Përforcuesi i tranzistorit, pavarësisht historisë së tij tashmë të gjatë, mbetet një lëndë e preferuar studimi si për fillestarët ashtu edhe për radio amatorët veteranë. Dhe kjo është e kuptueshme. Është një komponent i domosdoshëm i pajisjeve radio amatore më të njohura: marrës radio dhe amplifikues me frekuencë të ulët (tingull). Ne do të shikojmë se si janë ndërtuar amplifikatorët më të thjeshtë të tranzistorit me frekuencë të ulët.
Përgjigja e frekuencës Amp
Në çdo marrës televiziv ose radio, në çdo qendër muzikore ose përforcues tingulli, mund të gjeni përforcues të zërit të transistorit (frekuenca e ulët - LF). Dallimi midis amplifikatorëve të transistorit audio dhe llojeve të tjera qëndron në përgjigjen e tyre të frekuencës.
Përforcuesi audio i transistorit ka një përgjigje uniforme të frekuencës në brezin e frekuencës nga 15 Hz në 20 kHz. Kjo do të thotë që të gjitha sinjalet hyrëse me një frekuencë brenda këtij intervali konvertohen (përforcohen) nga amplifikatori.per te njejten. Figura më poshtë tregon kurbën ideale të përgjigjes së frekuencës për një përforcues audio në koordinatat "fitimi i amplifikatorit Ku - frekuenca e sinjalit hyrës".
Kjo kurbë është pothuajse e sheshtë nga 15Hz në 20kHz. Kjo do të thotë që një përforcues i tillë duhet të përdoret posaçërisht për sinjalet hyrëse me frekuenca ndërmjet 15 Hz dhe 20 kHz. Për sinjalet hyrëse me frekuenca mbi 20 kHz ose nën 15 Hz, efikasiteti dhe performanca e tij përkeqësohen me shpejtësi.
Lloji i përgjigjes së frekuencës së amplifikatorit përcaktohet nga elementët elektrikë të radios (ERE) të qarkut të tij, dhe mbi të gjitha nga vetë transistorët. Një përforcues audio i bazuar në transistorë zakonisht montohet në të ashtuquajturit transistorë me frekuencë të ulët dhe të mesme me një gjerësi bande totale të sinjaleve hyrëse nga dhjetëra e qindra Hz deri në 30 kHz.
Klasa e amplifikatorit
Siç e dini, në varësi të shkallës së vazhdimësisë së rrjedhës së rrymës gjatë gjithë periudhës së saj përmes fazës amplifikuese të transistorit (përforcues), dallohen klasat e mëposhtme të funksionimit të tij: "A", "B", "AB", "C", "D ".
Në klasën e funksionimit, rryma "A" rrjedh nëpër skenë për 100% të periudhës së sinjalit hyrës. Kaskada në këtë klasë është ilustruar në figurën e mëposhtme.
Në fazën e amplifikatorit të klasës "AB", rryma rrjedh nëpër të për më shumë se 50%, por më pak se 100% e periudhës së sinjalit të hyrjes (shih figurën më poshtë).
Në klasën e funksionimit të fazës "B", rryma kalon përmes saj saktësisht 50% e periudhës së sinjalit hyrës, siç ilustrohet në figurë.
Më në fund, në klasën e funksionimit të fazës "C", rryma rrjedh nëpër të për më pak se 50% të periudhës së sinjalit hyrës.
Përforcues LF-transistor: shtrembërim në klasat kryesore të punës
Në zonën e punës, përforcuesi i transistorit të klasës "A" ka një nivel të ulët të shtrembërimit jolinear. Por nëse sinjali ka rritje të impulsit në tension, duke çuar në ngopjen e transistorëve, atëherë harmonikë më të lartë (deri në 11) shfaqen rreth çdo harmonike "standarde" të sinjalit të daljes. Kjo shkakton fenomenin e të ashtuquajturit tingull i transistorizuar ose metalik.
Nëse amplifikatorët e fuqisë me frekuencë të ulët në transistorë kanë një furnizim me energji të pastabilizuar, atëherë sinjalet e tyre të daljes modulohen në amplitudë pranë frekuencës së rrjetit. Kjo çon në ashpërsinë e zërit në skajin e majtë të përgjigjes së frekuencës. Metoda të ndryshme të stabilizimit të tensionit e bëjnë dizajnin e amplifikatorit më kompleks.
Efiçenca tipike e amplifikatorit me një skaj të klasës A nuk kalon 20% për shkak të tranzistorit gjithmonë të ndezur dhe rrjedhës së vazhdueshme të komponentit DC. Ju mund të bëni një shtytje-tërheqje të amplifikatorit të klasës A, efikasiteti do të rritet pak, por gjysmë valët e sinjalit do të bëhen më asimetrike. Transferimi i kaskadës nga klasa e punës "A" në klasën e punës "AB" katërfishon shtrembërimin jolinear, megjithëse efikasiteti i qarkut të tij rritet.
BPërforcuesit e klasave "AB" dhe "B" shtrembërimi rritet me uljen e nivelit të sinjalit. Ju në mënyrë të pavullnetshme dëshironi të ndizni një përforcues të tillë më të lartë për ndjesinë e plotë të fuqisë dhe dinamikës së muzikës, por shpesh kjo nuk ju ndihmon shumë.
Klasa të ndërmjetme pune
Klasa e punës "A" ka një variacion - klasa "A+". Në këtë rast, transistorët e hyrjes me tension të ulët të amplifikatorit të kësaj klase funksionojnë në klasën "A", dhe transistorët e daljes së tensionit të lartë të amplifikatorit, kur sinjalet e tyre hyrëse tejkalojnë një nivel të caktuar, kalojnë në klasa "B" ose "AB". Efikasiteti i kaskadave të tilla është më i mirë se në klasën e pastër "A", dhe shtrembërimi jolinear është më i vogël (deri në 0.003%). Megjithatë, ato gjithashtu tingëllojnë "metalike" për shkak të pranisë së harmonikëve më të lartë në sinjalin e daljes.
Përforcuesit e një klase tjetër - "AA" kanë shkallë edhe më të ulët të shtrembërimit jolinear - rreth 0.0005%, por janë të pranishme edhe harmonikë më të lartë.
Kthehu te amplifikuesi i transistorit të klasit A?
Sot, shumë specialistë në fushën e riprodhimit të tingullit me cilësi të lartë mbrojnë një kthim te amplifikatorët e tubave, pasi niveli i shtrembërimit jolinear dhe harmonikave më të larta të futura prej tyre në sinjalin e daljes është padyshim më i ulët se ai i transistorëve.. Megjithatë, këto avantazhe kompensohen kryesisht nga nevoja për një transformator që përputhet midis fazës së daljes së tubit me rezistencë të lartë dhe altoparlantëve me rezistencë të ulët. Megjithatë, një përforcues i thjeshtë i tranzistorizuar mund të bëhet me një dalje transformatori siç tregohet më poshtë.
Ekziston gjithashtu një këndvështrim që vetëm një përforcues hibrid tub-transistor mund të sigurojë cilësinë përfundimtare të zërit, të gjitha fazat e të cilit janë me një fund, nuk mbulohen nga reagimet negative dhe funksionojnë në klasën "A". Kjo do të thotë, një ndjekës i tillë i fuqisë është një përforcues në një transistor të vetëm. Skema e saj mund të ketë efikasitetin maksimal të arritshëm (në klasën "A") jo më shumë se 50%. Por as fuqia dhe as efikasiteti i amplifikatorit nuk janë tregues të cilësisë së riprodhimit të zërit. Në të njëjtën kohë, cilësia dhe lineariteti i karakteristikave të të gjitha ERE-ve në qark janë të një rëndësie të veçantë.
Ndërsa qarqet me një skaj e marrin këtë perspektivë, ne do t'i shikojmë opsionet e tyre më poshtë.
Përforcues me një tranzistor me një skaj
Qarku i tij, i bërë me një emetues të përbashkët dhe lidhje R-C për sinjalet hyrëse dhe dalëse për funksionimin në klasën "A", tregohet në figurën më poshtë.
Ai tregon një transistor n-p-n Q1. Kolektori i tij është i lidhur me terminalin pozitiv +Vcc nëpërmjet një rezistence kufizuese të rrymës R3 dhe emetuesi i tij është i lidhur me -Vcc. Përforcuesi i tranzistorit p-n-p do të ketë të njëjtin qark, por prizat e furnizimit me energji elektrike do të kthehen mbrapsht.
C1 është një kondensator shkëputës që ndan burimin e hyrjes AC nga burimi i tensionit DC Vcc. Në të njëjtën kohë, C1 nuk parandalon kalimin e një rryme hyrëse alternative përmes kryqëzimit bazë-emiter të transistorit Q1. Rezistorët R1 dhe R2 së bashku me rezistencëntranzicioni "E - B" formoni një ndarës të tensionit Vcc për të zgjedhur pikën e funksionimit të transistorit Q1 në modalitetin statik. Tipike për këtë qark është vlera e R2=1 kOhm, dhe pozicioni i pikës së funksionimit është Vcc / 2. R3 është një rezistencë e ngarkesës së qarkut të kolektorit dhe përdoret për të krijuar një sinjal dalës të tensionit të ndryshueshëm në kolektor.
Supozojmë se Vcc=20 V, R2=1 kOhm, dhe fitimi aktual h=150. Ne zgjedhim tensionin në emetuesin Ve=9 V, dhe rënia e tensionit në tranzicionin "A - B" është merret e barabartë me Vbe=0,7 V. Kjo vlerë i përgjigjet të ashtuquajturit transistor silikoni. Nëse do të konsideronim një përforcues të bazuar në tranzistorë germanium, atëherë rënia e tensionit në kryqëzimin e hapur "E - B" do të ishte Vbe=0.3 V.
Rryma e emetuesit, afërsisht e barabartë me rrymën e kolektorit
dmth=9 V/1 kΩ=9 mA ≈ Ic.
Rryma bazë Ib=Ic/h=9mA/150=60uA.
Rënia e tensionit në rezistencën R1
V(R1)=Vcc - Vb=Vcc - (Vbe + Ve)=20V - 9,7V=10,3V
R1=V(R1)/Ib=10, 3 V/60 uA=172 kOhm.
C2 nevojitet për të krijuar një qark për kalimin e komponentit të ndryshueshëm të rrymës së emetuesit (në fakt rryma e kolektorit). Nëse nuk do të ishte aty, atëherë rezistenca R2 do të kufizonte rëndë komponentin e ndryshueshëm, në mënyrë që amplifikuesi bipolar i transistorit në fjalë do të kishte një fitim të ulët të rrymës.
Në llogaritjet tona, ne supozuam se Ic=Ib h, ku Ib është rryma bazë që rrjedh në të nga emetuesi dhe lind kur një tension paragjykim aplikohet në bazë. Sidoqoftë, përmes bazës gjithmonë (si me dhe pa kompensim)ka edhe një rrymë rrjedhjeje nga kolektori Icb0. Prandaj, rryma reale e kolektorit është Ic=Ib h + Icb0 h, d.m.th. rryma e rrjedhjes në qark me OE përforcohet me 150 herë. Nëse do të konsideronim një përforcues të bazuar në tranzistorë germanium, atëherë kjo rrethanë do të duhej të merrej parasysh në llogaritjet. Fakti është se transistorët e germaniumit kanë një Icb0 të konsiderueshme të rendit të disa μA. Në silikon, është tre rend magnitudë më i vogël (rreth disa nA), kështu që zakonisht neglizhohet në llogaritjet.
Përforcues i tranzistorit MIS me një fund
Si çdo amplifikues i transistorit me efekt në terren, qarku në fjalë ka analogun e tij midis amplifikatorëve bipolarë të tranzistorit. Prandaj, merrni parasysh një analog të qarkut të mëparshëm me një emetues të përbashkët. Është bërë me një burim të përbashkët dhe lidhje R-C për sinjalet hyrëse dhe dalëse për funksionimin në klasën "A" dhe tregohet në figurën më poshtë.
Këtu C1 është i njëjti kondensator shkëputës, me anë të të cilit burimi i hyrjes AC ndahet nga burimi i tensionit DC Vdd. Siç e dini, çdo përforcues i transistorit me efekt në terren duhet të ketë potencialin e portës së transistorëve të tij MOS nën potencialet e burimeve të tyre. Në këtë qark, porta është e tokëzuar nga R1, e cila zakonisht është me rezistencë të lartë (100 kΩ deri në 1 MΩ) në mënyrë që të mos largojë sinjalin e hyrjes. Praktikisht nuk ka rrymë përmes R1, kështu që potenciali i portës në mungesë të një sinjali hyrës është i barabartë me potencialin e tokës. Potenciali i burimit është më i lartë se potenciali i tokës për shkak të rënies së tensionit në të gjithë rezistencën R2. Kështu qëKështu, potenciali i portës është më i ulët se potenciali i burimit, i cili është i nevojshëm për funksionimin normal të Q1. Kondensatori C2 dhe rezistenca R3 kanë të njëjtin qëllim si në qarkun e mëparshëm. Meqenëse ky është një qark me burim të përbashkët, sinjalet hyrëse dhe dalëse janë jashtë fazës me 180°.
Përforcuesi i daljes së transformatorit
Përforcuesi i tretë i thjeshtë i tranzistorit me një fazë, i paraqitur në figurën më poshtë, është bërë gjithashtu sipas qarkut të emetuesit të zakonshëm për funksionimin në klasën "A", por është i lidhur me një altoparlant me rezistencë të ulët përmes një përputhjeje transformator.
Perdredha kryesore e transformatorit T1 është ngarkesa e qarkut kolektor të transistorit Q1 dhe zhvillon një sinjal dalës. T1 dërgon sinjalin e daljes te altoparlanti dhe siguron që rezistenca e daljes së tranzitorit të përputhet me rezistencën e ulët (në rendin e disa ohmave) të altoparlantit.
Ndarësi i tensionit i furnizimit me energji të kolektorit Vcc, i montuar në rezistorët R1 dhe R3, siguron zgjedhjen e pikës së funksionimit të tranzitorit Q1 (duke furnizuar një tension paragjykim në bazën e tij). Qëllimi i elementeve të mbetur të amplifikatorit është i njëjtë si në qarqet e mëparshme.
Përforcues audio me shtytje
Përforcuesi me shtytje me dy tranzistor me frekuencë të ulët ndan sinjalin audio të hyrjes në dy gjysmëvalë jashtëfazore, secila prej të cilave përforcohet nga stadi i tij i tranzitorit. Pasi të kryhet një përforcim i tillë, gjysmëvalët kombinohen në një sinjal të plotë harmonik, i cili transmetohet në sistemin e altoparlantëve. Një transformim i tillë i frekuencës së ulëtsinjali (ndarja dhe ri-bashkimi), natyrisht, shkakton shtrembërim të pakthyeshëm në të, për shkak të ndryshimit të frekuencës dhe vetive dinamike të dy transistorëve të qarkut. Ky shtrembërim zvogëlon cilësinë e zërit në daljen e amplifikatorit.
Përforcuesit push-tërheqës që funksionojnë në klasën "A" nuk riprodhojnë mjaftueshëm sinjale komplekse audio, pasi një rrymë konstante e shtuar vazhdimisht rrjedh në krahët e tyre. Kjo çon në asimetri të gjysmë-valëve të sinjalit, shtrembërime fazore dhe, në fund të fundit, në humbjen e kuptueshmërisë së zërit. Kur nxehen, dy transistorë të fuqishëm dyfishojnë shtrembërimin e sinjalit në frekuencat e ulëta dhe infra të ulëta. Por megjithatë, avantazhi kryesor i qarkut push-tërheqës është efikasiteti i tij i pranueshëm dhe fuqia e rritur e daljes.
Qarku i amplifikatorit të fuqisë së tranzistorit me shtytje është paraqitur në figurë.
Ky është një përforcues i klasës "A", por klasa "AB" dhe madje "B" mund të përdoren gjithashtu.
Përforcues i fuqisë së transistorit pa transformator
Transformatorët, pavarësisht progresit në miniaturizimin e tyre, janë ende ERE më e rëndë, e rëndë dhe më e shtrenjtë. Prandaj, u gjet një mënyrë për të eliminuar transformatorin nga qarku push-tërheqës duke e drejtuar atë në dy transistorë të fuqishëm plotësues të llojeve të ndryshme (n-p-n dhe p-n-p). Shumica e amplifikatorëve modernë të fuqisë përdorin këtë parim dhe janë krijuar për të funksionuar në klasën "B". Qarku i një amplifikuesi të tillë të fuqisë është paraqitur në figurën më poshtë.
Të dy transistorët e tij janë të lidhur sipas një qarku të përbashkët kolektori (ndjekës emitues). Prandaj, qarku transferon tensionin e hyrjes në dalje pa përforcim. Nëse nuk ka sinjal hyrës, atëherë të dy transistorët janë në kufirin e gjendjes së ndezur, por janë të fikur.
Kur futet një sinjal harmonik, gjysmëvala e tij pozitive hap TR1, por e vendos transistorin p-n-p TR2 në modalitetin e ndërprerjes së plotë. Kështu, vetëm gjysmëvala pozitive e rrymës së përforcuar rrjedh nëpër ngarkesë. Gjysmëvala negative e sinjalit të hyrjes hap vetëm TR2 dhe fiket TR1, në mënyrë që gjysmëvala negative e rrymës së përforcuar të furnizohet në ngarkesë. Si rezultat, një sinjal sinusoidal i përforcuar me fuqi të plotë (për shkak të amplifikimit aktual) i dërgohet ngarkesës.
Përforcues me një tranzistor
Për të asimiluar sa më sipër, ne do të montojmë një përforcues të thjeshtë tranzistor me duart tona dhe do të kuptojmë se si funksionon.
Si një ngarkesë e një transistori me fuqi të ulët T të tipit BC107, ne ndezim kufjet me një rezistencë 2-3 kOhm, ne aplikojmë tensionin e paragjykimit në bazë nga një rezistencë me rezistencë të lartë R prej 1 MΩ, ne ndezim kondensatorin elektrolitik shkëputës C me kapacitet 10 μF deri në 100 μF në qarkun bazë T. Do ta fuqizojmë qarkun nga një bateri 4,5 V / 0,3 A.
Nëse rezistenca R nuk është e lidhur, atëherë nuk ka as rrymë bazë Ib as rrymë kolektori Ic. Nëse rezistenca është e lidhur, atëherë voltazhi në bazë rritet në 0.7 V dhe një rrymë Ib \u003d 4 μA rrjedh përmes tij. Koeficientfitimi aktual i tranzistorit është 250, që jep Ic=250Ib=1 mA.
Pasi kemi montuar një përforcues të thjeshtë tranzistor me duart tona, tani mund ta testojmë atë. Lidhni kufjet dhe vendoseni gishtin në pikën 1 të diagramit. Do të dëgjoni një zhurmë. Trupi juaj percepton rrezatimin e rrjetit në një frekuencë prej 50 Hz. Zhurma që dëgjoni nga kufjet është ky rrezatim, i përforcuar vetëm nga transistori. Le ta shpjegojmë këtë proces në më shumë detaje. Një tension AC prej 50 Hz është i lidhur me bazën e tranzitorit përmes kondensatorit C. Tensioni në bazë tani është i barabartë me shumën e tensionit të paragjykimit DC (afërsisht 0,7 V) që vjen nga rezistenca R dhe tensioni i gishtit AC. Si rezultat, rryma e kolektorit merr një komponent të alternuar me një frekuencë prej 50 Hz. Kjo rrymë alternative përdoret për të lëvizur membranën e altoparlantëve përpara dhe mbrapa në të njëjtën frekuencë, që do të thotë se mund të dëgjojmë një ton 50 Hz në dalje.
Dëgjimi i nivelit të zhurmës 50 Hz nuk është shumë interesant, kështu që mund të lidhni burime me frekuencë të ulët (CD ose mikrofon) në pikat 1 dhe 2 dhe të dëgjoni të folur ose muzikë të përforcuar.
