Wiele osób zna sytuację, w której urządzenie odtwarza dźwięk, ale nie robi tego tak głośno, jak byśmy tego chcieli. Co robić? Możesz kupić inny sprzęt do odtwarzania dźwięku lub możesz kupić wzmacniacz mocy częstotliwości audio (zwany dalej UMZCH). Ponadto wzmacniacz można zmontować ręcznie.
Aby to zrobić, potrzebujesz tylko podstawowej wiedzy z zakresu elektroniki, takiej jak umiejętność rozróżniania emitera, bazy i kolektora w tranzystorze bipolarnym, drenu, źródła, bramki w terenie, a także innych elementarnych aspektów.
Poniżej opiszemy najważniejsze parametry wzmacniaczy mocy audio, które należy poprawić, aby uzyskać większe wzmocnienie, a także najprostsze obwody tych urządzeń, zmontowane na różnych podstawowych elementach, takich jak lampy próżniowe, tranzystory, wzmacniacze operacyjne i układy scalone.
Ponadto artykuł rozważy wysokiej jakości schemat UMZCH. Wpłynie to na jego skład, parametry, a także cechy konstrukcyjne. Rozważany będzie również schemat UMZCH Sukhov.
Parametry UMZCH
Najważniejszy parametr wzmacniaczamoc - współczynnik wzmocnienia. Reprezentuje stosunek sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego i jest podzielony na trzy oddzielne parametry:
- Wzmocnienie prądu. KI=Iout / Iin.
- Wzrost napięcia. KU=Uout / Uin.
- Wzrost mocy. KP=Pout / Pin.
W przypadku UMZCH bardziej rozsądne jest rozważenie wzmocnienia mocy, ponieważ jest to ten parametr, który wymaga wzmocnienia, chociaż niemądrze jest zaprzeczyć, że wartość mocy - zarówno wejściowej, jak i wyjściowej - zależy od prądu i napięcia.
Oczywiście wzmacniacze mają inne parametry, takie jak współczynnik zniekształceń wzmacnianego sygnału, ale nie są one tak ważne w porównaniu do wzmocnienia.
Nie zapominaj, że nie ma doskonałych urządzeń. Nie ma UMZCH z ogromnym wzmocnieniem, pozbawionym innych wad. Zawsze musisz poświęcić niektóre parametry na rzecz innych.
UMZCH na urządzeniach elektropróżniowych
Urządzenia elektropróżniowe to urządzenia, które zawierają w swojej konstrukcji kolbę, w której znajduje się próżnia lub określony gaz, a także co najmniej dwie elektrody - katoda i anoda.
Wewnątrz kolby mogą znajdować się trzy, pięć, a nawet osiem dodatkowych elektrod. Lampa z dwiema elektrodami nazywana jest diodą (nie mylić z diodą półprzewodnikową), z trzema - triodą, z pięcioma - pentodą.
Wzmacniacze mocy lamp próżniowychbardzo ceniona zarówno wśród zwykłych melomanów, jak i profesjonalnych muzyków, ponieważ lampy zapewniają „najczystsze” wzmocnienie.
Jest to częściowo spowodowane faktem, że elektrony wstrzyknięte z katody nie napotykają oporu w drodze do anody i docierają do celu w niezmienionym stanie - nie są modulowane ani pod względem gęstości, ani prędkości.
Wzmacniacze lampowe są najdroższe ze wszystkich dostępnych na rynku. Wynika to z faktu, że urządzenia elektropróżniowe nie były już szeroko stosowane w ostatnim stuleciu, odpowiednio ich produkcja w dużych ilościach stała się nieopłacalna. To jest produkt kawałkowy. Ale takie UMZCH są zdecydowanie warte swojej ceny: w porównaniu z popularnymi analogami, nawet na układach scalonych, różnica jest wyraźnie słyszalna. I nie na korzyść żetonów.
Oczywiście nie jest konieczne samodzielne montowanie wzmacniaczy lampowych, można je kupić w wyspecjalizowanych sklepach. Koszt wzmacniaczy w urządzeniach próżniowych zaczyna się od 50 000. Można znaleźć stosunkowo tanie używane opcje (nawet do 10 000), ale mogą być one kiepskiej jakości. Ile kosztują dobre wzmacniacze lampowe? Od 100 000. Ile kosztują bardzo dobre wzmacniacze? Od kilkuset tysięcy rubli.
W lampach jest wiele obwodów UMZCH, w tej sekcji rozważymy elementarny przykład.
Najprostszy wzmacniacz można zamontować na triodzie. Należy do klasy jednocyklowych obwodów UMZCH. W triodzie trzecia elektroda jest siatką kontrolną, która reguluje prąd anodowy. Podłączone jest do niego napięcie przemienne, a wykorzystując wielkość i polaryzację sygnału źródłowego, możesz albozmniejszyć lub zwiększyć prąd anodowy.
Jeśli podłączysz ujemny wysoki potencjał do siatki, elektrony opadną na nią, a prąd w obwodzie będzie równy zero. Jeśli do siatki zostanie przyłożony dodatni potencjał, elektrony z katody do anody przejdą bez przeszkód.
Regulując prąd anodowy, można zmienić punkt pracy triody na charakterystyce prądowo-napięciowej. Pozwala to dostosować wielkość wzmocnienia prądu i napięcia (w końcu - moc) tego urządzenia elektropodciśnieniowego.
Aby zmontować prosty wzmacniacz triodowy, musisz podłączyć zmienne źródło zasilania do siatki sterującej, przyłożyć potencjał zerowy do katody, dodatni do anody. Rezystancja statecznika jest zwykle połączona z anodą. Obciążenie należy usunąć między balastem a anodą.
Aby poprawić jakość wzmocnionego sygnału, można podłączyć kondensator filtrujący szeregowo lub równolegle (w zależności od konkretnego przypadku) do obciążenia, podłączyć kondensator i rezystor połączone równolegle do katody i podłącz prosty dzielnik napięcia dwóch rezystorów do sieci sterującej.
Teoretycznie wzmacniacz mocy można zamontować na klistronie zgodnie z obwodami UMZCH na lampach. Klistron to urządzenie elektropróżniowe, podobne w konstrukcji do diody, ale posiadające dwa dodatkowe zaciski służące do wprowadzania i wyprowadzania sygnału. Wzmocnienie w tym urządzeniu następuje dzięki modulacji przepływu elektronów emitowanych przez katodę w kierunku kolektora (analogicznie do anody), najpierw pod względem prędkości, a następnie gęstości.
UMZCH na tranzystorach bipolarnych
Tranzystor bipolarny - synteza dwóch diod. Jest to element p-n-p lub n-p-n z następującymi składnikami:
- emiter;
- base;
- kolekcjoner.
Prędkość i niezawodność tranzystorów jest na ogół wyższa niż w przypadku urządzeń próżniowych. Nie jest tajemnicą, że na początku komputery elektroniczne działały właśnie na lampach, ale gdy tylko pojawiły się tranzystory, te ostatnie szybko zastąpiły swoich przedpotopowych konkurentów i są z powodzeniem stosowane do dziś.
Następnie zostanie rozważony przykład użycia tranzystora n-p-n w obwodzie wzmacniacza mocy. Należy zauważyć, że elektrony (n) są nieco szybsze niż odpowiednio dziury (p), wydajność tranzystorów n-p-n i p-n-p nie różni się na korzyść tego drugiego.
Kolejnym ważnym niuansem jest to, że tranzystory bipolarne mają kilka obwodów przełączających:
- Wspólny emiter (najpopularniejszy).
- Ze wspólną podstawą.
- Z wspólnym rozdzielaczem.
Wszystkie obwody mają różne parametry wzmocnienia. Następujący obwód UMZCH ma wspólne połączenie emitera.
Aby złożyć prosty wzmacniacz oparty na tranzystorze n-p-n, musisz podłączyć napięcie przemienne do jego podstawy, dodatni potencjał do kolektora i ujemny do emitera. A przed podstawą, przed kolektorem i przed emiterem należy zainstalować opory ograniczające. Obciążenie jest usuwane między balastem kolektora a samym kolektorem.
Jak w przypadku elektroodkurzaczawzmacniacz triodowy, aby poprawić jakość wzmocnienia w tym obwodzie można:
- zainstaluj dzielnik napięcia i kondensator filtrujący przed podstawą;
- zainstaluj kondensator i rezystor połączone równolegle z emiterem;
- włącz kondensator filtra do obciążenia, aby wyeliminować szumy i zakłócenia.
Jeżeli dwa takie stopnie wzmacniające są połączone szeregowo, to ich wzmocnienia mogą być przez siebie mnożone. To oczywiście znacznie komplikuje konstrukcję urządzenia, ale pozwoli na osiągnięcie większego wzmocnienia. To prawda, że łączenie tych kaskad w nieskończoność nie będzie działać: im więcej pojedynczych wzmacniaczy zostanie połączonych szeregowo, tym większa szansa, że wejdą w nasycenie.
Jeżeli tranzystor pracuje w trybie nasycenia, nie ma mowy o żadnych właściwościach wzmacniających. Możesz to sprawdzić, patrząc na charakterystykę prądowo-napięciową: punkt pracy tranzystora znajduje się w sekcji poziomej, jeśli działa w trybie nasycenia.
UMZCH FET
Następnie zostanie pokazany obwód UMZCH na tranzystorach typu MOS (półprzewodnik z tlenkiem metalu - standardowa struktura tranzystora polowego).
Struktura tranzystorów polowych ma niewiele wspólnego z tranzystorami bipolarnymi. Co więcej, ich zasada działania w niczym nie przypomina zasady działania analogów bipolarnych.
Tranzystory polowe są sterowane polem elektrycznym (bipolarnym - prądem). Nie pobierają prądu i są odporne na promieniowanie gamma, zwane równieżpromieniowanie radioaktywne. Ten ostatni fakt raczej nie przyda się muzykom, którzy chcą zbudować wzmacniacz mocy audio, ale w branży ta cecha tranzystorów polowych jest bardzo ceniona.
Ich główną wadą jest to, że nie oddziałują dobrze z elektrycznością statyczną. Ładunek tego rodzaju pochodzenia może wyłączyć tranzystory tego typu. Każde nieostrożne dotknięcie palcem styku elementu może uszkodzić tranzystor.
Te cechy powinny być brane pod uwagę podczas montażu wzmacniaczy mocy na tych elementach elektronicznych.
Jak własnoręcznie złożyć obwód UMZCH na tranzystorze polowym? Wystarczy postępować zgodnie z dalszymi instrukcjami.
Prosty obwód UMZCH na tranzystorze polowym można zmontować za pomocą tranzystora polowego p-n-złączowego z kanałem typu n. Konstrukcja jest podobna do tej opisanej przy montażu wzmacniacza na tranzystorze bipolarnym, tylko bramka zajęła miejsce podstawy, kolektor - dren, emiter - źródło.
UMZCH na wzmacniaczu operacyjnym
Wzmacniacz operacyjny (dalej OU) to element elektroniczny, który ma dwa wejścia - odwracające (zmienia sygnał w fazie o 180 stopni) i nieodwracające (nie zmienia fazy sygnału) - a także jedno wyjście i parę styków do zasilania. Charakteryzuje się niskim napięciem zerowym i prądami wejściowymi. To urządzenie ma bardzo duże wzmocnienie.
OU może działać w dwóch trybach:
- w trybie wzmacniacza;
- w trybiegenerator.
Aby wzmacniacz operacyjny działał w trybie wzmacniania, konieczne jest podłączenie do niego obwodu ujemnego sprzężenia zwrotnego. Jest to rezystor, który jednym wyjściem podłączony jest do wyjścia wzmacniacza operacyjnego, a drugim do wejścia odwracającego.
Jeśli podłączysz ten sam obwód do wejścia nieodwracającego, otrzymasz obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego, a wzmacniacz operacyjny zacznie działać jako generator sygnału.
Istnieje kilka typów wzmacniaczy montowanych na wzmacniaczu operacyjnym:
- Odwracanie - wzmacnia sygnał i zmienia jego fazę o 180 stopni. Aby uzyskać wzmacniacz odwracający na wzmacniaczu operacyjnym, należy uziemić wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego i podać sygnał do wejścia odwracającego, które ma zostać wzmocnione. W tym przypadku nie możemy zapomnieć o obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego.
- Nieodwracający - wzmacnia sygnał bez zmiany jego fazy. Aby zmontować wzmacniacz nieodwracający, musisz podłączyć obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego do wzmacniacza operacyjnego, uziemić wejście odwracające i podać sygnał do nieodwracającego styku wzmacniacza operacyjnego.
- Differential - wzmacnia sygnały różnicowe (sygnały, które różnią się fazą, ale mają taką samą amplitudę i częstotliwość). Aby uzyskać wzmacniacz różnicowy, musisz podłączyć rezystory ograniczające do wejść wzmacniacza operacyjnego, nie zapomnij o obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego i zastosuj dwa sygnały do styków wejściowych: sygnał o dodatniej polaryzacji należy zastosować do nieodwracającego wejście, sygnał ujemny do odwracającego.
- Pomiar - zmodyfikowana wersja wzmacniacza różnicowego. Wzmacniacz instrumentacyjny spełnia tylko tę samą funkcję, co wzmacniacz różnicowyposiada możliwość regulacji wzmocnienia za pomocą potencjometru łączącego wejścia dwóch wzmacniaczy operacyjnych. Konstrukcja takiego wzmacniacza jest znacznie bardziej skomplikowana i obejmuje nie jeden, a trzy wzmacniacze operacyjne.
Jak trudno jest pracować ze wzmacniaczami operacyjnymi? W przypadku obwodów wzmacniacza operacyjnego czasami może być trudno znaleźć odpowiednie komponenty, takie jak rezystory i kondensatory, ponieważ staranne dopasowanie elementów jest wymagane nie tylko pod względem wartości nominalnych, ale także materiałów.
UMZCH na układach scalonych
Układy scalone to urządzenia specjalnie zaprojektowane do wykonywania określonego zadania. W przypadku UMZCH jeden mały mikroukład zastępuje dużą kaskadę tranzystorów, wzmacniaczy operacyjnych lub urządzeń próżniowych.
Obecnie bardzo popularne są układy TDA o różnych numerach seryjnych, takie jak TDA7057Q lub TDA2030. Na mikroukładach jest ogromna liczba obwodów UMZCH.
W swoim składzie mają dużą liczbę rezystorów, kondensatorów i wzmacniaczy operacyjnych, wyposażonych w bardzo małą obudowę, której wielkość nie przekracza 1 lub 2 rubli.
Projektowanie UMZCH
Przed zakupem niezbędnych części i wytrawieniem przewodników na płytce tekstolitowej należy doprecyzować wartości oporników i kondensatorów, a także wybrać pożądane modele tranzystorów, wzmacniaczy operacyjnych czy układów scalonych.
Można to zrobić na komputerze za pomocą dedykowanego oprogramowania, takiego jak NI Multisim. WTen program zgromadził dużą bazę danych komponentów elektronicznych. Za jego pomocą można symulować działanie dowolnych urządzeń elektronicznych, nawet biorąc pod uwagę błędy, sprawdzać obwody pod kątem działania.
Za pomocą takiego oprogramowania szczególnie wygodnie jest testować wydajne obwody UMZCH.
200W tranzystorowy obwód wzmacniacza stereo
Schemat rozważany w tej sekcji jest znacznie bardziej skomplikowany niż te opisane powyżej. Jednak jego właściwości wzmacniające są lepsze niż konstrukcji opartych na bipolarnych tranzystorach polowych, a także wzmacniaczach operacyjnych i układach scalonych, o których była już mowa w artykule.
Ten produkt zawiera następujące elementy:
- Rezystory.
- Kondensatory (zarówno polarne, jak i niepolarne).
- Diody.
- Dioda Zenera.
- Bezpieczniki.
- Tranzystory bipolarne typu N-p-n.
- Tranzystory bipolarne P-n-p.
- P-channel IGFET.
- Izolowana bramka FET z kanałem n.
Parametry tego wzmacniacza mocy:
- Pznamionowa moc wyjściowa=200W (na kanał).
- Umoc stopnia wyjściowego=50V (dozwolona niewielka zmiana).
- Iodpoczynek stopnia wyjściowego=200 mA.
- Ireszta jednego tranzystora wyjściowego=50 mA.
- Uczułość=0,75 V.
Wszystkie główne części tego urządzenia (transformator, system)chłodzenia w postaci radiatorów oraz samej płyty) znajdują się na anodowanej obudowie wykonanej z blachy duraluminium, której grubość wynosi 5 mm. Panel przedni urządzenia oraz pokrętła regulacji głośności wykonane są z tego samego materiału.
Transformator z dwoma uzwojeniami 35 V można kupić w postaci gotowej. Pożądane jest, aby wybrać rdzeń o kształcie toroidalnym (jego wydajność została zweryfikowana w tym obwodzie), a moc powinna wynosić 300 W.
Zasilanie obwodu będzie również musiało być zmontowane niezależnie, zgodnie z obwodem zasilania UMZCH. Do jego budowy potrzebny będzie bezpiecznik, transformator, mostek diodowy oraz cztery kondensatory polarne.
Obwód zasilania UMZCH jest podany w tej samej sekcji.
Trzy proste prawdy do zapamiętania podczas montażu dowolnego obwodu elektrycznego:
- Pamiętaj o przestrzeganiu polaryzacji kondensatorów polarnych. Jeśli pomylisz plus i minus w małym obwodzie wzmacniacza, to nic złego się nie stanie, obwód UMZCH po prostu nie zadziała, ale właśnie z powodu tak nieistotnego, na pierwszy rzut oka błędu, spadły rakiety ze sprzętem i załogą na pokładzie
- Należy zwrócić uwagę na polaryzację diod: katoda z anodą również nie może być zamieniana. W przypadku diody Zenera zasada ta jest również istotna.
- Najważniejsze jest to, że musisz lutować części tylko tam, gdzie na schemacie znajduje się punkt styku. Większość wadliwych obwodów elektrycznych nie działa dokładnie, ponieważ instalator nie przylutował części lub przylutował ich tam, gdzie nie były potrzebne.
Czy ten schemat jest częścią jednego z najlepszych schematów UMZCH? Może. Wszystko zależy odpragnienia konsumenta.
Schemat Suchowa
Jeśli poprzedni obwód wzmacniacza mocy można zmontować niezależnie, ponieważ zawiera stosunkowo mało elementów, lepiej nie montować obwodu wzmacniacza Suchowa ręcznie. Czemu? Ze względu na ogromną ilość elementów i połączeń istnieje duże prawdopodobieństwo popełnienia błędu, przez co cała znacząca ilość pracy będzie musiała zostać wykonana.
Właściwie niepoprawne jest nazywanie schematu podanego w tej sekcji schematem Suchowa. Jest to UMZCH o wysokiej wierności modelu VVS-2011 (w tej sekcji podano schematyczny schemat UMZCH tego typu). W swoim składzie nie zawiera tranzystorów polowych, ale zawiera:
- Diody Zenera.
- Rezystory nieliniowe.
- Rezystory zwykłe.
- Kondensatory polarne i niepolarne.
- Diody.
- Tranzystory bipolarne obu typów.
- OpAmps.
- Przepustnica.
Możliwości tego włączenia:
- P=150W przy Rload=8 omów.
- Liniowość: 0,0002 do 0,0003% przy 20kHz, P=100W i Robciążenie=4 omy.
- Obsługa stałego U=0 V.
- Dostępna kompensacja rezystancji przewodu AC.
- Obecność aktualnej ochrony.
- Obecność zabezpieczenia obwodu UMZCH przed Uwyjście=const.
- Dostępność miękkiego startu.
Ten obwód jest montowany na skalę przemysłową i mieści się na małej płytce. Układ przewodów i lokalizację elementów można znaleźć w Internecie,gdzie te materiały są swobodnie dostępne.
Schematy z serii Suchow to jeden z najlepszych schematów UMZCH.
Wynik
Wzmacniacz mocy dźwięku jest bardzo popularnym urządzeniem zarówno wśród profesjonalnych muzyków, jak i zwykłych melomanów. UMZCH wykonywane są zarówno w oparciu o urządzenia próżniowe i tranzystory, jak i w oparciu o wzmacniacze operacyjne, układy scalone.
Takie urządzenia można kupić w wyspecjalizowanych sklepach lub możesz stworzyć własne. Pod względem ceny wzmacniacze lampowe są najdroższe, a układy scalone najtańsze.
Obwody lampowe UMZCH mają wyższą jakość wzmocnienia niż układy scalone lub tranzystorowe UMZCH. Z tego powodu ludzie są gotowi kupić takie urządzenia za 50 000, 100 000 i 450 000.
Podczas samodzielnego montażu wzmacniaczy należy pamiętać o następujących zasadach:
- Surowo zabrania się mylenia polaryzacji diod, diod Zenera i innych urządzeń anodowo-katodowych, jak również kondensatorów polarnych. Jest to obarczone faktem, że zmontowany obwód UMZCH nie będzie działał.
- Podczas montażu obwodu musisz przylutować części, w których znajduje się punkt styku na rysunku. Brzmi jak oczywista zasada. To prawda, ale wielu instalatorów o tym zapomina.
Jeśli zastosujesz wszystkie powyższe zalecenia, możesz samodzielnie zmontować dobry wzmacniacz mocy dźwięku zgodnie z obwodem UMZCH na tranzystorach lub innych elementach.
