свържете кондензатор и резистор, свързани паралелно към катода, и свържете прост делител на напрежение от два резистора към контролната мрежа.
Теоретично, усилвател на мощност може да бъде сглобен на клистрон според UMZCH вериги на лампи. Клистронът е електровакуумно устройство, подобно по дизайн на диода, но има два допълнителни терминала, които служат за въвеждане и извеждане на сигнал. Усилването в това устройство се получава поради модулирането на потока от електрони, излъчвани от катода към колектора (аналогично на анода), първо по скорост и след това по плътност.
UMZCH на биполярни транзистори
Биполярен транзистор - синтез на два диода. Това е или p-n-p, или n-p-n елемент със следните компоненти:
- емитер;
- база;
- колекционер.
Скоростта и надеждността на транзисторите обикновено са по-високи от тези на вакуумните устройства. Не е тайна, че в началото електронните компютри работеха точно върху лампи, но веднага щом се появиха транзисторите, последните бързо замениха своите допотопни конкуренти и се използват успешно и до днес.
След това ще бъде разгледан пример за използване на n-p-n транзистор във верига на усилвател на мощност. Важно е да се отбележи, че електроните (n) са малко по-бързи от дупките (p), съответно производителността на n-p-n и p-n-p транзисторите не се различава в полза на последните.
Друг важен нюанс е, че биполярните транзистори имат няколко превключващи вериги:
- Общ емитер (най-популярен).
- С обща основа.
- С общ колектор.
Всички вериги имат различни параметри на усилване. Следната верига UMZCH има връзка с общ емитер.
За да сглобите прост усилвател, базиран на n-p-n транзистор, трябва да свържете променливо напрежение към неговата база, положителен потенциал към колектора и отрицателен потенциал към емитера. И пред основата, и пред колектора, и пред емитера трябва да се монтират ограничителни съпротивления. Товарът се отстранява между баласта на колектора и самия колектор.
Както в случая с електровакууматриоден усилвател, за да подобрите качеството на усилване в тази схема, можете:
- инсталирайте делител на напрежението и филтърен кондензатор пред основата;
- инсталирайте кондензатор и резистор, свързани успоредно на емитера;
- включете филтърния кондензатор към натоварването, за да премахнете шума и смущенията.
Ако две такива усилващи стъпала са свързани последователно, тогава техните печалби могат да бъдат умножени един по друг. Това, разбира се, значително усложнява дизайна на устройството, но ще позволи да се постигне по-голямо усилване. Вярно е, че няма да работи за свързване на тези каскади за неопределено време: колкото повече единични усилватели са свързани последователно, толкова по-голям е шансът те да преминат в насищане.
Ако транзисторът работи в режим на насищане, тогава не може да се говори за усилващи свойства. Можете да проверите това, като погледнете характеристиката на токовото напрежение: работната точка на транзистора е в хоризонталната секция, ако работи в режим на насищане.
UMZCH FET
След това ще бъде показана схемата UMZCH на транзистори тип MOS (метал-оксид-полупроводник - стандартната структура на транзистор с полеви ефект).
Структурата на транзисторите с полеви ефект има малко общо с биполярните транзистори. Освен това техният принцип на действие не прилича на принципа на действие на биполярните аналози.
Транзисторите с полеви ефект се управляват от електрическо поле (биполярно - чрез ток). Те не черпят ток и са устойчиви на гама лъчение, наречено ощерадиоактивно излъчване. Последният факт едва ли някога ще бъде полезен за музиканти, които искат да създадат аудио усилвател на мощност, но в индустрията тази характеристика на транзисторите с полеви ефект е високо ценена.
Основният им недостатък е, че не взаимодействат добре със статичното електричество. Заряд от това естество на произход може да деактивира транзистори от този тип. Всяко небрежно докосване с пръст до контакта на елемента може да повреди транзистора.
Тези характеристики трябва да се вземат предвид при сглобяването на усилватели на мощност на тези електронни компоненти.
Как да сглобите верига UMZCH на полеви транзистор със собствените си ръце? Достатъчно е да следвате допълнителни инструкции.
Проста схема UMZCH на полеви транзистор може да бъде сглобена с помощта на полев транзистор p-n-преход с n-тип канал. Дизайнът е подобен на този, описан при сглобяването на усилвател на биполярен транзистор, само портата зае мястото на основата, колекторът - дренажът, емитерът - източникът.
UMZCH на операционен усилвател
Операционен усилвател (наричан по-долу OU) е електронен компонент, който има два входа - инвертиращ (променя сигнала във фаза на 180 градуса) и неинвертиращ (не променя фазата на сигнала) - както и един изход и двойка контакти за захранване. Има ниско нулево офсетно напрежение и входни токове. Това устройство има много висока печалба.
OU може да работи в два режима:
- в режим на усилвател;
- в режимгенератор.
За да може операционният усилвател да работи в режим на усилване, е необходимо да свържете верига с отрицателна обратна връзка към него. Това е резистор, който е свързан с единия изход към изхода на операционния усилвател, а с другия - към инвертиращия вход.
Ако свържете същата верига към неинвертиращ вход, ще получите верига с положителна обратна връзка и операционният усилвател ще започне да работи като генератор на сигнал.
Има няколко вида усилватели, сглобени на операционния усилвател:
- Обръщане - усилва сигнала и променя фазата му на 180 градуса. За да получите инвертивен усилвател на операционния усилвател, трябва да заземите неинвертиращия вход на операционния усилвател и да приложите сигнал към инвертиращия, който трябва да бъде усилен. В този случай не трябва да забравяме за веригата за отрицателна обратна връзка.
- Неинвертиращ - усилва сигнала, без да променя фазата му. За да сглобите неинвертиращ усилвател, трябва да свържете верига с отрицателна обратна връзка към операционния усилвател, да заземите инвертиращия вход и да приложите сигнал към неинвертиращия щифт на операционния усилвател.
- Differential - усилва диференциални сигнали (сигнали, които се различават по фаза, но са еднакви по амплитуда и честота). За да получите диференциален усилвател, трябва да свържете ограничителни резистори към входовете на операционния усилвател, не забравяйте за веригата с отрицателна обратна връзка и да приложите два сигнала към входните контакти: сигнал за положителен полярност трябва да се приложи към неинвертиращ се вход, отрицателен сигнал към инвертивен.
- Measuring - модифицирана версия на диференциалния усилвател. Инструменталният усилвател изпълнява същата функция като диференциалния усилвател, само чеима възможност за регулиране на усилването с помощта на потенциометър, свързващ входовете на два операционни усилвателя. Дизайнът на такъв усилвател е много по-сложен и включва не един, а три операционни усилвателя.
Колко трудно е да се работи с операционни усилватели? За схеми на операционни усилватели понякога може да е трудно да се намерят подходящи компоненти като резистори и кондензатори, тъй като се изисква внимателно съвпадение на елементите не само в номиналните стойности, но и в материалите.
UMZCH на интегрални схеми
Интегралните схеми са устройства, специално проектирани за изпълнение на определена задача. В случая на UMZCH една малка микросхема замества голяма каскада от транзистори, операционни усилватели или вакуумни устройства.
В момента TDA чиповете с различни серийни номера, като TDA7057Q или TDA2030, са много популярни. Има огромен брой UMZCH вериги на микросхеми.
В състава си те имат голям брой резистори, кондензатори и операционни усилватели, оборудвани в много малък корпус, чийто размер не надвишава монети от 1 или 2 рубли.
Проектиране на UMZCH
Преди закупуване на необходимите части и ецване на проводниците на текстолитната платка е необходимо да се изяснят стойноститена резисторите и кондензаторите, както и да се изберат желаните модели транзистори, операционни усилватели или интегрални схеми.
Това може да се направи на компютър с помощта на специален софтуер като NI Multisim. ATТази програма е събрала голяма база данни от електронни компоненти. С негова помощ можете да симулирате работата на всякакви електронни устройства, дори като вземете предвид грешки, да проверите веригите за работоспособност.
С помощта на такъв софтуер е особено удобно да се тестват мощни UMZCH вериги.
200W транзисторна стерео усилвателна схема
Схемата, разгледана в този раздел, е много по-сложна от описаната по-горе. Но неговите усилвателни свойства са по-добри от тези на дизайните, базирани на биполярни транзистори с полеви транзистори, както и операционни усилватели и интегрални схеми, които вече бяха цитирани в статията.
Този продукт включва следните артикули:
- Резистори.
- Кондензатори (полярни и неполярни).
- Диоди.
- Ценеров диод.
- предпазители.
- N-p-n-тип биполярни транзистори.
- P-n-p биполярни транзистори.
- P-канален IGFETs.
- Изолирана порта FET с n-канал.
Параметри на този усилвател на мощност:
- Pноминална мощност=200W (на канал).
- Uмощност на изходния етап=50V (разрешени са леки отклонения).
- Iпочивка на изходния етап=200 mA.
- Iостаналата част от един изходен транзистор=50 mA.
- Uчувствителност=0,75 V.
Всички основни части на това устройство (трансформатор, системаохлаждане под формата на радиатори и самата платка) са разположени върху анодизирано шаси, изработено от листов дуралуминий, чиято дебелина е 5 мм. Предният панел на устройството и копчетата за регулиране на силата на звука са изработени от същия материал.
Трансформатор с две намотки от 35 V може да бъде закупен готов. Желателно е да изберете ядро с тороидална форма (работата му е проверена в тази схема), а мощността трябва да бъде 300 W.
Захранването за веригата също трябва да бъде сглобено независимо според захранващата верига UMZCH. За да го конструирате, ще ви трябва предпазител, трансформатор, диоден мост, както и четири полярни кондензатора.
Захранващата верига UMZCH е дадена в същия раздел.
Три прости истини, които трябва да запомните, когато сглобявате всяка електрическа верига:
- Уверете се, че спазвате полярността на полярните кондензатори. Ако объркате плюс и минус в малка схема на усилвател, тогава няма да се случи нищо ужасно, веригата UMZCH просто няма да работи, но именно поради такава незначителна, на пръв поглед грешка, паднаха ракети с оборудване и екипаж на борда
- Не забравяйте да спазвате полярността на диодите: катодът с анода също е забранен за смяна. За ценеров диод това правило също е от значение.
- Основното е, че трябва да запоявате части само там, където има контактна точка на диаграмата. Повечето дефектни електрически вериги не работят точно, защото инсталаторът не е запоил частите или ги е запоил там, където не са били необходими.
Включена ли е тази схема в една от най-добрите схеми на UMZCH? Може би. Всичко зависи отжеланията на потребителя.
Схема на Сухов
Ако предишната схема на усилвател на мощност може да бъде сглобена самостоятелно, тъй като включва сравнително малко елементи, тогава е по-добре да не сглобявате веригата на усилвателя на Сухов ръчно. Защо? Поради огромния брой елементи и връзки има голям шанс да направите грешка, поради което цялата значителна работа ще трябва да бъде извършена отново.
Всъщност е неправилно схемата, дадена в този раздел, да се нарича схема на Сухов. Това е UMZCH с висока точност на модела VVS-2011 (в този раздел е дадена схематична диаграма на UMZCH от този тип). В състава си той не съдържа полеви транзистори, но включва:
- Ценер диоди.
- Нелинейни резистори.
- Обикновени резистори.
- Полярни и неполярни кондензатори.
- Диоди.
- Биполярни транзистори от двата типа.
- OpAmps.
- Дросел.
Възможности за това включване:
- P=150W при Rтовар=8 ома.
- Линейност: 0,0002 до 0,0003% при 20kHz, P=100W и Rтовар=4 ома.
- Поддръжка за константа U=0 V.
- Налична компенсация на съпротивлението на AC проводника.
- Наличие на текуща защита.
- Наличие на защита на веригата UMZCH от Uизход=const.
- Наличност на мек старт.
Тази верига е сглобена в индустриален мащаб и се побира на малка платка. Разположението на проводниците и разположението на елементите могат да бъдат намерени в Интернет,където тези материали са свободно достъпни.
Схемите от поредицата Сухов са една от най-добрите UMZCH схеми.
Резултат
Усилвател на звукова мощност е много популярно устройство както сред професионалните музиканти, така и сред обикновените любители на музиката. UMZCH се изпълняват както на базата на вакуумни устройства и транзистори, така и на базата на операционни усилватели, интегрални схеми.
Такива устройства могат да бъдат закупени в специализирани магазини или можете да направите свои собствени. По отношение на цената, ламповите усилватели са най-скъпите, а интегралните схеми са най-евтините.
UMZCH тръбните вериги имат по-високо качество на усилване от интегралните или транзисторни UMZCH схеми. Поради тази причина хората са готови да купуват такива устройства за ₽50 000, и за ₽100 000, и за ₽450 000.
Когато сами сглобявате усилватели, запомнете следните правила:
- Строго е забранено да се бъркат полярностите на диоди, ценерови диоди и други анодно-катодни устройства, както и полярни кондензатори. Това е изпълнено с факта, че сглобената в резултат верига UMZCH няма да работи.
- При сглобяване на веригата трябва да запоите частите, където има точка на допир на чертежа. Звучи като очевидното правило. Това е вярно, но много инсталатори забравят за това.
Ако използвате всички препоръки, дадени по-горе, можете сами да сглобите добър усилвател на звукова мощност според схемата UMZCH на транзистори или други елементи.
