DELE OG MATERIALER
- Fire 6 volt batterier
- Dual operationelle forstærker, model TL082 anbefales (Radio Shack-katalog # 276-1715)
- En NPN power transistor i en to-220—pakke – (Radio Shack-katalog # 276-2020 eller tilsvarende)
- En PNP power transistor i en to-220—pakke – (Radio Shack-katalog # 276-2027 eller tilsvarende)
- En 1N914 skifte diode (Radio Shack-katalog # 276-1620)
- En kondensator, 47 µF elektrolytisk, 35 WVDC (Radio Shack-katalog # 272-1015 eller tilsvarende)
- To kondensatorer, 0.,22 µF, ikke-polariserede (Radio Shack-katalog # 272-1070)
- En 10 kΩ potentiometer, lineær taper (Radio Shack-katalog # 271-1715)
sørg for at bruge en op-amp, der har en høj slew rate. Undgå LM741 eller LM1458 af denne grund.jo tættere matchede de to transistorer er, desto bedre. Hvis det er muligt, prøv at få TIP41 og TIP42 transistorer, som er tæt matchede NPN-og PNP-strømtransistorer med dissipation ratings på 65 .att hver. Hvis du ikke kan få en TIP41 NPN transistor, er TIP3055 (tilgængelig fra Radio Shack) en god erstatning. Brug ikke meget store (dvs., Til-3 tilfælde) strømtransistorer, da op-amp kan have problemer med at køre nok strøm til deres baser til god drift.,>For at illustrere, hvordan til at bygge en “push-pull” klasse B forstærkeren ved hjælp af supplerende transistorer
SKEMATISK DIAGRAM
ILLUSTRATION
VEJLEDNING
Dette projekt er en audio-forstærker, egnet til at forstærke output signal fra en lille radio, bånd afspiller, CD-afspiller, eller en anden kilde til audio-signaler., Til stereodrift skal der bygges to identiske forstærkere, en til venstre kanal og anden til højre kanal. For at få et indgangssignal til denne forstærker til forstærkning, skal du bare tilslutte det til udgangen fra en radio eller anden lydenhed som denne:
dette forstærkerkredsløb fungerer også godt til forstærkning af “linieniveau” lydsignaler fra modulære stereokomponenter af høj kvalitet., Det giver en overraskende mængde af lyd, strøm, når spillet gennem en stor højttaler, og måske køre uden heatsinks på transistorer (selvom du bør eksperimentere med det lidt, før de beslutter at give afkald på køleplader, som effekttab varierer, afhængigt af den type højttaler, der bruges).
målet med ethvert forstærkerkredsløb er at gengive inputbølgeformen så nøjagtigt som muligt. Perfekt reproduktion er naturligvis umuligt, og eventuelle forskelle mellem output og input waveshapes er kendt som forvrængning., I en lydforstærker kan forvrængning forårsage, at ubehagelige toner overlejres på den sande lyd. Der er mange forskellige konfigurationer af lydforstærker kredsløb, hver med sine egne fordele og ulemper. Denne særlige kredsløb kaldes en” klasse B, ” push-pull kredsløb.
de Fleste lyd – “power” – forstærkerne benytter en klasse B-konfiguration, hvor en transistor giver strøm til belastningen under halvdelen af bølgeform cyklus (det skubber) og en anden transistor giver strøm til belastningen for den anden halvdel af cyklus (trækker)., I denne ordning forbliver ingen af transistorerne ” tændt “for hele cyklussen, hvilket giver hver enkelt en tid til at” hvile ” og afkøle under bølgeformcyklussen. Dette giver et strømeffektivt forstærkerkredsløb, men fører til en tydelig type ikke-linearitet kendt som “crossover distortion.,lyd tone med konstant volumen:
I en push-pull ” – forstærkerkredsløb, de to transistorer skiftes til at forstærke den alternative halv-cykler af den bølgeform, som dette:
Hvis “hand-off” mellem de to transistorer er ikke præcist synkroniseret, men, forstærkerens output bølgeform kan se noget som dette i stedet for en ren sinusbølge:
Her, forvrængning resultater fra det faktum, at der er en forsinkelse mellem det tidspunkt, en transistor slukkes, og den anden transistor tændes., Denne type forvrængning, hvor bølgeformen “flader” ved crossover-punktet mellem positive og negative halvcykler, kaldes crossover-forvrængning., En fælles metode til at afbøde crossover forvrængning er at bias transistorer, så deres tur-tænd/sluk-off-punkter faktisk overlapper hinanden, således at begge transistorer er i en tilstand af ledning for et kort øjeblik under crossover periode:
Denne form for forstærkning teknisk set er kendt som klasse AB snarere end klasse B, fordi hver transistor er “on” for mere end 50% af den tid i løbet af en komplet bølgeform cyklus., Ulempen for at gøre dette, er dog øget magt forbrug af forstærkerkredsløb, fordi i løbet af øjeblikke af tidspunkt, hvor begge transistorer gennemfører, der er aktuelle udført gennem de transistorer, der ikke går gennem den belastning, men blot er “kortsluttet” fra en strømforsyning jernbane til den anden (fra -V +V).
ikke kun er dette spild af energi, men det spreder mere varmeenergi i transistorerne. Når transistorer stiger i temperatur, ændres deres egenskaber (VBE fremad spændingsfald, β, kryds modstande osv.,), hvilket gør korrekt forspænding vanskelig.
i dette eksperiment fungerer transistorerne i ren klasse B-tilstand. Det vil sige, de udfører aldrig på samme tid. Dette sparer energi og mindsker varmeafledning, men egner sig til crossover forvrængning. Løsningen taget i dette kredsløb er at bruge en OP-amp med negativ feedback til hurtigt at drive transistorerne gennem den” døde “zoneone, der producerer crossover-forvrængning og reducere mængden af” udfladning ” af bølgeformen under crossover.
den første (længst til venstre) op-amp vist i skematisk diagram er intet mere end en buffer., En buffer hjælper med at reducere belastningen af indgangskondensatoren/modstandsnetværket, som er placeret i kredsløbet for at filtrere enhver DC-forspændingsspænding ud af indgangssignalet, hvilket forhindrer, at enhver DC-spænding forstærkes af kredsløbet og sendes til højttaleren, hvor det kan forårsage skade.
Uden buffer-op-amp reducerer kondensator / modstandsfiltreringskredsløbet forstærkerens lavfrekvente (“bas”) respons og fremhæver højfrekvensen (“diskant”).
den anden op-forstærker fungerer som en inverterende forstærker, hvis forstærkning styres af 10 k potenti potentiometeret., Dette gør intet mere end at give en lydstyrkekontrol til forstærkeren. Normalt, invertere op-amp kredsløb har deres feedback modstand(s), der er sluttet direkte fra op-amp-udgang til den inverterende indgangsterminal som dette:
Hvis vi bruger den resulterende output signal til at køre base-terminaler push-pull-transistor par, men vi ville opleve væsentlig crossover-forvrængning, fordi der ville være et “dødt” område i transistorer’ drift som base spænding gik fra + 0.7 volt til – 0.,7 volt:
Hvis du allerede har konstrueret forstærkerkredsløbet i sin endelige form, kan du forenkle det til denne formular og lytte til forskellen i lydkvalitet. Hvis du endnu ikke er begyndt konstruktion af kredsløbet, ville det skematiske diagram vist ovenfor være et godt udgangspunkt. Det vil forstærke et lydsignal, men det lyder forfærdeligt!
årsagen til crossover-forvrængningen er, at når op – amp-udgangssignalet er mellem + 0.7 volt og-0.,7 volt, ingen transistor vil lede, og udgangsspændingen til højttaleren vil være 0 volt for hele 1.4 volt spændvidde af basespændingssvingning. Der er således en “zoneone” i indgangssignalområdet, hvor der ikke sker nogen ændring i højttalerudgangsspænding. Her introduceres indviklede forspændingsteknikker normalt til kredsløbet for at reducere dette 1.4-volt “hul” i transistorindgangssignalrespons. Normalt gøres noget som dette:
de to serieforbundne dioder falder cirka 1.,4 Volt, svarende til de kombinerede VBE-spændingsfald for de to transistorer, hvilket resulterer i et scenarie, hvor hver transistor lige er på randen af at tænde, når indgangssignalet er nul volt, hvilket eliminerer den 1.4 volt “døde” signal zoneone, der eksisterede før.
Desværre er denne løsning ikke perfekt: da transistorerne opvarmes fra at lede strøm til belastningen, vil deres VBE-spændingsfald falde fra 0.7 volt til noget mindre, såsom 0.6 volt eller 0.5 volt., Dioderne, som ikke er udsat for den samme opvarmningseffekt, fordi de ikke udfører nogen væsentlig strøm, vil ikke opleve den samme ændring i spændingsfaldet fremad.
således vil dioderne fortsat give den samme 1.4-volt forspændingsspænding, selvom transistorerne kræver mindre forspændingsspænding på grund af opvarmning. Resultatet vil være, at kredsløbet løber ind i klasse AB-drift, hvor begge transistorer vil være i en ledningstilstand en del af tiden., Dette vil naturligvis resultere i mere varmeafledning gennem transistorerne, hvilket forværrer problemet med fremadspændingsfaldsændring.
En fælles løsning på dette problem er indsættelsen af temperatur-kompensation “feedback” modstande i emitter ben af push-pull-transistor kredsløb:
Denne løsning ikke forhindre samtidig turn-on af to transistorer, men blot reducerer sværhedsgraden af problemet og forhindrer overophedning., Det har også den uheldige virkning at indsætte modstand i belastningsstrømbanen, hvilket begrænser forstærkerens Udgangsstrøm. Den løsning, jeg valgte i dette eksperiment, er en, der udnytter princippet om op-amp negativ feedback for at overvinde de iboende begrænsninger af push-pull transistorudgangskredsløbet. Jeg bruger en diode til at give en 0.7-volt forspændingsspænding til push-pull-parret., Dette er ikke nok til at fjerne de “døde” signal zone, men det reducerer den med mindst 50%:
Da spændingsfaldet af en enkelt diode, vil altid være mindre end det samlede spændingsfald af de to transistorer’ base-emitter kryds, transistorerne kan aldrig tænde samtidig, og derved forebygge klasse AB drift., Dernæst, for at hjælpe slippe af med den resterende crossover-forvrængning, feedback-signal af den op-amp er taget fra output-terminal på forstærkeren (transistorerne’ emitter-terminaler) som dette:
Den op-amp ‘ s funktion er at output uanset spænding signal om, at det er i orden at holde de to input-terminaler på samme spænding (0 volt differential)., Ved at forbinde feedbackledningen til emitterterminalerne på push-pull-transistorerne, op-amp har evnen til at fornemme enhver “død” .one, hvor ingen af transistorerne leder, og udsende et passende spændingssignal til baserne på transistorerne for hurtigt at føre dem til ledning igen for at “holde trit” med indgangssignalbølgeformen.
dette kræver en OP-amp med en høj dræbte (evnen til at producere en hurtigt stigende eller hurtigt faldende udgangsspænding), hvorfor TL082 op-amp blev specificeret for dette kredsløb., Langsommere op-ampere som LM741 eller LM1458 kan muligvis ikke følge med den høje Dv/dt (spændingshastighed for ændring over tid, også kendt som de / dt), der er nødvendig for drift med lav forvrængning.
det er Kun et par kondensatorer, som er føjet til dette kredsløb for at bringe det ind i sin endelige form: en 47 µF kondensator forbundet i parallel med diode hjælper med at holde 0,7 volt bias spændingen konstant på trods af store spænding udsving på op-amp ‘ s produktion, mens en 0.22 µF kondensator forbundet mellem base og emitter af NPN-transistor, som hjælper med at reducere crossover forvrængning ved lav lydstyrke indstillinger: