Monet ihmiset tuntevat tilanteen, kun laite toistaa ääntä, mutta ei tee sitä niin kovaa kuin haluaisimme. Mitä tehdä? Voit ostaa muita äänentoistolaitteita tai ostaa äänitaajuustehovahvistimen (jäljempänä UMZCH). Lisäksi vahvistin voidaan koota käsin.
Tätä varten tarvitset vain perustiedot elektroniikasta, kuten kyvyn erottaa bipolaaritransistorin emitteri, kanta ja kollektori, nielu, lähde, portti kentällä sekä muita perustietoja.
Seuraavassa kuvataan tärkeimmät äänitehovahvistimien parametrit, joita tulisi parantaa suuremman vahvistuksen saavuttamiseksi, sekä näiden laitteiden yksinkertaisimmat piirit, jotka on koottu erilaisiin peruskomponentteihin, kuten tyhjiöputkiin, transistoreihin, operaatiovahvistimet ja integroidut piirit.
Lisäksi artikkelissa tarkastellaan korkealaatuista UMZCH-järjestelmää. Se vaikuttaa sen koostumukseen, parametreihin ja suunnitteluominaisuuksiin. Myös UMZCH Sukhov -ohjelma otetaan huomioon.
UMZCH-parametrit
Vahvistimen tärkein parametriteho - vahvistuskerroin. Se edustaa lähtösignaalin suhdetta tulosignaaliin ja on jaettu kolmeen erilliseen parametriin:
- Nykyinen voitto. KI=Iulos / Iin.
- Jännitevahvistus. KU=Uulos / Uin.
- Tehonlisäys. KP=Pulos / Pin.
UMZCH:n tapauksessa on järkevämpää ottaa huomioon tehon vahvistus, koska juuri tämä parametri vaatii vahvistusta, vaikka on typerää kiistää, että tehoarvo - sekä tulo- että lähtö - riippuu virrasta ja jännitearvot.
Tietenkin vahvistimilla on muita parametreja, kuten vahvistetun signaalin särökerroin, mutta ne eivät ole niin tärkeitä vahvistukseen verrattuna.
Muista, että täydellisiä laitteita ei ole olemassa. Ei ole olemassa UMZCH:ta, jolla on v altava voitto, vailla muita haittoja. Jotkin parametrit on aina uhrattava muiden vuoksi.
UMZCH sähkötyhjiölaitteissa
Sähkötyhjiölaitteet ovat laitteita, jotka sisältävät rakenteeltaan pullon, jossa on joko tyhjiö tai tietty kaasu, sekä vähintään kaksi elektrodia - katodi ja anodi.
Pullon sisällä voi olla kolme, viisi ja jopa kahdeksan lisäelektrodia. Lamppua, jossa on kaksi elektrodia, kutsutaan diodiksi (ei pidä sekoittaa puolijohdediodiin), kolmella - triodilla, viidellä - pentodilla.
Tyhjiöputkitehovahvistimeterittäin arvostettu sekä tavallisten musiikin ystävien että ammattimuusikoiden keskuudessa, koska putket tarjoavat "puhtaimman" vahvistuksen.
Tämä johtuu osittain siitä, että katodista ruiskutetut elektronit eivät kohtaa vastusta matkallaan anodille ja saavuttavat kohteen muuttumattomassa tilassa - niiden tiheys tai nopeus eivät ole moduloidut.
Putkuvahvistimet ovat markkinoiden kalleimpia. Tämä johtuu siitä, että sähkötyhjiölaitteita ei enää käytetty laaj alti viime vuosisadalla, ja niiden tuotannosta suurissa määrissä tuli kannattamatonta. Tämä on kappaletuote. Mutta tällaiset UMZCH:t ovat ehdottomasti rahansa arvoisia: verrattuna suosittuihin analogeihin, jopa integroiduissa piireissä, ero on selvästi kuultavissa. Eikä suosi pelimerkkejä.
Pubivahvistimia ei tietenkään tarvitse koota itse, voit ostaa niitä erikoisliikkeistä. Tyhjiölaitteiden vahvistimien hinta alkaa ₽50 000. Sieltä löytyy suhteellisen edullisia käytettyjä vaihtoehtoja (jopa 10 000 ₽), mutta ne voivat olla huonolaatuisia. Paljonko hyvät putkivahvistimet maksavat? Alkaen ₽ 100 000. Kuinka paljon erittäin hyvät vahvistimet maksavat? Useista sadoista tuhansista ruplista.
Lampuissa on paljon UMZCH-piirejä, tässä osiossa tarkastellaan perusesimerkkiä.
Yksinkertaisin vahvistin voidaan koota triodille. Se kuuluu yksitahtisten UMZCH-piirien luokkaan. Triodissa kolmas elektrodi on ohjausverkko, joka säätelee anodin virtaa. Vaihtojännite on kytketty siihen, ja käyttämällä lähdesignaalin suuruutta ja napaisuutta, voit jokopienennä tai lisää anodivirtaa.
Jos liität negatiivisen korkean potentiaalin verkkoon, elektronit asettuvat siihen ja virtapiirissä on nolla. Jos verkkoon kohdistetaan positiivinen potentiaali, elektronit katodista anodille kulkevat esteettä.
Anodin virtaa säätämällä voit muuttaa triodin toimintapistettä virta-jännite-ominaiskäyrällä. Tämän avulla voit säätää tämän sähkötyhjiölaitteen virran ja jännitteen (loppujen lopuksi teho) vahvistuksen määrää.
Yksinkertaisen triodivahvistimen kokoamiseksi sinun on kytkettävä säädettävä virtalähde ohjausverkkoon, asetettava katodille nollapotentiaali, anodille positiivinen. Liitäntävastus on yleensä kytketty anodiin. Kuorma on poistettava liitäntälaitteen ja anodin väliltä.
Vahvistetun signaalin laadun parantamiseksi voit kytkeä suodatinkondensaattorin sarjaan tai rinnan (kohtauksesta riippuen) kuormaan, kytkeä kondensaattorin ja katodin rinnan kytketyn vastuksen ja kytke ohjausverkkoon yksinkertainen kahden vastuksen jännitteenjakaja.
Teoreettisesti tehovahvistin voidaan koota klystronille lamppujen UMZCH-piirien mukaisesti. Klystron on sähkötyhjiölaite, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin diodi, mutta siinä on kaksi lisäliitintä signaalin syöttämiseen ja ulostuloon. Vahvistus tässä laitteessa johtuu katodin kollektoria kohti emittoimien elektronien virtauksen modulaatiosta (analogisesti anodin kanssa), ensin nopeuden ja sitten tiheyden suhteen.
UMZCH bipolaarisissa transistoreissa
Bipolaaritransistori - kahden diodin synteesi. Se on joko p-n-p tai n-p-n elementti, jossa on seuraavat komponentit:
- emitter;
- tukikohta;
- keräilijä.
Transistorien nopeus ja luotettavuus on yleensä suurempi kuin tyhjiölaitteiden. Ei ole mikään salaisuus, että aluksi elektroniset tietokoneet toimivat tarkasti lampuilla, mutta heti kun transistorit ilmestyivät, jälkimmäiset korvasivat nopeasti vedenpaisumusta edeltävät kilpailijansa ja niitä käytetään menestyksekkäästi tähän päivään asti.
Seuraavaksi tarkastellaan esimerkkiä n-p-n-transistorin käyttämisestä tehovahvistinpiirissä. On tärkeää huomata, että elektronit (n) ovat hieman nopeampia kuin reiät (p), vastaavasti n-p-n ja p-n-p transistorien suorituskyky ei eroa jälkimmäisen hyväksi.
Toinen tärkeä vivahde on, että bipolaarisissa transistoreissa on useita kytkentäpiirejä:
- Yleinen säteilijä (suosituin).
- Yhteellä pohjalla.
- Yhteisellä jakoputkella.
Kaikilla piireillä on erilaiset vahvistusparametrit. Seuraavalla UMZCH-piirillä on yhteinen emitteriliitäntä.
Yksinkertaisen n-p-n-transistoriin perustuvan vahvistimen kokoamiseksi sinun on kytkettävä vaihtojännite sen kantaan, positiivinen potentiaali kollektoriin ja negatiivinen potentiaali emitteriin. Jalustan eteen ja kollektorin eteen ja emitterin eteen tulee asentaa rajoittavat vastukset. Kuorma poistetaan keruulaitteen ja itse keräimen välistä.
Kuten sähkötyhjiön tapauksessatriodivahvistin, parantaaksesi vahvistuksen laatua tässä piirissä, voit:
- asenna jännitteenjakaja ja suodatinkondensaattori alustan eteen;
- asenna emitterin rinnalle kytketty kondensaattori ja vastus;
- käynnistä suodatinkondensaattori kuormitukselle melun ja häiriöiden poistamiseksi.
Jos kaksi tällaista vahvistinastetta kytketään sarjaan, niiden vahvistukset voidaan kertoa keskenään. Tämä tietysti vaikeuttaa merkittävästi laitteen suunnittelua, mutta se mahdollistaa suuremman vahvistuksen. On totta, että näitä kaskadeja ei voi yhdistää loputtomiin: mitä enemmän yksittäisiä vahvistimia kytketään sarjaan, sitä suurempi on mahdollisuus, että ne menevät kyllästymiseen.
Jos transistori toimii kyllästystilassa, ei voi puhua mistään vahvistusominaisuuksista. Voit varmistaa tämän tarkastelemalla virta-jännite-ominaiskäyrää: transistorin toimintapiste on vaakasuorassa osassa, jos se toimii kyllästymistilassa.
UMZCH FET
Seuraavaksi näytetään MOS-tyyppisten transistoreiden UMZCH-piiri (metallioksidipuolijohde - kenttätransistorin standardirakenne).
Kenttätransistorien rakenteella on vähän yhteistä bipolaaristen transistorien kanssa. Lisäksi niiden toimintaperiaate ei ole samanlainen kuin bipolaaristen analogien toimintaperiaate.
Kenttätransistoreja ohjataan sähkökentällä (bipolaarinen - virralla). Ne eivät ota virtaa ja kestävät gammasäteilyä, jota kutsutaan myös nimelläradioaktiivista säteilyä. Jälkimmäisestä tosiasiasta ei todennäköisesti ole koskaan hyötyä muusikoille, jotka haluavat rakentaa äänitehovahvistimen, mutta alalla tätä kenttätransistorien ominaisuutta arvostetaan suuresti.
Niiden suurin haittapuoli on, että ne eivät ole hyvin vuorovaikutuksessa staattisen sähkön kanssa. Tämän tyyppinen varaus voi estää tämän tyyppiset transistorit. Jokainen huolimaton sormen kosketus elementin koskettimeen voi vahingoittaa transistoria.
Nämä ominaisuudet tulee ottaa huomioon koottaessa tehovahvistimia näihin elektronisiin komponentteihin.
Kuinka koota UMZCH-piiri kenttätransistorille omin käsin? Riittää, kun seuraat lisäohjeita.
Yksinkertainen UMZCH-piiri kenttätransistorilla voidaan koota käyttämällä p-n-liitoksen kenttätransistoria, jossa on n-tyyppinen kanava. Rakenne on samanlainen kuin mitä kuvattiin koottaessa vahvistinta bipolaaritransistorin päälle, vain portti korvasi kannan, kollektori - viemäri, emitteri - lähde.
UMZCH operaatiovahvistimessa
Operaatiovahvistin (jäljempänä OU) on elektroninen komponentti, jossa on kaksi tuloa - invertoiva (muuttaa signaalin vaihetta 180 astetta) ja ei-invertoiva (ei muuta signaalin vaihetta) sekä yksi lähtö ja pari koskettimia virransyöttöä varten. Siinä on alhainen nollapoikkeamajännite ja tulovirrat. Tällä yksiköllä on erittäin korkea vahvistus.
OU voi toimia kahdessa tilassa:
- vahvistintilassa;
- tilassageneraattori.
Jotta operaatiovahvistin toimisi vahvistustilassa, siihen on kytkettävä negatiivinen takaisinkytkentäpiiri. Se on vastus, joka on kytketty toisella lähdöllä operaatiovahvistimen lähtöön ja toinen - invertoivaan tuloon.
Jos liität saman piirin ei-invertoivaan tuloon, saat positiivisen takaisinkytkentäpiirin ja operaatiovahvistin alkaa toimia signaaligeneraattorina.
Operaatiovahvistimeen on asennettu useita erityyppisiä vahvistimia:
- Invertointi - vahvistaa signaalia ja muuttaa sen vaihetta 180 astetta. Saadaksesi invertoivan vahvistimen operaatiovahvistimeen, sinun on maadoitettava operaatiovahvistimen ei-invertoiva sisääntulo ja syötettävä signaali invertoivaan vahvistimeen, jota on vahvistettava. Tässä tapauksessa emme saa unohtaa negatiivista takaisinkytkentäpiiriä.
- Ei-invertoiva - vahvistaa signaalia muuttamatta sen vaihetta. Ei-invertoivan vahvistimen kokoamiseksi sinun on kytkettävä negatiivinen takaisinkytkentäpiiri operaatiovahvistimeen, maadoitettava invertoiva sisääntulo ja syötettävä signaali operaatiovahvistimen ei-invertoivaan nastaan.
- Differentiaali - vahvistaa differentiaalisignaaleja (signaaleja, jotka eroavat vaiheelta, mutta ovat samat amplitudiltaan ja taajuudeltaan). Differentiaalivahvistimen saamiseksi sinun on kytkettävä rajoitusvastukset op-vahvistimen tuloihin, älä unohda negatiivista takaisinkytkentäpiiriä ja syötä kaksi signaalia tuloliittimiin: positiivinen napaisuus on kohdistettava ei-invertoivaan tulo, negatiivinen signaali invertoivaan signaaliin.
- Mittaus - differentiaalivahvistimen modifioitu versio. Instrumentointivahvistin suorittaa saman toiminnon kuin differentiaalivahvistin, vainon kyky säätää vahvistusta potentiometrillä, joka yhdistää kahden operaatiovahvistimen tulot. Tällaisen vahvistimen suunnittelu on paljon monimutkaisempi, ja se ei sisällä yhtä, vaan kolme operaatiovahvistinta.
Kuinka vaikeaa on työskennellä operaatiovahvistimien kanssa? Operaatiovahvistinpiireille voi joskus olla vaikea löytää sopivia komponentteja, kuten vastuksia ja kondensaattoreita, koska elementtien huolellista sovittamista vaaditaan paitsi nimellisarvoissa myös materiaaleissa.
UMZCH integroiduissa piireissä
Integroidut piirit ovat laitteita, jotka on erityisesti suunniteltu suorittamaan tietty tehtävä. UMZCH:n tapauksessa yksi pieni mikropiiri korvaa suuren transistoreiden, operaatiovahvistimien tai tyhjiölaitteiden sarjan.
Tällä hetkellä TDA-sirut eri sarjanumeroilla, kuten TDA7057Q tai TDA2030, ovat erittäin suosittuja. Mikropiireissä on v altava määrä UMZCH-piirejä.
Niissä on koostumuksessaan suuri määrä vastuksia, kondensaattoreita ja operaatiovahvistimia, jotka on varustettu hyvin pieneen koteloon, jonka koko ei ylitä 1 tai 2 ruplaa.
Suunnittelu UMZCH
Ennen tarvittavien osien ostamista ja johtimien syövyttämistä tekstoliittilevylle on tarpeen selvittää vastusten ja kondensaattorien arvot sekä valita halutut transistoreiden, operaatiovahvistimien tai integroitujen piirien mallit.
Tämä voidaan tehdä tietokoneella käyttämällä erityistä ohjelmistoa, kuten NI Multisim. ATTämä ohjelma on kerännyt suuren tietokannan elektronisista komponenteista. Sen avulla voit simuloida minkä tahansa elektronisten laitteiden toimintaa, jopa virheet ottamalla huomioon, tarkistaa piirien toimivuuden.
Tällaisten ohjelmistojen avulla on erityisen kätevää testata tehokkaita UMZCH-piirejä.
200 W transistori stereovahvistinpiiri
Tässä osiossa tarkasteltu järjestelmä on paljon monimutkaisempi kuin yllä kuvatut. Mutta sen vahvistusominaisuudet ovat paremmat kuin bipolaarisiin kenttätransistoreihin sekä operaatiovahvistimiin ja integroituihin piireihin perustuvissa rakenteissa, jotka on jo mainittu artikkelissa.
Tämä tuote sisältää seuraavat tuotteet:
- Vastukset.
- Kondensaattorit (sekä napaiset että ei-napaiset).
- Diodit.
- Zener-diodi.
- sulakkeet.
- N-p-n-tyypin bipolaaritransistorit.
- P-n-p bipolaaritransistorit.
- P-kanavan IGFETit.
- Eristetty portti-FET n-kanavalla.
Tämän tehovahvistimen parametrit:
- Pnimellisteho=200 W (kanavaa kohti).
- Ulähtöteho=50 V (pieni vaihtelu sallittu).
- Ilähtöasteen lepo=200 mA.
- Iloput yhdestä lähtötransistorista=50 mA.
- Uherkkyys=0,75 V.
Kaikki tämän laitteen pääosat (muuntaja, järjestelmäjäähdytys patterien muodossa ja itse levy) sijaitsevat anodisoidulla alustalla, joka on valmistettu duralumiinilevystä, jonka paksuus on 5 mm. Laitteen etupaneeli ja äänenvoimakkuuden säätimet on valmistettu samasta materiaalista.
Kahdella 35 V:n käämityksellä varustettu muuntaja voidaan ostaa valmiina. On toivottavaa valita toroidimainen sydän (sen suorituskyky on varmistettu tässä piirissä), ja tehon tulee olla 300 W.
Piirin teholähde on myös koottava itsenäisesti UMZCH-virtapiirin mukaisesti. Sen rakentamiseen tarvitset sulakkeen, muuntajan, diodisillan sekä neljä napakondensaattoria.
UMZCH-virtalähdepiiri on annettu samassa osiossa.
Kolme yksinkertaista totuutta, jotka on muistettava mitä tahansa sähköpiiriä koottaessa:
- Varmista napakondensaattorien napaisuus. Jos sekoitat plussan ja miinuksen pienessä vahvistinpiirissä, mitään kauheaa ei tapahdu, UMZCH-piiri ei yksinkertaisesti toimi, mutta juuri tällaisen ensisilmäyksellä merkityksettömän virheen takia raketit laitteilla ja miehistöllä putosivat.
- Muista huomioida diodien napaisuus: myös katodin ja anodin vaihtaminen on kielletty. Zener-diodille tämä sääntö pätee myös.
- Pääasia on, että joudut juottamaan osia vain siellä, missä kaaviossa on kosketuspiste. Useimmat vialliset sähköpiirit eivät toimi juuri siksi, että asentaja ei juottanut osia tai juottanut niitä sinne, missä niitä ei tarvita.
Onko tämä järjestelmä yksi parhaista UMZCH-järjestelmistä? Voi olla. Kaikki riippuukuluttajan toiveet.
Sukhovin järjestelmä
Jos edellinen tehovahvistinpiiri voidaan koota itsenäisesti, koska se sisältää suhteellisen vähän elementtejä, on parempi olla kokoamatta Sukhovin vahvistinpiiriä manuaalisesti. Miksi? Elementtien ja kytkentöjen v altavan määrän vuoksi on suuri mahdollisuus tehdä virhe, jonka vuoksi kaikki merkittävä työmäärä on tehtävä uudelleen.
Itse asiassa on väärin kutsua tässä osiossa annettua järjestelmää Suhovin skeemaksi. Tämä on VVS-2011-mallin korkean tarkkuuden UMZCH (tämän tyypin UMZCH:n kaavio on esitetty tässä osiossa). Koostumuksessaan se ei sisällä kenttätransistoreja, mutta se sisältää:
- Zener-diodit.
- Epälineaariset vastukset.
- Tavalliset vastukset.
- Napaiset ja ei-napaiset kondensaattorit.
- Diodit.
- Molempia tyyppejä kaksinapaiset transistorit.
- OpAmps.
- Kaasu.
Tämän sisällyttämisen mahdollisuudet:
- P=150 W Rkuormalla=8 ohmia.
- Lineaarisuus: 0,0002 - 0,0003 % taajuudella 20 kHz, P=100 W ja Rload=4 ohmia.
- Tuki vakiolle U=0 V.
- Saatavana vaihtovirtajohdon vastuksen kompensointi.
- Nykyisen suojauksen olemassaolo.
- UMZCH-piirin suojaus Uexit=const.
- Pehmeän käynnistyksen saatavuus.
Tämä piiri on koottu teollisessa mittakaavassa ja sopii pienelle levylle. Johtimien asettelu ja elementtien sijainnit löytyvät Internetistä,jossa nämä materiaalit ovat vapaasti saatavilla.
Sukhov-sarjan skeemat ovat yksi parhaista UMZCH-ohjelmista.
Tulos
Äänitehovahvistin on erittäin suosittu laite sekä ammattimuusikoiden että tavallisten musiikin ystävien keskuudessa. UMZCH suoritetaan sekä tyhjiölaitteiden ja transistorien pohj alta että operaatiovahvistimien, integroitujen piirien pohj alta.
Tällaisia laitteita voi ostaa erikoisliikkeistä tai voit valmistaa niitä itse. Hinn altaan putkivahvistimet ovat kalleimpia ja integroidut piirit halvimmat.
UMZCH-putkipiireillä on parempi vahvistuslaatu kuin integroiduilla tai transistori-UMZCH-piireillä. Tästä syystä ihmiset ovat valmiita ostamaan tällaisia laitteita hintaan 50 000 ₽, 100 000 ₽ ja 450 000 ₽.
Kun kokoat itse vahvistimia, muista seuraavat säännöt:
- Diodien, zener-diodien ja muiden anodi-katodilaitteiden sekä napakondensaattoreiden napaisuuden sekoittaminen on ehdottomasti kiellettyä. Tämä on täynnä sitä tosiasiaa, että tuloksena koottu UMZCH-piiri ei toimi.
- Piiriä koottaessa on juotettava osat, joissa piirustuksessa on kosketuspiste. Kuulostaa selvältä säännöltä. Tämä on totta, mutta monet asentajat unohtavat sen.
Jos käytät kaikkia yllä annettuja suosituksia, voit koota itse hyvän äänentehovahvistimen transistoreiden tai muiden elementtien UMZCH-piirin mukaisesti.
