Cum amplificator audio

amplificator audio sau un amplificator de joasă frecvență, care ar înțelege cum totul încă mai funcționează și de ce există atât de multe tranzistori bune, rezistențe și condensatori, este necesar să se înțeleagă modul în care fiecare element și să încerce să afle modul în care sunt aranjate aceste elemente. Pentru a asambla o putere primitivă, avem nevoie de trei tipuri de componente electronice: rezistențe, condensatori și tranzistori, desigur.

Așa că noi rezistențe sunt caracterizate prin rezistență la curentul electric, iar rezistența este măsurată în ohmi. Fiecare din metal conductiv electric sau aliaj metalic au rezistivitate lor. Dacă luăm o anumită lungime de sârmă cu rezistență mare, atunci vom obține o adevărată rezistor de sârmă. Pentru că ar fi rezistor compact, un fir poate fi înfășurat pe cadru. Astfel, vom obține un rezistor de sârmă, dar are mai multe dezavantaje, astfel încât rezistențe sunt de obicei realizate dintr-un material metalo-ceramic. Acesta este desemnat astfel de rezistențe de pe schemele electrice:

Denumirile superioare varianta adoptată în Statele Unite, mai mici în România și în Europa.

condensator

Condensatorul constă dintr-un două plăci de metal separate de un izolator. Dacă vom furniza în placa de o tensiune constantă, apar câmpul electric, care, după o pană de curent se va menține plăcile din sarcinile pozitive și negative, respectiv.

Astfel, condensatorul poate acumula o sarcină electrică. Această capacitate de a acumula o sarcina electrica numita capacitate. care este parametrul principal al condensatorului. Capacitance se măsoară în Farazi. Ceea ce este mai caracteristic este faptul că, atunci când taxa de descărcare de gestiune sau un condensator, acesta trece printr-un curent electric. Dar, de îndată ce taxa de condensator, acesta încetează să treacă un curent electric, iar acest lucru se datorează faptului că a primit taxa condensator de putere, adică potențialul condensator și o sursă de alimentare sunt aceleași, iar în cazul în care nu există nici o diferență de potențial (o tensiune), fără curent electric. Astfel, condensatorul încărcat nu trece curent continuu, dar alternativ trece curent, ca atunci când este conectat la un curent electric alternativ, acesta va fi în mod continuu încărcat și descărcat. La circuitele electrice desemnate după cum urmează:

tranzistor

În acest amplificator, vom folosi cele mai simple tranzistoare bipolare. Un tranzistor realizat dintr-un material semiconductor. dreptul de proprietate pentru noi acest material - prezența în ele a transportatorilor liberi de ambele sarcini pozitive și negative. În funcție de faptul dacă orice costuri mai multe semiconductori pentru a distinge două tipuri de conducere: n-tip și p-tip (n-negativ, p-pozitiv). sarcini negative - sunt electroni, eliberați din cochilii exterioare ale atomilor rețelei cristaline și pozitiv - așa-numitele găuri. Hole - un spațiu liber rămas în cojile de electroni după părăsirea electronii lor. Convențional notat atomi cu un electron în cercul albastru orbita exterior cu semnul minus, iar atomii cu locuri vacante - cerc gol:

Fiecare tranzistor bipolar este format din trei zone astfel semiconductori, aceste zone sunt denumite de bază, emițător și colector.

Luați în considerare exemplul tranzistorului. Pentru acest tranzistor pentru a conecta două baterii de 1,5 și 5 volți, plus emițător, și mai puțin la bază și colector, respectiv (a se vedea desenul):

La baza de contact și emitor primi câmpul electromagnetic care trage literalmente electronii de la baza externă a atomilor orbită și le transportă în emițător. electroni liberi rezervă găuri și ocupă locurile vacante deja în emițător. Același câmp electromagnetic are același efect asupra atomilor colector, precum și ca bază în tranzistorul este suficient relativ subțire la emițător și colector, electronii colector trec destul de ușor prin ea în emițător și în cantități mult mai mari decât cele din baza de date.

Dacă ne deconectați alimentarea de la bază, atunci nu există nici un câmp electromagnetic nu va, iar baza va servi ca un dielectric, iar tranzistorul este închis. Astfel, atunci când este aplicat la baza de tensiune suficient de mici, putem controla tensiunea în creștere este aplicată la emițător și colector.

Am considerat tranzistor pnp-tip, deoarece are două valențe bandă p și una n -zone. Există, de asemenea, npn -tranzistory, principiul acțiunii în ele este aceeași, dar curentul electric curge în ele în direcția opusă decât în ​​tranzistorul de contact de mai sus. Acesta este modul în care tranzistoare bipolare sunt indicate pe diagramele de circuit, săgeata indică direcția curentului:

Ei bine, încercați să proiecteze tot acest amplificator de joasă frecvență. Pentru a începe, avem nevoie de un semnal pe care le va fi consolidat, acest lucru poate fi placa de sunet computer sau orice alt dispozitiv audio cu nivel de ieșire linie. Să presupunem că semnalul cu o amplitudine maximă de aproximativ 0,5 volți la un curent de 0,2 A, astfel:

Care ar fi cel mai ușor câștigat 4 ohm difuzor 10 Watt, avem nevoie pentru a crește amplitudinea semnalului la 6 volți la un curent I = U / R = 6/4 = 1,5 A.

Deci, încercați să vă conectați semnalul nostru la tranzistor. Nu uitați circuitul nostru cu un tranzistor și două baterii, acum, în loc de baterie de 1,5 V, avem o linie de ieșire de semnal. Rezistența R1 servește ca o sarcină, astfel încât nu a existat nici un scurt-circuit și tranzistorul nostru nu a ars.

Dar aici există două probleme, în primul rând nostru de tip NPN tranzistor, și poate fi deschis numai cu o jumătate de ciclu pozitiv, și cu o închidere negativă.

În al doilea rând tranzistor, precum și orice dispozitiv semiconductor are o caracteristică neliniară în raport cu tensiune și curent și valoarea curentului inferior și tensiunea este mai mare distorsiunea:

Nu numai că, de la semnalul nostru a fost doar o jumătate de val, așa că încă și va fi distorsionată:

Aceasta este așa-numita etapa de denaturare crossover.

Pentru a scăpa de aceste probleme, avem nevoie pentru a comuta semnalul nostru în zona de lucru a tranzistorului, care toate se potrivesc semnal de undă sinusoidală și distorsiunea armonică va fi neglijabil. Pentru aceasta este alimentat la tensiunea de polarizare de bază, să zicem 1 V, prin intermediul compus din două rezistențe R2 și R3 al divizorului de tensiune.

Iar semnalul de intrare în tranzistor va arăta astfel:

Acum trebuie să-și retragă semnalul util la colectorul tranzistorului. Pentru a face acest lucru, condensatorul C1:

După cum ne amintim condensator trece de curent alternativ, și nu transmite o constantă, așa că ne va servi doar filtrul nostru trece semnalul dorit - unda sinusoidală nostru. O componentă de curent continuu nu este trecut prin condensator va fi împrăștiate în întreaga rezistorul R1. Curent alternativ este același, semnalul dorit va tinde să treacă prin condensator, condensator astfel încât rezistența la este neglijabilă în comparație cu rezistenta R1.

Care a transformat prima etapă tranzistor amplificator al nostru. Dar există încă două nuanțe mici:

Nu știm 100% ce semnal intră în amplificator, dintr-o dată toate același semnal sursă este defect, orice se poate întâmpla, din nou, electricitatea statică, sau împreună cu tensiunea semnalului util este menținută constantă. Acest lucru poate provoca tranzistorul nu funcționează corect, sau chiar să provoace o cădere. Pentru a stabili că condensatorul C2, condensatorul C1, ca va bloca un curent electric continuu, precum și capacitatea limitată a condensatorului nu vor lipsi marile varfuri de amplitudine care poate ruina tranzistor. O astfel de vârfurile de tensiune apar de obicei la pornirea sau oprirea dispozitivului.

A doua caveat, orice sursă necesită anumite sarcină specifică (rezistență). De aceea, pentru noi este important să impedanta de intrare a cascadei. Pentru a regla impedanța de intrare în circuitul emițător pentru a adăuga un rezistor R4:

Acum știm ce fiecare rezistor și condensator într-un stadiu tranzistor. Să încercăm acum să calculeze ce valori componente pentru a utiliza pentru ea.

1 - tensiune emitor-bază a punctului de operare tranzistor;

Alegerea unui tranzistor potrivit pentru noi 2N2712 NPN -tranzistor

• P max = 200 mW - disipare de putere maximă;
• I Max = 100 mA - colector maxim de curent constant;
• U max = 18 - makcimalno admisibilă de tensiune colector-bază / colector-emitor (Noi tensiune de 12 V, deci suficient cu stocul);
• U eb = 5 V - tensiune makcimalno admisă emițător-bază (tensiune de 1 volt noastre ± 0,5 volți);
• H21 = 75-225 - baza de factor de amplificare curent este valoarea minimă - 75;

1. Ne așteptăm ca tranzistorul de putere maximă statică, este nevoie de 20% mai mică decât disipată maximă de putere, astfel încât tranzistorul nostru nu funcționează la capacitate maximă:

St.max P = 0.8 * P max = 0,8 * 200 mW = 160 mW;

Definim curentul de colector în mod static (fără semnal), în ciuda că tensiunea de bază nu este furnizată prin tranzistorul este încă într-un grad mic fluxuri de curent electric.

I K0 st.max = P / U kOe. unde U ke - tranziție tensiune colector-emitor. Tranzistorul disipa jumătate din tensiunea de alimentare, a doua jumătate va fi disipată în rezistențe:

I K0 st.max = P / (U / 2) = 160 mW / (12V / 2) = 26,7 mA;

Acum, să calculeze rezistența de sarcină, inițial am avut un rezistor R1, care este de a-și îndeplini acest rol, dar din moment ce am adăugat un rezistor R4 pentru a crește impedanța de intrare a cascadei, iar acum rezistența de sarcină va consta în R1 și R4:

N R = R1 + R4. în care R n - rezistența totală a sarcinii;

Raportul dintre R1 și R4 este luată de obicei 1 până la 10:

Calculați rezistența de sarcină:

R1 + R4 = (U / 2) / I K0 = (12V / 2) / 26,7 mA = (12V / 2) / A = 224.7 0,0267 ohmi;

Cel mai apropiat valori rezistor este de 200 și 27 ohmi. R1 = 200 Ohmi și R4 = 27 Ohmi.

Acum vom găsi tensiunea la colectorul tranzistorului fără semnal:

Curent de bază de control tranzistor:

I b = I o / H21. unde am k - un colector de curent;

I b = (U / R n) / H21 = (12V / (200 ohmi + 27 Ohm)) / 75 = 0,0007 A = 0,07 mA;

Full curent de bază este determinată de tensiunea de polarizare pe baza căruia este stabilită divizor R2 și R3. divizorului de curent cerut să fie de 5-10 ori mai mult curent unitate de bază (I b), care ar fapt bazeze curent de control nu afectează tensiunea de polarizare. Astfel, pentru valori ale divizorului (I cazuri) accepta curent 7 mA și numărare R2 și R3.

R2 + R3 = U / I = 12V cazuri / 0,007 = 1,714.3 ohmi

Acum, să se calculeze tensiunea emițător a tranzistorului în starea de repaus (U e):

U k0 e = I * R4 = 0,0267 A 27 ohm * = 0,72 în

Da, am K0 colector curent de odihnă, dar același curent trece prin emițător, așa că eu cred că k0 curent odihnă toate tranzistori.

Ne așteptăm bazat pe tensiunea totală (U B), luând în considerare tensiunea de polarizare (U cm = 1V):

U b = U e + U cm = 0.72 + 1 = 1,72 în

Acum, prin intermediul divizorului de tensiune cu formula vom găsi valorile rezistențe R2 și R3:

R3 = (R2 + R3) * U b / U = 1714,3 * 1,72 ohm / 12 V = 245,7 ohmi;

Cea mai apropiată valoare rezistor de 250 ohmi;

R2 = (R2 + R3) - R3 = 1714,3 Ohms - 250 Ohmi Ohms = 1464.3;

Valoarea rezistorului aleasă în direcția de scădere, cel mai apropiat R2 = 1,3 kW.

Condensatoarele C1 și C2 este stabilit în general nu mai puțin de 5 microfarazi. Capacitatea este aleasă astfel încât condensatorul nu ar avea timp să reîncărcați, în caz contrar acesta va fi tăiat „vârfurile“ semnalul nostru. De altfel o tehnică similară este utilizată pentru a crea un efect de chitară «overdrive»:

concluzie

La sfârșitul cascadei primim în mod proporțional cu semnalul amplificat, iar puterea de curent și tensiune, adică. Dar una din cascada nu va fi suficient pentru câștigul dorit, așa că trebuie să adăugați următorul și următorul ... și așa mai departe.

Calculul Considerat mai degrabă superficial și acest circuit amplificator nu este cu siguranță utilizat în structura amplificatorului, nu trebuie să ne uităm gama de frecvențe omitere, distorsiune, și mai mult.