ONDERDELEN EN MATERIALEN
- Vier 6-volt accu ‘ s
- Dubbele operationele versterker, model TL082 aanbevolen (Radio Shack catalog # 276-1715)
- Een power NPN transistor in een TO-220—pakket(Radio Shack catalog # 276-2020 of gelijkwaardig)
- Een PNP-power transistor in een TO-220—pakket(Radio Shack catalog # 276-2027 of gelijkwaardig)
- Een 1N914 schakelen diode (Radio Shack catalog # 276-1620)
- Een condensator, 47 µF elco, 35 WVDC (Radio Shack catalog # 272-1015 of gelijkwaardig)
- Twee condensatoren, 0.,22 µF, niet-gepolariseerd (Radio Shack catalog # 272-1070)
- Eén 10 kΩ potentiometer, linear taper (Radio Shack catalog # 271-1715)
gebruik een op-amp Met een hoge zwenksnelheid. Vermijd de LM741 of LM1458 om deze reden.
hoe dichter bij elkaar de twee transistors komen, hoe beter. Probeer indien mogelijk tip41-en tip42-transistors te verkrijgen, die nauw overeenkomen met NPN-en PNP-vermogenstransistors met dissipatiewaarden van elk 65 watt. Als u geen tip41 NPN transistor kunt krijgen, is de tip3055 (verkrijgbaar bij Radio Shack) een goede vervanger. Gebruik Geen zeer grote (d.w.z., Aan-3 geval) vermogen transistors, als de op-amp problemen kunnen hebben rijden genoeg stroom naar hun bases voor een goede werking.,>Om te illustreren hoe het bouwen van een “push-pull” klasse B versterker in met behulp van aanvullende bipolaire transistoren
SCHEMA
AFBEELDING
GEBRUIKSAANWIJZING
Dit project is een audio versterker geschikt is voor het versterken van het uitgangssignaal van een kleine radio, cassettespeler, CD-speler, of een andere bron van audio signalen., Voor stereo-bediening moeten twee identieke versterkers worden gebouwd, een voor het linkerkanaal en een voor het rechterkanaal. Om een ingangssignaal te verkrijgen dat deze versterker kan versterken, sluit u het aan op de uitgang van een radio-of ander audioapparaat zoals dit:
Dit versterkercircuit werkt ook goed in het versterken van “line-level” audiosignalen van hoogwaardige, modulaire stereo componenten., Het biedt een verrassende hoeveelheid geluidsvermogen wanneer afgespeeld door middel van een grote luidspreker, en misschien draaien zonder heatsinks op de transistors (hoewel je moet experimenteren met het een beetje voordat u besluit om af te zien van koellichamen, als de energiedissipatie varieert afhankelijk van het type luidspreker gebruikt).
Het doel van een versterkercircuit is om de ingangsgolfvorm zo nauwkeurig mogelijk te reproduceren. Perfecte reproductie is natuurlijk onmogelijk, en eventuele verschillen tussen de output en input waveshapes staan bekend als vervorming., In een audioversterker, vervorming kan leiden tot onaangename tonen worden gesuperponeerd op het ware geluid. Er zijn veel verschillende configuraties van audio versterker Circuits, elk met zijn eigen voor-en nadelen. Dit circuit wordt een “klasse B,” push-pull circuit genoemd.
De meeste audio – “power” – versterkers gebruiken een klasse B-configuratie, waarbij een transistor de belasting gedurende de helft van de golfvormcyclus van stroom voorziet (het duwt) en een tweede transistor de belasting gedurende de andere helft van de cyclus van stroom voorziet (het trekt)., In dit schema, geen van beide transistoren blijft “op” voor de hele cyclus, waardoor elk een tijd om te “rusten” en afkoelen tijdens de golfvorm cyclus. Dit zorgt voor een vermogen-efficiënte versterker circuit, maar leidt tot een verschillende vorm van niet-lineariteit bekend als “crossover distortion.,audio toon van constant volume:
In een push-pull versterker circuit, de twee transistors om de beurt een versterking van de alternatieve halve-cycli van de golfvorm zoals dit:
Als de “hand-off” tussen de twee transistoren is niet precies gesynchroniseerd, hoewel, de versterker uitgang golfvorm kan er als volgt uitzien in plaats van een zuivere sinus-golf:
Hier vervorming wordt veroorzaakt door het feit dat er een vertraging tussen het moment dat een transistor uitgeschakeld en de andere transistor schakelt., Dit type vervorming, waarbij de golfvorm “vlakt” op het kruispunt tussen positieve en negatieve halve cycli, wordt crossover vervorming genoemd., Een veelgebruikte methode om crossover distortion te verminderen is om de transistors zodanig te beïnvloeden dat hun in-/uitschakelpunten elkaar daadwerkelijk overlappen, zodat beide transistors gedurende de crossoverperiode gedurende een kort moment in geleiding zijn:
deze vorm van versterking is technisch bekend als klasse AB in plaats van klasse B omdat elke transistor gedurende meer dan 50% van de tijd “aan” staat tijdens een volledige golfvorm.cyclus., Het nadeel hiervan is echter een verhoogd stroomverbruik van het versterkercircuit, omdat tijdens de momenten waarop beide transistors geleid worden, er stroom door de transistors wordt geleid die niet door de belasting gaan, maar slechts van de ene stroomrail naar de andere wordt” kortgesloten ” (van-V naar +V).
Dit is niet alleen een verspilling van energie, maar het verspreidt ook meer warmte-energie in de transistors. Wanneer transistors in temperatuur stijgen, veranderen hun kenmerken (VBE-voorwaartse spanningsval, β, junctieweerstanden, enz.,), waardoor goede vooroordelen moeilijk.
in dit experiment werken de transistors in zuivere klasse B-modus. Dat wil zeggen, ze voeren nooit tegelijkertijd uit. Dit bespaart energie en vermindert warmteafvoer, maar leent zich voor crossover vervorming. De oplossing in dit circuit is om een op-amp met negatieve feedback te gebruiken om de transistors snel door de “dode” zone te rijden die crossover vervorming produceert en de hoeveelheid “afvlakking” van de golfvorm tijdens crossover te verminderen.
de eerste (meest linkse) op-amp in het schema is niets meer dan een buffer., Een buffer helpt om de belasting van de ingangscondensator/weerstandsnetwerk te verminderen, die in het circuit is geplaatst om een gelijkstroom-biasspanning uit het ingangssignaal te filteren, waardoor geen gelijkstroomspanning door het circuit wordt versterkt en naar de luidspreker wordt gestuurd waar het schade kan veroorzaken.
zonder de buffer op-amp vermindert het condensator / weerstandfiltercircuit de lage frequentie (“bass”) van de versterker en accentueert het de hoge frequentie (“treble”).
de tweede op-amp functioneert als een inverterende versterker waarvan de versterking wordt geregeld door de 10 kΩ potentiometer., Dit doet niets meer dan het verstrekken van een volumeregeling voor de versterker. Meestal inverterende opamp circuits hebben hun feedback weerstand(en) direct aangesloten op de van de op-amp-uitgang aan de inverterende ingang, zoals dit:
Als we de resulterende uitgang voor het aansturen van de base-terminals van de push-pull-transistor paar, al zouden we de ervaring aanzienlijk crossover-vervorming, omdat er een “dode zone” in de transistors’ in werking als de basisspanning ging van + 0.7 volt – 0.,7 volt:
Als u het versterkercircuit al in zijn definitieve vorm hebt geconstrueerd, kunt u het vereenvoudigen tot deze vorm en luisteren naar het verschil in geluidskwaliteit. Als u nog niet bent begonnen met de bouw van het circuit, zou het schema hierboven een goed uitgangspunt zijn. Het zal een audiosignaal versterken, maar het zal verschrikkelijk klinken!
de reden voor de crossover vervorming is dat wanneer het op-amp uitgangssignaal tussen + 0,7 volt en – 0 ligt.,7 Volt, geen van beide transistors zal leiden, en de uitgangsspanning naar de luidspreker zal 0 volt zijn voor de gehele 1,4 volt spanwijdte van de basisspanning swing. Er is dus een” zone ” in het ingangssignaalbereik waar geen verandering in de uitgangsspanning van de luidspreker optreedt. Hier is waar ingewikkelde biasing technieken worden meestal geà ntroduceerd aan het circuit om deze 1,4-volt “kloof” in transistor input signaal respons te verminderen. Gewoonlijk wordt zoiets als dit gedaan:
de twee serie-verbonden diodes zullen ongeveer 1 vallen.,4 volt, gelijk aan de gecombineerde VBE-voorwaartse spanningsdalingen van de twee transistors, wat resulteert in een scenario waarbij elke transistor net op het punt staat aan te gaan wanneer het ingangssignaal nul volt is, waardoor de 1,4 volt “dode” signaalzone die voorheen bestond, wordt geëlimineerd.
helaas is deze oplossing echter niet perfect: als de transistors opwarmen van het geleidend vermogen naar de belasting, zal hun VBE-spanning dalen van 0,7 Volt naar iets minder, zoals 0,6 volt of 0,5 volt., De diodes, die niet onderworpen zijn aan hetzelfde verwarmingseffect omdat ze geen substantiële stroom geleiden, zullen niet dezelfde verandering in voorwaartse spanningsval ervaren.
de diodes zullen dus dezelfde 1,4-volt bias spanning blijven leveren, hoewel de transistors minder bias spanning nodig hebben als gevolg van verwarming. Het resultaat zal zijn dat het circuit naar klasse AB-werking afdrijft, waarbij beide transistors een deel van de tijd in een geleidingstoestand zullen zijn., Dit zal natuurlijk resulteren in meer warmteafvoer door de transistors, wat het probleem van de verandering van de voorwaartse spanningsval verergert.
een veel voorkomende oplossing voor dit probleem is het inbrengen van temperatuurcompensatie “feedback” weerstanden in de stralingsbenen van het push-pull transistorcircuit:
Deze oplossing voorkomt niet dat de twee transistors gelijktijdig worden ingeschakeld, maar vermindert alleen de ernst van het probleem en voorkomt thermische runaway., Het heeft ook het ongelukkige effect van het invoegen van weerstand in het laadstroompad, waardoor de uitgangsstroom van de versterker wordt beperkt. De oplossing die ik in dit experiment heb gekozen is er een die gebruik maakt van het principe van op-amp negatieve feedback om de inherente beperkingen van de push-pull transistor uitgangskring te overwinnen. Ik gebruik één diode om een 0,7-volt bias spanning te leveren voor het push-pull paar., Dit is niet genoeg om de “dode” signaalzone te elimineren, maar het vermindert deze met minstens 50%:
aangezien de spanningsdaling van een enkele diode altijd kleiner zal zijn dan de gecombineerde spanningsdalingen van de basis-emitterverbindingen van de twee transistors, kunnen de transistors nooit gelijktijdig worden ingeschakeld, waardoor klasse AB-werking wordt voorkomen., Vervolgens wordt, om de resterende crossover vervorming weg te werken, het feedbacksignaal van de OP-amp op de uitgangsterminal van de versterker (de emitterterminals van de transistors) als volgt genomen:
De functie van de op-amp is om het spanningssignaal uit te voeren dat nodig is om de twee ingangsterminals op hetzelfde voltage (0 volt differentieel) te houden., Door de feedbackdraad aan te sluiten op de emitterterminals van de push-pull transistors, heeft de op-amp de mogelijkheid om elke “dode” zone waar geen van beide transistors geleid wordt, te detecteren en een passend spanningssignaal uit te voeren op de bases van de transistors om ze snel weer in geleiding te drijven om de golfvorm van het ingangssignaal bij te houden.
Dit vereist een OP-amp met een hoge zwenksnelheid (de mogelijkheid om een snel stijgende of snel dalende uitgangsspanning te produceren), daarom is de TL082 op-amp gespecificeerd voor dit circuit., Tragere op-versterkers zoals de LM741 of LM1458 kunnen niet in staat zijn om gelijke tred te houden met de hoge Dv/dt (voltage rate-of-change in de tijd, ook bekend als de/dt) die nodig zijn voor een werking met lage vervorming.
slechts een paar condensatoren worden aan dit circuit toegevoegd om het in zijn definitieve vorm te brengen: een condensator van 47 µF die parallel met de diode is aangesloten, helpt de voorspanning van 0,7 volt constant te houden ondanks grote spanningsschommelingen in de uitgang van de op-amp, terwijl een condensator van 0,22 µF die is aangesloten tussen de basis en de zender van de NPN-transistor, helpt crossoververvorming bij lage volumestanden te verminderen: