Mnoho ľudí pozná situáciu, keď zariadenie prehráva zvuk, no nerobí to tak hlasno, ako by sme chceli. Čo robiť? Môžete si dokúpiť iné zariadenia na reprodukciu zvuku, prípadne si môžete zakúpiť audiofrekvenčný koncový zosilňovač (ďalej len UMZCH). Zosilňovač je navyše možné zostaviť ručne.
Na to potrebujete iba základné znalosti elektroniky, ako je schopnosť rozlišovať medzi emitorom, bázou a kolektorom v bipolárnom tranzistore, kolektorom, zdrojom, hradlom v poli, ako aj ďalšie elementárne aspekty.
Nasleduje popis najdôležitejších parametrov audio zosilňovačov, ktoré by sa mali zlepšiť, aby sa dosiahol väčší zisk, ako aj najjednoduchšie obvody týchto zariadení, zostavené na rôznych základných komponentoch, ako sú elektrónky, tranzistory, operačné zosilňovače a integrované obvody.
Okrem toho bude článok zvažovať vysokokvalitnú schému UMZCH. Ovplyvní to jeho zloženie, parametre, ako aj dizajnové vlastnosti. Zohľadní sa aj schéma UMZCH Sukhov.
parametre UMZCH
Najdôležitejší parameter zosilňovačavýkon - zosilňovací faktor. Predstavuje pomer výstupného signálu k vstupnému signálu a je rozdelený do troch samostatných parametrov:
- Aktuálny zisk. KI=Iout / Iin.
- Zisk napätia. KU=Uout / Uin.
- Zisk výkonu. KP=Pout / Pin.
V prípade UMZCH je rozumnejšie zvážiť zosilnenie výkonu, pretože práve tento parameter vyžaduje zosilnenie, aj keď je hlúpe popierať, že hodnota výkonu – vstup aj výstup – závisí od prúdu a hodnoty napätia.
Samozrejme, zosilňovače majú aj iné parametre, ako je faktor skreslenia zosilneného signálu, ale tie nie sú až také dôležité v porovnaní so ziskom.
Nezabúdajte, že neexistujú žiadne dokonalé zariadenia. Neexistuje žiadny UMZCH s obrovským ziskom, bez ďalších nevýhod. Vždy musíte obetovať niektoré parametre v prospech iných.
UMZCH na elektrovákuových zariadeniach
Elektrovakuové zariadenia sú zariadenia, ktoré vo svojom dizajne obsahujú banku, v ktorej je buď vákuum, alebo určitý plyn, ako aj minimálne dve elektródy – katódu a anódu.
Vnútri banky môžu byť tri, päť a dokonca osem ďalších elektród. Lampa s dvoma elektródami sa nazýva dióda (nezamieňajte s polovodičovou diódou), s tromi - trióda, s piatimi - pentóda.
Vákuové elektrónkové výkonové zosilňovačeveľmi uznávaný medzi bežnými milovníkmi hudby aj profesionálnymi hudobníkmi, pretože elektrónky poskytujú „najčistejšie“zosilnenie.
Je to čiastočne spôsobené tým, že elektróny vstreknuté z katódy sa na ceste k anóde nestretnú so žiadnym odporom a dosiahnu cieľ v nezmenenom stave – nie sú modulované ani hustotou, ani rýchlosťou.
Elektrónkové zosilňovače sú najdrahšie zo všetkých, ktoré sú na trhu. Je to spôsobené tým, že elektrovákuové zariadenia sa v minulom storočí už veľmi nepoužívali, respektíve ich výroba vo veľkých množstvách sa stala nerentabilnou. Jedná sa o kusový výrobok. Takéto UMZCH však určite stoja za svoje peniaze: v porovnaní s populárnymi analógmi, dokonca aj na integrovaných obvodoch, je rozdiel jasne počuteľný. A nie v prospech žetónov.
Samozrejme, nie je potrebné zostavovať elektrónkové zosilňovače svojpomocne, zakúpite ich v špecializovaných predajniach. Náklady na zosilňovače na vákuových zariadeniach začínajú od ₽50 000. Môžete nájsť relatívne lacné použité možnosti (dokonca až do 10 000 ₽), ale môžu byť nekvalitné. Koľko stoja dobré elektrónkové zosilňovače? Od 100 000 ₽. Koľko stoja veľmi dobré zosilňovače? Od niekoľkých stoviek tisíc rubľov.
Na lampách je veľa obvodov UMZCH, táto časť sa bude zaoberať základným príkladom.
Najjednoduchší zosilňovač môže byť zostavený na trióde. Patrí do triedy jednocyklových obvodov UMZCH. V trióde je tretia elektróda riadiaca mriežka, ktorá reguluje anódový prúd. Je k nemu pripojené striedavé napätie a pomocou veľkosti a polarity zdrojového signálu môžete aj vyznížiť alebo zvýšiť anódový prúd.
Ak pripojíte k sieti záporný vysoký potenciál, elektróny sa na ňom usadia a prúd v obvode bude nulový. Ak sa na mriežku aplikuje kladný potenciál, potom elektróny z katódy na anódu prejdú bez prekážok.
Úpravou anódového prúdu môžete zmeniť pracovný bod triódy na charakteristike prúdového napätia. To vám umožňuje nastaviť mieru zosilnenia prúdu a napätia (v konečnom dôsledku výkon) tohto elektrovákuového zariadenia.
Na zostavenie jednoduchého triódového zosilňovača je potrebné pripojiť variabilný zdroj energie k riadiacej sieti, priviesť nulový potenciál na katódu, kladný na anódu. Odpor predradníka je zvyčajne pripojený k anóde. Záťaž by sa mala odstrániť medzi predradníkom a anódou.
Na zlepšenie kvality zosilneného signálu môžete k záťaži pripojiť sériovo alebo paralelne filtračný kondenzátor (v závislosti od konkrétneho prípadu), pripojiť kondenzátor a rezistor paralelne zapojené ku katóde a pripojte k riadiacej mriežke jednoduchý napäťový delič dvoch rezistorov.
Teoreticky môže byť výkonový zosilňovač zostavený na klystrone podľa obvodov UMZCH na lampách. Klystron je elektrovákuové zariadenie, ktoré má podobný dizajn ako dióda, ale má dve prídavné svorky, ktoré slúžia na vstup a výstup signálu. Zosilnenie v tomto zariadení nastáva v dôsledku modulácie toku elektrónov emitovaných katódou smerom ku kolektoru (analogicky ako anóda), najprv v rýchlosti a potom v hustote.
UMZCH na bipolárnych tranzistoroch
Bipolárny tranzistor - syntéza dvoch diód. Je to prvok p-n-p alebo n-p-n s nasledujúcimi komponentmi:
- emitter;
- base;
- zberateľ.
Rýchlosť a spoľahlivosť tranzistorov je vo všeobecnosti vyššia ako u vákuových zariadení. Nie je žiadnym tajomstvom, že najprv elektronické počítače fungovali presne na lampách, no akonáhle sa objavili tranzistory, tieto rýchlo nahradili svojich predpotopných konkurentov a úspešne sa používajú dodnes.
Ďalej zvážime príklad použitia n-p-n tranzistora v obvode výkonového zosilňovača. Je dôležité poznamenať, že elektróny (n) sú o niečo rýchlejšie ako diery (p), v uvedenom poradí, výkon tranzistorov n-p-n a p-n-p sa nelíši v prospech druhého.
Ďalšou dôležitou nuansou je, že bipolárne tranzistory majú niekoľko spínacích obvodov:
- Spoločný žiarič (najpopulárnejší).
- So spoločnou základňou.
- So spoločným potrubím.
Všetky okruhy majú rôzne parametre zosilnenia. Nasledujúci obvod UMZCH má pripojenie spoločného vysielača.
Na zostavenie jednoduchého zosilňovača založeného na n-p-n tranzistore je potrebné pripojiť striedavé napätie k jeho báze, kladný potenciál ku kolektoru a záporný potenciál k emitoru. A pred základňou a pred kolektorom a pred emitorom by mali byť inštalované obmedzujúce odpory. Záťaž sa odstráni medzi predradníkom kolektora a samotným kolektorom.
Ako v prípade elektrovákuatriódový zosilňovač, na zlepšenie kvality zosilnenia v tomto obvode môžete:
- nainštalujte delič napätia a filtračný kondenzátor pred základňu;
- nainštalujte kondenzátor a rezistor zapojené paralelne k emitoru;
- zapnite filtračný kondenzátor do záťaže, aby ste eliminovali šum a rušenie.
Ak sú dva takéto zosilňovacie stupne zapojené do série, ich zisky sa môžu navzájom násobiť. To samozrejme výrazne komplikuje dizajn zariadenia, ale umožní to dosiahnuť väčšie zosilnenie. Je pravda, že prepojiť tieto kaskády nebude fungovať donekonečna: čím viac jednotlivých zosilňovačov je zapojených do série, tým väčšia je šanca, že prejdú do saturácie.
Ak tranzistor pracuje v režime saturácie, potom nemôže byť reč o žiadnych zosilňovacích vlastnostiach. Môžete si to overiť pohľadom na charakteristiku prúdového napätia: pracovný bod tranzistora je v horizontálnej časti, ak pracuje v režime nasýtenia.
UMZCH FET
Ďalej si ukážeme obvod UMZCH na tranzistoroch typu MOS (kov-oxid-polovodič - štandardná štruktúra tranzistora s efektom poľa).
Štruktúra tranzistorov s efektom poľa má len málo spoločného s bipolárnymi tranzistormi. Navyše, ich princíp fungovania nie je podobný princípu fungovania bipolárnych analógov.
Poľné tranzistory sú riadené elektrickým poľom (bipolárne - prúdom). Neodčerpávajú žiadny prúd a sú odolné voči gama žiareniu, tzvrádioaktívne žiarenie. Je nepravdepodobné, že by sa táto skutočnosť niekedy hodila hudobníkom, ktorí chcú postaviť zosilňovač zvuku, ale v priemysle je táto vlastnosť tranzistorov s efektom poľa vysoko cenená.
Ich hlavnou nevýhodou je, že zle interagujú so statickou elektrinou. Náboj tohto druhu pôvodu môže deaktivovať tranzistory tohto typu. Akýkoľvek neopatrný dotyk prsta na kontakt prvku môže poškodiť tranzistor.
Tieto vlastnosti by sa mali brať do úvahy pri montáži výkonových zosilňovačov na tieto elektronické komponenty.
Ako zostaviť obvod UMZCH na tranzistore s efektom poľa vlastnými rukami? Stačí postupovať podľa ďalších pokynov.
Jednoduchý obvod UMZCH na tranzistore s efektom poľa môže byť zostavený pomocou tranzistora s efektom poľa s p-n-prechodom s kanálom typu n. Konštrukcia je podobná ako pri montáži zosilňovača na bipolárny tranzistor, len hradlo nahradilo bázu, kolektor - zvod, emitor - zdroj.
UMZCH na operačnom zosilňovači
Operačný zosilňovač (ďalej OU) je elektronická súčiastka, ktorá má dva vstupy - invertujúci (mení signál vo fáze o 180 stupňov) a neinvertujúci (nemení fázu signálu) - ako aj jeden výstup a pár kontaktov pre napájanie. Má nízke nulové offsetové napätie a vstupné prúdy. Táto jednotka má veľmi vysoký zisk.
OU môže fungovať v dvoch režimoch:
- v režime zosilňovača;
- v režimegenerátor.
Aby operačný zosilňovač fungoval v zosilňovacom režime, je potrebné k nemu pripojiť zápornú spätnú väzbu. Je to rezistor, ktorý je jedným výstupom spojený s výstupom operačného zosilňovača a druhým s invertujúcim vstupom.
Ak pripojíte rovnaký obvod k neinvertujúcemu vstupu, získate obvod s kladnou spätnou väzbou a operačný zosilňovač začne pracovať ako generátor signálu.
Na operačnom zosilňovači je namontovaných niekoľko typov zosilňovačov:
- Invertovanie - zosilňuje signál a mení jeho fázu o 180 stupňov. Ak chcete získať invertujúci zosilňovač na operačnom zosilňovači, musíte uzemniť neinvertujúci vstup operačného zosilňovača a aplikovať signál na invertujúci, ktorý je potrebné zosilniť. V tomto prípade nesmieme zabudnúť na obvod negatívnej spätnej väzby.
- Neinvertujúci – zosilňuje signál bez zmeny jeho fázy. Ak chcete zostaviť neinvertujúci zosilňovač, musíte k operačnému zosilňovaču pripojiť obvod so zápornou spätnou väzbou, uzemniť invertujúci vstup a priviesť signál na neinvertujúci kolík operačného zosilňovača.
- Diferenciálny - zosilňuje diferenciálne signály (signály, ktoré sa líšia fázou, ale sú rovnaké v amplitúde a frekvencii). Ak chcete získať diferenciálny zosilňovač, musíte na vstupy operačného zosilňovača pripojiť obmedzovacie odpory, nezabudnite na obvod zápornej spätnej väzby a na vstupné kontakty priveďte dva signály: signál s kladnou polaritou musí byť privedený na neinvertujúci vstup, záporný signál na invertujúci.
- Meranie - upravená verzia diferenciálneho zosilňovača. Prístrojový zosilňovač vykonáva rovnakú funkciu ako diferenciálny zosilňovačmá možnosť nastavenia zisku pomocou potenciometra spájajúceho vstupy dvoch operačných zosilňovačov. Konštrukcia takéhoto zosilňovača je oveľa komplikovanejšia a zahŕňa nie jeden, ale tri operačné zosilňovače.
Aké ťažké je pracovať s operačnými zosilňovačmi? Pre obvody operačných zosilňovačov môže byť niekedy ťažké nájsť vhodné komponenty, ako sú odpory a kondenzátory, pretože je potrebné starostlivé zladenie prvkov nielen v nominálnych hodnotách, ale aj v materiáloch.
UMZCH na integrovaných obvodoch
Integrované obvody sú zariadenia špeciálne navrhnuté na vykonávanie konkrétnej úlohy. V prípade UMZCH jeden malý mikroobvod nahrádza veľkú kaskádu tranzistorov, operačných zosilňovačov alebo vákuových zariadení.
V súčasnosti sú veľmi obľúbené čipy TDA s rôznymi sériovými číslami, ako napríklad TDA7057Q alebo TDA2030. Na mikroobvodoch je obrovské množstvo obvodov UMZCH.
Vo svojom zložení majú veľké množstvo rezistorov, kondenzátorov a operačných zosilňovačov, osadených vo veľmi malom puzdre, ktorého veľkosť nepresahuje 1 alebo 2 rubľové mince.
Dizajn UMZCH
Pred nákupom potrebných dielov a leptaním vodičov na textolitovú dosku je potrebné ujasniť si hodnoty odporov a kondenzátorov, ako aj vybrať požadované modely tranzistorov, operačných zosilňovačov alebo integrovaných obvodov.
To je možné vykonať na počítači pomocou špeciálneho softvéru, ako je NI Multisim. ATTento program zhromaždil veľkú databázu elektronických komponentov. S jeho pomocou môžete simulovať činnosť akýchkoľvek elektronických zariadení, a to aj s prihliadnutím na chyby, skontrolovať funkčnosť obvodov.
Pomocou takéhoto softvéru je obzvlášť pohodlné testovať výkonné obvody UMZCH.
200W tranzistorový stereo zosilňovač
Schéma, o ktorej sa uvažuje v tejto časti, je oveľa komplikovanejšia ako schémy opísané vyššie. Jeho zosilňovacie vlastnosti sú však lepšie ako pri konštrukciách založených na bipolárnych tranzistoroch s efektom poľa, ako aj operačných zosilňovačoch a integrovaných obvodoch, ktoré už boli v článku citované.
Tento produkt obsahuje nasledujúce položky:
- Rezistory.
- Kondenzátory (polárne aj nepolárne).
- Diódy.
- Zenerova dióda.
- Poistky.
- Bipolárne tranzistory typu N-p-n.
- P-n-p bipolárne tranzistory.
- IGFET P-kanálu.
- FET izolovaná brána s n-kanálom.
Parametre tohto výkonového zosilňovača:
- Pmenovitý výkon=200 W (na kanál).
- Uvýkon koncového stupňa=50 V (mierna odchýlka je povolená).
- Izvyšok výstupného stupňa=200 mA.
- Izvyšok jedného výstupného tranzistora=50 mA.
- Ucitlivosť=0,75 V.
Všetky hlavné časti tohto zariadenia (transformátor, systémchladenie v podobe radiátorov a samotnej dosky) sú umiestnené na eloxovanom šasi z duralového plechu, ktorého hrúbka je 5 mm. Predný panel zariadenia a gombíky na ovládanie hlasitosti sú vyrobené z rovnakého materiálu.
Transformátor s dvoma vinutiami 35 V je možné zakúpiť už hotový. Je žiaduce zvoliť jadro toroidného tvaru (jeho výkon bol overený v tomto obvode) a výkon by mal byť 300 W.
Napájací zdroj pre obvod bude tiež musieť byť zostavený nezávisle podľa napájacieho obvodu UMZCH. Na jeho konštrukciu budete potrebovať poistku, transformátor, diódový mostík a tiež štyri polárne kondenzátory.
Napájací obvod UMZCH je uvedený v rovnakej časti.
Tri jednoduché pravdy na zapamätanie pri zostavovaní akéhokoľvek elektrického obvodu:
- Uistite sa, že dodržíte polaritu polárnych kondenzátorov. Ak si pomýlite plus a mínus v malom obvode zosilňovača, nič strašné sa nestane, obvod UMZCH jednoducho nebude fungovať, ale práve pre takú bezvýznamnú, na prvý pohľad, chybu spadli rakety s vybavením a posádkou na palube.
- Dodržujte polaritu diód: katódu s anódou je tiež zakázané zamieňať. Pre zenerovu diódu je toto pravidlo tiež relevantné.
- Hlavná vec je, že musíte spájkovať diely iba tam, kde je na schéme kontaktný bod. Väčšina chybných elektrických obvodov nefunguje presne, pretože inštalatér diely neprispájkoval alebo ich prispájkoval tam, kde neboli potrebné.
Je táto schéma zahrnutá v jednej z najlepších schém UMZCH? Možno. Všetko závisí odtúžby spotrebiteľa.
Sukhovova schéma
Ak je možné predchádzajúci obvod výkonového zosilňovača zostaviť samostatne, pretože obsahuje relatívne málo prvkov, potom je lepšie nezostavovať obvod zosilňovača Sukhov ručne. prečo? Kvôli obrovskému množstvu prvkov a spojení existuje veľká šanca, že sa pomýlite, kvôli čomu sa bude musieť všetko podstatné množstvo práce prerobiť.
V skutočnosti je nesprávne nazývať schému uvedenú v tejto časti Sukhovovou schémou. Jedná sa o vysoko verný UMZCH modelu VVS-2011 (schéma UMZCH tohto typu je uvedená v tejto časti). Vo svojom zložení neobsahuje tranzistory s efektom poľa, ale obsahuje:
- Zenerove diódy.
- Nelineárne odpory.
- Bežné rezistory.
- Polárne a nepolárne kondenzátory.
- Diódy.
- Bipolárne tranzistory oboch typov.
- OpAmps.
- Throttle.
Možnosti tohto zahrnutia:
- P=150W pri Rzáťaž=8 ohmov.
- Linearita: 0,0002 až 0,0003 % pri 20 kHz, P=100W a Rzáťaž=4 ohm.
- Podpora konštantného U=0 V.
- Dostupná kompenzácia odporu AC vodiča.
- Prítomnosť prúdovej ochrany.
- Prítomnosť ochrany obvodu UMZCH pred Uexit=const.
- Dostupnosť mäkkého štartu.
Tento obvod je zostavený v priemyselnom meradle a hodí sa na malú dosku. Rozloženie vodičov a umiestnenie prvkov nájdete na internete,kde sú tieto materiály voľne dostupné.
Schémy série Suchov sú jednou z najlepších schém UMZCH.
Výsledok
Zosilňovač zvukového výkonu je veľmi obľúbené zariadenie medzi profesionálnymi hudobníkmi aj bežnými milovníkmi hudby. UMZCH sa vykonávajú ako na báze vákuových zariadení a tranzistorov, tak aj na báze operačných zosilňovačov, integrovaných obvodov.
Takéto zariadenia je možné zakúpiť v špecializovaných predajniach alebo si ich môžete vyrobiť sami. Z hľadiska ceny sú najdrahšie elektrónkové zosilňovače a najlacnejšie integrované obvody.
Elektronkové obvody UMZCH majú vyššiu kvalitu zosilnenia ako integrované alebo tranzistorové obvody UMZCH. Z tohto dôvodu sú ľudia pripravení kúpiť takéto zariadenia za 50 000 ₽, za 100 000 ₽ a za 450 000 ₽.
Pri zostavovaní zosilňovačov svojpomocne pamätajte na nasledujúce pravidlá:
- Je prísne zakázané zamieňať si polaritu diód, zenerových diód a iných anódovo-katódových zariadení, ako aj polárnych kondenzátorov. To je plné skutočnosti, že obvod UMZCH zostavený ako výsledok nebude fungovať.
- Pri zostavovaní obvodu je potrebné prispájkovať časti, kde je na výkrese bod kontaktu. Znie to ako jasné pravidlo. To je pravda, ale mnohí inštalatéri na to zabúdajú.
Ak použijete všetky vyššie uvedené odporúčania, môžete si sami zostaviť dobrý zosilňovač zvukového výkonu podľa obvodu UMZCH na tranzistoroch alebo iných prvkoch.
