Mange mennesker kender til situationen, når en enhed afspiller lyd, men ikke gør det så højt, som vi gerne ville. Hvad skal man gøre? Du kan købe andet udstyr til lydgengivelse, eller du kan købe en lydfrekvenseffektforstærker (herefter UMZCH). Desuden kan forstærkeren samles i hånden.
For at gøre dette behøver du kun grundlæggende viden om elektronik, såsom evnen til at skelne mellem emitter, base og kollektor i en bipolær transistor, dræn, source, gate i felten, samt andre elementære aspekter.
Det følgende vil beskrive de vigtigste parametre for lydeffektforstærkere, der bør forbedres for at opnå større forstærkning, såvel som de enkleste kredsløb af disse enheder, samlet på forskellige grundlæggende komponenter såsom vakuumrør, transistorer, operationsforstærkere og integrerede kredsløb
Derudover vil artiklen overveje en UMZCH-ordning af høj kvalitet. Dets sammensætning, parametre såvel som designfunktioner vil blive påvirket. UMZCH Sukhov-ordningen vil også blive overvejet.
UMZCH-parametre
Forstærkerens vigtigste parametereffekt - forstærkningsfaktor. Det repræsenterer forholdet mellem udgangssignalet og indgangssignalet og er opdelt i tre separate parametre:
- Aktuel gevinst. KI=Iout / Iin.
- Spændingsforstærkning. KU=Uout / Uin.
- Strømforøgelse. KP=Pout / Pin.
I tilfældet med UMZCH er det mere rimeligt at overveje effektforstærkningen, da det er denne parameter, der kræver forstærkning, selvom det er tåbeligt at benægte, at effektværdien - både input og output - afhænger af strømmen og spændingsværdier.
Selvfølgelig har forstærkere andre parametre såsom forvrængningsfaktoren for det forstærkede signal, men de er ikke så vigtige sammenlignet med forstærkningen.
Glem ikke, at der ikke er nogen perfekte enheder. Der er ingen UMZCH med en enorm gevinst, blottet for andre ulemper. Du skal altid ofre nogle parametre for andres skyld.
UMZCH på elektrovakuumenheder
Elektrovakuumenheder er enheder, der i deres design indeholder en kolbe, hvori der enten er et vakuum eller en bestemt gas, samt mindst to elektroder - en katode og en anode.
Inde i kolben kan der være tre, fem og endda otte ekstra elektroder. En lampe med to elektroder kaldes en diode (ikke at forveksle med en halvlederdiode), med tre - en triode, med fem - en pentode.
Vakuumrør effektforstærkeremeget højt anset blandt både almindelige musikelskere og professionelle musikere, fordi rør giver den "reneste" forstærkning.
Dette skyldes til dels, at elektroner indsprøjtet fra katoden ikke møder nogen modstand på deres vej til anoden og når målet i uændret tilstand - de moduleres ikke i hverken tæthed eller hastighed.
Rørforstærkere er de dyreste af alle, der er på markedet. Dette skyldes det faktum, at elektrovakuumanordninger ikke længere blev udbredt i det sidste århundrede, henholdsvis deres produktion i store mængder blev urentabel. Dette er et stykprodukt. Men sådanne UMZCH'er er bestemt deres penge værd: I sammenligning med populære analoger, selv på integrerede kredsløb, er forskellen tydeligt hørbar. Og ikke til fordel for chips.
Det er selvfølgelig ikke nødvendigt at samle rørforstærkere på egen hånd, du kan købe dem i specialbutikker. Prisen på forstærkere på vakuumenheder starter fra 50.000 ₽ 50.000. Du kan finde relativt billige brugte muligheder (selv op til 10.000 ₽ 10.000), men de kan være af dårlig kvalitet. Hvor meget koster gode rørforstærkere? Fra ₽100.000. Hvor meget koster meget gode forstærkere? Fra flere hundrede tusinde rubler.
Der er mange UMZCH-kredsløb på lamper, dette afsnit vil betragte et elementært eksempel.
Den enkleste forstærker kan samles på en triode. Det tilhører klassen af enkeltcyklus UMZCH-kredsløb. I en triode er den tredje elektrode et kontrolgitter, der regulerer anodestrømmen. En vekselspænding er forbundet til den, og ved hjælp af størrelsen og polariteten af kildesignalet kan du entenreducere eller øge anodestrømmen.
Hvis du tilslutter et negativt højt potentiale til nettet, vil elektronerne sætte sig på det, og strømmen i kredsløbet vil være nul. Hvis et positivt potentiale påføres gitteret, vil elektronerne fra katoden til anoden passere uhindret.
Ved at justere anodestrømmen kan du ændre triodens driftspunkt på strøm-spændingskarakteristikken. Dette giver dig mulighed for at justere mængden af forstærkning af strøm og spænding (i slutningen - effekt) af denne elektrovakuumenhed.
For at samle en simpel triodeforstærker skal du tilslutte en variabel strømkilde til kontrolnettet, anvende nul potentiale til katoden, positiv til anoden. Ballastmodstand er norm alt forbundet med anoden. Belastningen skal fjernes mellem ballasten og anoden.
For at forbedre kvaliteten af det forstærkede signal kan du tilslutte en filterkondensator i serie eller parallelt (afhængigt af det specifikke tilfælde) til belastningen, tilslutte en kondensator og en modstand forbundet parallelt med katoden, og tilslut en simpel spændingsdeler af to modstande til styrenettet.
Teoretisk set kan en effektforstærker samles på en klystron i henhold til UMZCH-kredsløb på lamper. En klystron er en elektrovakuumenhed, der i design ligner en diode, men som har to ekstra terminaler, der tjener til at input og output et signal. Forstærkning i denne enhed sker på grund af moduleringen af strømmen af elektroner, der udsendes af katoden mod kollektoren (analogt med anoden), først i hastighed og derefter i tæthed.
UMZCH på bipolære transistorer
Bipolær transistor - syntese af to dioder. Det er enten et p-n-p eller n-p-n element med følgende komponenter:
- emitter;
- base;
- samler.
Hastigheden og pålideligheden af transistorer er generelt højere end for vakuumenheder. Det er ingen hemmelighed, at elektroniske computere i begyndelsen fungerede præcist på lamper, men så snart transistorer dukkede op, erstattede sidstnævnte hurtigt deres antediluvianske konkurrenter og bruges med succes den dag i dag.
Dernæst vil et eksempel på brug af en n-p-n transistor i et effektforstærkerkredsløb blive overvejet. Det er vigtigt at bemærke, at elektroner (n) er lidt hurtigere end huller (p), henholdsvis ydelsen af n-p-n og p-n-p transistorer adskiller sig ikke til fordel for sidstnævnte.
En anden vigtig nuance er, at bipolære transistorer har flere koblingskredsløb:
- Fælles sender (mest populær).
- Med en fælles base.
- Med en fælles manifold.
Alle kredsløb har forskellige forstærkningsparametre. Følgende UMZCH-kredsløb har en fælles emitterforbindelse.
For at samle en simpel forstærker baseret på en n-p-n transistor skal du tilslutte en vekselspænding til dens base, et positivt potentiale til kollektoren og et negativt potentiale til emitteren. Og foran basen og foran opsamleren og foran emitteren skal begrænsende modstande installeres. Lasten fjernes mellem solfangerballasten og selve solfangeren.
Som i tilfældet med elektrovakuumtriodeforstærker, for at forbedre kvaliteten af forstærkningen i dette kredsløb, kan du:
- installer en spændingsdeler og en filterkondensator foran basen;
- installer en kondensator og modstand forbundet parallelt med emitteren;
- tænd filterkondensatoren til belastningen for at eliminere støj og interferens.
Hvis to sådanne forstærkningstrin er forbundet i serie, så kan deres forstærkninger ganges med hinanden. Dette komplicerer naturligvis enhedens design betydeligt, men det vil gøre det muligt at opnå større forstærkning. Sandt nok vil det ikke fungere at forbinde disse kaskader på ubestemt tid: Jo flere enkeltforstærkere der er serieforbundet, jo større er chancen for, at de går i mætning.
Hvis transistoren fungerer i mætningstilstand, kan der ikke være tale om nogen forstærkende egenskaber. Du kan verificere dette ved at se på strøm-spændingskarakteristikken: Transistorens driftspunkt er i den vandrette sektion, hvis den fungerer i mætningstilstand.
UMZCH FET
Dernæst vil UMZCH-kredsløbet på MOS-transistorer (metaloxid-halvleder - standardstrukturen for en felteffekttransistor) blive vist.
Strukturen af felteffekttransistorer har meget lidt til fælles med bipolære transistorer. Desuden er deres funktionsprincip intet som funktionsprincippet for bipolære analoger.
Felteffekttransistorer styres af et elektrisk felt (bipolær - af strøm). De trækker ingen strøm og er modstandsdygtige over for gammastråling, også kaldetradioaktiv stråling. Sidstnævnte kendsgerning vil næppe nogensinde komme til nytte for musikere, der ønsker at bygge en lydeffektforstærker, men i branchen er denne egenskab ved felteffekttransistorer højt værdsat.
Deres største ulempe er, at de ikke interagerer godt med statisk elektricitet. En ladning af denne type oprindelse kan deaktivere transistorer af denne type. Enhver uforsigtig fingerberøring af elementets kontakt kan beskadige transistoren.
Disse funktioner skal tages i betragtning, når du samler effektforstærkere på disse elektroniske komponenter.
Hvordan samler man et UMZCH-kredsløb på en felteffekttransistor med egne hænder? Det er nok at følge yderligere instruktioner.
Et simpelt UMZCH-kredsløb på en felteffekttransistor kan samles ved hjælp af en p-n-forbindelsesfelteffekttransistor med en n-type kanal. Designet ligner det, der er beskrevet, når man samler en forstærker på en bipolær transistor, kun gate tog pladsen for basen, kollektoren - drænet, emitteren - kilden.
UMZCH på en operationsforstærker
En operationsforstærker (herefter OU) er en elektronisk komponent, der har to indgange - inverterende (ændrer signalet i fase med 180 grader) og ikke-inverterende (ændrer ikke signalets fase) - samt en udgang og et par kontakter til strømforsyning. Den har en lav nul offset spænding og indgangsstrømme. Denne enhed har en meget høj forstærkning.
OU kan fungere i to tilstande:
- i forstærkertilstand;
- i tilstandgenerator.
For at op-amp'en kan arbejde i forstærkningstilstand, er det nødvendigt at tilslutte et negativt feedback-kredsløb til den. Det er en modstand, som er forbundet med den ene udgang til udgangen af op-ampen, og den anden - til den inverterende input.
Hvis du tilslutter det samme kredsløb til en ikke-inverterende indgang, vil du få et positivt feedback-kredsløb, og op-amp'en vil begynde at fungere som en signalgenerator.
Der er flere typer forstærkere samlet på op-amp:
- Invertering - forstærker signalet og ændrer dets fase med 180 grader. For at få en inverterende forstærker på en op-amp, skal du jorde den ikke-inverterende indgang på op-ampen og tilføre et signal til den inverterende, der skal forstærkes. I dette tilfælde må vi ikke glemme det negative feedback-kredsløb.
- Ikke-inverterende - forstærker signalet uden at ændre dets fase. For at samle en ikke-inverterende forstærker skal du tilslutte et negativt feedback-kredsløb til op-amp, jorde den inverterende input og tilføre et signal til den ikke-inverterende ben på op-amp.
- Differential - forstærker differentielle signaler (signaler, der adskiller sig i fase, men er ens i amplitude og frekvens). For at få en differentialforstærker skal du tilslutte begrænsende modstande til op-ampens indgange, glem ikke det negative feedback-kredsløb og påfør to signaler til indgangskontakterne: et positivt polaritetssignal skal påføres en ikke-inverterende input, et negativt signal til et inverterende.
- Measuring - en modificeret version af differentialforstærkeren. En instrumenteringsforstærker udfører kun den samme funktion som en differentialforstærkerhar evnen til at justere forstærkningen ved hjælp af et potentiometer, der forbinder indgangene på to op-ampere. Designet af sådan en forstærker er meget mere kompliceret og omfatter ikke én, men tre op-amps.
Hvor svært er det at arbejde med operationsforstærkere? For op-amp kredsløb kan det nogle gange være svært at finde egnede komponenter såsom modstande og kondensatorer, fordi omhyggelig tilpasning af elementer er påkrævet ikke kun i nominelle værdier, men også i materialer.
UMZCH på integrerede kredsløb
Integrerede kredsløb er enheder, der er specielt designet til at udføre en bestemt opgave. I tilfælde af UMZCH erstatter et lille mikrokredsløb en stor kaskade af transistorer, operationsforstærkere eller vakuumenheder.
I øjeblikket er TDA-chips med forskellige serienumre, såsom TDA7057Q eller TDA2030, meget populære. Der er et stort antal UMZCH-kredsløb på mikrokredsløb.
I deres sammensætning har de et stort antal modstande, kondensatorer og operationsforstærkere, udstyret i et meget lille etui, hvis størrelse ikke overstiger 1 eller 2 rubelmønter.
Design af UMZCH
Før man køber de nødvendige dele og ætser lederne på textolit-pladen, er det nødvendigt at afklare værdierne for modstande og kondensatorer, samt vælge de ønskede modeller af transistorer, operationsforstærkere eller integrerede kredsløb.
Dette kan gøres på en computer ved hjælp af dedikeret software såsom NI Multisim. PÅDette program har samlet en stor database af elektroniske komponenter. Med dens hjælp kan du simulere driften af alle elektroniske enheder, selv under hensyntagen til fejl, kontrollere kredsløb for funktionalitet.
Ved hjælp af sådan software er det særligt praktisk at teste kraftfulde UMZCH-kredsløb.
200W transistor stereoforstærkerkredsløb
Den ordning, der behandles i dette afsnit, er meget mere kompliceret end dem, der er beskrevet ovenfor. Men dens forstærkningsegenskaber er bedre end designs baseret på bipolære felteffekttransistorer samt operationsforstærkere og integrerede kredsløb, som allerede er citeret i artiklen.
Dette produkt inkluderer følgende varer:
- Modstande.
- Kondensatorer (både polære og ikke-polære).
- Dioder.
- Zener-diode.
- Fuses.
- N-p-n-type bipolære transistorer.
- P-n-p bipolære transistorer.
- P-kanal IGFET'er.
- Isoleret gate FET med n-kanal.
Parametre for denne effektforstærker:
- Pnomineret output=200W (pr. kanal).
- Uudgangstrinseffekt=50V (let variation tilladt).
- Iudgangstrinshvil=200 mA.
- Iresten af en udgangstransistor=50 mA.
- Usensitivity=0,75 V.
Alle hoveddele af denne enhed (transformer, systemkøling i form af radiatorer og selve brættet) er placeret på et anodiseret chassis lavet af duraluminplade, hvis tykkelse er 5 mm. Enhedens frontpanel og volumenkontrolknapperne er lavet af samme materiale.
En transformer med to viklinger på 35 V kan købes færdiglavet. Det er ønskeligt at vælge en kerne med toroidformet form (dens ydeevne er blevet verificeret i dette kredsløb), og effekten skal være 300 W.
Strømforsyningen til kredsløbet skal også samles uafhængigt i henhold til UMZCH-strømkredsløbet. For at konstruere den skal du bruge en sikring, en transformer, en diodebro samt fire polære kondensatorer.
UMZCH-strømforsyningskredsløbet er angivet i samme afsnit.
Tre enkle sandheder at huske, når du samler ethvert elektrisk kredsløb:
- Sørg for at observere polariteten af polære kondensatorer. Hvis du forveksler plus og minus i et lille forstærkerkredsløb, vil der ikke ske noget forfærdeligt, UMZCH-kredsløbet fungerer simpelthen ikke, men det var netop på grund af en så ubetydelig fejl ved første øjekast, at raketter med udstyr og besætning om bord faldt
- Sørg for at observere diodernes polaritet: katoden med anoden må heller ikke udskiftes. For en zenerdiode er denne regel også relevant.
- Det vigtigste er, at du kun skal lodde dele, hvor der er et kontaktpunkt på diagrammet. De fleste defekte elektriske kredsløb fungerer ikke, netop fordi installatøren ikke lodde delene eller loddede dem, hvor de ikke var nødvendige.
Er denne ordning inkluderet i en af de bedste UMZCH-ordninger? Måske. Det hele afhænger afforbrugerens ønsker.
Sukhovs plan
Hvis det tidligere effektforstærkerkredsløb kan samles uafhængigt, fordi det indeholder relativt få elementer, så er det bedre ikke at samle Sukhov-forstærkerkredsløbet manuelt. Hvorfor? På grund af det store antal elementer og forbindelser er der en stor chance for at begå en fejl, hvorfor alt væsentligt arbejde skal laves om.
Faktisk er det forkert at kalde skemaet givet i dette afsnit for Sukhovs skema. Dette er en high-fidelity UMZCH af VVS-2011-modellen (et skematisk diagram af UMZCH af denne type er givet i dette afsnit). I sin sammensætning indeholder den ikke felteffekttransistorer, men den inkluderer:
- Zener-dioder.
- Ikke-lineære modstande.
- Regulære modstande.
- Polære og ikke-polære kondensatorer.
- Dioder.
- Bipolære transistorer af begge typer.
- OpAmps.
- Throttle.
Muligheder for denne inklusion:
- P=150W ved Rload=8 ohm.
- Linearitet: 0,0002 til 0,0003 % ved 20kHz, P=100W og Rload=4 ohm.
- Understøttelse af konstant U=0 V.
- Tilgængelig AC-ledningsmodstandskompensation.
- Tilstedeværelse af aktuel beskyttelse.
- Tilstedeværelse af beskyttelse af UMZCH-kredsløbet fra Uexit=const.
- Tilgængeligheden af blød start.
Dette kredsløb er samlet i industriel skala og passer på et lille bord. Ledernes layout og placeringen af elementerne kan findes på internettet,hvor disse materialer er frit tilgængelige.
Skemes af Sukhov-serien er en af de bedste UMZCH-ordninger.
Resultat
En lydeffektforstærker er en meget populær enhed blandt både professionelle musikere og almindelige musikelskere. UMZCH udføres både på basis af vakuumenheder og transistorer og på basis af operationsforstærkere, integrerede kredsløb.
Sådanne enheder kan købes i specialbutikker, eller du kan lave dine egne. Prismæssigt er rørforstærkere de dyreste, og integrerede kredsløb er de billigste.
UMZCH-rørkredsløb har en højere forstærkningskvalitet end integrerede UMZCH-kredsløb eller transistorkredsløb. Det er af denne grund, at folk er klar til at købe sådanne enheder for ₽50.000, og for ₽100.000 og for ₽450.000.
Når du selv samler forstærkere, skal du huske følgende regler:
- Det er strengt forbudt at forveksle polariteterne af dioder, zenerdioder og andre anode-katode-enheder, såvel som polære kondensatorer. Dette er fyldt med det faktum, at UMZCH-kredsløbet, der er samlet som et resultat, ikke vil fungere.
- Når du samler kredsløbet, skal du lodde de dele, hvor der er et kontaktpunkt på tegningen. Det lyder som den indlysende regel. Det er rigtigt, men mange installatører glemmer det.
Hvis du bruger alle ovenstående anbefalinger, kan du selv samle en god lydeffektforstærker efter UMZCH-kredsløbet på transistorer eller andre elementer.
