i DELAR OCH MATERIAL
- Fyra 6 volts batterier
- Dubbla operativa förstärkare, modell TL082 rekommenderas (Radio Shack katalog # 276-1715)
- En NPN effekttransistor i en ATT-220 paket—(Radio Shack katalog # 276-2020 eller motsvarande)
- En PNP effekttransistor i en ATT-220 paket—(Radio Shack katalog # 276-2027 eller motsvarande)
- En 1N914 byta diod (Radio Shack katalog # 276-1620)
- En kondensator, 47 µF elektrolytisk, 35 WVDC (Radio Shack katalog # 272-1015 eller motsvarande)
- Två kondensatorer, 0.,22 µF, icke-polariserad (Radio Shack catalog # 272-1070)
- en 10 kΩ potentiometer, linjär avsmalning (Radio Shack catalog # 271-1715)
var noga med att använda en op-amp som har en hög slew rate. Undvik LM741 eller LM1458 av denna anledning.
ju närmare matchade de två transistorer är, desto bättre. Om möjligt, försök att få TIP41 och TIP42 transistorer, som är noga matchade NPN och PNP krafttransistorer med försvinnande betyg av 65 watt vardera. Om du inte kan få en TIP41 NPN transistor, den TIP3055 (tillgänglig från Radio Shack) är ett bra substitut. Använd inte mycket stor (dvs, Till-3 fall) strömtransistorer, eftersom op-amp kan ha problem med att köra tillräckligt med ström till sina baser för god drift.,> För att illustrera hur man bygger en ”push-pull” klass B-förstärkare med hjälp av kompletterande bipolära transistorer
schematisk DIAGRAM
ILLUSTRATION
instruktioner
detta projekt är en ljudförstärkare som är lämplig för att förstärka utsignalen från en liten radio, bandspelare, CD-spelare eller någon annan källa till ljudsignaler., För stereodrift måste två identiska förstärkare byggas, en för vänster kanal och andra för rätt kanal. För att få en insignal för denna förstärkare att förstärka, anslut den bara till utgången från en radio eller annan ljudenhet som denna:
denna förstärkarkrets fungerar också bra för att förstärka ”line-level” ljudsignaler från högkvalitativa, modulära stereokomponenter., Det ger en överraskande mängd ljudeffekt när den spelas genom en stor högtalare, och kanske körs utan kylflänsar på transistorer (även om du bör experimentera med det lite innan du bestämmer dig för att avstå från värmesänkor, eftersom effektförlusten varierar beroende på vilken typ av högtalare som används).
målet med någon förstärkarkrets är att reproducera ingångsvågformen så exakt som möjligt. Perfekt reproduktion är naturligtvis omöjligt, och eventuella skillnader mellan utgångs-och ingångsvågor är kända som distorsion., I en ljudförstärkare kan distorsion orsaka att obehagliga toner läggs över på det sanna ljudet. Det finns många olika konfigurationer av ljudförstärkarkretsar, var och en med sina egna fördelar och nackdelar. Denna speciella krets kallas en” klass B ” push-pull krets.
de flesta Audio” power ” – förstärkare använder en klass B-konfiguration, där en transistor ger ström till lasten under hälften av vågformcykeln (den trycker) och en andra transistor ger ström till lasten för den andra halvan av cykeln (den drar)., I detta system förblir ingen transistor ” på ”för hela cykeln, vilket ger var och en en tid att” vila ” och svalna under vågformscykeln. Detta ger en strömeffektiv förstärkarkrets, men leder till en distinkt typ av nonlinearitet som kallas ”crossover distortion.,ljudton av konstant volym:
i en push-pull förstärkare krets, de två transistorer turas om att förstärka de alternativa halvcykler av vågformen så här:
om ”hand-off” mellan de två transistorer är inte exakt synkroniseras, dock förstärkarens utgång till en annan enhet.vågformen kan se ut så här istället för en ren sinusvåg:
här beror förvrängningen på att det finns en fördröjning mellan den tid en transistor stängs av och den andra transistorn slås på., Denna typ av distorsion, där vågformen ”plattar” vid crossover-punkten mellan positiva och negativa halvcykler, kallas Crossover distorsion., En vanlig metod för att mildra Crossover distorsion är att partiskhet transistorer så att deras turn-on/turn-off punkter faktiskt överlappar varandra, så att båda transistorer är i ett tillstånd av ledning för ett kort ögonblick under crossover perioden:
denna form av amplifiering är tekniskt känd som klass AB snarare än klass B eftersom varje transistor är” on ” för mer än 50% av tiden under en fullständig vågform cykel., Nackdelen med att göra detta är dock ökad strömförbrukning av förstärkarkretsen, eftersom det under de tidpunkter där båda transistorer leder finns ström som utförs genom transistorer som inte går igenom lasten, men bara är ”kortsluten” från en strömförsörjningsskena till den andra (från-V till +V).
inte bara är detta ett slöseri med energi, men det släpper ut mer värmeenergi i transistorer. När transistorer ökar i temperatur förändras deras egenskaper (VBE framspänningsfall, β, korsningsmotstånd etc.,), vilket gör korrekt förspänning svårt.
i detta experiment fungerar transistorer i ren klass B-läge. Det innebär att de aldrig utför samtidigt. Detta sparar energi och minskar värmeavledning, men lämpar sig för crossover distorsion. Lösningen som tas i denna krets är att använda en op-amp med negativ feedback för att snabbt driva transistorerna genom den ”döda” zonen som producerar Crossover distorsion och minska mängden ”flattning” av vågformen under crossover.
den första (längst till vänster) op-amp som visas i det schematiska diagrammet är inget annat än en buffert., En buffert bidrar till att minska belastningen på ingångskondensatorn / motståndsnätet, som har placerats i kretsen för att filtrera ut någon DC-biasspänning ur ingångssignalen, vilket förhindrar att DC-spänningen förstärks av kretsen och skickas till högtalaren där det kan orsaka skador.
utan buffertop-amp minskar kondensatorn / resistorfiltreringskretsen förstärkarens lågfrekventa (”bass”) respons och accentuerar högfrekventa (”diskant”).
den andra op-amp fungerar som en inverterande förstärkare vars förstärkning styrs av 10 kΩ potentiometer., Detta gör inget annat än att ge en volymkontroll för förstärkaren. Vanligtvis har inverterande op-amp-kretsar sina återkopplingsmotstånd(er) anslutna direkt från op-amp-utgången till den inverterande ingångspolen så här:
om vi skulle använda den resulterande utsignalen för att driva basplintarna på push-pull transistorparet, skulle vi dock uppleva betydande crossover distorsion, eftersom det skulle finnas en ”död” zon i transistorernas drift när basspänningen gick från + 0.7 volt till + 0.7 volt-0.,7 volt:
om du redan har konstruerat förstärkarkretsen i sin slutliga form kan du förenkla den till detta formulär och lyssna på skillnaden i ljudkvalitet. Om du ännu inte har börjat bygga kretsen, skulle det schematiska diagrammet som visas ovan vara en bra utgångspunkt. Det kommer att förstärka en ljudsignal,men det kommer att låta hemskt!
orsaken till crossover distorsion är att när op-amp – utsignalen är mellan + 0,7 volt och-0.,7 volt, ingen transistor kommer att leda, och utgångsspänningen till högtalaren kommer att vara 0 volt för hela 1.4 volts spänningsomfång av basspännings swing. Således finns det en ”zon” i ingångssignalområdet där ingen förändring av högtalarutgångsspänningen kommer att inträffa. Här är där invecklade förspänningstekniker vanligtvis introduceras till kretsen för att minska detta 1.4-volts ” gap ” i transistoringångssignalrespons. Vanligtvis görs något så här:
de två seriekopplade dioderna kommer att släppa ungefär 1.,4 Volt, motsvarande de kombinerade VBE framspänningsfall av de två transistorer, vilket resulterar i ett scenario där varje transistor är bara på gränsen till att slå på när insignalen är noll volt, vilket eliminerar 1.4 volt ”döda” signalzonen som fanns tidigare.
tyvärr är denna lösning inte perfekt: eftersom transistorerna värms upp från att leda kraft till lasten kommer deras VBE-framspänningsfall att minska från 0,7 volt till något mindre, till exempel 0,6 volt eller 0,5 volt., Dioderna, som inte är föremål för samma uppvärmningseffekt eftersom de inte utför någon väsentlig ström, kommer inte att uppleva samma förändring i framspänningsfall.
således kommer dioderna att fortsätta att ge samma 1,4-volts bias spänning även om transistorer kräver mindre bias spänning på grund av uppvärmning. Resultatet blir att kretsen går in i klass AB-Drift, där båda transistorer kommer att vara i ett ledningstillstånd en del av tiden., Detta kommer naturligtvis att leda till mer värmeavledning genom transistorer, vilket förvärrar problemet med framspänningsfallförändring.
en vanlig lösning på detta problem är införandet av temperaturkompensation” feedback”-motstånd i emitterbenen på push-pull-transistorkretsen:
denna lösning förhindrar inte samtidig aktivering av de två transistorerna, utan minskar bara svårighetsgraden av problemet och förhindrar termisk runaway., Det har också den olyckliga effekten av att sätta in motstånd i lastströmsbanan, vilket begränsar förstärkarens Utgångsström. Lösningen jag valde i detta experiment är en som kapitaliserar på principen om op-amp negativ feedback för att övervinna de inneboende begränsningarna i push-pull transistorutgångskretsen. Jag använder en diod för att ge en 0,7-volts bias spänning för push-pull-paret., Detta räcker inte för att eliminera den ”döda” signalzonen, men det minskar den med minst 50%:
eftersom spänningsfallet för en enda diod alltid kommer att vara mindre än de kombinerade spänningsfallen hos de två transistors basemitter korsningar, transistorer kan aldrig slå på samtidigt, vilket förhindrar klass AB Drift., För att hjälpa till att bli av med den återstående crossover-distorsionen tas återkopplingssignalen för op-amp från förstärkarens utgång (transistorernas emitterterminaler) så här:
op-amps funktion är att mata ut vilken spänningssignal som helst för att hålla sina två ingångar vid samma spänning (0 volts differential)., Genom att ansluta återkopplingstråden till emitterterminalerna på push-pull-transistorerna har op-amp förmågan att känna av någon ”död” zon där ingen transistor leder och mata ut en lämplig spänningssignal till transistorernas baser för att snabbt driva dem till ledning igen för att ”hålla upp” med ingångssignalvågformen.
detta kräver en op-amp med hög slädhastighet (förmågan att producera en snabb stigande eller snabb fallande Utgångsspänning), varför TL082 op-amp specificerades för denna krets., Långsammare op-förstärkare som LM741 eller LM1458 kanske inte kan hålla jämna steg med den höga dv/dt (spänning andel av förändring över tid, även känd som ” de/dt) som är nödvändiga för låg distorsion drift.
Bara ett par kondensatorer läggs till i denna krets för att föra den till sin slutliga form: 47 µF kondensator kopplad parallellt med dioden hjälper till att hålla 0,7 volt bias spänningen konstant trots stor spänning svängningar i op-förstärkarens utgång, medan en 0.22 µF kondensatorn ansluten mellan bas och emitter av NPN-transistor hjälper till att minska crossover distorsion även vid låg volym inställningar: