Transistör amplifikatörü, zaten uzun geçmişine rağmen, hem yeni başlayanlar hem de deneyimli radyo amatörleri için favori bir çalışma konusu olmaya devam ediyor. Ve bu anlaşılabilir. En popüler amatör radyo cihazlarının vazgeçilmez bir bileşenidir: radyo alıcıları ve düşük (ses) frekans yükselticileri. En basit düşük frekanslı transistör amplifikatörlerinin nasıl yapıldığına bakacağız.
Amper frekans yanıtı
Herhangi bir televizyon veya radyo alıcısında, her müzik merkezinde veya ses yükselticisinde, transistörlü ses yükselticileri (düşük frekans - LF) bulabilirsiniz. Ses transistörlü amplifikatörler ile diğer türler arasındaki fark, frekans tepkilerinde yatmaktadır.
Transistör ses yükselticisinin, 15 Hz ila 20 kHz arasındaki frekans bandında tek tip bir frekans yanıtı vardır. Bu, bu aralıktaki bir frekansa sahip tüm giriş sinyallerinin amplifikatör tarafından dönüştürüldüğü (amplifiye edildiği) anlamına gelir. Aynı sayılır. Aşağıdaki şekil, "amplifikatör kazancı Ku - giriş sinyali frekansı" koordinatlarında bir ses yükselticisi için ideal frekans yanıt eğrisini göstermektedir.
Bu eğri 15Hz'den 20kHz'e neredeyse düz. Bu, böyle bir yükselticinin özellikle 15 Hz ile 20 kHz arasındaki frekanslara sahip giriş sinyalleri için kullanılması gerektiği anlamına gelir. 20 kHz'in üzerinde veya 15 Hz'nin altında frekanslara sahip giriş sinyalleri için verimliliği ve performansı hızla bozulur.
Amplifikatörün frekans yanıtının türü, devresinin elektriksel radyo elemanları (ERE) ve her şeyden önce transistörlerin kendileri tarafından belirlenir. Transistörlere dayalı bir ses yükseltici genellikle, onlarca ve yüzlerce Hz ila 30 kHz arasında toplam giriş sinyali bant genişliğine sahip düşük ve orta frekanslı transistörler üzerine monte edilir.
Amplifikatör sınıfı
Bildiğiniz gibi, akımın periyodu boyunca transistör yükseltme aşaması (amplifikatör) boyunca süreklilik derecesine bağlı olarak, çalışmasının aşağıdaki sınıfları ayırt edilir: "A", "B", "AB", "C", "D ".
Çalışma sınıfında, akım "A", giriş sinyali periyodunun %100'ü boyunca kademeden akar. Bu sınıftaki kaskad aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
"AB" sınıfı amplifikatör aşamasında, akım bunun üzerinden %50'den fazla, ancak giriş sinyali periyodunun %100'ünden daha az akar (aşağıdaki şekle bakın).
"B" aşamasının çalışma sınıfında, şekilde gösterildiği gibi akım, giriş sinyalinin periyodunun tam olarak %50'si boyunca akar.
Son olarak, "C" aşaması işlem sınıfında akım, giriş sinyali periyodunun %50'sinden daha az bir süre boyunca içinden akar.
LF-transistör amplifikatörü: ana iş sınıflarında bozulma
Çalışma alanında, "A" sınıfı transistör amplifikatörü düşük düzeyde doğrusal olmayan bozulmaya sahiptir. Ancak sinyalde, transistörlerin doygunluğuna yol açan voltajda darbe dalgalanmaları varsa, çıkış sinyalinin her bir "standart" harmoniğinin etrafında daha yüksek harmonikler (11'e kadar) görünür. Bu, sözde transistörlü veya metalik ses olgusuna neden olur.
Transistörlerdeki düşük frekanslı güç yükselteçleri kararsız bir güç kaynağına sahipse, çıkış sinyalleri ana frekansa yakın genlikte modüle edilir. Bu, frekans yanıtının sol kenarında sesin sertliğine yol açar. Çeşitli voltaj sabitleme yöntemleri, amplifikatör tasarımını daha karmaşık hale getirir.
Tek uçlu A Sınıfı amplifikatörün tipik verimliliği, her zaman açık transistör ve DC bileşeninin sürekli akışı nedeniyle %20'yi geçmez. A sınıfı bir amplifikatör itme-çekme yapabilirsiniz, verim biraz artar, ancak sinyalin yarım dalgaları daha asimetrik hale gelir. Kaskadın "A" işçi sınıfından "AB" işçi sınıfına aktarımı, devresinin verimliliği artmasına rağmen doğrusal olmayan bozulmayı dört katına çıkarır.
B"AB" ve "B" sınıflarının amplifikatörleri, sinyal seviyesi azaldıkça bozulma artar. Müziğin gücünü ve dinamiklerini tam olarak hissetmek için böyle bir amplifikatörü istemeden daha yüksek sesle açmak istersiniz, ancak çoğu zaman bu pek yardımcı olmaz.
Orta seviye meslek sınıfları
İş sınıfı "A"nın bir varyasyonu vardır - "A+" sınıfı. Bu durumda, bu sınıftaki amplifikatörün düşük voltajlı giriş transistörleri "A" sınıfında çalışır ve amplifikatörün yüksek voltajlı çıkış transistörleri, giriş sinyalleri belirli bir seviyeyi aştığında "B" sınıflarına girer veya "AB". Bu tür kaskadların verimliliği, saf "A" sınıfından daha iyidir ve doğrusal olmayan bozulma daha azdır (% 0.003'e kadar). Ancak, çıkış sinyalinde daha yüksek harmoniklerin varlığı nedeniyle "metalik" de ses çıkarırlar.
Başka bir sınıfın yükselticileri - "AA" daha da düşük doğrusal olmayan bozulma derecesine sahiptir - yaklaşık %0,0005, ancak daha yüksek harmonikler de mevcuttur.
A Sınıfı transistör amplifikatörüne geri dön?
Bugün, yüksek kaliteli ses üretimi alanındaki birçok uzman, lineer olmayan bozulmanın ve çıkış sinyaline getirdikleri daha yüksek harmoniklerin seviyesi, transistörlerinkinden açıkça daha düşük olduğundan, tüp amplifikatörlere geri dönüşü savunuyor.. Bununla birlikte, bu avantajlar, yüksek empedanslı tüp çıkış aşaması ve düşük empedanslı hoparlörler arasında uyumlu bir transformatör ihtiyacı ile büyük ölçüde dengelenir. Bununla birlikte, aşağıda gösterildiği gibi bir transformatör çıkışı ile basit bir transistörlü amplifikatör yapılabilir.
Ayrıca, tüm aşamaları tek uçlu, negatif geri besleme ile kapsanmayan ve "A" sınıfında çalışan, nihai ses kalitesini yalnızca hibrit tüp-transistörlü bir amplifikatörün sağlayabileceğine dair bir bakış açısı vardır. Yani, böyle bir güç takipçisi, tek bir transistördeki bir amplifikatördür. Şeması, elde edilebilecek maksimum verime ("A" sınıfında) %50'den fazla olmayan bir değere sahip olabilir. Ancak amplifikatörün ne gücü ne de verimliliği, ses üretiminin kalitesinin göstergesi değildir. Aynı zamanda devredeki tüm ERE'lerin özelliklerinin kalitesi ve doğrusallığı özel bir önem taşır.
Tek uçlu devreler bu perspektifi elde ettikçe, aşağıda seçeneklerine bakacağız.
Tek uçlu tek transistörlü amplifikatör
"A" sınıfında çalışma için giriş ve çıkış sinyalleri için ortak bir emitör ve R-C bağlantıları ile yapılan devresi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Bir n-p-n transistör Q1'i gösterir. Kolektörü, akım sınırlayıcı bir direnç R3 aracılığıyla +Vcc pozitif terminaline bağlanır ve emitörü -Vcc'ye bağlanır. p-n-p transistör yükselticisi aynı devreye sahip olacak, ancak güç kaynağı kabloları ters çevrilecek.
C1, AC giriş kaynağını DC voltaj kaynağı Vcc'den ayıran bir ayırma kapasitörüdür. Aynı zamanda, C1, transistör Q1'in baz-yayıcı bağlantısından alternatif bir giriş akımının geçişini engellemez. Dirençlerle birlikte R1 ve R2 dirençleri"E - B" geçişi, statik modda transistör Q1'in çalışma noktasını seçmek için bir voltaj bölücü Vcc oluşturur. Bu devre için tipik olan R2=1 kOhm değeridir ve çalışma noktasının konumu Vcc / 2'dir. R3 bir kollektör devresi yük direncidir ve kollektör üzerinde değişken voltaj çıkış sinyali oluşturmak için kullanılır.
Vcc=20 V, R2=1 kOhm ve akım kazancının h=150 olduğunu varsayalım. Yayıcıdaki voltajı Ve=9 V olarak seçiyoruz ve "A - B" geçişindeki voltaj düşüşü Vbe=0,7 V'a eşit olarak alınır. Bu değer, sözde silikon transistöre karşılık gelir. Germanyum transistörlere dayalı bir amplifikatör düşünüyor olsaydık, "E - B" açık bağlantısı boyunca voltaj düşüşü Vbe=0,3 V olurdu.
Yayıcı akımı, yaklaşık olarak kollektör akımına eşittir
Ie=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Temel akım Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
R1 direnci boyunca voltaj düşüşü
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9.7V=10.3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
Yayıcı akımın (aslında kollektör akımı) değişken bileşeninin geçişi için bir devre oluşturmak için C2 gereklidir. Eğer orada olmasaydı, o zaman R2 direnci değişken bileşeni ciddi şekilde sınırlardı, böylece söz konusu bipolar transistör amplifikatörü düşük akım kazancına sahip olurdu.
Hesaplamalarımızda, Ic=Ib h olduğunu varsaydık, burada Ib, emitörden kendisine akan ve tabana bir öngerilim gerilimi uygulandığında ortaya çıkan temel akımdır. Ancak, her zaman taban aracılığıyla (hem ofsetli hem de ofsetsiz)ayrıca Icb0 kollektöründen bir kaçak akım var. Bu nedenle, gerçek kollektör akımı Ic=Ib h + Icb0 h'dir, yani. OE'li devredeki kaçak akım 150 kat büyütülür. Germanyum transistörlerine dayalı bir amplifikatör düşünüyor olsaydık, bu durumun hesaplamalarda dikkate alınması gerekirdi. Gerçek şu ki, germanyum transistörler, birkaç μA düzeyinde önemli bir Icb0 değerine sahiptir. Silikonda, üç büyüklük mertebesi daha küçüktür (yaklaşık birkaç nA), bu nedenle hesaplamalarda genellikle ihmal edilir.
Tek uçlu MIS transistör amplifikatörü
Herhangi bir alan etkili transistör amplifikatörü gibi, söz konusu devrenin de iki kutuplu transistör amplifikatörleri arasında bir analogu vardır. Bu nedenle, ortak bir yayıcı ile önceki devrenin bir analogunu düşünün. "A" sınıfında çalışması için giriş ve çıkış sinyalleri için ortak bir kaynak ve R-C bağlantıları ile yapılır ve aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Burada C1, AC giriş kaynağının DC voltaj kaynağı Vdd'den ayrıldığı aynı ayırma kapasitörüdür. Bildiğiniz gibi, herhangi bir alan etkili transistör amplifikatörü, MOS transistörlerinin kapı potansiyeli, kaynaklarının potansiyellerinin altında olmalıdır. Bu devrede kapı, tipik olarak yüksek dirençli (100 kΩ ila 1 MΩ) R1 ile topraklanır, böylece giriş sinyalini şönt etmez. Pratikte R1 üzerinden akım yoktur, bu nedenle bir giriş sinyalinin yokluğunda kapı potansiyeli toprak potansiyeline eşittir. Kaynak potansiyeli, R2 direnci üzerindeki voltaj düşüşü nedeniyle toprak potansiyelinden daha yüksektir. YaniBöylece kapı potansiyeli, Q1'in normal çalışması için gerekli olan kaynak potansiyelinden daha düşüktür. Kondansatör C2 ve direnç R3, önceki devredekiyle aynı amaca sahiptir. Bu ortak kaynaklı bir devre olduğundan, giriş ve çıkış sinyalleri 180° faz dışıdır.
Transformer Çıkış Amplifikatörü
Aşağıdaki şekilde gösterilen üçüncü tek kademeli basit transistör amplifikatör de "A" sınıfında çalışmak için ortak emitör devresine göre yapılmıştır, ancak düşük empedanslı bir hoparlöre uygun bir transformatör.
T1 transformatörünün birincil sargısı, Q1 transistörünün kollektör devresi yüküdür ve bir çıkış sinyali geliştirir. T1 çıkış sinyalini hoparlöre gönderir ve transistörün çıkış empedansının düşük (birkaç ohm mertebesinde) hoparlör empedansıyla eşleşmesini sağlar.
Kollektör güç kaynağı Vcc'nin R1 ve R3 dirençleri üzerine monte edilmiş voltaj bölücüsü, transistör Q1'in çalışma noktasının seçimini sağlar (tabanına bir ön gerilim beslemesi sağlar). Amplifikatörün kalan elemanlarının amacı önceki devrelerdekiyle aynıdır.
Push-pull ses yükseltici
İki transistörlü push-pull düşük frekanslı amplifikatör, giriş ses sinyalini, her biri kendi transistör aşaması tarafından güçlendirilen iki faz dışı yarım dalgaya böler. Böyle bir amplifikasyon gerçekleştirildikten sonra, yarım dalgalar, hoparlör sistemine iletilen tam bir harmonik sinyalde birleştirilir. Düşük frekansın böyle bir dönüşümüsinyal (bölme ve yeniden füzyon), elbette, devrenin iki transistörünün frekans ve dinamik özelliklerindeki fark nedeniyle, içinde geri dönüşü olmayan bozulmaya neden olur. Bu bozulma, amplifikatörün çıkışındaki ses kalitesini düşürür.
"A" sınıfında çalışan itme-çekme amplifikatörleri, kollarında sürekli olarak artan bir sabit akım aktığı için karmaşık ses sinyallerini yeterince iyi üretmez. Bu, sinyalin yarım dalgalarının asimetrisine, faz bozulmalarına ve nihayetinde ses anlaşılırlığının kaybına yol açar. Isıtıldığında, iki güçlü transistör, düşük ve kızıl ötesi frekanslardaki sinyal bozulmasını ikiye katlar. Ancak yine de, itme-çekme devresinin ana avantajı, kabul edilebilir verimliliği ve artan çıkış gücüdür.
Push-pull transistör güç amplifikatör devresi şekilde gösterilmiştir.
Bu, "A" sınıfı bir amplifikatördür, ancak "AB" sınıfı ve hatta "B" sınıfı da kullanılabilir.
Trafosuz Transistör Güç Amplifikatörü
Transformatörler, minyatürleştirmelerindeki ilerlemeye rağmen hala en hacimli, ağır ve pahalı ERE'dir. Bu nedenle, transformatörü farklı tiplerde (n-p-n ve p-n-p) iki güçlü tamamlayıcı transistör üzerinde çalıştırarak itme-çekme devresinden çıkarmanın bir yolu bulundu. Çoğu modern güç amplifikatörü bu prensibi kullanır ve "B" sınıfında çalışmak üzere tasarlanmıştır. Böyle bir güç amplifikatörünün devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Her iki transistörü de ortak bir kollektör (verici takipçisi) devresine göre bağlanmıştır. Bu nedenle devre, giriş voltajını amplifikasyon olmadan çıkışa aktarır. Giriş sinyali yoksa, her iki transistör de açık durumunun sınırındadır ancak kapalıdır.
Harmonik bir sinyal girildiğinde, pozitif yarım dalgası TR1'i açar ancak p-n-p transistör TR2'yi tam kesme moduna geçirir. Böylece, yükten yalnızca yükseltilmiş akımın pozitif yarım dalgası akar. Giriş sinyalinin negatif yarım dalgası sadece TR2'yi açar ve TR1'i kapatır, böylece yüke güçlendirilmiş akımın negatif yarım dalgası sağlanır. Sonuç olarak, yüke tam güçle güçlendirilmiş (akım amplifikasyonu nedeniyle) sinüzoidal sinyal verilir.
Tek transistör amplifikatör
Yukarıdakileri özümsemek için, kendi ellerimizle basit bir transistör amplifikatörü kuracağız ve nasıl çalıştığını anlayacağız.
BC107 tipi düşük güçlü bir T transistörünün yükü olarak, 2-3 kOhm dirençli kulaklıkları açıyoruz, tabana öngerilim voltajını 1 yüksek dirençli R direncinden uyguluyoruz MΩ, temel devre T'de 10 μF ila 100 μF kapasiteli dekuplaj elektrolitik kapasitör C'yi açıyoruz. Devreye 4,5 V / 0,3 A pil ile güç vereceğiz.
Eğer direnç R bağlı değilse, ne taban akımı Ib ne de kollektör akımı Ic yoktur. Direnç bağlıysa, tabandaki voltaj 0,7 V'a yükselir ve içinden Ib \u003d 4 μA akım akar. katsayıtransistörün mevcut kazancı 250'dir, bu da Ic=250Ib=1 mA verir.
Basit bir transistör amplifikatörünü kendi ellerimizle monte ettikten sonra, şimdi test edebiliriz. Kulaklıkları bağlayın ve parmağınızı diyagramın 1. noktasına yerleştirin. Bir gürültü duyacaksınız. Vücudunuz şebekeden gelen radyasyonu 50 Hz frekansında algılar. Kulaklıklardan duyduğunuz gürültü, yalnızca transistör tarafından güçlendirilen bu radyasyondur. Bu süreci daha ayrıntılı olarak açıklayalım. 50 Hz'lik bir AC voltajı, C kondansatörü aracılığıyla transistörün tabanına bağlanır. Tabandaki voltaj şimdi, direnç R'den gelen DC öngerilim voltajının (yaklaşık 0,7 V) ve AC parmak voltajının toplamına eşittir. Sonuç olarak, kollektör akımı 50 Hz frekanslı alternatif bir bileşen alır. Bu alternatif akım, hoparlörlerin zarını aynı frekansta ileri geri hareket ettirmek için kullanılır, bu da çıkışta 50 Hz'lik bir ton duyabileceğimiz anlamına gelir.
50 Hz gürültü seviyesini duymak çok ilginç değil, bu nedenle düşük frekanslı kaynakları (CD çalar veya mikrofon) 1. ve 2. noktalara bağlayabilir ve güçlendirilmiş konuşma veya müzik duyabilirsiniz.
