DÍLY A MATERIÁLY,
- Čtyři 6 volt baterie
- Duální operační zesilovač, model TL082 doporučuje (Radio Shack katalog # 276-1715)
- Jeden NPN tranzistor v to-220 balíček—(Radio Shack katalog # 276-2020 nebo ekvivalentní)
- Jeden PNP tranzistor v to-220 balíček—(Radio Shack katalog # 276-2027 nebo ekvivalent)
- Jeden 1N914 spínací dioda (Radio Shack katalog # 276-1620)
- Jeden kondenzátor 47 µF elektrolytický, 35 WVDC (Radio Shack katalog # 272-1015 nebo ekvivalent)
- Dva kondenzátory, 0.,22 µF, non-polarizované (Radio Shack katalog # 272-1070)
- 10 kΩ potenciometr, lineární kužel (Radio Shack katalog # 271-1715)
ujistěte se, že použití op-amp, který má vysokou strmost. Z tohoto důvodu se vyhněte lm741 nebo LM1458.
čím blíže jsou dva tranzistory, tím lépe. Pokud je to možné, zkuste získat tranzistory TIP41 a TIP42, které jsou úzce sladěny výkonovými tranzistory NPN a PNP s rozptylem 65 wattů. Pokud nemůžete získat tranzistor TIP41 NPN, TIP3055 (k dispozici od Radio Shack) je dobrou náhradou. Nepoužívejte příliš velké (tj., To-3 case) výkonové tranzistory, protože op-amp může mít potíže s řízením dostatečného proudu na jejich základny pro dobrý provoz.,>Pro ilustraci, jak vytvořit „push-pull“ třída B zesilovač pomocí komplementární bipolární tranzistory
SCHÉMA
ILUSTRACE
POKYNY
Tento projekt je zesilovač vhodný pro zesílení výstupního signálu z malé rádio, kazetový přehrávač, CD přehrávač, nebo jakýkoliv jiný zdroj audio signálů., Pro stereofonní provoz musí být postaveny dva identické zesilovače, jeden pro levý kanál a druhý pro pravý kanál. Získat vstupní signál pro tento zesilovač k zesílení, stačí jen připojit k výstupu rádio nebo další audio zařízení, jako je tento:
Tento zesilovač obvod také funguje dobře v zesilování „line-level“ audio signály z vysoce kvalitní, modulární stereo komponenty., Poskytuje překvapivé množství zvukové energie při přehrávání přes velký reproduktor a možná běží bez chladičů na tranzistorech (i když byste s ním měli trochu experimentovat, než se rozhodnete vzdát chladičů, protože odvod energie se liší podle typu použitého reproduktoru).
cílem každého obvodu zesilovače je co nejpřesněji reprodukovat vstupní waveshape. Dokonalá reprodukce je samozřejmě nemožná a jakékoli rozdíly mezi výstupními a vstupními vlnami jsou známy jako zkreslení., V audio zesilovači může zkreslení způsobit, že nepříjemné tóny budou překryty skutečným zvukem. Existuje mnoho různých konfigurací obvodů audio zesilovače, z nichž každý má své vlastní výhody a nevýhody. Tento konkrétní obvod se nazývá“ třída B“, push-pull obvod.
Většina audio „power“ použití zesilovače třídy B konfigurace, kde jeden tranzistor napájí zátěž během jednoho-polovina průběh cyklu (to tlačí) a druhý tranzistor napájí zátěž pro druhou polovinu cyklu (táhne)., V tomto schématu, ani tranzistor zůstává „na“ pro celý cyklus, každý čas na „odpočinek“ a chladné během průběhu cyklu. To je pro power-efektivní obvod zesilovače, ale vede k výrazným typ nelinearity známý jako „crossover zkreslení.,audio tón konstantní objem:
V push-pull zesilovač obvod, dva tranzistory střídavě zesiluje alternativní půl-cykly křivky, jako je tento:
Pokud je „hand-off“ mezi dvěma tranzistory není přesně synchronizován, i když, zesilovač výstupní křivka může vypadat nějak takhle místo čisté sinusové vlny:
Tady, zkreslení vyplývá ze skutečnosti, že existuje zpoždění mezi dobou jeden tranzistor vypne a druhý tranzistor zapne., Tento typ zkreslení, kde se průběh „zplošťuje“ v bodě přechodu mezi pozitivními a negativními polovičními cykly, se nazývá zkreslení křížení., Jeden obyčejný způsob zmírnění crossover zkreslení je zkreslení tranzistory tak, že jejich zapnutí/vypnutí bodů ve skutečnosti se překrývají, takže oba tranzistory jsou ve stavu vodivosti na krátký okamžik během přelomové období:
Tato forma zesílení je technicky známý jako třída AB, spíše než třídy B, protože každý tranzistor je „na“ více než 50% během kompletní průběh cyklu., Nevýhodou dělá to, i když, je zvýšená spotřeba zesilovač obvodu, protože během chvíle času, kde oba tranzistory jsou vedení, tam je proud veden přes tranzistory, které nejsou procházejí zatížení, ale pouze, že je „zkrat“ z jedné napájecí kolejnice do druhé (z -V na +V).
nejen, že je to ztráta energie, ale odvádí více tepelné energie v tranzistorech. Když tranzistory zvyšují teplotu, mění se jejich vlastnosti (pokles dopředného napětí VBE, β, odpory spojení atd.,), což ztěžuje správné zkreslení.
v tomto experimentu tranzistory pracují v čistém režimu třídy B. To znamená, že nikdy neprovádějí současně. To šetří energii a snižuje odvod tepla, ale hodí se k zkreslení křížení. Řešení přijatá v tomto obvodu je použití op-amp s negativní zpětnou vazbu, aby rychle řídit tranzistory přes „mrtvé“ zóny produkující crossover zkreslení a snížit množství „zploštění“ křivky během crossover.
první (levý) operační zesilovač zobrazený ve schematickém diagramu není nic jiného než vyrovnávací paměť., Vyrovnávací paměť, pomáhá snížit zatížení vstupní kondenzátor/odpor sítě, které byly umístěny v obvodu, aby odfiltrovat DC bias napětí z vstupního signálu, brání jakékoliv DC napětí z stává zesílen obvodem a poslal do reproduktoru, kde by to mohlo způsobit poškození.
Bez vyrovnávací paměti op-amp, kondenzátor/odpor filtrační obvod snižuje nízké frekvence („bass“) odezva zesilovače a zvýrazňuje vysokofrekvenční („treble“).
druhý operační zesilovač funguje jako invertující zesilovač, jehož zisk je řízen potenciometrem 10 kΩ., To neznamená nic jiného než poskytování ovládání hlasitosti pro zesilovač. Obvykle, invertující op-amp obvody, jejich zpětná vazba rezistor(y) připojené přímo od op-amp výstup terminálu na invertující vstup terminálu, jako je tento:
Pokud bychom měli použít výsledný výstupní signál řídit základní svorky push-pull tranzistor dvojice, i když bychom zažít významné crossover zkreslení, protože tam by byla „mrtvá“ zóna v tranzistorů operace jako základní napětí šel z + 0,7 v, k – 0.,7 voltů:
Pokud máte již postavené zesilovač obvod ve své konečné podobě, můžete zjednodušit to, aby tato forma a poslechněte si rozdíl v kvalitě zvuku. Pokud jste ještě nezačali s výstavbou obvodu, schematický diagram uvedený výše by byl dobrým výchozím bodem. Zesílí zvukový signál, ale bude to znít hrozně!
důvodem zkreslení crossoveru je to, že když je výstupní signál op-amp mezi + 0,7 volty a-0.,7 voltů, ani tranzistor nebude vést, a výstupní napětí na reproduktoru bude 0 voltů pro celý 1,4 voltů rozpětí základního napětí houpačky. V rozsahu vstupního signálu je tedy „zóna“, kde nedojde ke změně výstupního napětí reproduktoru. Zde je místo, kde složité ovlivnění techniky jsou obvykle zavedeny do obvodu pro snížení tohoto 1.4-volt „mezeru“ v tranzistoru vstupního signálu odezvy. Obvykle, něco takového se děje:
dvě série zapojených diod klesne přibližně 1.,4 voltů, což odpovídá kombinované Vbe vpřed napětí klesne ze dvou tranzistorů, což vede k situaci, kdy každý tranzistor je jen na pokraji zapnutí, když vstupní signál je nula voltů, což eliminuje 1.4 volt „mrtvý“, signál, zone, která existovala předtím.
Bohužel, i když toto řešení není ideální: jako tranzistory tepla z vedení výkon do zátěže, jejich Vbe vpřed napětí sníží z 0,7 voltů něco méně, jako je 0,6 v nebo 0,5 v., Diody, které nepodléhají stejnému topnému efektu, protože neprovádějí žádný podstatný proud, nebudou mít stejnou změnu poklesu dopředného napětí.
diody tak budou i nadále poskytovat stejné 1, 4voltové předpětí, i když tranzistory vyžadují menší předpětí v důsledku ohřevu. Výsledkem bude, že obvod se ponoří do provozu třídy AB, kde budou oba tranzistory ve stavu vedení části času., To samozřejmě povede k většímu odvodu tepla tranzistory, což zhoršuje problém změny poklesu napětí vpřed.
společné řešení tohoto problému je vložení teploty-kompenzace „zpětnou vazbu“ rezistory v emitoru nohy push-pull tranzistor obvodu:
Toto řešení není zabránit souběžné obrátit-na dvou tranzistorů, ale pouze snižuje závažnost problému a zabraňuje thermal runaway., Má také nešťastný účinek vložení odporu do cesty proudu zátěže, což omezuje výstupní proud zesilovače. Řešení, které jsem zvolil v tomto experimentu je ten, který využívá na principu op-amp negativní zpětnou vazbu, jak překonat vnitřní omezení push-pull výstupní tranzistor obvodu. Používám jednu diodu k zajištění 0.7-volt předpětí napětí pro push-pull páru., To nestačí k odstranění „mrtvých“ signál zóna, ale to ji snižuje nejméně o 50%:
Protože úbytek napětí na jedné diodě bude vždy menší než součet napětí obou tranzistorů‘ báze-emitor křižovatek, tranzistory nikdy nemůže zapnout současně, čímž se zabrání třídě AB provozu., Další, pomoci zbavit se zbývajících crossover zkreslení, zpětná vazba, signál op-amp je převzat z výstupních svorek na zesilovači (tranzistory‘ emitor terminály) jako je tento:
op-amp funkce je výstup cokoliv napěťový signál musí v zájmu zachování své dvě vstupní svorky při stejném napětí (0 v diferenciálu)., Po připojení zpětné vazby drátu k vysílači svorky push-pull tranzistory, op-amp má schopnost vnímat nějaké „mrtvé“ zóny, kde ani jeden tranzistor je vodivý, a výstup odpovídající napěťový signál do bází tranzistorů rychle řídit je do vedení znovu, aby „držet krok“ s vstupního signálu průběh.
To vyžaduje, op-amp s vysokou strmost (schopnost produkovat rychle rostoucí nebo rychlý pokles výstupního napětí), což je důvod, proč TL082 op-amp byl zadán pro tento obvod., Pomalejší op-amps jako LM741 LM1458 nebo nemusí být schopen držet krok s vysokým dv/dt (napětí, rychlost-z-změna v průběhu času, také známý jako de/dt) nezbytné pro low-narušení provozu.
Pouze pár kondenzátorů jsou přidány do tohoto obvodu, aby byl do své konečné podobě: 47 µF kondenzátor zapojen paralelně s diodou pomáhá udržet 0,7 voltu zkreslení napětí konstantní i přes velké výkyvy napětí v op-amp výstup, zatímco 0.22 µF kondenzátor připojen mezi bází a emitorem tohoto tranzistoru NPN pomáhá snížit crossover zkreslení při nízké hlasitosti nastavení: