Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

УНЧ и Звукотехника | Усилители мощности низкой частоты | Микросхема

Как много в этой аббревиатуре для сердца радиолюбителя слилось. Каждый, кто когда-нибудь занимался радиотехникой и электроникой, собирал различные усилители низкой частоты. Простые и сложные, маломощные и мощные. Сейчас, с развитием интегральных микросхем, стало вообще всё намного проще. Усилители не содержат каких-то уникальных радиодеталей. Одна микросхема, которая, собственно, и представляет собой уже готовый усилитель мощности низкой частоты, и схема, практически, собрана. Как правило, выходная мощность таких усилителей и качество воспроизведения на высоте. А если прикупить головку динамическую прямого излучения Ватт так на 1500 - 2000 и встроить в корпус с фазоинвертором, выполненный по рассчитанным размерам, то вообще замечательно. Получится сабвуфер не хуже покупного. В большинстве случаев даже лучше.

Чистота и качество воспроизведения постоянно совершенствуются. Основные термины в данном разделе:
Бел (Б) - логарифмическая единица, соответствующая (при частоте 1000 Гц) десятикратному изменению силы звука. Логарифмическая единица, соответствующая 1/10 бела, называется децибелом (дБ). Одному дБ соответствует изменение звукового давления в 1,12 раза.

Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота тона. Самый низкий предел, воспринимаемый человеком, 20 Гц, а самый высокий - 20000 Гц.
Тембр - окраска звука, определяемая количеством, частотой и интенсивностью обертонов.
Уровень звукового давления - отношение данного звукового давления p к нулевому уровню p0, выраженное в дБ. Вычисляется как N=20 lg(p/p0).
Болевой порог - звуковое давление, которое вызывает болевое ощущение на коже. Уровень равен 120 дБ.

В радиолюбительской практике принято делить УНЧ на обычные и высокого качества (Hi-Fi класса). Максимальная выходная мощность всех звуковых усилителей определяется по простой формуле: Pвых=U2/Rн. Т.е. замеряете напряжение на выходе УНЧ (обязательно под нагрузкой), возводите в квадрат и делите на сопротивление нагрузки (обычно сопротивление динамика 4-8 Ом). Можно ещё упомянуть о предварительном усилении. К усилителям мощности обязательно нужны такие каскады, чтобы напряжение на его входе было достаточным.

Бывают ещё различные по сложности усилительные каскады. Однотактные, двухтактные, трансформаторные и бестрансформаторные, мостовые схемы включения усилительных элементов. Одна из возможных схем двухтактного трансформаторного каскада усилителя звуковой частоты приведена ниже. Номинальная выходная мощность 4 Вт, максимальная - 6 Вт.

Но такие, я думаю, уже никто не будет собирать. Слишком трудоёмко наматывать трансформатор, плюс ко всему нужно найти подходящий магнитопровод.

Приведу ещё пример двухтактного бестрансформаторного каскада УНЧ. Выходная мощность порядка 10 Вт.

У нас в наличии имеется более 850 схем УНЧ на интегральных микросхемах. По мере необходимости будем выкладывать их на сайт, особенно самые лучшие, на наш взгляд. Если Вам нужен какой-то усилитель и Вы не можете найти его схему, то пишите, пожалуйста, в комментариях или в форме обратной связи. Мы обязательно поможем.


Ниже приведены ссылки на различные материалы по данной теме. Особо отметим, что среди них есть полностью опубликованные с полным описанием схемы, входящих радиоэлементов, различных настроек и замеров основных параметров (например, силы тока и напряжения) на разных участках цепи и между элементами. Также есть с кратким описанием, содержащие ссылку на скачивание всего документа в одном архиве, где, в свою очередь, содержится уже полное описание конструкции, печатной платы и прочее. Архивы имеют расширение *.rar (распаковать можно, например, программой WinRAR версии 2.9 и выше) и доступны для скачивания. Примечание: эта мера введена из-за того, что многие запакованные материалы являются целыми пособиями. Подразумевается, что Вам будет удобнее скачать на жесткий диск и просматривать уже локально, нежели листать страницу за страницей, расходуя трафик и время.


Схемы усилителей мощности на германиевых транзисторах. Секреты звучания забытых германиевых УНЧ.

Эх, жалко пацанов - королевство маловато, разгуляться негде!
Ни ламповых тебе однотактников, ни гераниевых раритетов... Что ещё остаётся пытливому уму неоперившегося меломана?
Разве что брейкануть под японское хокку, да кайфануть для большего эффекта под уханье бумбокса.

«Кремний - всему голова» - крикнут яростные члены на форумных дебатах.
«Не надо впаривать нам этот шняга-силикатный экстракт» - вторят им другие, «для начала послушайте своими руками, а потом делайте свои тупоголовые выводы».

На самом деле, слушать надо!
Перелопатить определённое количество разномастной усилительной аппаратуры - тоже надо.
Не обязательно быть музыкантом со стажем, но таить в себе зачатки какого-никакого слуха - опять же, надо.
И тогда любой пацак, владелец старого пепелаца, сможет авторитетно заявить: «Однако разница в звуке есть, и она весьма существенна!»

На этой странице поговорим об УНЧ на германиевых транзисторах.

Своеобразие германиевого звучания, как правило, сводится к двум устойчивым постулатам:
1. Усилители на германиевых транзисторах отличаются музыкальностью,
2. Звук похож на звук ламповика.
И если первый пункт у меня возражений не вызывает, то со вторым мнением коллег позволю вежливо не согласиться - не похож, абсолютно разное звучание.

Электрофон сетевой транзисторный "Вега-101-стерео" с усилителем на германиевых транзисторах, выпускаемый Бердским радиозаводов с начала 1972 по 1982 год, заложил в головы современников основы понимания того, каким должен быть высококачественный стереофонический звук.
Время шло, появлялись на свет и более продвинутые вертушки с магнитными звукоснимателями, и значительно более мощные УНЧ на кремниевых транзисторах с незаурядными характеристиками.
Однако душещипательные воспоминания о том, как звучали в конце 70-ых простенькие Веги с их примитивной схемотехникой открыли историю ожесточённой борьбы человечества с феноменом транзисторного звучания.

Ну да и ладно, пора переходить на новый уровень - нарисовать пару-тройку принципиальных схем усилителей низкой частоты на германиевых транзисторах, но для начала озадачусь вопросом: Что любит и что не любит германий?
1. Германий любит простоту и не приемлет наворотов. Дифференциальный каскад с источником тока в цепи эмиттера - уже является буржуазным излишеством.
2. Германий не любит перегрева, легко может напустить дыма и отправиться к праотцам электроники Амперу и Ому в ответ на потерю бдительности в процессе настройки схемы.

А теперь обещанные схемы.


Рис.1

Номинальная мощность усилителя при коэффициенте гармоник на частоте 1000Гц менее 0,1% - 1 Вт, максимальная - 1,5Вт, чувствительность по входу - 0,2 В.
Усилитель сохраняет работоспособность при понижении напряжения питания до 9В.
Подбором номинала резистора R8 устанавливается значение напряжения на эмиттерах выходных транзисторов, равное половине напряжения питания.

Подбором номинала резистора R2 устанавливается значение напряжения на коллекторе транзистора V1, равное половине напряжения питания.


Рис.2

Схема, приведённая на Рис.2 - для эстетов, желающих порадовать свой слуховой аппарат ни с чем не сравнимым звуком однотактного усилителя, работающего в чистом режиме А.
Для настройки усилителя следует подбором номинала резистора R9 установить ток покоя выходного транзистора - 150мА.


Рис.3

На рис.3 показана принципиальная схема универсального усилителя НЧ, собранного на девяти транзисторах и развивающего выходную мощность до 10 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и входном напряжении около 10 мВ.
При налаживании устройства подстроечным резистором R2 устанавливают выходное напряжение в точке соединения транзисторов VT8 и VT9 равным половине напряжения питания.

Рис.4

Схема более мощного усилителя приведена на Рис.4. Усилитель рассчитан на подключение электрогитары и микрофона, но может быть использован также совместно с проигрывателем, магнитофоном или радиоприёмником.

Основные технические данные, приведённые автором:
Номинальная выходная мощность - 30 Вт.
Максимальная выходная мощность - 40 Вт.
Сопротивление нагрузки 3,5-5 Ом.
Полоса рабочих частот 30-16000 Гц.
Коэффициент нелинейных искажений - не более 1,5%.
Чувствительность с выхода микрофона - 10 мВ.
Чувствительность с выхода электрогитары - 0,1 В.
Напряжение 15 В на коллекторе транзистора Т10 устанавливают резистором R19.
Ток покоя всего усилителя не должен превышать 170 мА.


Рис.5

На Рис.5 приведена схема простого и мощного усилителя на германиевых транзисторах DTG110B. При подключении к его входу любого УНЧ мощностью 1,5-2 Вт устройство выдаёт на 8-ми омную нагрузку около 50 Вт чистого германиевого звука.

Согласующий трансформатор Т1 выполнен на железе Ш24 (толщина пакета 20-25мм) и содержит 3 одинаковые обмотки по 120 витков, намотанных на картонном каркасе проводом ПЭВ-1 или ПЭВ-2 диаметром 0,5-0,7мм.
Налаживание устройства заключается в подборе значений резисторов R2 R4 для достижения на выходе схемы нулевого потенциала и тока покоя транзисторов - 120-150 мА.
При снижении напряжения питания на каждом плече до 30В транзисторы DTG110B без каких-либо колебаний могут быть заменены на отечественные П210А.


Рис.6

Схема, представленная на Рис.6, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из статьи Николая Трошина журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55). Творцом переработки является сам автор статьи. Вот что он пишет на страннице сайта http://vprl.ru:

«Выходная мощность этого усилителя 30 Вт при сопротивлении нагрузки акустических систем 4 Ома, и примерно 18 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом.
Напряжение питания усилителя (U пит) двухполярное ±25 В;

Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г – на ГТ402В; ГТ404Г – на ГТ404В;
Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.

Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2.
На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26. 5 мм.

Настройка правильно собранного из исправных элементов усилителя сводится к установке подстроечным резистором тока покоя выходного каскада 100мА (удобно контролировать на эмиттерном резисторе 1 Ом – напряжение 100мВ).

Диод VD1 желательно приклеить или прижать к радиатору выходного транзистора, что способствует лучшей термостабилизации. Однако если этого не делать, ток покоя выходного каскада от холодного 100мА до горячего 300мА меняется, в общем-то, не катастрофично.

Важно: перед первым включением необходимо выставить подстроечный резистор в нулевое сопротивление.
После настройки желательно подстроечный резистор выпаять из схемы, измерить его реальное сопротивление и заменить на постоянный».

 

Усилитель низкой частоты схема


Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

radiostorage.net

Схема усилителя низкой частоты. Классификация и принцип работы УНЧ

Усилитель низких частот (далее УНЧ) – электронное устройство, предназначенное для усиления колебаний низкой частоты до той, которая необходима потребителю. Они могут выполняться на различных электронных элементах вроде транзисторов разных типов, ламп или операционных усилителей. Все УНЧ обладают рядом параметров, которые характеризуют эффективность их работы.

В данной статье будет рассказано о применении такого устройства, его параметрах, способах построения с помощью различных электронных компонентов. Также будет рассмотрена схемотехника усилителей низкой частоты.

Применение УНЧ

Чаще всего УНЧ используется в аппаратуре для воспроизведения звука, потому что в данной области техники часто необходимо усиливать частоту сигнала до той, которую может воспринимать человеческий организм (от 20 Гц до 20 кГц).

Другие области применения УНЧ:

  • измерительная техника;
  • дефектоскопия;
  • аналоговая вычислительная техника.

В целом усилители низких частот встречаются в качестве составных компонентов различных электронных схем, например, радиоприемников, акустических устройств, телевизоров или радиопередатчиков.

Параметры

Важнейший параметр для усилителя – коэффициент усиления. Он рассчитывается, как отношение выходного сигнала к входному. В зависимости от рассматриваемой величины, различают:

  • коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
  • коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
  • коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах. Для этого применяются следующие формулы:

  • коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
  • коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
  • коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению.

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Следующий важный параметр усилителя – коэффициент искажения сигнала. Важно понимать, что усиление сигнала происходит в результате его преобразований и изменений. Не факт, что всегда эти преобразования будут происходить корректно. По этой причине выходной сигнал может отличаться от входного, например, по форме.

Идеальных усилителей не существует, поэтому искажения всегда имеют место. Правда, в одних случаях они не выходят за допустимые границы, а в других – выходят. Если гармоники сигналов на выходе усилителя совпадают с гармониками входных сигналов, то искажения линейные и сводятся лишь к изменению амплитуды и фазы. Если же на выходе появляются новые гармоники, то искажения нелинейные, потому что приводят к изменению формы сигнала.

Проще говоря, если искажения линейные и на входе усилителя был сигнал «а», то на выходе будет сигнал «А», а если нелинейные, то на выходе будет сигнал «Б».

Заключительный важный параметр, характеризующий работу усилителя, это выходная мощность. Разновидности мощности:

  1. Номинальная.
  2. Паспортная шумовая.
  3. Максимальная кратковременная.
  4. Максимальная долговременная.

Все четыре типа нормируются различными ГОСТами и стандартами.

Усилители на лампах

Исторически первые усилители создавались на электронных лампах, которые относятся к классу электровакуумных приборов.

В зависимости от расположенных внутри герметичной колбы лампы электродов различают:

  • диоды;
  • триоды;
  • тетроды;
  • пентоды.

Максимальное количество электродов – восемь. Существуют также такие электровакуумные приборы, как клистроны.

Усилитель на триоде

Для начала стоит разобраться со схемой включения. Описание схемы усилителя низкой частоты на триоде приведено далее.

На нить накала, которая нагревает катод, подается напряжение. Также напряжение подается на анод. С катода под действием температуры выбиваются электроны, которые устремляются к аноду, на который подан положительный потенциал (у электронов потенциал отрицательный).

Часть электронов перехватывается третьим электродом – сеткой, к которой также подведено напряжение, только переменное. С помощью сетки регулируется анодный ток (ток в схеме в целом). Если на сетку подать большой отрицательный потенциал, все электроны с катода осядут на ней, а через лампу не будет протекать ток, потому что ток – направленное движение электронов, а сетка это движение перекрывает.

Коэффициент усиления лампы регулирует резистор, который подключен между источником питания и анодом. Он задает нужное положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике, от которого и зависят параметры усиления.

Почему положение рабочей точки так важно? Потому что от него зависит, насколько будет усилен ток и напряжение (следовательно, и мощность) в схеме усилителя низкой частоты.

Выходной сигнал на триодном усилителе снимается с участка между анодом и резистором, включенным перед ним.

Усилитель на клистроне

Принцип работы усилителя низкой частоты на клистроне основан на модуляции сигнала сначала по скорости, а затем по плотности.

Клистрон устроен следующим образом: в колбе есть катод, нагреваемый нитью накала, и коллектор (аналог анода). Между ними расположены входной и выходной резонаторы. Электроны, испускаемые с катода, ускоряются напряжением, подведенным к катоду, и устремляются к коллектору.

Одни электроны будут двигаться быстрее, другие медленнее – так выглядит модуляция по скорости. Из-за разницы в скорости движения электроны группируются в пучки – так проявляется модуляция по плотности. Модулированный по плотности сигнал попадает на выходной резонатор, где создает сигнал той же частоты, но большей мощности, чем и у входного резонатора.

Получается, что кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний электромагнитного поля выходного резонатора. Так происходит усиление сигнала в клистроне.

Особенности электровакуумных усилителей

Если сравнить качество одного и того же сигнала, усиленного ламповым устройством и УНЧ на транзисторах, то разница будет видна невооруженным глазом не в пользу последнего.

Любой профессиональный музыкант скажет, что ламповые усилители куда лучше своих продвинутых аналогов.

Электровакуумные приборы давно вышли из массового потребления, им на смену пришли транзисторы и микросхемы, но это неактуально для области воспроизведения звука. За счет температурной стабильности и вакуума внутри ламповые приборы лучше усиливают сигнал.

Единственный недостаток лампового УНЧ – высокая цена, что логично: дорого выпускать элементы, которые не пользуются массовым спросом.

Усилитель на биполярном транзисторе

Часто усилительные каскады собираются с использованием транзисторов. Простой усилитель низкой частоты можно собрать всего из трех основных элементов: конденсатора, резистора и n-p-n транзистора.

Для сборки такого усилителя понадобится заземлить эмиттер транзистора, подсоединить к его базе последовательно конденсатор, а параллельно – резистор. Нагрузку следует располагать перед коллектором. К коллектору в данной схеме целесообразно подключить ограничительный резистор.

Допустимое напряжение питания такой схемы усилителя низкой частоты варьируется от 3 до 12 вольт. Номинал резистора следует выбирать экспериментально с учетом того, что его величина должна быть минимум в 100 раз больше сопротивления нагрузки. Номинал конденсатора может варьироваться от 1 до 100 мкФ. Его емкость влияет на величину частоты, с которой может работать усилитель. Чем больше емкость, тем ниже номинал частоты, которую может усиливать транзистор.

Входной сигнал усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе подается на конденсатор. Положительный полюс питания необходимо соединить с точкой соединения нагрузки и резистора, параллельно соединенного с базой и конденсатором.

Чтобы улучшить качество такого сигнала, можно подключить к эмиттеру параллельно соединенные конденсатор и резистор, играющие роль отрицательной обратной связи.

Усилитель на двух биполярных транзисторах

Чтобы повысить коэффициент усиления, можно соединить два одиночных УНЧ на транзисторах в один. Тогда коэффициенты усиления этих устройств можно будет умножить.

Хотя если продолжать наращивать число усилительных каскадов, то будет увеличиваться шанс самовозбуждения усилителей.

Усилитель на полевом транзисторе

Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше). К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

Входной сигнал к усилителям низкой частоты на полевых транзисторах подается на затвор. Осуществляется это также через конденсатор.

Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

  1. У ПТ высокое Rвходное = I / Uзатвор-исток. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.
  2. ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.
  3. В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.
  4. Они устойчивы к изменению температуры.

Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

Устройство на операционном усилителе

Операционный усилитель (далее ОУ) – устройство с дифференцированными входами, обладающее очень высоким коэффициентом усиления.

Усиление сигнала – не единственная функция данного элемента. Он может работать и в качестве генератора сигналов. Тем не менее для работы с низкими частотами интересны именно его усилительные свойства.

Чтобы из ОУ сделать усилитель сигналов, необходимо грамотно подключить к нему цепь обратной связи, которая представляет из себя обычный резистор. Как понять, куда подключать данную цепь? Для этого нужно обратиться к передаточной характеристике ОУ. Она имеет два горизонтальных и один линейный участок. Если рабочая точка устройства расположена на одном из горизонтальных участков, то ОУ работает в режиме генератора (импульсный режим), если она находится на линейном участке, то ОУ усиливает сигнал.

Чтобы перевести ОУ в линейный режим, нужно подключить резистор обратной связи одним контактом к выходу устройства, а другим – к инвертирующему входу. Такое включение называется отрицательной обратной связью (ООС).

Если требуется, чтобы сигнал низкой частоты усиливался и не менялся по фазе, то инвертирующий вход с ООС следует заземлить, а на неинвертирующий вход подать усиливаемый сигнал. Если же необходимо усилить сигнал и изменить его фазу на 180 градусов, то неинвертирующий вход нужно заземлить, а на инвертирующий подать входной сигнал.

При этом нельзя забывать, что на операционный усилитель необходимо подавать питание противоположных полярностей. Для этого у него есть специальные контактные выводы.

Важно заметить, что работе с такими устройствами иногда бывает сложно подобрать элементы для схемы усилителя низкой частоты. Требуется их тщательное согласование не только по номинальным значениям, но и по материалам, из которых они изготовлены, для достижения нужных параметров усиления.

Усилитель на микросхеме

УНЧ можно собирать и на электровакуумных элементах, и на транзисторах, и на операционных усилителях, только электронные лампы – это прошлый век, а остальные схемы не лишены недостатков, исправление которых неминуемо влечет усложнение конструкции усилителя. Это неудобно.

Инженеры давно нашли более удобный вариант создания УНЧ: промышленностью выпускаются готовые микросхемы, выполняющие роль усилителей.

Каждая из таких схем – набор ОУ, транзисторов и других элементов, соединенных определенным образом.

Примеры некоторых серий УНЧ в виде интегральных микросхем:

  • TDA7057Q.
  • К174УН7.
  • TDA1518BQ.
  • TDA2050.

Все приведенные выше серии применяются в аудиоаппаратуре. Каждая из моделей имеет разные характеристики: напряжение питания, выходную мощность, коэффициенты усиления.

Они изготавливаются в виде небольших элементов с множеством выводов, которые удобно располагать на плате и монтировать.

Для работы с усилителем низкой частоты на микросхеме полезно знать азы алгебры логики, а также принципы работы логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

На логических элементах можно собрать практически любые электронные устройства, но в этом случае многие схемы будут получаться громоздкими и неудобными для монтажа.

Поэтому применение готовых интегральных микросхем, выполняющих функцию УНЧ, представляется наиболее удобным практическим вариантом.

Улучшение схем

Выше был приведен пример того, как можно улучшить усиливаемый сигнал при работе с биполярными и полевыми транзисторами (подключением параллельного соединения конденсатора и резистора).

Подобные конструкционные модернизации можно производить практически с любыми схемами. Конечно, внедрение новых элементов увеличивает падение напряжения (потери), но благодаря этому можно улучшить свойства различных схем. Например, конденсаторы являются отличными фильтрами частот.

На резистивных, емкостных или индуктивных элементах рекомендуется собирать простейшие фильтры, отсеивающие частоты, которые не должны попадать в схему. Комбинируя резистивные и емкостные элементы с операционными усилителями, можно собирать более эффективные фильтры (интеграторы, дифференциаторы по схеме Саллена-Ки, режекторные и полосовые фильтры).

В заключение

Важнейшими параметрами усилителей частот являются:

  • коэффициент усиления;
  • коэффициент искажения сигнала;
  • выходная мощность.

Усилители низких частот чаще всего используются в звуковой аппаратуре. Собирать данные устройства можно практически на следующих элементах:

  • на электровакуумных лампах;
  • на транзисторах;
  • на операционных усилителях;
  • на готовых микросхемах.

Характеристики усилителей низкой частоты можно улучшать за счет введения резистивных, емкостных или индуктивных элементов.

Каждая из схем, приведенных выше, обладает своими достоинствами и недостатками: какие-то усилители дорого собирать, какие-то могут уйти в насыщение, для некоторых сложно согласовать используемые элементы. Всегда есть особенности, с которыми человеку, занимающемуся конструированием усилителей, приходится считаться.

Пользуясь всеми рекомендациями, что даны в этой статье, можно собрать собственный усилитель для домашнего использования вместо того, чтобы покупать это устройство, которое может стоить больших денег, если речь идет о приборах высокого качества.

fb.ru

Усилители

Загрузка. Пожалуйста, подождите...

RadiobookA

радиолюбительский портал

 
Топ 10!
  • Автоматическая умная система создания бэкапов с отключе ...
Календарь обновлений
«    Август 2019    »ПнВтСрЧтПтСбВс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031 
Случайная публикация
  • Трехламповый приемник для местного приема. .. Принципиальная схема приемника дана на фиг. 149. Оконечный каскад приемника охвачен частотно-зависимой отрицательной обратной связью. Напряжение обратной связи подается из анодной цепи этого каска...
  • DS4426 - недорогой ЦАП с I2C-интерфейсом и контролем питания... DS4426 компании Maxim содержит четыре управляемых по I2C-интерфейсу токовых ЦАП со слежением за потребляемым током.
  • Цифровые микросхемы - начинающим (занятие 14) - К561ИЕ11... На седьмом (см. РК 07-2000) занятии этого цикла мы изучили работу обычного двоичного счетчика на примере микросхемы К561ИЕ10. Но кроме таких простых счетчиков в серии К561 имеются более сложные
  • Схемы электронных звонков... 6 схем простых звонков: Электронный звонок, Музыкальный звонок, Сенсорный квартирный звонок, Схема сенсорного дверного звонка на микросхеме, Простой дверной звонок, Самодельный звонок на базе
  • Радиоприемник на трех транзисторах в форме заушины... Не всегда можно соорудить хорошую антенну и слушать передачи на детекторный, одно- и двухтранзисторный радиоприемник. Зачастую, особенно в городах, такой возможности нет, и в качестве антенны можно
  • Компас — индикатор обрыва... Если нужно срочно проверить целость обмотки катушки индуктивности или радиочастотного дросселя, а омметра под руками нет, воспользуйтесь компасом и элементом на 1,5 В, например 373.
  • Занимательные эксперименты: некоторые возможности полевого транзистора... Известно, что входное сопротивление биполярного транзистора зависит от сопротивления нагрузки каскада, сопротивления резистора в цепи эмиттера и коэффициента передачи тока базы. Порою оно бывает

Сайт для радиолюбителей РадиобукА © 2008-2016

обратная связь@radiobooka.ru

radiobooka.ru

Мощный и качественный самодельный усилитель звука

Недавно обратился некий человек с просьбой собрать ему усилитель достаточной мощности и раздельными каналами усиления по низким, средним и высоким частотам. Подобные усилители до этого не раз уже собирал для себя в качестве эксперимента и, надо сказать, эксперименты были весьма удачными. Качество звучания даже недорогих колонок не очень высокого уровня заметно при этом улучшается по сравнению, например, с вариантом применения пассивных фильтров в самих колонках. К тому же появляется возможность довольно легко менять частоты раздела полос и коэффициент усиления каждой отдельно взятой полосы и, таким образом, проще добиться равномерной АЧХ всего звукоусилительного тракта. В усилителе были применены готовые схемы, которые до этого не раз были опробованы в более простых конструкциях.

Структурная схема

На рисунке ниже показана схема 1 канала:

Как видно из схемы, усилитель имеет три входа, один из которых предусматривает простую возможность добавления предусилителя-корректора для проигрывателя винила (при такой необходимости), переключатель входов, предварительный усилитель-тембролок (также трёхполосный, с регулировкой уровней ВЧ/СЧ/НЧ), регулятор громкости, блок фильтров на три полосы с регулировкой уровня усиления каждой полосы с возможностью отключения фильтрации и блок питания для оконечных усилителей большой мощности (нестабилизированный) и стабилизатор для «слаботочной» части (предварительные каскады усиления).

Предварительный усилитель-темброблок

В качестве него была применена схема, не раз проверенная до этого, которая при своей простоте и доступности деталей показывает довольно хорошие характеристики. Схема (как и все последующие) в своё время была опубликована в журнале «Радио» и затем не раз публиковалась на различных сайтах в интернете:

Входной каскад на DA1 содержит переключатель уровня усиления (-10; 0; +10 дБ), что упрощает согласование всего усилителя с различными по уровню источниками сигнала, а на DA2 собран непосредственно регулятор тембров. Схема не капризна к некоторому разбросу номиналов элементов и не требует никакого налаживания. В качестве ОУ можно применить любые микросхемы, применяемые в звуковых трактах усилителей, например здесь (и в последующих схемах) пробовал импортные ВА4558, TL072 и LM2904. Подойдёт любая, но лучше, конечно, выбирать варианты ОУ с возможно меньшим уровнем собственного шума и высоким быстродействием (коэффициентом нарастания входного напряжения). Эти параметры можно посмотреть в справочниках (даташитах). Конечно, здесь вовсе не обязательно применять именно эту схему, вполне можно, например, сделать не трёхполосный, а обычный (стандартный) двухполосный темброблок. Но не «пассивную» схему, а с каскадами усиления-согласования по входу и выходу на транзисторах или ОУ.

Блок фильтров

Схем фильтров, также, при желании можно найти множество, так как публикаций на тему многополосных усилителей сейчас достаточно. Для облегчения этой задачи и просто для примера, я приведу здесь несколько возможных схем, найденных в различных источниках:

— схема, которая была применена мной в этом усилителе, так как частоты раздела полос оказались как раз такие, которые и нужны были «заказчику» — 500 Гц и 5 кГц и ничего пересчитывать не пришлось.

— вторая схема, попроще на ОУ.

И ещё одна возможная схема, на транзисторах:

Как уже писал ваше, выбрал первую схему из-за довольно качественной фильтрации полос и соответствии частот разделения полос заданным. Только на выходах каждого канала (полосы) были добавлены простые регуляторы уровня усиления (как это сделано, например, в третьей схеме, на транзисторах). Регуляторы можно поставить от 30 до 100 кОм. Операционные усилители и транзисторы во всех схемах можно заменить на современные импортные (с учётом цоколёвки!) для получения лучших параметров схем. Никакой настройки все эти схемы не требуют, если не требуется изменить частоты раздела полос. К сожалению, дать информацию по пересчёту этих частот раздела я не имею возможности, так как схемы искались для примера «готовые» и подробных описаний к ним не прилагалось.

В схему блока фильтров (первая схема из трёх) была добавлена возможность отключения фильтрации по каналам СЧ и ВЧ. Для этого были установлены два кнопочных переключателя типа П2К, с помощью которых просто можно замкнуть точки соединения входов фильтров — R10C9 с их соответствующими выходами — «выход ВЧ» и «выход СЧ». В этом случае по этим каналам идёт полный звуковой сигнал.

Усилители мощности

С выхода каждого канала фильтра сигналы ВЧ-СЧ-НЧ подаются на входы усилителй мощности, которые, также, можно собрать по любой из известных схем в зависимости от необходимой мощности всего усилителя. Я делал УМЗЧ по известной давно схеме из журнала «Радио», №3, 1991 г., стр.51. Здесь даю ссылку на «первоисточник», так как по поводу этой схемы существует много мнений и споров по повод её «качественности». Дело в том, что на первый взгляд это схема усилителя класса «B» с неизбежным присутствием искажений типа «ступенька», но это не так. В схеме применено токовое управление транзисторами выходного каскада, что позволяет избавиться от этих недостатков при обычном, стандартном включении. При этом схема очень простая, не критична к применяемым деталям и даже транзисторы не требует особого предварительного подбора по параметрам К тому же схема удобна тем, что мощные выходные транзисторы можно ставить на один теплоотвод попарно без изолирующих прокладок, так как выводы коллекторов соединены в точке «выхода», что очень упрощает монтаж усилителя:

Полезное:  Термометр со стрелочным индикатором на микроконтроллере Ардуино

При настройке лишь ВАЖНО подобрать правильные режимы работы транзисторов предоконечного каскада (подбором резисторов R7R8) — на базах этих транзисторов в режиме «покоя» и без нагрузки на выходе (динамика) должно быть напряжение в пределах 0,4-0,6 вольт. Напряжение питания для таких усилителей (их, соответственно, должно быть 6 штук) поднял до 32 вольт с заменой выходных транзисторов на 2SA1943 и 2SC5200, сопротивление резисторов R10R12 при этом следует также увеличить до 1,5 кОм (для «облегчения жизни» стабилитронам в цепи питания входных ОУ). ОУ также были заменены на ВА4558, при этом становится не нужна цепь «установки нуля» (выходы 2 и 6 на схеме) и, соответственно меняется цоколёвка при пайке микросхемы. В результате при проверке каждый усилитель по этой схеме выдавал мощность до 150 ватт (кратковременно) при вполне адекватной степени нагрева радиатора.

Подробнее об этом усилителе всё же рекомендовал бы посмотреть информацию в «первоисточнике», там очень подробно расписаны варианты, принципы построения, настройки и работы.

Блок питания УНЧ

В качестве блока питания были использованы два трансформатора с блоками выпрямителей и фильтров по обычной, стандартной схеме. Для питания НЧ полосных каналов (левый и правый каналы) — трансформатор мощностью 250 ватт, выпрямитель на диодных сборках типа MBR2560 или аналогичных и конденсаторы 40000 мкф х 50 вольт в каждом плече питания. Для СЧ и ВЧ каналов — трансформатор мощностью 350 ватт (взят из сгоревшего ресивера «Ямаха»), выпрямитель — диодная сборка TS6P06G и фильтр — два конденсатора по 25000 мкф х 63 вольт на каждое плечо питания. Все электролитические конденсаторы фильтров зашунтированы плёночными конденсаторами ёмкостью 1 мкф х 63 вольта.

В общем, блок питания может быть и с одним трансформаторм, конечно, но при его соответствующей мощности. Мощность усилителя в целом в данном случае определяется исключительно возможностями источника питания. Все предварительные усилители (темброблок, фильтры) — запитаны также от одного из этих трансформаторов (можно от любого из них), но через дополнительный блок двуполярного стабилизатора, собранный на МС типа КРЕН (или импортных) или по любой из типовых схем на транзисторах.

Конструкция самодельного усилителя

Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты :-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:

Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):

— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.

Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:

Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):

В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта 2shemi.ru).

2shemi.ru

УСИЛИТЕЛИ ЗВУКА СВОИМИ РУКАМИ

В этой статье мы поговорим об усилителях. Они же УНЧ (усилители низкой частоты), они же УМЗЧ (усилители мощности звуковой частоты). Эти устройства могут быть выполнены как на транзисторах, так и на микросхемах. Хотя некоторые радиолюбители, отдавая дань моде на винтаж, делают их по старинке - на лампах. Здесь советуем посмотреть отличный сборник схем. Особое внимание начинающих хочу обратить на микросхемы автомобильных усилителей с 12-ти вольтовым питанием. Используя их можно получить довольно качественный звук на выходе, причем для сборки практически достаточно знаний школьного курса физики. Порой из обвеса, или говоря другими словами, тех деталей на схеме, без которых микросхема не будет работать, на схеме бывает буквально 5 штук. Одна из подобных, усилитель на микросхеме TDA1557Q приведена на рисунке:

Усилитель на микросхеме TDA1557Q

Такой усилитель в свое время был собран мною, пользуюсь уже несколько лет им вместе с советской акустикой 8 Ом 8 Вт, совместно с компьютером. Качество звучания намного выше, чем у китайских пластмассовых колонок. Правда, чтобы почувствовать существенную разницу, мне пришлось купить звуковую карту creative, на встроенном звуке разница была незначительная.

Усилитель можно собрать навесным монтажом

Также усилитель можно собрать навесным монтажом, прямо на выводах деталей, но я бы не советовал собирать этим методом. Лучше потратить немного больше времени, найти разведенную печатную плату (или развести самому), перенести рисунок на текстолит, протравить его и получить в итоге усилитель, который будет работать много лет. Обо всех эти технологиях многократно рассказано в интернете, поэтому более подробно останавливаться на них не буду.

Усилитель прикрепленный к радиатору

Сразу скажу, что микросхемы усилителей при работе сильно нагреваются и их необходимо крепить, нанеся термопасту на радиатор. Тем же, кто хочет просто собрать один усилитель и нет времени или желания изучать  программы по разводке печатных плат, технологии ЛУТ и травление, могу предложить использовать специальные макетные платы с отверстиями под пайку. Одна из них изображена на фото ниже:

Фото сборка на макетной плате

Как видно на фото, соединения осуществляются не дорожками на печатной плате, как в случае с печатным монтажом, а гибкими проводками, подпаиваемыми к контактам на плате. Единственной проблемой при сборке таких усилителей, является источник питания, выдающий напряжение 12-16 вольт, при токе потребления усилителем до 5 ампер. Разумеется, такой трансформатор (на 5 ампер) будет иметь немаленькие размеры, поэтому некоторые пользуются импульсными источниками питания.

Трансформатор для усилителя - фото

У многих, думаю, дома есть блоки питания компьютеров, которые сейчас морально устарели, и больше не используются в составе системных блоков, так вот такие блоки питания способны выдавать по цепям +12 вольт, токи намного большие чем 4 ампера. Конечно, такое питание среди ценителей звучания считается худшим, чем стандартное трансформаторное, но я подключал импульсный блок питания для питания своего усилителя, после сменил его на трансформаторный - разница в звучании можно сказать незаметна.

Диод для выпрямителя усилителя

После выхода с трансформатора, разумеется, нужно поставить для выпрямления тока диодный мост, который должен быть рассчитан на работу с большими токами, потребляемыми усилителем.

Электролитический конденсатор 2200 мкФ

После диодного моста идет фильтр на электролитическом конденсаторе, который должен быть рассчитан на заметно большее напряжение, чем у нас в схеме. Например, если у нас в схеме питание 16 вольт, конденсатор должен быть на 25 вольт. Причем этот конденсатор должен быть как можно большей емкости, у меня стоят подключенные параллельно 2 конденсатора по 2200 мкф, и это не предел. Параллельно питанию (шунтируем) нужно подключить керамический конденсатор емкостью 100 нф. У усилителя на входе ставят пленочные разделительные конденсаторы емкостью от 0,22 до 1 мкф.

Пленочные конденсаторы

Подключение сигнала к усилителю, с целью снизить уровень наводимых помех, должно осуществляться экранированным кабелем, для этих целей удобно пользоваться кабелем Джек 3.5 – 2 Тюльпана, с соответствующими гнездами на усилителе.

Кабель джек 3.5 - 2 тюльпана

Регулировку уровня сигнала (громкости на усилителе) осуществляют с помощью потенциометра, если усилитель стерео, то сдвоенного. Схема подключения переменного резистора показана на рисунке ниже:

Подключение потенциометра к усилителю - схема

Разумеется усилители могут быть  выполнены и на транзисторах, при этом питание, подключение и регулировка громкости в них применяются точно так же, как и в усилителях на микросхемах. Рассмотрим, к примеру, схему усилителя на одном транзисторе:

Усилитель на 1 транзисторе схема

Здесь также стоит разделительный конденсатор, и минус сигнала соединяется с минусом питания. Ниже приведена схема двухтактного усилителя мощности на двух транзисторах:

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Следующая схема также на двух транзисторах, но собранная из двух каскадов. Действительно, если присмотреться, она состоит как-бы из 2 почти одинаковых частей. В первый каскад у нас входят: С1, R1, R2, V1. Во второй каскад C2, R3, V2, и нагрузка наушники В1.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах - схема

Если же мы хотим сделать стерео усилитель, нам нужно будет собрать два одинаковых канала. Точно также мы можем, собрав  две схемы любого моно усилителя, превратить его в  стерео. Ниже приведена схема трехкаскадного усилителя мощности на транзисторах:

Трехкаскадный усилитель на транзисторах - схема

Схемы усилителей также различаются по напряжению питания, некоторым достаточно для работы 3-5 вольт, другим необходимо 20 и выше. Для работы некоторых усилителей требуется двуполярное питание. Ниже приведены 2 схемы усилителя на микросхеме TDA2822, первая стерео подключение:

Стерео подключение TDA2822m

На схеме в виде резисторов RL обозначены подключения динамиков. Усилитель нормально работает от напряжения в 4 вольта. На следующем рисунке изображена схема мостового включения, в ней используется один динамик, зато она выдает большую мощность, чем в стерео варианте:

Мостовое подключение TDA2822m

На следующем рисунке изображены схемы усилителя на микросхеме TDA2030, обе схемы взяты из даташита. Питание 18 вольт, мощность 14 Ватт:

Микросхема tda 2030 схема включения

Далее изображена эта же микросхема в мостовом включении, (вернее их здесь используется две):

Мостовая схема усилителя на tda 2030

Акустика, подключаемая к усилителю, может иметь разное сопротивление, чаще всего это 4-8 Ом, иногда встречаются динамики с сопротивлением 16 Ом. Узнать сопротивление динамика, можно перевернув его тыльной стороной к себе, там обычно пишется номинальная мощность и сопротивление динамика. В нашем случае это 8 Ом, 15 Ватт.

Фото динамика с тыльной стороны

Если же динамик находится внутри колонки и посмотреть, что на нем написано, нет возможности, тогда динамик можно прозвонить тестером в режиме омметра выбрав предел измерения 200 Ом.

Мультиметр в режиме омметра меряет динамик

Динамики имеют полярность. Кабеля, которыми  акустика подключается, обычно имеют пометку красным цветом, для провода который соединен с плюсом динамика.

Акустический кабель динамика

Если провода не имеют пометок, проверить правильность подключения  можно, соединив батарейку плюс с плюсом, минус с минусом динамика (условно), если диффузор динамика выдвинется наружу - то мы угадали с полярностью. Больше различных схем УНЧ, в том числе ламповых, можно посмотреть в данном разделе. Там собрана, думаем, самая большая подборка схем в интернете.

   Форум по УНЧ

   Схемы для начинающих

elwo.ru

УНЧ и Звукотехника

Как много в этой аббревиатуре для сердца радиолюбителя слилось. Каждый, кто когда-нибудь занимался радиотехникой и электроникой, собирал различные усилители низкой частоты. Простые и сложные, маломощные и мощные. Сейчас, с развитием интегральных микросхем, стало вообще всё намного проще. Усилители не содержат каких-то уникальных радиодеталей. Одна микросхема, которая, собственно, и представляет собой уже готовый усилитель мощности низкой частоты, и схема, практически, собрана. Как правило, выходная мощность таких усилителей и качество воспроизведения на высоте. А если прикупить головку динамическую прямого излучения Ватт так на 1500 - 2000 и встроить в корпус с фазоинвертором, выполненный по рассчитанным размерам, то вообще замечательно. Получится сабвуфер не хуже покупного. В большинстве случаев даже лучше.

Чистота и качество воспроизведения постоянно совершенствуются. Основные термины в данном разделе:Бел (Б) - логарифмическая единица, соответствующая (при частоте 1000 Гц) десятикратному изменению силы звука. Логарифмическая единица, соответствующая 1/10 бела, называется децибелом (дБ). Одному дБ соответствует изменение звукового давления в 1,12 раза.Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота тона. Самый низкий предел, воспринимаемый человеком, 20 Гц, а самый высокий - 20000 Гц.Тембр - окраска звука, определяемая количеством, частотой и интенсивностью обертонов.Уровень звукового давления - отношение данного звукового давления p к нулевому уровню p0, выраженное в дБ. Вычисляется как N=20 lg(p/p0).Болевой порог - звуковое давление, которое вызывает болевое ощущение на коже. Уровень равен 120 дБ.

В радиолюбительской практике принято делить УНЧ на обычные и высокого качества (Hi-Fi класса). Максимальная выходная мощность всех звуковых усилителей определяется по простой формуле: Pвых=U2/Rн. Т.е. замеряете напряжение на выходе УНЧ (обязательно под нагрузкой), возводите в квадрат и делите на сопротивление нагрузки (обычно сопротивление динамика 4-8 Ом). Можно ещё упомянуть о предварительном усилении. К усилителям мощности обязательно нужны такие каскады, чтобы напряжение на его входе было достаточным.

Бывают ещё различные по сложности усилительные каскады. Однотактные, двухтактные, трансформаторные и бестрансформаторные, мостовые схемы включения усилительных элементов. Одна из возможных схем двухтактного трансформаторного каскада усилителя звуковой частоты приведена ниже. Номинальная выходная мощность 4 Вт, максимальная - 6 Вт.

Но такие, я думаю, уже никто не будет собирать. Слишком трудоёмко наматывать трансформатор, плюс ко всему нужно найти подходящий магнитопровод.

Приведу ещё пример двухтактного бестрансформаторного каскада УНЧ. Выходная мощность порядка 10 Вт.

У нас в наличии имеется более 850 схем УНЧ на интегральных микросхемах. По мере необходимости будем выкладывать их на сайт, особенно самые лучшие, на наш взгляд. Если Вам нужен какой-то усилитель и Вы не можете найти его схему, то пишите, пожалуйста, в комментариях или в форме обратной связи. Мы обязательно поможем.

Ниже приведены ссылки на различные материалы по данной теме. Особо отметим, что среди них есть полностью опубликованные с полным описанием схемы, входящих радиоэлементов, различных настроек и замеров основных параметров (например, силы тока и напряжения) на разных участках цепи и между элементами. Также есть с кратким описанием, содержащие ссылку на скачивание всего документа в одном архиве, где, в свою очередь, содержится уже полное описание конструкции, печатной платы и прочее. Архивы имеют расширение *.rar (распаковать можно, например, программой WinRAR версии 2.9 и выше) и доступны для скачивания. Примечание: эта мера введена из-за того, что многие запакованные материалы являются целыми пособиями. Подразумевается, что Вам будет удобнее скачать на жесткий диск и просматривать уже локально, нежели листать страницу за страницей, расходуя трафик и время.

xn--80a3afg4cq.xn--p1ai

Ламповые УНЧ

Ламповый усилитель звуковой частоты на 6С2П, 6П18П (12Вт)

Добрый день, уважаемые радиолюбители. Как известно, история развивается по спирали, и история развития аудиотехники в этом не исключение. Если взглянуть на рынок усилителей воспроизведения, то можно заметить, что в последние несколько лет вновь произошла реинкарнация ламповых усилителей, а некоторые производители возобновили производство радиолам. Сегодня мы хотели бы предложить вам конструкцию несложного лампового усилителя, предназначенного ...

2 1397 0

Однокаскадный ламповый УМЗЧ на 4Вт (6П9), схема и описание

В статье описана конструкция однокаскадного лампового УМЗЧ небольшой мощности, используемого автором совместно с АС, построенной на основе широкополосных головок повышенной чувствительности. В усилителе применено параллельное включение двух пентодов 6П9, отличающихся высоким усилением. Это и позволило получить выходную мощность до 4 Вт при работе с источником сигнала, обеспечивающим напряжение сигнала до 1,5...2 В, т. е. от любого проигрывателя компакт-дисков или смартфона ...

1 1321 0

Домашний ламповый винил-корректор (EF86, 6Н2П)

Эта статья предназначена для любителей винила, имеющих хотя бы начальные знания по радиотехнике и умеющих держать паяльник в руках. Несмотря на обилие цифровых источников звука, у многих из нас сохранилась большая коллекция виниловых пластинок. Более того, качество звучания прилично записанной ...

1 1311 0

Ламповый усилитель с трансформаторами ТПП-258-127/220-50 (6Н8С и 6П3С)

Принципиальная схема самодельного лампового усилителя мощности на 6Н8С и 6П3С, в котором использованы фабричные трансформаторы типа ТПП-258-127/220-50. Автор рассказывает как он изготовил усилитель и какие изменения вносил в схему УМЗЧ, также предоставлены фото разобранного и готового устройства.

1 2772 0

Схема двухтактного лампового усилителя мощности на 6П14П (8 Ватт)

Двухтактный выходной каскад стереоусилителя отличается использованием в цепи катодов общего генератора тока на микросхеме, благодаря которому и обеспечивается парафазное управление пентодами 6П14П. Выбором коэффициента трансформации сопротивления нагрузки можно в некоторой степени изменять ...

2 3278 14

Простой ламповый усилитель мощности на 14-20 Ватт (6Н2П, 6П14П)

Усилитель мощности ЗЧ, схема которого показана на рисунке выполнен на лампах от старых черно-белых телевизоров или радиол. Это предварительный усилитель с фазоинвертором на двойном триоде 6Н2П и двухтактный выходной каскада на двух лампах 6П14П. Использование таких старых компонентов, часто ...

9 3025 12

Лампово-транзисторный УНЧ для наушников и колонок (6Н23П)

Всем ценителям лампового звука выношу на суд свою конструкцию лампово полупроводникового усилителя. Источником для творчества послужили залежи германиевых транзисторов, пролежавших в коробке и успешно позабытыми хороший десяток лет. Наверное немногим известен тот факт,что именно германий дает звучание максимально приближенное к ламповому...

4 5007 24

Схема лампового УНЧ с пятиполосным эквалайзером (6Н3П, 6П14П, 6П45С)

Предлагаю хорошо отработанную схему унч на 6п45с, с пятиполосным темброблоком.  Усилитель выполнен по классической однотактной схеме.за основу была взята схема А.Манакова. В описании работы схема ненуждается. В процессе сборки и наладки были изменены некоторые номиналы резисторов.в процессе...

3 4936 0

Высококачественный ламповый усилитель для наушников на 6Н1П, 6Н23П

Как возникла идея собрать ламповый усилитель для наушников Идея собрать качественный ламповый усилитель для наушников в голове витала давненько.  Задумка неплохая, но останавливал один момент.  С технической стороны собрать это изделие было несложно.  Было пересмотрено много каких...

4 5167 6

Ламповый УНЧ с параллельным включением ламп (6Н3П, 6П14П)

Предлагаю вашему вниманию хорошо повторяемую, отработанную, схему лампового УНЧ с параллельным включением ламп, за основу взят УНЧ начального уровня.  Заинтересовала меня однажды схема лампового УНЧ начального уровня.  Повторил -  результатом был доволен.

9 4957 4

radiostorage.net

Три схемы УНЧ для новичков « схемопедия


После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.

Начнем с более мощной схемы.

Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.

Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.

Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.

Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.

Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.

Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.

Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.

Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.

Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.

Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.

Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.

В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.

Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно,  какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие  теплоотводы для каждого транзистора.

И наконец – третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.

Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.

Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.

Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.

Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.

Скачать печатную плату в формате Sprint-Layout

Автор: АКА

Схема усилителя низкой частоты. Классификация и принцип работы УНЧ — ABC IMPORT

Содержание статьи:

Усилитель низких частот (далее УНЧ) – электронное устройство, предназначенное для усиления колебаний низкой частоты до той, которая необходима потребителю. Они могут выполняться на различных электронных элементах вроде транзисторов разных типов, ламп или операционных усилителей. Все УНЧ обладают рядом параметров, которые характеризуют эффективность их работы.

В данной статье будет рассказано о применении такого устройства, его параметрах, способах построения с помощью различных электронных компонентов. Также будет рассмотрена схемотехника усилителей низкой частоты.

Вам будет интересно:Как заряжать NiMH аккумуляторы правильно

Применение УНЧ

Чаще всего УНЧ используется в аппаратуре для воспроизведения звука, потому что в данной области техники часто необходимо усиливать частоту сигнала до той, которую может воспринимать человеческий организм (от 20 Гц до 20 кГц).

Другие области применения УНЧ:

  • измерительная техника;
  • дефектоскопия;
  • аналоговая вычислительная техника.

В целом усилители низких частот встречаются в качестве составных компонентов различных электронных схем, например, радиоприемников, акустических устройств, телевизоров или радиопередатчиков.

Параметры

Важнейший параметр для усилителя – коэффициент усиления. Он рассчитывается, как отношение выходного сигнала к входному. В зависимости от рассматриваемой величины, различают:

  • коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
  • коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
  • коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Вам будет интересно:Как продлить жизнь батареек: способы реанимации и правила эксплуатации элементов питания

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах. Для этого применяются следующие формулы:

  • коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
  • коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
  • коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению.

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Следующий важный параметр усилителя – коэффициент искажения сигнала. Важно понимать, что усиление сигнала происходит в результате его преобразований и изменений. Не факт, что всегда эти преобразования будут происходить корректно. По этой причине выходной сигнал может отличаться от входного, например, по форме.

Вам будет интересно:Датчик движения ИЭК: обзор, характеристики и отзывы

Идеальных усилителей не существует, поэтому искажения всегда имеют место. Правда, в одних случаях они не выходят за допустимые границы, а в других – выходят. Если гармоники сигналов на выходе усилителя совпадают с гармониками входных сигналов, то искажения линейные и сводятся лишь к изменению амплитуды и фазы. Если же на выходе появляются новые гармоники, то искажения нелинейные, потому что приводят к изменению формы сигнала.

Проще говоря, если искажения линейные и на входе усилителя был сигнал «а», то на выходе будет сигнал «А», а если нелинейные, то на выходе будет сигнал «Б».

Заключительный важный параметр, характеризующий работу усилителя, это выходная мощность. Разновидности мощности:

  • Номинальная.
  • Паспортная шумовая.
  • Максимальная кратковременная.
  • Максимальная долговременная.
  • Все четыре типа нормируются различными ГОСТами и стандартами.

    Усилители на лампах

    Исторически первые усилители создавались на электронных лампах, которые относятся к классу электровакуумных приборов.

    В зависимости от расположенных внутри герметичной колбы лампы электродов различают:

    • диоды;
    • триоды;
    • тетроды;
    • пентоды.

    Максимальное количество электродов – восемь. Существуют также такие электровакуумные приборы, как клистроны.

    Усилитель на триоде

    Для начала стоит разобраться со схемой включения. Описание схемы усилителя низкой частоты на триоде приведено далее.

    На нить накала, которая нагревает катод, подается напряжение. Также напряжение подается на анод. С катода под действием температуры выбиваются электроны, которые устремляются к аноду, на который подан положительный потенциал (у электронов потенциал отрицательный).

    Часть электронов перехватывается третьим электродом – сеткой, к которой также подведено напряжение, только переменное. С помощью сетки регулируется анодный ток (ток в схеме в целом). Если на сетку подать большой отрицательный потенциал, все электроны с катода осядут на ней, а через лампу не будет протекать ток, потому что ток – направленное движение электронов, а сетка это движение перекрывает.

    Коэффициент усиления лампы регулирует резистор, который подключен между источником питания и анодом. Он задает нужное положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике, от которого и зависят параметры усиления.

    Почему положение рабочей точки так важно? Потому что от него зависит, насколько будет усилен ток и напряжение (следовательно, и мощность) в схеме усилителя низкой частоты.

    Выходной сигнал на триодном усилителе снимается с участка между анодом и резистором, включенным перед ним.

    Вам будет интересно:Датчики для "Умного дома": виды и назначение

    Усилитель на клистроне

    Принцип работы усилителя низкой частоты на клистроне основан на модуляции сигнала сначала по скорости, а затем по плотности.

    Клистрон устроен следующим образом: в колбе есть катод, нагреваемый нитью накала, и коллектор (аналог анода). Между ними расположены входной и выходной резонаторы. Электроны, испускаемые с катода, ускоряются напряжением, подведенным к катоду, и устремляются к коллектору.

    Одни электроны будут двигаться быстрее, другие медленнее – так выглядит модуляция по скорости. Из-за разницы в скорости движения электроны группируются в пучки – так проявляется модуляция по плотности. Модулированный по плотности сигнал попадает на выходной резонатор, где создает сигнал той же частоты, но большей мощности, чем и у входного резонатора.

    Получается, что кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний электромагнитного поля выходного резонатора. Так происходит усиление сигнала в клистроне.

    Особенности электровакуумных усилителей

    Если сравнить качество одного и того же сигнала, усиленного ламповым устройством и УНЧ на транзисторах, то разница будет видна невооруженным глазом не в пользу последнего.

    Любой профессиональный музыкант скажет, что ламповые усилители куда лучше своих продвинутых аналогов.

    Электровакуумные приборы давно вышли из массового потребления, им на смену пришли транзисторы и микросхемы, но это неактуально для области воспроизведения звука. За счет температурной стабильности и вакуума внутри ламповые приборы лучше усиливают сигнал.

    Единственный недостаток лампового УНЧ – высокая цена, что логично: дорого выпускать элементы, которые не пользуются массовым спросом.

    Усилитель на биполярном транзисторе

    Часто усилительные каскады собираются с использованием транзисторов. Простой усилитель низкой частоты можно собрать всего из трех основных элементов: конденсатора, резистора и n-p-n транзистора.

    Для сборки такого усилителя понадобится заземлить эмиттер транзистора, подсоединить к его базе последовательно конденсатор, а параллельно – резистор. Нагрузку следует располагать перед коллектором. К коллектору в данной схеме целесообразно подключить ограничительный резистор.

    Допустимое напряжение питания такой схемы усилителя низкой частоты варьируется от 3 до 12 вольт. Номинал резистора следует выбирать экспериментально с учетом того, что его величина должна быть минимум в 100 раз больше сопротивления нагрузки. Номинал конденсатора может варьироваться от 1 до 100 мкФ. Его емкость влияет на величину частоты, с которой может работать усилитель. Чем больше емкость, тем ниже номинал частоты, которую может усиливать транзистор.

    Входной сигнал усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе подается на конденсатор. Положительный полюс питания необходимо соединить с точкой соединения нагрузки и резистора, параллельно соединенного с базой и конденсатором.

    Чтобы улучшить качество такого сигнала, можно подключить к эмиттеру параллельно соединенные конденсатор и резистор, играющие роль отрицательной обратной связи.

    Усилитель на двух биполярных транзисторах

    Чтобы повысить коэффициент усиления, можно соединить два одиночных УНЧ на транзисторах в один. Тогда коэффициенты усиления этих устройств можно будет умножить.

    Хотя если продолжать наращивать число усилительных каскадов, то будет увеличиваться шанс самовозбуждения усилителей.

    Усилитель на полевом транзисторе

    Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

    В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

    К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше). К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

    Входной сигнал к усилителям низкой частоты на полевых транзисторах подается на затвор. Осуществляется это также через конденсатор.

    Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

    Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

  • У ПТ высокое Rвходное = I / Uзатвор-исток. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.
  • ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.
  • В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.
  • Они устойчивы к изменению температуры.
  • Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

    Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

    Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

    Устройство на операционном усилителе

    Операционный усилитель (далее ОУ) – устройство с дифференцированными входами, обладающее очень высоким коэффициентом усиления.

    Усиление сигнала – не единственная функция данного элемента. Он может работать и в качестве генератора сигналов. Тем не менее для работы с низкими частотами интересны именно его усилительные свойства.

    Чтобы из ОУ сделать усилитель сигналов, необходимо грамотно подключить к нему цепь обратной связи, которая представляет из себя обычный резистор. Как понять, куда подключать данную цепь? Для этого нужно обратиться к передаточной характеристике ОУ. Она имеет два горизонтальных и один линейный участок. Если рабочая точка устройства расположена на одном из горизонтальных участков, то ОУ работает в режиме генератора (импульсный режим), если она находится на линейном участке, то ОУ усиливает сигнал.

    Вам будет интересно:Китайские роботы-пылесосы: обзор, характеристики, отзывы

    Чтобы перевести ОУ в линейный режим, нужно подключить резистор обратной связи одним контактом к выходу устройства, а другим – к инвертирующему входу. Такое включение называется отрицательной обратной связью (ООС).

    Если требуется, чтобы сигнал низкой частоты усиливался и не менялся по фазе, то инвертирующий вход с ООС следует заземлить, а на неинвертирующий вход подать усиливаемый сигнал. Если же необходимо усилить сигнал и изменить его фазу на 180 градусов, то неинвертирующий вход нужно заземлить, а на инвертирующий подать входной сигнал.

    При этом нельзя забывать, что на операционный усилитель необходимо подавать питание противоположных полярностей. Для этого у него есть специальные контактные выводы.

    Важно заметить, что работе с такими устройствами иногда бывает сложно подобрать элементы для схемы усилителя низкой частоты. Требуется их тщательное согласование не только по номинальным значениям, но и по материалам, из которых они изготовлены, для достижения нужных параметров усиления.

    Усилитель на микросхеме

    УНЧ можно собирать и на электровакуумных элементах, и на транзисторах, и на операционных усилителях, только электронные лампы – это прошлый век, а остальные схемы не лишены недостатков, исправление которых неминуемо влечет усложнение конструкции усилителя. Это неудобно.

    Инженеры давно нашли более удобный вариант создания УНЧ: промышленностью выпускаются готовые микросхемы, выполняющие роль усилителей.

    Каждая из таких схем – набор ОУ, транзисторов и других элементов, соединенных определенным образом.

    Примеры некоторых серий УНЧ в виде интегральных микросхем:

    • TDA7057Q.
    • К174УН7.
    • TDA1518BQ.
    • TDA2050.

    Все приведенные выше серии применяются в аудиоаппаратуре. Каждая из моделей имеет разные характеристики: напряжение питания, выходную мощность, коэффициенты усиления.

    Они изготавливаются в виде небольших элементов с множеством выводов, которые удобно располагать на плате и монтировать.

    Для работы с усилителем низкой частоты на микросхеме полезно знать азы алгебры логики, а также принципы работы логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

    На логических элементах можно собрать практически любые электронные устройства, но в этом случае многие схемы будут получаться громоздкими и неудобными для монтажа.

    Поэтому применение готовых интегральных микросхем, выполняющих функцию УНЧ, представляется наиболее удобным практическим вариантом.

    Улучшение схем

    Выше был приведен пример того, как можно улучшить усиливаемый сигнал при работе с биполярными и полевыми транзисторами (подключением параллельного соединения конденсатора и резистора).

    Подобные конструкционные модернизации можно производить практически с любыми схемами. Конечно, внедрение новых элементов увеличивает падение напряжения (потери), но благодаря этому можно улучшить свойства различных схем. Например, конденсаторы являются отличными фильтрами частот.

    На резистивных, емкостных или индуктивных элементах рекомендуется собирать простейшие фильтры, отсеивающие частоты, которые не должны попадать в схему. Комбинируя резистивные и емкостные элементы с операционными усилителями, можно собирать более эффективные фильтры (интеграторы, дифференциаторы по схеме Саллена-Ки, режекторные и полосовые фильтры).

    В заключение

    Важнейшими параметрами усилителей частот являются:

    • коэффициент усиления;
    • коэффициент искажения сигнала;
    • выходная мощность.

    Усилители низких частот чаще всего используются в звуковой аппаратуре. Собирать данные устройства можно практически на следующих элементах:

    • на электровакуумных лампах;
    • на транзисторах;
    • на операционных усилителях;
    • на готовых микросхемах.

    Характеристики усилителей низкой частоты можно улучшать за счет введения резистивных, емкостных или индуктивных элементов.

    Каждая из схем, приведенных выше, обладает своими достоинствами и недостатками: какие-то усилители дорого собирать, какие-то могут уйти в насыщение, для некоторых сложно согласовать используемые элементы. Всегда есть особенности, с которыми человеку, занимающемуся конструированием усилителей, приходится считаться.

    Пользуясь всеми рекомендациями, что даны в этой статье, можно собрать собственный усилитель для домашнего использования вместо того, чтобы покупать это устройство, которое может стоить больших денег, если речь идет о приборах высокого качества.

    Источник

    УНЧ на транзисторах своими руками: схемы для новичков

    Усилители – наверное, одни из первых устройств, которые начинают конструировать радиолюбители-новички. Собирая УНЧ на транзисторах своими руками при помощи готовой схемы, многие используют микросхемы.

    Транзисторные усилители хоть и отличаются огромным числом применяемых микросхем, но каждый радиоэлектронщик постоянно стремится сделать что-то новое, более мощное, более сложное, интересное.

    Более того, если вам нужен качественный, надежный усилитель, то стоит смотреть в сторону именно транзисторных моделей. Ведь, именно они наиболее дешевые, способны выдавать чистый звук, и их легко сконструирует любой новичок.

    Поэтому, давайте разберемся, как сделать самодельный усилитель НЧ класса B.

    [stextbox id=’info’]Примечание! Да-да, усилители класса B тоже могут быть хорошими. Многие говорят, что качественный звук могут выдавать лишь ламповые устройства. Отчасти это правда. Но, взгляните на их стоимость.[/stextbox]

    Более того, собрать такое устройство дома – задача далеко не из легких. Ведь вам придется долго искать нужные радиолампы, после чего покупать их по довольно высокой цене. Да и сам процесс сборки и пайки требует какого-то опыта.

    Поэтому, рассмотрим схему простого, и в то же время качественного усилителя низкой частоты, способного выдавать звук мощность 50 Вт.

    Старая, но проверенная годами схема из 90-х

    Схема УНЧ, который мы будем собирать, впервые была опубликована в журнала «Радио» за 1991 год. Ее успешно собрали сотни тысяч радиолюбителей. Причем, не только для наработки опыта и улучшения мастерства, но и для использования в своих аудиосистемах.

    Итак, знаменитый усилитель низкой частоты Дорофеева:

    Уникальность и гениальность этой схемы кроется в ее простоте. В этом УНЧ применяется минимальное количество радиоэлементов, и предельно простой источник питания. Но, устройство способно «брать» нагрузку в 4 Ома, и обеспечивать выходную мощность в 50 Вт, чего вполне достаточно для домашней или автомобильной акустической системы.

    Многие электротехники совершенствовали, дорабатывали эту схему. И. для удобства мы взяли самый современный ее вариант, заменив старые компоненты на новые, чтобы вам было проще конструировать УНЧ:

    Описание схемы усилителя низких частот

    В этом «переработанном» Доровеевском УНЧ были использованы уникальные и наиболее эффективные схематические решения. К примеру, сопротивление R12. Этот резистор ограничивает ток на коллекторе выходного транзистора, тем самым ограничивая максимальную мощность усилителя.

    [stextbox id=’info’]Важно! Не стоит менять номинал R12, чтобы увеличить выходную мощность, так как он подобран именно под те компоненты, что применяются в схеме. Этот резистор защищает всю схему от коротких замыканий.[/stextbox]

    Выходной каскад транзисторов:

    Тот самый R12 «вживую»:

    Резистор R12 должен иметь мощность на 1 Вт, если под рукой такого нет – берите на полватта. Он имеет параметры, обеспечивающие коэффициент нелинейных искажений до 0,1% на частоте в 1 кГц, и не более 0,2% при 20 кГц. То есть, на слух никаких изменений вы не заметите. Даже при работе на максимальной мощности.

    Блок питания нашего усилителя нужно подобрать двухполярный, с выходными напряжениями в пределах 15-25 В (+- 1 %):

    Чтобы «поднять» мощность звука, можно увеличить напряжение. Но, тогда придется параллельно произвести замену транзисторов в оконечном каскаде схемы. Заменить их нужно на более мощные, после чего провести перерасчет нескольких сопротивлений.

    Компоненты R9 и R10 должны иметь номинал, в соответствии с подающимся напряжением:

    Они, с помощью стабилитрона, ограничивают проходящий ток. В этой же части цепи собирается параметрический стабилизатор, который нужен для стабилизации напряжения и тока перед операционным усилителем:

    Пара слов о микросхеме TL071 – «сердце» нашего УНЧ. Ее считают отличным операционным усилителем, которые встречается как в любительских конструкциях, так и в профессиональной аудиоаппаратуре. Если нет подходящего операционника, его можно заменить на TL081:

    Вид «в реальности» на плате:

    [stextbox id=’info’]Важно! Если вы решите применять в этой схеме какие-либо другие операционные усилители, внимательно изучайте их распиновку, ведь «ножки» могут иметь другие значения. [/stextbox]

    Для удобства микросхему TL071 стоит монтировать на предварительно впаянную в плату пластиковую панельку. Так можно будет быстро заменить компонент на другой в случае необходимости.

    [stextbox id=’info’]Полезно знать! Для ознакомления представим вам еще одну схему этого УНЧ, но без усиливающей микросхемы. Устройство состоит исключительно из транзисторов, но собирается крайне редко ввиду устаревания и неактуальности.[/stextbox]

    Чтобы было удобнее, мы постарались сделать печатную плату минимальной по размерам – для компактности и простоты монтажа в аудиосистему:

    Все перемычки на плате нужно запаивать сразу же после травления.

    Транзисторные блоки (входного и выходного каскада) нужно монтировать на общий радиатор. Разумеется, они тщательно изолируются от теплоотвода.

    На схеме они здесь:

    А тут на печатной плате:

    Если в наличии нет готовых, радиаторы можно изготовить из алюминиевых или медных пластин:

    Транзисторы выходного каскада должны иметь рассеиваемую мощность как минимум в 55 Вт, а еще лучше – 70 или целых 100 Вт. Но, этот параметр зависит от подающегося на плату напряжения питания.

    Из схемы понятно, что на входном и выходном каскаде применяется по 2 комплементарных транзистора. Нам важно подобрать их по усиливающему коэффициенту. Чтобы определить этот параметр, можно взять любой мультиметр с функцией проверки транзисторов:

    Если такого устройства у вас нет, тогда придется одолжить у какого-то мастерам транзисторный тестер:

    Стабилитроны стоит подбирать по мощности на полватта. Напряжение стабилизации у них должно составлять 15-20 В:

    Блок питания. Если вы планируете смонтировать на свой УНЧ трансформаторный БП, тогда подберите конденсаторы-фильтры с емкостью как минимум 5 000 мкФ. Тут чем больше – тем лучше.

    Собранный нами усилитель низких частот относится к B-классу. Работает он стабильно, обеспечивая почти кристально-чистое звучание. Но, БН лучше всего подбирать так, чтобы он мог работать не на всю мощность. Оптимальный вариант – трансформатор габаритной мощностью минимум в 80 Вт.

    Качество звучания этого УНЧ вполне сносное. Устройство даже можно приравнять к схемам на основе микросхем TDA2030 и TDA2050. А если оснастить усилитель качественным и мощным блоком питания, то схема составит конкуренцию даже «ножкам» TDA7294:

    Заключение

    Вот и все. Мы разобрались, как собрать УНЧ на транзисторах своими руками с помощью простой схемы, и как его в будущем можно усовершенствовать. Все компоненты устройства найдутся у каждого радиолюбителя, а если их нет – стоит разобрать пару-тройку старых магнитофонов или заказать радиодетали в интернете (стоят они практически копейки).

    УНЧ на транзисторах

    УНЧ на транзисторах

       УНЧ является качественным усилителем низкой частоты для МП3 плеера с целью вывода звука на динамик. УНЧ имеет высокие параметры и обладает качественным преимуществом перед известными схемами с использованием микросхем.

       Проведя анализ работы различных УНЧ собранных на транзисторах и микросхемах, в том числе и зарубежного производства, мы отдали предпочтение этой конструкции. Не исключено применение устройства в качестве УНЧ музыкального центра, но входное напряжение звуковой частоты в этом случае должно быть не менее 50 мв. Данное устройство используется в составе домашнего кинотеатра. Сстарый УНЧ был отключен, а входной сигнал на новый УНЧ подается со входа, так же данный усилитель используется как дополнительный УНЧ к телевизору.

       Схема УНЧ на транзисторах представляет собой четырехкаскадный усилитель с двухтактным выходом. Нагрузка включается без выходного трансформатора через разделительную емкость исключающую протекание постоянного тока по обмотке динамика. Для высококачественного приема к выходу УНЧ можно подключать так же и наушники, но последовательно с ними включается резистор. Для получения противофазного напряжения раскачки выходного каскада в предварительном каскаде использованы транзисторы с различной проводимостью. Для снижения коэффициента нелинейных искажений усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью, напряжение которой подается на базу транзистора работающего в дифференциальном каскаде. База транзистора с помощью делителя соединена с искуственной средней точкой источника питания.

       В дифференциальном каскаде сравнивается потенциал на выходе усилителя с потенциалом искуственной средней точки источника питания. Если постоянное напряжение на выходе усилителя становится отличным от половины напряжения питания, то на выходе дифференциального усилителя появится сигнал, который усиливается последующим каскадом и подается в противофазе на выход усилителя.

       Вместо диодов Д223 можно применить КД103А. Все резисторы приненяемые в усилителе мощностью 0,25 ватта. Резистор R1 следует подобрать по симметрии ограничения. Конденсатор в коллекторной цепи транзистора препятствует возбуждению усилителя на высоких частотах. Резистором R9 устанавливается начальный ток потребления оконечного каскада усилителя.

      Усилитель развивает мощность 20 ватт на нагрузке 8 Ом и входном напряжении 0,3 в. Неравномерность частотной характеристики в полосе частот 300 - 3500 Гц не превышает плюс/минус 4 дБ относительно уровня на частоте 1000 Гц. Входной трансформатор служит для согласования, делая вход усилителя низкоомным. Независимо симметричен или несимметричен источник НЧ сигнала, его подают на контакты 1-5 трансформатора ТМ10 - 20. 

       Источник питания можно выполнить по любой другой схеме, однако не следует заземлять какой-либо из его выходных потенциалов. Диоды в источнике питания желательно зашунтировать керамическими конденсаторами.


    Понравилась схема - лайкни!

    ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

    Смотреть ещё схемы усилителей

           УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

       

    УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

        

    Фильтры нижних частот | Фильтры | Учебник по электронике

    По определению, фильтр нижних частот - это схема, обеспечивающая легкий переход к низкочастотным сигналам и затрудненный переход к высокочастотным сигналам. Существует два основных типа схем, способных выполнить эту задачу, и множество вариаций каждой из них: индуктивный фильтр нижних частот (рисунок ниже) и емкостной фильтр нижних частот (рисунок также ниже).

    Индуктивный фильтр нижних частот

    Индуктивный фильтр нижних частот

    Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты.Этот высокий последовательный импеданс имеет тенденцию блокировать попадание высокочастотных сигналов в нагрузку. Это можно продемонстрировать с помощью анализа SPICE: (рисунок ниже)

    индуктивный фильтр нижних частот
     v1 1 0 ac 1 sin l1 1 2 3
     rload 2 0 1k
     .ac lin 20 1 200
     .plot ac v (2)
     .конец
     

    Отклик индуктивного фильтра нижних частот падает с увеличением частоты.

    Емкостный фильтр нижних частот

    Емкостной фильтр нижних частот

    Импеданс конденсатора уменьшается с увеличением частоты. Этот низкий импеданс параллельно сопротивлению нагрузки имеет тенденцию закорачивать высокочастотные сигналы, снижая большую часть напряжения на последовательном резисторе R 1 . (Рисунок ниже)

    емкостной фильтр нижних частот
     v1 1 0 ac 1 грех
     г1 1 2 500
     c1 2 0 7u
     rload 2 0 1k
     .ac lin 20 30 150
     .plot ac v (2)
     .конец
     

    Отклик емкостного фильтра нижних частот падает с увеличением частоты.

    Индуктивный фильтр нижних частот - это вершина простоты, поскольку фильтр состоит только из одного компонента.Емкостная версия этого фильтра не намного сложнее, для работы требуются только резистор и конденсатор.

    Однако, несмотря на их повышенную сложность, конструкции емкостных фильтров обычно предпочтительнее индуктивных, поскольку конденсаторы, как правило, являются «более чистыми» реактивными компонентами, чем катушки индуктивности, и поэтому их поведение более предсказуемо. Под «чистым» я подразумеваю, что конденсаторы демонстрируют меньшее сопротивление, чем индуктивности, что делает их реактивными почти на 100%.

    Катушки индуктивности

    , с другой стороны, обычно проявляют значительные диссипативные (резистивные) эффекты как из-за большой длины провода, используемого для их изготовления, так и из-за магнитных потерь материала сердечника.

    Конденсаторы

    также имеют тенденцию меньше участвовать в эффектах «связи» с другими компонентами (генерировать и / или принимать помехи от других компонентов через взаимные электрические или магнитные поля), чем индукторы, и они менее дороги.

    Тем не менее, индуктивный фильтр нижних частот часто предпочтительнее в источниках питания переменного и постоянного тока, чтобы отфильтровать колебания переменного тока, возникающие при преобразовании (выпрямлении) переменного тока в постоянный, пропуская только чистую составляющую постоянного тока.

    Основная причина этого - требование низкого сопротивления фильтра на выходе такого источника питания.Емкостной фильтр нижних частот требует дополнительного сопротивления последовательно с источником, в то время как индуктивный фильтр нижних частот не требует.

    В конструкции сильноточной цепи, такой как источник питания постоянного тока, где дополнительное последовательное сопротивление нежелательно, индуктивный фильтр нижних частот является лучшим выбором.

    С другой стороны, если малый вес и компактный размер являются более высокими приоритетами, чем низкое внутреннее сопротивление источника питания в конструкции источника питания, емкостной фильтр нижних частот может иметь больше смысла.

    Частота среза

    Все фильтры нижних частот рассчитаны на определенную частоту среза . То есть частота, выше которой выходное напряжение падает ниже 70,7% входного напряжения. Этот процент отсечки 70,7 не совсем произвольный, хотя на первый взгляд может показаться таковым.

    В простом емкостном / резистивном фильтре нижних частот это частота, при которой емкостное реактивное сопротивление в омах равно сопротивлению в омах. В простом емкостном фильтре нижних частот (один резистор, один конденсатор) частота среза задается как:

    Подставляя значения R и C из последнего моделирования SPICE в эту формулу, мы получаем частоту среза 45. 473 Гц. Однако, когда мы смотрим на график, созданный симуляцией SPICE, мы видим, что напряжение нагрузки значительно ниже 70,7% напряжения источника (1 вольт) даже при частоте 30 Гц, ниже расчетной точки отсечки.

    Что не так? Проблема здесь в том, что сопротивление нагрузки в 1 кОм влияет на частотную характеристику фильтра, искажая ее по сравнению с тем, что нам говорила формула. Без этого сопротивления нагрузки SPICE создает график Боде, числа которого имеют больше смысла: (рисунок ниже)

     емкостной фильтр нижних частот
     v1 1 0 ac 1 грех
     г1 1 2 500
     c1 2 0 7u
     * примечание: без нагрузочного резистора!
     .переменный ток 20 40 50
     .plot ac v (2)
     .конец
     

    Для емкостного фильтра нижних частот с R = 500 Ом и C = 7 мкФ выход должен быть 70,7% при 45,473 Гц.

    f отсечка = 1 / (2πRC) = 1 / (2π (500 Ом) (7 мкФ)) = 45,473 Гц

    Имея дело со схемами фильтров, всегда важно помнить, что характеристика фильтра зависит от значений компонентов фильтра и импеданса нагрузки. Если уравнение частоты среза не учитывает импеданс нагрузки, оно предполагает отсутствие нагрузки и не может дать точных результатов для реального фильтра, проводящего мощность к нагрузке.

    Применение фильтра нижних частот

    Одним из частых применений принципа емкостного фильтра нижних частот является разработка схем, содержащих компоненты или секции, чувствительные к электрическому «шуму». Как упоминалось в начале последней главы, иногда сигналы переменного тока могут «передаваться» из одной цепи в другую через емкость (C паразитный ) и / или взаимную индуктивность (M паразитный ) между двумя наборами проводников.

    Ярким примером этого является появление нежелательных сигналов переменного тока («шум») на линиях питания постоянного тока, питающих чувствительные цепи: (рисунок ниже)

    Помехи связаны паразитной емкостью и взаимной индуктивностью с «чистой» мощностью постоянного тока.

    Осциллограф-метр слева показывает «чистую» мощность от источника постоянного напряжения. Однако после связи с источником шума переменного тока через паразитную взаимную индуктивность и паразитную емкость напряжение, измеренное на клеммах нагрузки, теперь представляет собой смесь переменного и постоянного тока, причем переменный ток является нежелательным.

    Обычно можно было бы ожидать, что нагрузка Е будет в точности идентична источнику Е , потому что непрерывные проводники, соединяющие их, должны делать два набора точек электрически общими. Однако импеданс силового проводника позволяет двум напряжениям различаться, что означает, что величина шума может варьироваться в разных точках системы постоянного тока.

    Если мы хотим предотвратить попадание такого «шума» в нагрузку постоянного тока, все, что нам нужно сделать, это подключить фильтр нижних частот рядом с нагрузкой, чтобы заблокировать любые связанные сигналы.В своей простейшей форме это не что иное, как конденсатор, подключенный непосредственно к силовым клеммам нагрузки, при этом конденсатор имеет очень низкий импеданс по отношению к любому шуму переменного тока и замыкает его.

    Такой конденсатор называется развязывающим конденсатором : (рисунок ниже)

    Разделительный конденсатор, подключенный к нагрузке, фильтрует шум от источника постоянного тока.

    Беглый взгляд на переполненную печатную плату (PCB) обычно показывает разбросанные повсюду разделительные конденсаторы, обычно расположенные как можно ближе к чувствительным нагрузкам постоянного тока.

    Размер конденсатора обычно составляет 0,1 мкФ или более, минимальная величина емкости, необходимая для создания достаточно низкого импеданса для короткого замыкания любого шума. Большая емкость лучше справляется с фильтрацией шума, но размер и экономика ограничивают разделительные конденсаторы скудными значениями.

    ОБЗОР:

    • Фильтр нижних частот позволяет легко пропускать низкочастотные сигналы от источника к нагрузке и затруднять прохождение высокочастотных сигналов.
    • Индуктивные фильтры нижних частот включают индуктивность последовательно с нагрузкой; В емкостных фильтрах нижних частот резистор вставлен последовательно, а конденсатор - параллельно нагрузке. Первая конструкция фильтра пытается «заблокировать» нежелательный частотный сигнал, в то время как вторая пытается его сократить.
    • Частота среза для фильтра нижних частот - это частота, при которой выходное (нагрузочное) напряжение равно 70,7% входного (исходного) напряжения. Выше частоты среза выходное напряжение ниже 70,7% входного, и наоборот.

    СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

    Выбор правильного транзистора: общие сведения о параметрах низкочастотного полевого МОП-транзистора

    В этой статье представлен обзор различных характеристик и спецификаций, относящихся к работе низкочастотных полевых МОП-транзисторов.

    Дополнительная информация

    Допустим, вы разрабатываете схему управления двигателем, или драйвер реле, или схему защиты от обратной полярности, или выходной буфер для операционного усилителя. Вы понимаете, что хотите использовать полевой МОП-транзистор, и, конечно же, направляете свой браузер на сайт вашего любимого дистрибьютора. Проблема в том, что вы найдете много полевых МОП-транзисторов - если вы используете более крупных дистрибьюторов, вы увидите тысячи номеров деталей. Как вообще начать поиск устройства, наиболее подходящего для вашего приложения?

    Первый шаг - понять, что вы, вероятно, не найдете наиболее подходящую часть .Это займет много времени и не стоит усилий; Цель состоит в том, чтобы обеспечить соответствие функциональности и производительности , и это может быть достигнуто с помощью соответствующего MOSFET. Другими словами, когда вы видите деталь с приемлемыми характеристиками и приемлемой ценой, добавьте ее в спецификацию и переходите к следующей задаче проектирования. Если вы разрабатываете марсоход, вам нужно быть немного более осторожным с выбором компонентов, но я предполагаю, что вы не разрабатываете марсоход (потому что, если да, то вы, вероятно, знаете об этой теме больше, чем я когда-нибудь будет).

    Но как нам найти подходящий МОП-транзистор для данного приложения? Что ж, вам нужно понять требования вашей системы и различные параметры, которые характеризуют работу MOSFET, а затем вам нужно объединить всю эту информацию в процесс постепенного сужения списка возможных частей (при этом также учитывая цену и форм-фактор) . Эта статья (и вторая по аналогичной теме) поможет вам в этом процессе, объяснив важные электрические параметры дискретных полевых МОП-транзисторов.

    Сопротивление в открытом состоянии

    Я буду здесь краток, потому что я уже написал целую статью, посвященную этому параметру (ссылка находится в начале этой статьи в разделе «Связанная информация»). Большее сопротивление означает большее рассеивание мощности, поэтому мы обычно ищем устройства с более низким сопротивлением в открытом состоянии. Однако, если миниатюризация является важной целью проектирования, необходимо иметь в виду, что более низкое сопротивление в открытом состоянии соответствует большему полевому транзистору.

    Пороговое напряжение

    МОП-транзистор не будет проводить значительного тока до тех пор, пока V GS - т.е. напряжение, приложенное к затвору относительно напряжения, приложенного к источнику, - не превысит определенное значение, называемое пороговым напряжением. Вы должны убедиться, что пороговое напряжение вашего полевого транзистора ниже, чем выходное напряжение вашей схемы привода.

    Как это обычно бывает с физическими явлениями, проводимость полевого МОП-транзистора не является «включением / выключением».Полевой транзистор не достигает максимальной производительности, если напряжение затвора превышает пороговое значение на несколько милливольт:

    Предоставлено Vishay Siliconix. График взят из настоящего даташита ; рассматриваемый полевой транзистор имеет максимальное пороговое напряжение 2,5 В.

    Если вы ограничены относительно низкими напряжениями привода, вы можете проверить графики производительности и попытаться определить, какие части более устойчивы к низкому напряжению V GS .

    Максимум

    Хорошо попытаться оптимизировать производительность, выбрав полевой МОП-транзистор с подходящими пороговыми характеристиками и низким сопротивлением в открытом состоянии, но также важно убедиться, что вы не повредите или не серьезно ослабите устройство, и именно здесь наступает «максимум». в игру.

    Максимальное напряжение сток-исток и напряжение затвор-исток

    Это самые высокие напряжения, которые можно безопасно приложить к выводам стока и истока, а также к выводам затвора и истока.Для напряжения сток-исток мы имеем в виду выключенное состояние (во включенном состоянии напряжение сток-исток будет низким из-за низкого сопротивления канала). Максимальные характеристики затвор-исток указаны для положительных и отрицательных напряжений, поэтому устройство может находиться во включенном или выключенном состоянии.

    Помните, что это не максимальное напряжение стока и максимальное напряжение затвора : исток не нужно заземлять, поэтому напряжение сток-исток не всегда совпадает с напряжением стока и напряжением затвор-исток не всегда совпадает с напряжением затвора.

    Макс.ток утечки

    В контексте низкочастотных параметров это относится к максимальному продолжительному току, который может выдержать устройство. (Максимальный переходный ток значительно выше.) Эта спецификация не так проста, как вы могли подумать, потому что она может быть основана непосредственно на текущем потоке (т. Е. На величине тока, которую устройство может физически выдерживать) или на количестве ток, который мог бы создать достаточно рассеиваемой мощности, чтобы вызвать неприемлемо высокие температуры перехода.В последнем случае фактический максимальный ток стока зависит от тепловых условий.

    Макс.общая рассеиваемая мощность

    Эта спецификация не особенно полезна, потому что рассеиваемая мощность не повреждает устройство напрямую. Настоящая проблема - это температура, а зависимость между рассеиваемой мощностью и температурой сильно варьируется, и ее нелегко точно предсказать. Все, что помогает отвести тепло от устройства - термические переходные отверстия, медные детали, радиаторы, вентиляторы - позволит устройству рассеивать больше энергии без перегрева.

    Температурные эффекты

    Изменения температуры приводят к изменениям практически во всем остальном. На следующих графиках приведены некоторые примеры того, как температура может влиять на электрические параметры полевого МОП-транзистора.

    Изменение порогового напряжения в зависимости от температуры. Взято из это техническое описание Vishay .

    Взято из , это Diodes Inc.лист данных .

    Чем больше ток, тем больше рассеиваемая мощность, что, в свою очередь, приближает устройство к максимальной температуре перехода. Таким образом, допустимый ток стока уменьшается при повышении температуры окружающей среды. Диаграмма взята из в этой заметке приложения , опубликованной NXP / Nexperia.

    Заключение

    В этой статье рассмотрены характеристики низкочастотного полевого МОП-транзистора, которые играют важную роль при выборе устройства.В следующей статье мы рассмотрим динамические параметры, которые особенно важны в наши дни, потому что мы так часто используем полевые транзисторы в качестве контроллеров режима переключения (например, в импульсных регуляторах, диммерах светодиодов, усилителях звука) вместо линейных контроллеров.

    домашних заданий и упражнений - Как рассчитать усиление на низких и высоких частотах усилителя операционного усилителя?

    На низкой частоте конденсатор работает как разомкнутая цепь. Это оставляет вам операционный усилитель всего с двумя резисторами, для которых вы можете вычислить усиление как -10.

    На пределе очень высокой частоты конденсатор действует как короткое замыкание. В этот момент выход усилителя соединен с инвертирующим входом; с инвертирующим входом на «виртуальной земле» усиления не будет.

    В общем случае коэффициент усиления - это отношение импеданса цепи обратной связи к сети питания. Схема обратной связи состоит из параллельной цепи резистора и конденсатора; питающая сеть в этом случае представляет собой всего лишь один резистор.Отсюда следует, что

    $$ G = - \ frac {\ frac {R_2} {1 + j \ omega R_2 C}} {R_1} $$

    Легко видеть, что когда $ \ omega \ rightarrow 0 $ или $ \ omega \ rightarrow \ infty $, это сводится к результатам, которые я привел выше. Вы можете пойти дальше и посмотреть на поведение при «больших, но не бесконечных» и «малых, но ненулевых» значениях $ \ omega $. Если положить $ R_2 C = \ tau_2 $, то при $ \ omega \ tau \ gg 1 $ получим

    $$ G = - \ frac {R_2 / R_1} {j \ omega \ tau_2} $$

    В качестве альтернативы, если мы положим $ R_1 C = \ tau_1 $, мы можем упростить приведенное выше до

    $$ G = - \ frac {R_2 / R_1} {j \ omega R_2 C} = - \ frac {1} {j \ omega \ tau_1} $$

    Это показывает, что схема по существу действует как интегратор с постоянной времени $ R_1 C $, то есть ток, протекающий через $ R_1 $, будет заряжать $ C $.Наличие $ R_2 $ ограничивает усиление на низких частотах (поэтому, если в операционном усилителе есть небольшое смещение, это не приведет к тому, что выходной сигнал будет направлен на шину). «Идеальный интегратор» (с совершенными компонентами) может даже не иметь резистора $ R_2 $, но на практике большинство схем помещают что-то туда по той причине, которую я указал; но отношение $ R_2 / R_1 $ часто намного больше - это расширяет диапазон частот, в котором схема действует как полезный интегратор.

    Цепи пассивного фильтра

    : 4 ступени

    Изображение из xkcd.com.

    Этот шаг предназначен только для удовлетворения вашего научного любопытства и ни в коем случае не является необходимым для создания полезных схем фильтров.


    Делители напряжения


    Что такое делитель напряжения?

    Делитель напряжения, как следует из названия, представляет собой схему, которая принимает входное напряжение и выдает выходное напряжение, равное некоторой части входного напряжения. Сама схема представляет собой просто источник напряжения, подключенный к двум последовательно соединенным резисторам, с выходом между двумя резисторами, как показано ниже.

    Как работает эта схема?

    Ключом к пониманию того, как работает делитель напряжения, является знание, что ток, I , должен быть одинаковым на обоих резисторах, если на выходе нет тока. Используя закон Ома ( В = IR , напряжение = ток x сопротивление), мы видим, что падение напряжения на каждом из двух резисторов пропорционально его сопротивлению. Например, входное напряжение равномерно распределяется между обоими резисторами, если резисторы имеют одинаковое сопротивление.Другими словами (и фактически получим формулу для выходного напряжения) давайте вычислим ток схемы через входное напряжение и полное сопротивление, используя закон Ома.

    Теперь вычислите ток цепи через выходное напряжение, снова используя закон Ома.

    Падение напряжения на втором резисторе равно выходному напряжению. Обратите внимание, что эти два тока равны, как мы говорили ранее, поэтому мы можем приравнять два уравнения друг другу и решить для выходного напряжения.

    Это показывает, что выходное напряжение определяется отношением сопротивления второго резистора к общему сопротивлению двух резисторов.

    Быстрый пример


    Импеданс конденсатора


    Как вы, возможно, заметили, наши фильтры верхних и нижних частот были просто делителями напряжения с одним из резисторов, замененным конденсатором. Следовательно, теоретически мы можем провести тот же анализ, что и выше, чтобы выяснить, как работают наши фильтры, но сначала нам нужно понять импедансы.

    Импеданс можно рассматривать как обобщенное сопротивление. Например, сопротивление резистора, как вы знаете, называется сопротивлением. Импеданс резистора равен R, величине сопротивления, но каков импеданс конденсатора? Конденсаторы колодца имеют импедансы, которые представлены комплексным значением, 1 / (jωC), где C - емкость конденсатора, ω - частота сигнала, проходящего через конденсатор, в радианах (ω = 2π f , где f - частота в герцах), а j - это просто мнимое число i = √-1 (мы используем j вместо i, чтобы не путать его с током).

    Обратите внимание, что сопротивление конденсатора зависит от частоты. Для частот, близких к нулю, импеданс конденсатора стремится к бесконечности, однако для очень высоких частот импеданс стремится к нулю. Другими словами, импеданс конденсатора выглядит как большой резистор на низких частотах и ​​как простой провод без сопротивления на высоких частотах.


    Общие сведения о схемах высоких и низких частот


    Вы помните уравнение, определяющее выход делителя напряжения,

    Если мы обобщим это для импедансов, мы получим что-то вроде

    , где Z - это просто сопротивление элементов нашей схемы, а тильды или волнистые линии просто означают, что мы имеем дело с комплексными числами.Для фильтра нижних частот у нас есть резистор вверху и конденсатор внизу, так что

    Это довольно неприятно, но если мы упростим, мы получим

    Неплохо, правда?

    Эта последняя формула является ключом к пониманию того, почему фильтр нижних частот фильтрует только высокие частоты. Обратите внимание, что для низких частот jωRC примерно равно нулю, поэтому выходное напряжение примерно равно входному. Теперь для высоких частот jωRC примерно бесконечно, и мы получаем, что выходное напряжение почти равно нулю.Посмотрите, как это работает? Когда наше комплексное напряжение (состоящее из различных волн с разными частотами) служит входным напряжением для нашего фильтра, высокочастотные части напряжения создают выходное напряжение, равное нулю, а низкочастотные части создают выходное напряжение, равное входному. напряжение (т.е. мы получаем обратно только низкочастотную часть нашего сигнала).

    Те же аргументы, которые мы применили к фильтрам нижних частот, можно использовать и в фильтрах верхних частот, просто поменяйте расположение резистора и конденсатора.Мы по-прежнему используем ту же формулу

    Однако на этот раз

    Если мы упростим, мы должны получить

    Опять же, для высоких частот мы в основном получаем jωRC ≈ jωRC + 1, поэтому мы должны получить выходное напряжение, равное наше входное напряжение. Для низких частот jωRC ≈ 0, поэтому выходное напряжение почти равно нулю. Как видите, как и было обещано, мы пропустили наши высокие частоты и отфильтровали только низкие частоты.


    Частота среза


    Как упоминалось ранее, частота среза является очень важным значением, которое необходимо знать для схемы фильтра высоких или низких частот.Но как мы на самом деле его находим? Частота среза определяется как частота, при которой выходное напряжение составляет ровно 1 / √2 входного напряжения. Это точка, с которой фильтр начинает ослаблять входной сигнал. Если вы решите эту частоту с помощью приведенных выше уравнений, вы найдете

    , где ω = 2π f . Как видите, частота среза определяется строго значениями, которые мы выбираем для нашего сопротивления и емкости, поэтому мы можем выбрать, где именно мы хотим, чтобы наша схема начала фильтрацию сигналов.

    Частотная характеристика усилителя BJT с общим эмиттером [Analog Devices Wiki]

    1 Топология цепи

    Схема типичного усилителя с общим эмиттером показана на рисунке 1. Конденсаторы C B и C C используются для блокировки точки смещения постоянного тока усилителя от входа и выхода (связь по переменному току). Конденсатор C E - это шунтирующий конденсатор переменного тока, используемый для заземления низкочастотного переменного тока на эмиттере Q 1 . Конденсатор Миллера C F - это небольшая емкость, которая будет использоваться для управления высокочастотной характеристикой усилителя 3- дБ .

    Рисунок 1: Усилитель BJT с общим эмиттером.

    1.1 Смещение постоянного тока и среднечастотная характеристика

    Для этого раздела предположим, что C B = C C = C E = 1 Фарад и C F = C Π = C µ = 0. Вы можете найти ток коллектора постоянного тока (I C ) и номиналы резисторов после анализа, приведенного в вашем учебнике.Поскольку топология и требования могут немного отличаться от описанных в тексте, вам нужно будет внести незначительные изменения в процедуру проектирования и уравнения.

    1.2 Низкочастотная характеристика

    На рис. 2 показана низкочастотная малосигнальная эквивалентная схема усилителя. Обратите внимание, что C F игнорируется, поскольку предполагается, что его импеданс на этих частотах очень высок. R B - это параллельная комбинация R B1 и R B2 .

    Рисунок 2: Низкочастотная эквивалентная схема.

    Используя анализ постоянной времени короткого замыкания, нижняя частота 3- дБ L ) может быть найдена как:

    Где

    1.3 Высокочастотная характеристика

    На рис. 3 показана эквивалентная высокочастотная малосигнальная схема усилителя. На высоких частотах C B , C C и C E можно заменить короткими замыканиями, поскольку их полное сопротивление становится очень маленьким по сравнению с R S , R L и R E .

    Рисунок 3: Высокочастотная эквивалентная схема.

    Более высокая частота 3- дБ H ) может быть получена как:

    Где

    Таким образом, если мы предположим, что усилитель с общим эмиттером должным образом характеризуется этими доминирующими полюсами низких и высоких частот, то частотная характеристика усилителя может быть аппроксимирована следующим образом:

    2 Предварительная лаборатория

    Предполагая C B = C C = C E = 1 Фарад и C F = C Π = C µ = 0, и используя транзистор 2N3904, спроектируйте усилитель с общим эмиттером с следующие характеристики:

    В CC = 5 В
    R S = 50 Ом
    R L = 1 кОм
    R IN > 250
    Isupply <8 мА
    A В > 50
    пик. -пиковое колебание выхода без фиксации> 3 В

    1.Покажите все свои расчеты, процедуры проектирования и окончательные значения компонентов.
    2. Проверьте свои результаты с помощью симулятора цепи LTSpice. Отправьте все необходимые графики моделирования, подтверждающие соответствие спецификациям. Также предоставьте принципиальную схему с аннотациями точек смещения постоянного тока.
    3. Используя симулятор LTSpice, найдите более высокую частоту 3- дБ (f H ), в то время как C F = 0.
    4. Определите Cp, Cµ и r b транзистора из смоделированной работы. точечные данные (обратитесь к документации вашего симулятора, чтобы узнать, как получить данные о рабочих точках).Вычислите f H , используя уравнение из раздела 1.3, и сравните его с результатом моделирования, полученным на шаге 3. Помните, что уравнение дает вам частоту в радианах, и вам необходимо преобразовать ее в Гц.
    5. Вычислите значение C F , чтобы получить f H = 50 кГц . Смоделируйте схему, чтобы проверить свой результат, и при необходимости отрегулируйте значение C F .
    6. Вычислите C B , C C , C E , чтобы получить f L = 500 Гц.Смоделируйте схему, чтобы проверить результат, и при необходимости отрегулируйте номиналы конденсаторов.
    7. Будьте готовы обсудить свой дизайн в начале лабораторного периода со своим TA.

    3 Лабораторная процедура

    Цель:

    Цель этого раздела лабораторной работы - проверить ваши предварительные проектные значения путем создания реальной схемы и измерения ее частотной характеристики.

    Материалы:

    Модуль активного обучения ADALM2000
    Макетная плата без пайки
    6 - Резисторы различных номиналов из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
    4 - Конденсаторы различных номиналов из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
    1 - Малосигнальный NPN-транзистор (2N3904)

    Обратите внимание на резистор истока R S и выход AWG ADALM2000. Выход AWG имеет последовательное выходное сопротивление 50 Ом, и вам необходимо включить его вместе с внешним сопротивлением последовательно с его выходом. Также из-за относительно высокого усиления вашей конструкции вам понадобится входной сигнал с небольшой амплитудой около 100 мВ от пика к пику. Вместо того, чтобы уменьшать AWG программно, с точки зрения шума, было бы лучше вставить резисторный делитель напряжения между выходом AWG и входом вашей схемы для ослабления сигнала. Использование чего-то вроде того, что показано на рисунке 4, обеспечит коэффициент затухания 1/8 и эквивалентное сопротивление источника 60 Ом.Конечно, возможны и другие комбинации номиналов резисторов в зависимости от того, что у вас есть.

    Рисунок 4 Аттенюатор сигнала с сопротивлением источника 60 Ом

    Настройка оборудования

    Постройте схему на своей макетной плате.

    Рисунок 5 Подключение макетной платы усилителя BJT с общим эмиттером

    Направление:

    1. Постройте усилитель на основе схемы на рис. 1, которую вы разработали в предварительной лаборатории.Основываясь на ваших проектных значениях из предварительной лаборатории, используйте наиболее близкое стандартное значение из вашего набора. Помните, что вы можете комбинировать стандартные значения последовательно или параллельно, чтобы получить комбинированное значение, близкое к вашему расчетному номеру.
    2. Проверьте рабочую точку постоянного тока, измерив I C , V E , V C и V B . Если какое-либо значение смещения постоянного тока значительно отличается от значения, полученного при моделировании, измените схему, чтобы получить желаемое смещение постоянного тока, прежде чем переходить к следующему шагу.
    3. Измерьте Isupply.
    4. Используйте инструмент Network analyzer в программном обеспечении Scopy, чтобы получить амплитуду частотной характеристики усилителя от 10 Гц до 5 МГц и определить нижнюю и верхнюю 3- дБ частоты f L и f H .
    5. На средних частотах измерьте A V , R IN и R OUT .
    6. Измерьте максимальную амплитуду выходного сигнала без ограничений.
    7. Подготовьте лист данных, в котором показаны смоделированные и измеренные значения.
    8. Будьте готовы обсудить свой эксперимент со своим ТА. Перед отправкой лабораторного отчета ваш технический специалист должен проверить лист данных вашей лаборатории.

    Рисунок 6 График Scopy Network Analyzer с C F = 0

    Рисунок 7 Осциллограмма Scopy с C F = 0 при частоте = 500 Гц

    Для дальнейших экспериментов замените каждый конденсатор на конденсатор, который в 2 и 10 раз больше и меньше ваших проектных значений, и повторно измерьте кривую отклика с помощью прибора Network Analyzer.Делайте это только с одним конденсатором за раз, чтобы наблюдать его индивидуальное влияние на отклик. Объясните изменения в ответе, который вы видите.

    Вернуться к лабораторной работе Содержание

    университет / курсы / электроника / электроника-лаборатория-5fr.txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г., 22:07 (внешнее редактирование)

    Низкочастотная индуктивность

    РЕСУРСЫ> EIS > ИНДУКТИВНОСТЬ> НИЗКАЯ ЧАСТОТА

    Индуктивность и индуктивные контуры
    Индуктивное поведение, которое проявляется в высокочастотном диапазоне, довольно легко объяснить. инструментальными артефактами, индуктивностью электрода или индуктивностью соединительные провода.Тем не менее, индуктивное поведение на частотах LOW все еще загадывает много. Вот несколько возможных объяснений.

    График Найквиста, аналогичный изображенному на справа, иногда встречается в литературе по импедансу. Хотя две дуги кажутся полукругами, они часто искажены около самого правого края по Z '. В точка максимума Z 'часто встречается на выше оси x в первом квадранте, а не на на ось x, как показано здесь.Сегмент, показанный красным цветом, определяет область низкого частотно-индуктивное поведение. Показана эквивалентная схема, которая может соответствовать этим данным. ниже.


    А График Найквиста, показывающий низкочастотное индуктивное поведение. Стрелки указывают на более высокие частоты.

    В зависимости от относительных величин постоянных времени R 2 C и L / (R 2 + R 3 ), «диаметр» красной дуги в графике Найквиста, выше, может быть от нуля до 3 рандов.Положение «середины» частота "точки пересечения оси x (обозначенная как" ? ") должна быть такой же малой, как R 1 + R 2 [Когда L / R 3 << R 2 C] или до ( 1 R 2 + R 3 ) [Когда L / R 3 >> ( 2 + R 3 ) C].

    Большой Значения индуктивности!
    В отличие от "высокой частоты" индуктор, значение L , которое соответствует этим данным, находится в диапазоне одного Генри, или, возможно, больше.Такие большие значения нельзя отнести к паразитной индуктивности или спиральным проводам. Индуктивности такой величины характерны для электронного силового трансформатора с железным сердечником размером Куб 10 см (4 дюйма) весом килограмм и более!

    Адсорбция? (БОЛЬШЕ)
    Самые цитируемые объяснение этого низкочастотного индуктивного поведения - это процесс адсорбции на поверхность электрода. Недавно я наткнулся на несколько работ, посвященных индуктивности, включая тот, который описывает инструментальный артефакт, который может дать низкочастотное индуктивное поведение!

    Фильтр высоких частот

    Если конденсатор и резистор подключены последовательно к источнику переменного тока, они имеют одинаковый ток. Максимальная разность потенциалов на резисторе пропорциональна сопротивлению, а максимальная разность потенциалов на конденсаторе пропорциональна емкостному реактивному сопротивлению.

    Емкостное реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте. На высоких частотах X C мало, поэтому максимальная разность потенциалов на конденсаторе также мала. Таким образом, большая часть разности потенциалов приходится на резистор. На низких частотах все наоборот.Если принять разность потенциалов на резисторе за выходное напряжение, выходное напряжение будет высоким на высоких частотах и ​​низким на низких частотах. Это фильтр верхних частот - высокочастотные сигналы проходят практически без изменений, но низкочастотные сигналы ослабляются.

    Если входное напряжение составляет ΔV в , выходное напряжение составляет:

    ΔV из = ΔV дюйм
    п
    Z
    = ΔV дюйм
    п
    (X C 2 + R 2 ) 1/2
    Фильтр нижних частот

    Мы можем использовать ту же схему, что и фильтр нижних частот , если принять разность потенциалов на конденсаторе за выходное напряжение. На высоких частотах большая часть разности потенциалов приходится на резистор, а разность потенциалов на конденсаторе мала. На низких частотах происходит обратное. Таким образом, низкочастотные сигналы проходят через фильтр с большими амплитудами, а высокочастотные сигналы проходят через фильтр с очень малыми амплитудами.

    Если входное напряжение составляет ΔV в , выходное напряжение составляет:

    ΔV из = ΔV дюйм
    X C
    Z
    = ΔV дюйм
    X C
    (X C 2 + R 2 ) 1/2
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *