Vezje mfd: vrste, opis, konstrukcija, postopki sestavljanja

Veliko ljudi pozna situacijo, ko neka naprava predvaja zvok, vendar ta ni tako glasen, kot bi si želeli. Kaj storiti? Kupite lahko drugo opremo za reprodukcijo zvoka ali pa kupite ojačevalnik zvočne moči (v nadaljnjem besedilu: AFC). Poleg tega je mogoče ojačevalnik izdelati ročno.

Vse, kar potrebujete, je osnovno znanje o elektroniki, na primer kako določiti emitor, bazo in kolektor v bipolarnem tranzistorju, odvod, izvor in vrata v tranzistorju s poljskim učinkom ter druge osnovne vidike.

V nadaljevanju bodo opisani najpomembnejši parametri avdio ojačevalnikov moči, ki jih je treba upoštevati, da bi dosegli večje ojačenje, ter najpreprostejše sheme teh naprav, sestavljenih iz različnih osnovnih komponent, kot so elektronke, tranzistorji, operacijski ojačevalniki in integrirana vezja.

Poleg tega je v prispevku obravnavana zasnova vezja kakovostnega MFVR. Dotaknili se bomo njegove sestave, parametrov in konstrukcijskih značilnosti. Obravnavana bo tudi shema Suhovovega MLCI.

Parametri SMRF

Najpomembnejši parameter v ojačevalniku moči je. To je razmerje med izhodnim in vhodnim signalom in je razdeljeno na tri ločene parametre:

1. Faktor ojačitve toka. K_I = I_iz / I_vnos.
2. Povečanje napetosti. K_U = U_iz / U_vnos.
3. Faktor ojačitve moči. K_P = P_iz / P_{na spletnem mestu}.

V primeru ojačevalnika moči je zaradi zahteve po ojačitvi moči bolj smiselno upoštevati povečanje moči, čeprav je neumno zanikati, da je moč, tako vhodna kot izhodna, funkcija toka in napetosti.

Seveda imajo ojačevalniki še druge parametre, kot je faktor popačenja ojačanega signala, vendar ti niso tako pomembni kot faktorji ojačenja.

Upoštevati je treba, da popolnega ojačevalnika ni. Noben ojačevalnik z velikim ojačanjem ni brez drugih pomanjkljivosti. Vedno morate žrtvovati nekatere parametre za druge.

Elektrovakuumski napajalniki

Elektrovakuumske naprave so naprave, ki so sestavljene iz cevi z vakuumom ali določenim plinom ter najmanj dveh elektrod, katode in anode.

V žarnici so lahko tri, pet ali celo osem dodatnih elektrod. Elektronka z dvema elektrodama se imenuje dioda (ne smemo je zamenjati s polprevodniško diodo), s tremi elektrodami trioda in s petimi elektrodami pentoda.

Elektronski ojačevalniki moči so zelo cenjeni tako pri avdiofilih kot pri profesionalnih glasbenikih, saj dajejo najčistejše ojačenje.

Deloma zato, ker se elektroni, ki se vbrizgavajo iz katode, na poti do anode ne upirajo in dosežejo cilj v nespremenjenem stanju - njihova gostota ali hitrost se ne spreminjata.

Elektronski ojačevalniki so najdražji na trgu. To je posledica dejstva, da se je v prejšnjem stoletju prenehala množična uporaba vakuumskih elektronk, zato je njihova proizvodnja v velikih količinah postala nerentabilna. Gre za enkraten izdelek. Toda takšni ojačevalniki so vsekakor vredni svojega denarja: v primerjavi s priljubljenimi analogi celo na integriranih vezjih je razlika jasno slišna. In ne v korist čipov.

Elektronskih ojačevalnikov vam seveda ni treba izdelati sami, lahko pa jih kupite v specializiranih trgovinah. Stroški vakuumskih ojačevalnikov se začnejo pri ₽50.000. Najdete lahko razmeroma poceni rabljene možnosti (tudi do 10.000 EUR), vendar so lahko slabe kakovosti. Koliko stanejo dobri lampni ojačevalniki?? Od ₽100.000. Koliko stanejo zelo dobri ojačevalniki?? Od nekaj sto tisoč rubljev.

Obstaja veliko shem MFD, ki temeljijo na ceveh, zato bo v tem razdelku predstavljen osnovni primer.

Najpreprostejši ojačevalnik je mogoče zgraditi na triodi. Spada v razred ojačevalnih vezij push-pull. V triodi je tretja elektroda kontrolna mreža, ki uravnava anodni tok. nanj je priključena izmenična napetost, z velikostjo in polariteto izvornega signala pa lahko anodni tok zmanjšamo ali povečamo.

Če na mrežo priključimo negativen visok potencial, se elektroni odlagajo na mrežo in tok tokokroga je enak nič. Če na mrežico priključimo pozitiven potencial, elektroni neovirano prehajajo s katode na anodo.

S prilagajanjem anodnega toka lahko spremenite delovno točko triode na volt-amperski karakteristiki. Tako je mogoče prilagoditi tokovno in napetostno ojačanje (in s tem moč) tega vakuumskega generatorja.

Za sestavo najpreprostejšega ojačevalnika na triodi je treba na krmilno mrežo priključiti izmenično napajanje, na katodo priključiti ničelni potencial, na anodo pa pozitivni potencial. Na anodo je običajno priključen balastni upor. Breme mora biti priključeno med predstikalno napravo in anodo.

Za izboljšanje kakovosti ojačanega signala lahko na breme priključimo serijski ali vzporedni filtrirni kondenzator (odvisno od primera), na katodo vzporedno priključimo kondenzator in upor, na krmilno mrežo pa lahko priključimo preprost napetostni delilnik, sestavljen iz dveh uporov.

Teoretično bi lahko ojačevalnik moči na osnovi klistronov temeljil na naslednjih vezjih ojačevalnikov moči z elektronkami. Klišron je vakuumska elektronka, ki je po zgradbi podobna diodi, vendar ima dva dodatna nožiča za vhod in izhod signala. Dobiček v tej napravi se doseže z modulacijo pretoka elektronov, ki se oddajajo iz katode proti kolektorju (analogno anodi), najprej po hitrosti in nato po gostoti.

Merilnik moči bipolarnega tranzistorja

Bipolarni tranzistor - sinteza dveh diod. Je p-n-p ali n-p-n element z naslednjimi komponentami:

• oddajnik;
• osnova;
• zbiralnik.

Hitrost in zanesljivost tranzistorjev je na splošno boljša kot pri vakuumskih ceveh. Ni skrivnost, ki najprej elektronski računalniki so temeljili na elektronkah, vendar so takoj, ko so se pojavili tranzistorji, hitro nadomestili svoje prazgodovinske tekmece in se uspešno uporabljajo še danes.

Sledi primer uporabe tranzistorja n-p-n v vezju ojačevalnika moči. Pomembno je opozoriti, da so elektroni (n) nekoliko hitrejši od lukenj (p), zato hitrost n-n in p-n-p tranzistorjev ni v korist slednjih.

Pomembno je poudariti, da imajo bipolarni tranzistorji več načinov ožičenja:

1. s skupnim emitorjem (najbolj priljubljeno).
2. Skupna osnova.
3. S skupnim zbiralnikom.

Vsa vezja imajo različne parametre ojačitve. Naslednje vezje MFD ima skupno emitorsko povezavo.

Če želite sestaviti preprost n-p-n tranzistorski ojačevalnik, na bazo priključite izmenično napetost, na kolektor pozitivni potencial, na emitor pa negativni potencial. Pred bazo, kolektorjem in emitorjem je treba postaviti omejevalni upor. Obremenitev je priključena med predstikalno napravo kolektorja in samim kolektorjem.

Tako kot pri vakuumskem triodnem ojačevalniku lahko tudi pri tem vezju izboljšate kakovost ojačitve:

• Pred bazo namestite delilnik napetosti in filtrirni kondenzator;
• Vzporedno z emitorjem namestite kondenzator in upor;
• v obremenitev vključite filtrirni kondenzator za odpravo šumov in indukcij.

Če sta dve od teh ojačevalnih stopenj povezani zaporedno, lahko njune faktorje ojačitve pomnožimo med seboj. Zaradi tega bi bila zasnova seveda veliko bolj zapletena, vendar bi se s tem povečal izkoristek. Vendar teh stopenj ni mogoče povezovati v nedogled: več kot je zaporedno povezanih posameznih ojačevalnikov, večja je možnost, da se zasičijo.

Če tranzistor deluje v nasičenem načinu, zmogljivost ojačevalnika ni pomembna. Če si ogledate napetostno-amperski odziv tranzistorja, lahko vidite, da je: delovna točka tranzistorja na vodoravni legi - če deluje v nasičenem načinu.

Merilnik moči s tranzistorjem s poljskim učinkom

V nadaljevanju predstavljamo shematski prikaz tranzistorjev MOSFET (kovina-oksid-polprevodnik, standardna struktura tranzistorja s poljskim učinkom).

Struktura poljskih tranzistorjev ima malo skupnega z bipolarnimi tranzistorji. Poleg tega njihov princip delovanja nikakor ni podoben bipolarnim kolegom.

Tranzistorje s poljskim učinkom poganja električno polje (bipolarne tranzistorje poganja tok). Ne odvajajo toka in so odporni na sevanje gama, imenovano tudi radioaktivno sevanje. Slednje verjetno ne bo nikoli koristilo glasbenikom, ki želijo izdelati ojačevalnik zvočne moči, v industriji pa je ta lastnost tranzistorjev s poljskim učinkom zelo cenjena.

Njihova glavna pomanjkljivost je, da ne delujejo dobro na statično elektriko. Tovrstni naboji lahko te tranzistorje onesposobijo. Vsak nenameren dotik kontaktov elementa s prstom lahko poškoduje tranzistor.

Te lastnosti je vredno upoštevati pri gradnji ojačevalnikov moči s temi elektronskimi komponentami.

Kako izdelati lastno vezje MFD s tranzistorjem s poljskim učinkom? Zadostuje, da upoštevate naslednja navodila.

Preprost tranzistor s polnim učinkom s p-n spojem je mogoče sestaviti s tranzistorjem s polnim učinkom s p-n spojem s kanalom n-tipa. Konstrukcija je podobna tisti, ki je opisana pri sestavljanju ojačevalnika z bipolarnimi tranzistorji, vendar je baza nadomeščena z vrati, kolektor z odtokom, emitor pa z izvorom.

MFD na operacijskem ojačevalniku

Op-amp je elektronska komponenta, ki ima dva vhoda - invertirajočega (fazni premik za 180 stopinj) in neinvertirajočega (signal ne spreminja faze) - ter en izhod in par nožic za hranjenje način oskrbe. Ima nizko ničelno ofsetno napetost in vhodne tokove. Ta naprava ima zelo visoko ojačitev.

Operacijski ojačevalnik lahko deluje v dveh načinih:

• v načinu ojačevalnika;
• v generatorskem načinu.

Da bi DT deloval v načinu boost, mora biti priključen na negativno povratno vezje. Sestavljen je iz upora, ki je z enim vodnikom priključen na izhod ojačevalnika, z drugim vodnikom pa na invertirajoči vhod.

Če isto vezje priključite na neinvertirajoči vhod, dobite vezje s pozitivno povratno zvezo in op-amp začne delovati kot generator signala.

Obstaja več vrst ojačevalnikov, ki uporabljajo op-ampere:

1. Invertiranje - ojača signal in spremeni njegovo fazo za 180 stopinj. Če želite dobiti invertirajoči ojačevalnik DUT, morate ozemljiti neinvertirajoči vhod DUT in signal, ki ga želite ojačati, priključiti na invertirajoči vhod. Pri tem ne pozabite na negativno povratno vezje.
2. Neinvertirajoči - ojača signal, ne da bi spremenil njegovo fazo. Če želite zgraditi neinvertirajoči ojačevalnik, morate na opu priključiti negativno povratno vezje, ozemljiti invertirajoči vhod in poslati signal na neinvertirajoči pin opu.
3. Diferencialni - ojača diferencialne signale (signali, ki se razlikujejo v fazi, vendar so enaki po amplitudi in frekvenci). Če želite dobiti diferencialni ojačevalnik, morate na vhode ojačevalnika priključiti omejevalne upore, ne pozabite na negativno povratno vezje in na vhodne nožice priključite dva signala: signal pozitivne polaritete je treba pripeljati na neinvertirajoči vhod, negativni pa na invertirajoči vhod.
4. Merilni ojačevalnik je modificirana različica diferencialnega ojačevalnika. Merilni ojačevalnik ima enako funkcijo kot diferencialni ojačevalnik, le da lahko ojačenje nastavlja s potenciometrom med vhodoma obeh op-ojačevalnikov. Gre za veliko bolj zapleten ojačevalnik, ki ga sestavljajo ne en, temveč trije ojačevalniki.

Kako težko je delati z operacijskimi ojačevalniki?? Ujemanje komponent, kot so upori in kondenzatorji, je lahko težavno, saj je potrebno skrbno usklajevanje materialov in ne le nazivnih vrednosti.

MCC na osnovi IC

Integrirana vezja so naprave, ki so bile posebej zasnovane za izvajanje določene naloge. V primeru MPI en majhen čip nadomesti veliko kaskado tranzistorjev, operacijskih ojačevalnikov ali vakuumskih cevi.

Čipi TDA z različnimi serijskimi številkami, npr. TDA7057Q ali TDA2030, so trenutno zelo priljubljeni. Obstaja veliko shem MFD, ki temeljijo na mikroshemah.

Vsebujejo veliko uporov, kondenzatorjev in operacijskih ojačevalnikov, ki so zapakirani v zelo majhnem paketu, ki ne presega velikosti kovanca za 1 ali 2 rublja.

Načrtovanje merilnika moči

Pred nakupom potrebni deli in jedkati vodnike na plošči tiskanega vezja, preveriti vrednosti uporov in kondenzatorjev ter poiskati prave tranzistorje, operacijske ojačevalnike ali integrirana vezja.

To lahko storite na računalniku s posebnim orodjem za testiranje vrednosti upornosti tranzistorjev, operacijskih ojačevalnikov ali integriranih vezij programska oprema, kot je NI Multisim. Ta program vsebuje veliko podatkovno zbirko elektronskih komponent. Uporablja se lahko za simulacijo delovanja katere koli elektronske naprave, tudi tiste, ki je občutljiva na napake.

Ta programska oprema je še posebej uporabna za testiranje visokozmogljivih vezij AMR.

Shema stereo ojačevalnika na osnovi tranzistorja z močjo 200 W

V tem poglavju obravnavana vezja so veliko bolj zapletena od zgoraj opisanih. Vendar ima boljše ojačevalne zmogljivosti kot bipolarni ojačevalniki, tranzistorji s poljskim učinkom, operacijski ojačevalniki in integrirana vezja, ki so že bili obravnavani v tem dokumentu.

V to enoto so vključeni naslednji elementi:

1. Uporniki.
2. Kondenzatorji (oba polarna, kot tudi nepolarne).
3. Diode.
4. Stabilitron.
5. Varovalke.
6. Bipolarni tranzistorji tipa n-p-n.
7. Bipolarni tranzistorji tipa p-n-p.
8. Tranzistorji s poljskim učinkom z izoliranimi vrati p-tipa.
9. Tranzistorji s poljskim učinkom z izoliranimi vrati n-tipa.

Parametri tega ojačevalnika moči:

1. P_{nazivna izhodna moč} = 200 W (za vsak kanal).
2. U_{napajanje izhodne stopnje} = 50 V (možno majhno nazivno odstopanje).
3. I_{izhodna stopnja Quiescent} = 200 mA.
4. I_{Mirno stanje enega izhodnega tranzistorja} = 50 mA.
5. U_{Občutljivost} = 0,75 В.

Vsi glavni deli tega vezja (transformator, hladilni sistem v obliki radiatorjev in sama plošča) so nameščeni na ohišje iz 5 mm debele anodizirane duraluminijeve pločevine. Čelna plošča enote in gumbi za uravnavanje glasnosti so izdelani iz istega materiala.

Transformator z dvema 35V navitjema je mogoče kupiti kot pripravljen. Jedro naj bo po možnosti toroidne oblike (njegova učinkovitost v tem vezju je bila preverjena), moč pa naj bo 300 W.

Tudi napajanje za vezje bomo morali sestaviti sami v skladu z napajalnim vezjem AMF. Za njegovo izdelavo so potrebni varovalka, transformator, diodni mostiček in štirje polarni kondenzatorji.

Shema napajanja UHMF je podana v istem razdelku.

Tri preproste resnice, ki jih je treba upoštevati pri gradnji kateregakoli vezja:

1. Upoštevajte polarnost polarnih kondenzatorjev. Če bi v majhnem ojačevalnem vezju pomešali plus in minus, se ne bi zgodilo nič slabega. Vezje LFO preprosto ne bi delovalo, vendar so prav zaradi te na prvi pogled nepomembne napake padle rakete z opremo in posadko na krovu.
2. Upoštevati je treba polariteto diode: katoda in anoda se ne smeta zamenjati. To pravilo velja tudi za regulatorja.
3. Glavna stvar je, da spajkate dele samo tam, kjer je na shemi kontaktna točka. Večina okvarjenih vezij deluje nepravilno prav zato, ker monter ni spajkal delov ali jih je spajkal tam, kjer jih ne bi smel spajkati.

Ali je to vezje eno najboljših vezij MFD? Morda. Vse je odvisno od tega, kaj želi uporabnik.

Suhovova shema

Medtem ko lahko prejšnje vezje močnostnega ojačevalnika sestavite sami, saj vsebuje razmeroma malo elementov, vezja ojačevalnika Sukhov raje ne sestavljajte ročno. Zakaj? Zaradi velikega števila sestavnih delov in povezav obstaja veliko tveganje, da se zgodi napaka, zaradi katere bo treba predelati veliko količino dela.

Pravzaprav vezja, predstavljenega v tem razdelku, ne bi smeli pravilno imenovati vezje Sukhov. To je visoko verodostojen model BBC-2011 AMF (glejte shematski prikaz te vrste AMF v tem razdelku). Ne vključuje tranzistorjev s poljskim učinkom, vključuje pa:

1. Stabilitrons.
2. Nelinearni upori.
3. Tipični upori.
4. Polarni in nepolarni kondenzatorji.
5. Diode.
6. Bipolarni tranzistorji obeh vrst.
7. Operacijski ojačevalniki.
8. Dušilec.

Možnosti te vključitve:

1. P = 150 W pri R_Obremenitve = 8 Ohm.
2. Linearnost: 0,0002 do 0,0003 % pri 20 kHz, P = 100 W in R_obremenitve = 4 Ohmi.
3. Konstanta V = 0 V podpora.
4. Prisotnost kompenzacije impedance linije AC.
5. Prisotnost trenutne zaščite.
6. Razpoložljivost U_{Rezultat je} = const.
7. Razpoložljivost mehkega zagona.

To vezje je industrijsko sestavljeno na majhni ploščici s tiskanim vezjem. Izvode in razporeditev komponent lahko najdete na internetu, kjer je to gradivo prosto dostopno.

Vezja iz serije Sukhov so ena izmed najuspešnejših vezij za ojačevalnike moči.

Rezultat

Močnostni ojačevalniki so zelo priljubljeni tako pri profesionalnih glasbenikih kot pri običajnih ljubiteljih glasbe. Napajalni MFC so izdelani na podlagi vakuumskih elektronskih naprav in tranzistorjev ter na podlagi operacijskih ojačevalnikov in integriranih vezij.

Takšne naprave lahko kupite v specializiranih trgovinah ali jih izdelate sami. Glede na ceno so najdražji ojačevalniki zasnovani na elektronkah, najcenejši pa na integriranih vezjih.

Te elektronke imajo višjo kakovost ojačitve kot integrirani ojačevalniki in tranzistorji. Zato so ljudje pripravljeni kupiti takšne naprave za 50.000 ₽, 100.000 ₽ in 450.000 ₽.

Pri samostojnem sestavljanju ojačevalnikov si velja zapomniti naslednja pravila:

1. Strogo je prepovedano mešati polarnosti diod, stabilitronov in drugih naprav anoda-katoda ter polarnih kondenzatorjev. Pri tem obstaja tveganje, da vezje MFVR ne bo delovalo.
2. Pri sestavljanju vezja spajkajte dele, kjer je kontaktna točka na risbi. Sliši se kot očitno pravilo. To je res, vendar mnogi monterji na to pozabijo.

Če uporabite vsa zgornja priporočila, lahko sami zgradite dober ojačevalnik moči zvoka s tranzistorskim vezjem MFD ali drugimi elementi.