części i materiały
- cztery baterie 6 V
- podwójny wzmacniacz operacyjny, model TL082 zalecany (katalog Radio Shack # 276-1715)
- jeden tranzystor mocy NPN w pakiecie to-220—(katalog Radio Shack # 276-2020 lub równoważny)
- jeden tranzystor mocy PNP w pakiecie pakiet TO-220—(Katalog Radio Shack # 276-2027 lub równoważny)
- jedna dioda przełączająca 1n914 (katalog Radio Shack # 276-1620)
- jeden kondensator, elektrolityczny 47 µF, 35 wvdc (katalog Radio Shack # 272-1015 lub równoważny)
- dwa kondensatory, 0.,22 µF, niepolaryzowany (Radio Shack catalog # 272-1070)
- jeden potencjometr 10 kΩ, liniowy stożek (Radio Shack catalog # 271-1715)
pamiętaj, aby użyć wzmacniacza o wysokiej prędkości obrotowej. Z tego powodu unikaj lm741 lub LM1458.
im bliżej dopasowane są dwa tranzystory, tym lepiej. Jeśli to możliwe, spróbuj uzyskać Tranzystory tip41 i tip42, które są ściśle dopasowanymi tranzystorami mocy NPN i PNP o współczynnikach rozpraszania 65 w każdy. Jeśli nie możesz uzyskać tranzystora TIP41 NPN, tip3055 (dostępny w Radio Shack) jest dobrym zamiennikiem. Nie stosować bardzo dużych (np., To-3 case) tranzystory mocy, ponieważ op-amp może mieć problemy z doprowadzeniem prądu do swoich podstaw dla dobrej pracy.,
schemat schematu
ilustracja
instrukcje
Ten projekt jest wzmacniaczem audio odpowiednim do wzmocnienia sygnału wyjściowego z małego radia, odtwarzacza taśmowego, odtwarzacza CD lub innego źródła sygnałów audio., Do pracy stereo należy zbudować dwa identyczne wzmacniacze, jeden dla lewego kanału, a drugi dla prawego kanału. Aby uzyskać sygnał wejściowy wzmacniacza do wzmocnienia, wystarczy podłączyć go do wyjścia radia lub innego urządzenia audio, takiego jak to:
ten układ wzmacniacza działa również dobrze w wzmacnianiu sygnałów audio „na poziomie liniowym” z wysokiej jakości, modułowych komponentów stereo., Zapewnia zaskakującą ilość mocy dźwięku podczas odtwarzania przez duży głośnik i może działać bez radiatorów na tranzystorach (chociaż powinieneś z nim trochę poeksperymentować, zanim zdecydujesz się zrezygnować z radiatorów, ponieważ rozpraszanie mocy różni się w zależności od rodzaju używanego głośnika).
celem każdego obwodu wzmacniacza jest jak najdokładniejsze odtworzenie kształtu fal wejściowych. Perfekcyjna reprodukcja jest oczywiście niemożliwa, a wszelkie różnice między wyjściowymi i wejściowymi falami są znane jako zniekształcenia., W przypadku wzmacniacza audio zniekształcenia mogą powodować nałożenie nieprzyjemnych dźwięków na prawdziwy dźwięk. Istnieje wiele różnych konfiguracji układów wzmacniacza audio, każda z własnymi zaletami i wadami. Ten konkretny Obwód nazywa się” klasą B”, obwodem push-pull.
większość wzmacniaczy „mocy” audio wykorzystuje konfigurację klasy B, w której jeden tranzystor dostarcza moc do obciążenia podczas jednej połowy cyklu przebiegu (popycha), a drugi tranzystor dostarcza moc do obciążenia przez drugą połowę cyklu (ciągnie)., W tym schemacie żaden tranzystor nie pozostaje ” włączony „przez cały cykl, dając każdemu czas na” odpoczynek ” i ochłodzenie podczas cyklu fali. Tworzy to wydajny energetycznie układ wzmacniacza, ale prowadzi do odrębnego rodzaju nieliniowości znanej jako ” zniekształcenia zwrotnicy.,sygnał dźwiękowy o stałej głośności:
w układzie wzmacniacza push-pull dwa tranzystory na zmianę wzmacniają naprzemienne półcykle kształtu fali w następujący sposób:
Jeśli „przekazanie” między dwoma tranzystorami nie jest dokładnie jednak zsynchronizowany kształt fali wyjściowej wzmacniacza może wyglądać mniej więcej tak, zamiast czystej sinusoidy:
tutaj zniekształcenia wynikają z faktu, że istnieje opóźnienie między wyłączeniem jednego tranzystora a włączeniem drugiego tranzystora., Ten rodzaj zniekształcenia, w którym kształt fali” spłaszcza się ” w punkcie zwrotnicy między dodatnimi i ujemnymi półcyklami, nazywa się zniekształceniem zwrotnicy., Jedną z powszechnych metod łagodzenia zniekształceń zwrotnicy jest uszkadzanie tranzystorów tak, aby ich punkty włączania/wyłączania faktycznie pokrywały się, tak że oba tranzystory są w stanie przewodzenia przez krótką chwilę w okresie zwrotnicy:
Ta forma wzmocnienia jest technicznie znana jako klasa AB, a nie Klasa B, ponieważ każdy tranzystor jest „włączony” przez ponad 50% czasu podczas pełnego przebiegu.cykl., Wadą tego rozwiązania jest jednak zwiększone pobór mocy układu wzmacniacza, ponieważ w momentach, w których przewodzą oba Tranzystory, przez Tranzystory przepływa prąd, który nie przechodzi przez obciążenie, a jest jedynie „zwarty” z jednej szyny zasilającej do drugiej (od-V do +V).
nie tylko jest to strata energii, ale rozprasza więcej energii cieplnej w tranzystorach. Gdy Tranzystory zwiększają temperaturę, zmieniają się ich charakterystyki (spadek napięcia Vbe, β, rezystancje przyłączeniowe itp.,), co utrudnia prawidłowe Stronnictwo.
w tym eksperymencie Tranzystory pracują w trybie czystej klasy B. Oznacza to, że nigdy nie prowadzą w tym samym czasie. Oszczędza to energię i zmniejsza rozpraszanie ciepła, ale nadaje się do zniekształceń zwrotnicy. Rozwiązaniem przyjętym w tym układzie jest użycie wzmacniacza z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, aby szybko przepędzić Tranzystory przez „martwą” strefę generującą zniekształcenia zwrotnicy i zmniejszyć ilość „spłaszczenia” kształtu fali podczas zwrotnicy.
pierwszy (lewy) op-amp pokazany na schemacie jest niczym innym jak buforem., Bufor pomaga zmniejszyć obciążenie wejściowej sieci kondensatora / rezystora, która została umieszczona w obwodzie, aby odfiltrować wszelkie napięcie polaryzacji DC z sygnału wejściowego, zapobiegając wzmacnianiu jakiegokolwiek napięcia DC przez obwód i wysyłaniu do głośnika, gdzie może to spowodować uszkodzenie.
bez bufora op-amp, Obwód filtrujący Kondensator / Rezystor zmniejsza odpowiedź niskich częstotliwości („bass”) wzmacniacza i akcentuje wysoką częstotliwość („treble”).
drugi wzmacniacz działa jako wzmacniacz odwracający, którego wzmocnienie sterowane jest potencjometrem 10 kΩ., To nic więcej niż zapewnienie regulacji głośności dla wzmacniacza. Zazwyczaj odwracające obwody op-amp mają Rezystory sprzężenia zwrotnego podłączone bezpośrednio z zacisku wyjściowego op-amp do odwróconego zacisku wejściowego w następujący sposób:
gdybyśmy mieli użyć otrzymanego sygnału wyjściowego do napędzania zacisków bazowych pary tranzystorów push-pull, odczulibyśmy jednak znaczne zniekształcenia zwrotnicy, ponieważ w pracy tranzystorów byłaby „martwa” strefa, ponieważ napięcie bazowe spadałoby z + / – 0,5 V. 0,7 V do-0.,7 woltów:
Jeśli zbudowałeś już układ wzmacniacza w jego ostatecznej formie, możesz uprościć go do tej formy i posłuchać różnicy w jakości dźwięku. Jeśli nie rozpocząłeś jeszcze budowy obwodu, schemat przedstawiony powyżej byłby dobrym punktem wyjścia. To wzmocni sygnał audio, ale zabrzmi okropnie!
powodem zniekształcenia zwrotnicy jest to, że gdy sygnał wyjściowy op-amp mieści się w przedziale od + 0,7 V do – 0.,7 V, żaden tranzystor nie będzie przewodził, A Napięcie wyjściowe głośnika będzie wynosić 0 V dla całego zakresu 1,4 V wahania napięcia podstawowego. Tak więc w zakresie sygnału wejściowego znajduje się” strefa”, w której nie nastąpi zmiana napięcia wyjściowego głośnika. W tym miejscu zwykle wprowadza się do obwodu skomplikowane techniki biasingu, aby zmniejszyć tę 1,4-woltową „lukę” w odpowiedzi sygnału wejściowego tranzystora. Zazwyczaj robi się coś takiego:
dwie diody połączone szeregowo spadną o około 1.,4 V, co odpowiada łącznym spadkom napięcia VBE w przód dwóch tranzystorów, co skutkuje scenariuszem, w którym każdy tranzystor jest na skraju włączenia, gdy sygnał wejściowy wynosi zero woltów, eliminując 1,4 V „martwą” strefę sygnału, która istniała wcześniej.
Niestety to rozwiązanie nie jest idealne: ponieważ Tranzystory nagrzewają się od przewodzenia mocy do obciążenia, ich spadki napięcia VBE spadną z 0,7 V do czegoś mniejszego, np. 0,6 V lub 0,5 V., Diody, które nie podlegają temu samemu efektowi grzewczemu, ponieważ nie przewodzą żadnego znaczącego prądu, nie doświadczą tej samej zmiany spadku napięcia do przodu.
w ten sposób diody będą nadal dostarczać to samo napięcie polaryzacji 1,4 V, mimo że tranzystory wymagają mniej napięcia polaryzacji ze względu na ogrzewanie. W rezultacie Obwód przechodzi do pracy w klasie AB, gdzie oba Tranzystory będą przez część czasu w stanie przewodzenia., To oczywiście spowoduje większe rozpraszanie ciepła przez Tranzystory, zaostrzając problem zmiany spadku napięcia do przodu.
powszechnym rozwiązaniem tego problemu jest wstawienie rezystorów „sprzężenia zwrotnego” z kompensacją temperatury w nogach emitera obwodu tranzystora push-pull:
rozwiązanie to nie zapobiega jednoczesnemu włączeniu dwóch tranzystorów, a jedynie zmniejsza powagę problemu i zapobiega ucieczce termicznej., Ma również niefortunny efekt wstawiania rezystancji w ścieżce prądu obciążenia, ograniczając prąd wyjściowy wzmacniacza. Rozwiązanie, na które zdecydowałem się w tym eksperymencie, opiera się na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza op, aby przezwyciężyć nieodłączne ograniczenia obwodu wyjściowego tranzystora push-pull. Używam jednej diody, aby zapewnić napięcie polaryzacji 0,7 V dla pary push-pull., To nie wystarczy, aby wyeliminować „martwą” strefę sygnału, ale zmniejsza ją o co najmniej 50%:
ponieważ spadek napięcia pojedynczej diody zawsze będzie mniejszy niż łączny spadek napięcia dwóch tranzystorów na złączach baza-emiter, Tranzystory nigdy nie mogą włączać się jednocześnie, uniemożliwiając tym samym pracę w klasie AB., Następnie, aby pozbyć się pozostałych zniekształceń zwrotnicy, sygnał sprzężenia zwrotnego wzmacniacza jest pobierany z końcówki wyjściowej wzmacniacza (końcówki emitera tranzystorów) w następujący sposób:
funkcja wzmacniacza op-amp polega na wyprowadzaniu dowolnego sygnału napięciowego, jaki musi, aby jego dwa zaciski wejściowe utrzymywały to samo napięcie (różnica 0 V)., Podłączając przewód sprzężenia zwrotnego do zacisków emitera tranzystorów push-pull, wzmacniacz posiada zdolność wyczuwania każdej „martwej” strefy, w której żaden tranzystor nie przewodzi, i wyprowadza odpowiedni sygnał napięciowy do podstaw tranzystorów, aby szybko wprowadzić je ponownie w przewodzenie, aby „nadążyć” z przebiegiem sygnału wejściowego.
wymaga to wzmacniacza o wysokiej prędkości obrotowej (zdolność do wytwarzania szybko rosnącego lub szybko spadającego napięcia wyjściowego), dlatego wzmacniacz TL082 został określony dla tego obwodu., Wolniejsze wzmacniacze, takie jak lm741 lub LM1458, mogą nie być w stanie nadążyć za wysokim poziomem dv/dt (voltage rate-of-change over time, znany również jako de/dt) niezbędnym do pracy z niskimi zniekształceniami.
tylko kilka kondensatorów jest dodawanych do tego obwodu, aby doprowadzić go do jego ostatecznej postaci: Kondensator 47 µF podłączony równolegle z diodą pomaga utrzymać stałe napięcie polaryzacji 0,7 V pomimo dużych wahań napięcia na wyjściu wzmacniacza, podczas gdy Kondensator 0,22 µF podłączony między bazą a emiterem tranzystora NPN pomaga zmniejszyć zniekształcenia zwrotnicy przy niskich ustawieniach głośności: