Mnogi ljudi su upoznati sa situacijom kada uređaj reproducira zvuk, ali to ne čini tako glasno koliko bismo željeli. Što učiniti? Možete kupiti drugu opremu za reprodukciju zvuka ili možete kupiti audio frekvencijsko pojačalo (u daljnjem tekstu UMZCH). Štoviše, pojačalo se može sastaviti ručno.
Da biste to učinili, potrebno vam je samo osnovno znanje o elektronici, kao što je sposobnost razlikovanja između emitera, baze i kolektora u bipolarnom tranzistoru, odvoda, izvora, vrata u polju, kao i drugih elementarnih aspekata.
U nastavku će biti opisani najvažniji parametri audio pojačala koje je potrebno poboljšati radi postizanja većeg pojačanja, kao i najjednostavniji sklopovi ovih uređaja, sastavljeni na raznim osnovnim komponentama kao što su vakumske cijevi, tranzistori, operacijska pojačala i integrirani krugovi.
Osim toga, članak će razmotriti visokokvalitetnu shemu UMZCH. To će utjecati na njegov sastav, parametre, kao i značajke dizajna. Također će se uzeti u obzir UMZCH Sukhov shema.
UMZCH parametri
Najvažniji parametar pojačalasnaga - faktor pojačanja. Predstavlja omjer izlaznog i ulaznog signala i podijeljen je u tri odvojena parametra:
- Trenutačni dobitak. KI=Iout / Iu.
- Pojačanje napona. KU=Uout / Uu.
- Pojačanje snage. KP=Pout / Pu.
U slučaju UMZCH-a, razumnije je uzeti u obzir pojačanje snage, budući da je ovaj parametar taj koji zahtijeva pojačanje, iako je glupo poricati da vrijednost snage - i ulazna i izlazna - ovisi o struji i vrijednosti napona.
Naravno, pojačala imaju i druge parametre kao što je faktor izobličenja pojačanog signala, ali oni nisu toliko važni u usporedbi s pojačanjem.
Ne zaboravite da ne postoje savršeni uređaji. Ne postoji UMZCH s ogromnim dobitkom, lišen drugih nedostataka. Uvijek morate žrtvovati neke parametre za dobrobit drugih.
UMZCH na elektrovakuumskim uređajima
Elektrovakumski uređaji su uređaji koji u svom dizajnu sadrže tikvicu u kojoj se nalazi ili vakuum ili određeni plin, kao i najmanje dvije elektrode - katodu i anodu.
Unutar tikvice mogu biti tri, pet, pa čak i osam dodatnih elektroda. Svjetiljka s dvije elektrode naziva se dioda (ne treba je miješati s poluvodičkom diodom), s tri - trioda, s pet - pentoda.
Pojačala snage s vakuumskim cijevimavrlo cijenjen među običnim ljubiteljima glazbe i profesionalnim glazbenicima, jer cijevi pružaju "najčišće" pojačanje.
Ovo je djelomično zbog činjenice da elektroni ubrizgani s katode ne nailaze na otpor na putu do anode i dosežu cilj u nepromijenjenom stanju - nisu modulirani ni gustoćom ni brzinom.
Cijevna pojačala su najskuplja od svih na tržištu. To je zbog činjenice da se elektrovakuumski uređaji više nisu široko koristili u prošlom stoljeću, odnosno njihova proizvodnja u velikim količinama postala je neisplativa. Ovo je komadni proizvod. Ali takvi UMZCH definitivno vrijede svog novca: u usporedbi s popularnim analozima, čak i na integriranim krugovima, razlika se jasno čuje. I ne u korist čipsa.
Naravno, nije potrebno samostalno sastavljati cijevna pojačala, možete ih kupiti u specijaliziranim trgovinama. Trošak pojačala na vakuumskim uređajima počinje od 50 000 ₽. Možete pronaći relativno jeftine rabljene opcije (čak i do 10 000 ₽), ali mogu biti loše kvalitete. Koliko koštaju dobra cijevna pojačala? Od ₽100 000. Koliko koštaju jako dobra pojačala? Od nekoliko stotina tisuća rubalja.
Postoji mnogo UMZCH sklopova na svjetiljkama, ovaj odjeljak će razmotriti elementarni primjer.
Najjednostavnije pojačalo može se sastaviti na triodi. Pripada klasi jednocikličnih UMZCH sklopova. U triodi, treća elektroda je kontrolna mreža koja regulira anodnu struju. Na njega je spojen izmjenični napon, a pomoću veličine i polariteta izvornog signala možete i jedno i drugosmanjiti ili povećati anodnu struju.
Ako na mrežu spojite negativan visoki potencijal, elektroni će se smjestiti na nju i struja u krugu će biti nula. Ako se na mrežu primijeni pozitivan potencijal, tada će elektroni s katode na anodu prolaziti nesmetano.
Podešavanjem anodne struje možete promijeniti radnu točku triode na strujno-naponskoj karakteristici. To vam omogućuje podešavanje količine pojačanja struje i napona (na kraju - snage) ovog elektrovakuumskog uređaja.
Da biste sastavili jednostavno triodno pojačalo, trebate spojiti promjenjivi izvor napajanja na kontrolnu mrežu, primijeniti nulti potencijal na katodu, pozitivan na anodu. Otpor balasta obično je spojen na anodu. Opterećenje treba ukloniti između balasta i anode.
Da biste poboljšali kvalitetu pojačanog signala, možete spojiti filtarski kondenzator serijski ili paralelno (ovisno o konkretnom slučaju) na opterećenje, spojiti kondenzator i otpornik spojeni paralelno na katodu i spojite jednostavan djelitelj napona od dva otpornika na kontrolnu mrežu.
Teoretski, pojačalo snage može se sastaviti na klistronu prema UMZCH krugovima na svjetiljkama. Klystron je elektrovakuumski uređaj, po dizajnu sličan diodi, ali ima dva dodatna terminala koji služe za unos i izlaz signala. Pojačanje u ovom uređaju nastaje zbog modulacije protoka elektrona koje emituje katoda prema kolektoru (analogno anodi), prvo u brzini, a zatim u gustoći.
UMZCH na bipolarnim tranzistorima
Bipolarni tranzistor - sinteza dviju dioda. To je ili p-n-p ili n-p-n element sa sljedećim komponentama:
- emiter;
- baza;
- kolekcionar.
Brzina i pouzdanost tranzistora općenito je veća nego kod vakuumskih uređaja. Nije tajna da su u početku elektronička računala radila upravo na lampama, ali čim su se pojavili tranzistori, potonji su brzo zamijenili svoje pretpotopne konkurente i uspješno se koriste do danas.
Sljedeće će se razmotriti primjer korištenja n-p-n tranzistora u krugu pojačala snage. Važno je napomenuti da su elektroni (n) nešto brži od rupa (p), odnosno, performanse n-p-n i p-n-p tranzistora ne razlikuju se u korist potonjeg.
Još jedna važna nijansa je da bipolarni tranzistori imaju nekoliko sklopnih krugova:
- Zajednički emiter (najpopularniji).
- Sa zajedničkom bazom.
- Sa zajedničkim razdjelnikom.
Svi krugovi imaju različite parametre pojačanja. Sljedeći krug UMZCH ima vezu zajedničkog emitera.
Da biste sastavili jednostavno pojačalo bazirano na n-p-n tranzistoru, trebate spojiti izmjenični napon na njegovu bazu, pozitivni potencijal na kolektor, a negativni potencijal na emiter. I ispred baze, i ispred kolektora, i ispred emitera treba postaviti granične otpore. Opterećenje se uklanja između balasta kolektora i samog kolektora.
Kao u slučaju elektrovakuumatriodno pojačalo, za poboljšanje kvalitete pojačanja u ovom krugu, možete:
- ugradite djelitelj napona i filterski kondenzator ispred baze;
- instalirajte kondenzator i otpornik spojeni paralelno s emiterom;
- uključite filtarski kondenzator na opterećenje kako biste uklonili buku i smetnje.
Ako su dva takva stupnja za pojačavanje spojena u seriju, tada se njihova dobitka može međusobno množiti. To, naravno, značajno komplicira dizajn uređaja, ali će omogućiti postizanje većeg pojačanja. Istina, neće uspjeti povezati ove kaskade na neodređeno vrijeme: što je više pojedinačnih pojačala spojeno u seriju, veća je šansa da će prijeći u zasićenje.
Ako tranzistor radi u načinu zasićenja, onda ne može biti govora o bilo kakvim svojstvima pojačanja. To možete provjeriti gledajući strujno-naponsku karakteristiku: radna točka tranzistora je u horizontalnom dijelu ako radi u načinu zasićenja.
UMZCH FET
Sljedeće će biti prikazan UMZCH sklop na tranzistorima tipa MOS (metal-oksid-poluvodič - standardna struktura tranzistora s efektom polja).
Struktura tranzistora s efektom polja ima malo zajedničkog s bipolarnim tranzistorima. Štoviše, njihov princip rada nije ništa poput principa rada bipolarnih analoga.
Tranzistori s efektom polja kontroliraju se električnim poljem (bipolarno - strujom). Ne vuku struju i otporni su na gama zračenje, tzvradioaktivno zračenje. Malo je vjerojatno da će ova potonja činjenica ikada biti od koristi glazbenicima koji žele izgraditi audio pojačalo, ali u industriji je ova značajka tranzistora s efektom polja visoko cijenjena.
Njihov glavni nedostatak je što ne djeluju dobro sa statičkim elektricitetom. Naboj ovakvog porijekla može onesposobiti tranzistore ovog tipa. Svaki neoprezni dodir prsta na kontakt elementa može oštetiti tranzistor.
Ove značajke treba uzeti u obzir prilikom sastavljanja pojačala snage na ovim elektroničkim komponentama.
Kako sastaviti UMZCH krug na tranzistoru s efektom polja vlastitim rukama? Dovoljno je slijediti daljnje upute.
Jednostavan UMZCH krug na tranzistoru s efektom polja može se sastaviti pomoću p-n-spoja tranzistora s efektom polja s kanalom n-tipa. Dizajn je sličan onom opisanom kod sastavljanja pojačala na bipolarnom tranzistoru, samo je kapija zauzela mjesto baze, kolektor - odvod, emiter - izvor.
UMZCH na operacijskom pojačalu
Operativno pojačalo (u daljnjem tekstu OU) je elektronička komponenta koja ima dva ulaza - invertirajući (mijenja signal u fazi za 180 stupnjeva) i neinvertirajući (ne mijenja fazu signala) - kao i jedan izlaz i par kontakata za napajanje. Ima nizak napon pomaka nule i ulazne struje. Ova jedinica ima vrlo visok dobitak.
OU može raditi u dva načina:
- u amp modu;
- u načinu radagenerator.
Da bi op-pojačalo radilo u načinu pojačanja, potrebno je na njega spojiti krug negativne povratne sprege. To je otpornik, koji je jednim izlazom spojen na izlaz op-amp, a drugim - na invertirajući ulaz.
Ako spojite isti krug na neinvertirajući ulaz, dobit ćete krug pozitivne povratne informacije i op-pojačalo će početi raditi kao generator signala.
Postoji nekoliko vrsta pojačala sastavljenih na op-amp:
- Invertiranje - pojačava signal i mijenja njegovu fazu za 180 stupnjeva. Da biste dobili invertirajuće pojačalo na op-pojačalu, morate uzemljiti neinvertirajući ulaz op-pojačala, te primijeniti signal na invertirajući koji treba pojačati. U ovom slučaju ne smijemo zaboraviti na krug negativne povratne informacije.
- Neinvertirajući - pojačava signal bez promjene njegove faze. Da biste sastavili neinvertirajuće pojačalo, trebate spojiti krug negativne povratne sprege na op-pojačalo, uzemljiti invertirajući ulaz i primijeniti signal na neinvertirajući pin op-pojačala.
- Diferencijalno - pojačava diferencijalne signale (signale koji se razlikuju po fazi, ali su isti po amplitudi i frekvenciji). Da biste dobili diferencijalno pojačalo, morate spojiti otpornike za ograničavanje na ulaze op-amp, ne zaboravite na krug negativne povratne sprege i primijeniti dva signala na ulazne kontakte: signal pozitivnog polariteta mora se primijeniti na neinvertirajući signal ulaz, negativan signal na invertirajući.
- Mjerenje - modificirana verzija diferencijalnog pojačala. Samo instrumentalno pojačalo obavlja istu funkciju kao i diferencijalno pojačaloima mogućnost podešavanja pojačanja pomoću potenciometra koji povezuje ulaze dva op-pojačala. Dizajn takvog pojačala je mnogo kompliciraniji i uključuje ne jedno, već tri op-pojačala.
Koliko je teško raditi s operativnim pojačalima? Za krugove op-amp ponekad može biti teško pronaći prikladne komponente kao što su otpornici i kondenzatori, jer je potrebno pažljivo usklađivanje elemenata ne samo u nazivnim vrijednostima, već iu materijalima.
UMZCH na integriranim krugovima
Integrirani krugovi su uređaji posebno dizajnirani za obavljanje određenog zadatka. U slučaju UMZCH, jedan mali mikro krug zamjenjuje veliku kaskadu tranzistora, operativnih pojačala ili vakuumskih uređaja.
Trenutno su TDA čipovi s različitim serijskim brojevima, kao što su TDA7057Q ili TDA2030, vrlo popularni. Postoji ogroman broj UMZCH sklopova na mikro krugovima.
U svom sastavu imaju veliki broj otpornika, kondenzatora i operativnih pojačala, opremljenih u vrlo malom kućištu, čija veličina ne prelazi 1 ili 2 novčića rublje.
Dizajniranje UMZCH
Prije kupnje potrebnih dijelova i urezivanja vodiča na ploču s tekstolitom potrebno je razjasniti vrijednosti otpornika i kondenzatora, kao i odabrati željene modele tranzistora, operacijskih pojačala ili integriranih sklopova.
To se može učiniti na računalu pomoću namjenskog softvera kao što je NI Multisim. NAOvaj program prikupio je veliku bazu elektroničkih komponenti. Uz njegovu pomoć možete simulirati rad bilo kojeg elektroničkog uređaja, čak i uzimajući u obzir pogreške, provjeriti ispravnost sklopova.
Uz pomoć takvog softvera, posebno je prikladno testirati moćne UMZCH sklopove.
200W tranzistorski krug stereo pojačala
Shema koja se razmatra u ovom odjeljku mnogo je kompliciranija od gore opisanih. No, njegova svojstva pojačanja su bolja od onih dizajna baziranih na bipolarnim tranzistorima s efektom polja, kao i na operativnim pojačalima i integriranim krugovima, koji su već citirani u članku.
Ovaj proizvod uključuje sljedeće stavke:
- otpornici.
- Kondenzatori (i polarni i nepolarni).
- Diode.
- Zener dioda.
- osigurači.
- N-p-n-tip bipolarni tranzistori.
- P-n-p bipolarni tranzistori.
- P-kanalni IGFET-ovi.
- Izolirana kapija FET s n-kanalom.
Parametri ovog pojačala snage:
- Pnazivna snaga=200W (po kanalu).
- Usnaga izlaznog stupnja=50V (dopuštene male varijacije).
- Iodmor izlaznog stupnja=200 mA.
- Iostatak jednog izlaznog tranzistora=50 mA.
- Uosjetljivost=0,75 V.
Svi glavni dijelovi ovog uređaja (transformator, sustavhlađenje u obliku radijatora i same ploče) nalaze se na eloksiranoj šasiji od duraluminijskog lima debljine 5 mm. Prednja ploča uređaja i gumbi za kontrolu glasnoće izrađeni su od istog materijala.
Transformator s dva namota od 35 V može se kupiti gotov. Poželjno je odabrati jezgru toroidalnog oblika (njegov učinak je provjeren u ovom krugu), a snaga treba biti 300 W.
Napajanje za krug također će se morati sastaviti neovisno prema strujnom krugu UMZCH. Da biste ga konstruirali, trebat će vam osigurač, transformator, diodni most, kao i četiri polarna kondenzatora.
Krug napajanja UMZCH dat je u istom odjeljku.
Tri jednostavne istine koje treba zapamtiti kada sastavljate bilo koji električni krug:
- Pazite na polaritet polarnih kondenzatora. Ako pobrkate plus i minus u malom krugu pojačala, tada se neće dogoditi ništa strašno, krug UMZCH jednostavno neće raditi, ali upravo zbog tako beznačajne, na prvi pogled pogreške, pale su rakete s opremom i posadom na brodu
- Pazite na polaritet dioda: katodu s anodom također je zabranjeno mijenjati. Za zener diodu ovo je pravilo također relevantno.
- Glavna stvar je da dijelove trebate lemiti samo tamo gdje je kontaktna točka na dijagramu. Većina neispravnih električnih krugova ne radi upravo zato što instalater nije zalemio dijelove ili ih zalemio tamo gdje nisu bili potrebni.
Je li ova shema uključena u jednu od najboljih UMZCH shema? Može biti. Sve ovisi oželje potrošača.
Suhovljev plan
Ako se prethodni krug pojačala snage može sastaviti samostalno, jer uključuje relativno malo elemenata, onda je bolje ne sastavljati krug pojačala Sukhov ručno. Zašto? Zbog ogromnog broja elemenata i spojeva, velika je šansa za pogrešku, zbog čega će se sav značajniji posao morati ponoviti.
Zapravo, netočno je shemu danu u ovom odjeljku nazivati Suhovljevom shemom. Ovo je UMZCH visoke vjernosti modela VVS-2011 (shematski dijagram UMZCH ovog tipa dat je u ovom odjeljku). U svom sastavu ne sadrži tranzistore s efektom polja, ali uključuje:
- Zener diode.
- Nelinearni otpornici.
- Obični otpornici.
- Polarni i nepolarni kondenzatori.
- Diode.
- Bipolarni tranzistori oba tipa.
- OpAmps.
- Gaz.
Mogućnosti ovog uključivanja:
- P=150W pri Ropterećenje=8 ohma.
- Linearnost: 0,0002 do 0,0003% na 20kHz, P=100W i Ropterećenje=4 ohma.
- Podrška za konstantni U=0 V.
- Dostupna kompenzacija otpora AC žice.
- Prisutnost trenutne zaštite.
- Prisutnost zaštite kruga UMZCH od Uizlaz=konst.
- Dostupnost mekog starta.
Ovaj krug je sastavljen u industrijskoj mjeri i staje na malu ploču. Raspored vodiča i položaj elemenata mogu se pronaći na Internetu,gdje su ti materijali slobodno dostupni.
Sheme serije Sukhov jedna su od najboljih UMZCH shema.
Rezultat
Pojačalo snage zvuka vrlo je popularan uređaj i među profesionalnim glazbenicima i među običnim ljubiteljima glazbe. UMZCH se izvode kako na bazi vakuumskih uređaja i tranzistora, tako i na bazi operacijskih pojačala, integriranih krugova.
Ovakvi uređaji se mogu kupiti u specijaliziranim prodavaonicama ili ih možete izraditi sami. Što se tiče cijene, cijevna su pojačala najskuplja, a integrirani krugovi najjeftiniji.
UMZCH cijevni krugovi imaju višu kvalitetu pojačanja od integriranih ili tranzistorskih UMZCH sklopova. Upravo iz tog razloga ljudi su spremni kupiti takve uređaje za ₽50.000, i za ₽100.000, i za ₽450.000.
Kada sami sastavljate pojačala, zapamtite sljedeća pravila:
- Strogo je zabranjeno brkati polaritet dioda, zener dioda i drugih anodno-katodnih uređaja, kao i polarnih kondenzatora. To je ispunjeno činjenicom da sklop UMZCH sklopljen kao rezultat neće raditi.
- Prilikom sastavljanja strujnog kruga potrebno je zalemiti dijelove na kojima se nalazi dodirna točka na crtežu. Zvuči kao očito pravilo. To je istina, ali mnogi instalateri zaborave na to.
Ako koristite sve gore navedene preporuke, možete sami sastaviti dobro pojačalo zvučne snage prema UMZCH krugu na tranzistorima ili drugim elementima.
