Перейти к содержанию

oldmao

Members
 Профиль  Обзор контента

  • Постов

    6 254

  • Зарегистрирован

  • Посещение

  • Победитель дней

    5

 Тип контента 

Записи блога, опубликованные oldmao

  1. oldmao

    Как это работает

    От oldmao,

    В комментариях меня просили рассказать подробнее, как работают эти схемы. Начнём с того, что усиление мощности можно разложить на две отдельные задачи: усиление напряжения и усиление выходного тока. Первая задача проста, решается любым усилительным каскадом ОЭ или ОБ.
    Пояснение: 
    Существуют три схемы включения транзистора по переменному току: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

    Каскад ОК не усиливает напряжение, но усиливает ток. Поэтому его называют ещё "эмиттерным повторителем". Поскольку выходной сигнал снимается с эмиттера и усиление по переменному току равно 1 (реально чуть меньше, но пока об этом забудем), то есть "повторяет" входное. Обычно каскад применяется для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с малым входным сопротивлением последующих каскадов. Например, гитарного звукоснимателя с основной схемой гитарной педали. Входной сигнал подаётся на базу и снимается с эмиттера.

    Каскад ОБ усиливает напряжение, но не усиливает ток. Применяется для согласования низкого входного сопротивления с высоким выходным. Например, в УКВ блоке сопротивление антенны 300 или 75 Ом согласовывает с колебательным контуром в нагрузке, имеющим характеристическое сопротивление единицы-десятки килоом. Входной сигнал подаётся на эмиттер, выходной снимается с коллектора, база должна быть заземлена по переменному току.

    Каскад ОЭ усиливает и напряжение, и ток, является самым распространённым на практике.

    Но поскольку динамическая головка или наушник обладают низким сопротивлением, то УНЧ должен ещё и уметь отдать в нагрузку нужный ток. Какой каскад усиливает по току? Выше уже выяснили, что ОК. Поскольку нам нужно усиливать обе полуволны сигнала, то применим симметричный эмиттерный повторитель на транзисторах разной структуры.

    Резисторы образуют делитель напряжения, задающий в покое на выходе половину напряжения питания (нам же нужно обе полуволны симметрично усилить), а R2 кроме того создаёт начальное смещение, приоткрывающее транзисторы, тем самым выводящее их рабочую точку на линейный участок. Именно им задаётся ток покоя усилителя. При слишком малом токе покоя на выходе будут искажения "ступенька", выглядящие на осциллографе так:

    Недостаток такого способа в том, что падение напряжения на R2 зависит от напряжения питания, а при изменении температуры транзисторам требуется другое значение напряжения смещения. Поэтому на практике такой способ не применяется. Стабилизировать напряжение смещения проще всего диодом. При изменениях температуры прямое падение напряжения на диоде меняется так же, как и требуемое напряжение смещения транзисторов, чем осуществляется температурная стабилизация. Но падение напряжения на одном диоде меньше, чем требуемое для двух эмиттерных переходов. Можно либо поставить второй диод, либо последовательно с диодом ещё один резистор.

    Если использовать два диода, то падение напряжения на них строго должно быть равно падению напряжения на эмиттерных переходах. На практике для этого требуется подбор или диодов или транзисторов, поскольку полупроводниковые приборы даже одного типа всегда имеют технологический разброс параметров. Поэтому обычно не заморачиваются, а подбирают последовательный резистор (или ставят подстроечный).
    Данная схема вполне работоспособна и применялась на практике, на заре транзисторной схемотехники. Вот, например, усилитель, рекомендованный в книге В.А.Васильева "Радиолюбители - сельскому клубу". 

    В нём роль усилителя напряжения играет входной трансформатор, а транзисторы применены составные. Верхний по схеме Дарлингтона, а нижний по схеме Шиклаи.
    Но схемотехника не стоит на месте, и находятся решения, позволяющие уменьшить количество деталей. Совместив каскад усиления напряжения с повторителем получим вот такую схему.

    Такая схема тоже часто применяется, но и она не лишена недостатков. Рассмотрим случай, когда VT1 полностью открыт, следовательно открыт и VT3, на нагрузке имеем полный размах отрицательной полуволны. Ну за вычетом падения напряжения на эмиттерном переходе VT3 и напряжения насыщения VT1. А вот при обратной ситуации, когда VT1 полностью закрыт, ситуация не такая радужная. Базовый ток VT2 протекает через R2, вызывая на нём падение напряжения. Но это напряжение не может быть слишком маленьким, тогда не хватит тока через него для полного открытия VT2. Можно уменьшить R2, но тогда увеличится общий ток, потребляемый усилителем в покое. Как увеличить напряжение на верхнем выводе R2, сделав его больше напряжения питания? Остроумный выход, называемый "вольтодобавка", был найден.

    Использовался тот факт, что С2 при одном полупериоде заряжается почти до напряжения питания по цепи эмиттер-коллектор VT3 с минуса батареи и через динамик с плюса. При втором полупериоде это напряжение складывается с напряжением батареи. Действительно, левая обкладка подключается через открытый VT2 к плюсу батареи, а правая обкладка была в предыдущем полупериоде положительнее, чем левая обкладка. Таким образом, на верхнем выводе R2 получается почти удвоенное напряжение питания.
    Эта схема тоже является нередко применяемой на практике. Обратите внимание на С3, которым часто пренебрегают, а потом удивляются или свисту вместо звука или "зажатому" или хриплому звуку. Этот конденсатор снижает усиление на ультразвуковых (лежащих выше звуковых) частотах, не давая таким образом усилителю самовозбудиться. Дело в том, что современные транзисторы высокочастотные, и паразитных емкостей монтажа достаточно для проникания сигнала с выхода на вход и самовозбуждения. Которое может быть на ультразвуке, тогда его не слышно, но звук оно сильно искажает и ведёт к перегреву выходных транзисторов. 
    Справедливости ради стоит отметить, что данная схема - инвертирующая, потому к самовозбуждению очень устойчивая. Но ведь наводка может быть и на предыдущие каскады, тогда самовозбуждение возможно. Уж лучше поставить копеечный конденсатор, чем потом незаслуженно ругать схему.
    Но у этой схемы тоже есть недостатки. И главный - необходимость подбора R1. Им выставляют половину напряжения питания в средней точке (соединение эмиттеров VТ2 VT3). Поскольку значение коэффициента передачи тока конкретного экземпляра VT1 нам неизвестно, то подбор требуется обязательно! Для этого его временно заменяют цепочкой из постоянного резистора 33 кОм и переменного 470 кОм. Вращая переменный резистор, выставляют половину питания в средней точке, затем измеряют получившееся сопротивление и впаивают R1 ближайшего номинала из стандартного ряда.
    Но есть способ избежать такой настройки, добавив ещё один транзистор и охватив обратной связью, автоматически устанавливающей напряжение в средней точке.

    Это и есть схема четырёхтранзисторного усилителя, рассмотренная в блоге ранее.
    Каскад на VT2 "перевернулся" по сравнению с предыдущей схемой, в связи с чем структура транзистора тоже поменялась. Но работает он абсолютно так же. Никуда не делась и вольтодобавка, только теперь она делает нижний вывод R8 отрицательнее, чем минус питания. Появился ещё один каскад на VT1. На его базу делителем напряжения R1 R2 R3 подаётся напряжение на 0,65В больше половины питания. Откуда взялись эти 0,65В? А это падение напряжения на эмиттерном переходе VT1. Напряжение с выхода через R6 приходит на эмиттер VT1. Если оно меньше напряжения базы, VT1 открывается, открывает VT2, напряжение на его коллекторе (а значит и после выходного эмиттерного повторителя) становится более положительным, возвращаясь через R6 на эмиттер VT1 и закрывая его. Таким образом действует отрицательная обратная связь по постоянному току, поддерживая на выходе напряжение, равное напряжению на базе VT1 за вычетом падения на его эмиттерном переходе (те самые 0,65В).
    Усилитель уже неинвертирующий (то есть фазы сигналов на входе и выходе совпадают), поэтому применение С4, уменьшающего усиление на ультразвуке, обязательно, риск самовозбуждения высок. Указана минимальная ёмкость, при наладке возможно потребуется её увеличить. И даже поставить ещё один конденсатор параллельно R6 (ориентировочно 100 пикофарад).
    R4 не является обязательным, но сильно желательным. При повышенной окружающей температуре и неудачном экземпляре VT2 его обратный неуправляемый ток коллектора может стать достаточным, чтобы не дать закрыть транзистор полностью, когда это необходимо.
    R3 C1 образуют фильтр, не дающий пульсациям питания проникнуть на вход через делитель R1 R2.
    Если убрать цепочку R5 C3, то усилитель превратится в повторитель напряжения. Действительно из-за ООС напряжение на выходе будет повторять напряжение на базе VT1. А вот с этой цепочкой R6 R5 образуют делитель (сопротивлением С3 на звуковых частотах пренебрегаем, читая его нулевым) выходного сигнала. И ООС будет поддерживать равенство сигнала на базе и части выходного сигнала. То есть если делитель будет ослаблять сигнал с выхода в 10 раз, то на выходе напряжение будет поддерживаться в 10 раз больше входного. Эта ООС нам нужна только для переменного тока, поэтому и присутствует С3 (пропускающий переменный ток, но задерживающий постоянный), ёмкость которого выбирается так, чтобы в диапазоне звуковых частот его комплексное сопротивление было много меньше R5.
     
  2. oldmao
    Пятитранзисторные усилители можно поделить на две группы. В первой группе пятый транзистор применяется только для термостабилизации, а остальная схемотехника такая же как и у четырёхтранзисторных. Это приёмники City boy 400, Hit boy 50, Hit boy 310, Melody boy 50, Mini boy 50, Signal 300, Solo boy 500, Top boy 500, Yacht boy 100. Различие есть в способе установки тока покоя. Например в приёмнике Signal 300 используется подстроечный резистор R48.

    Но подстроечный резистор - вещь ненадёжная, а потому во всеклиматической и носимой электронике нежелательная. Контакт между резистивной дорожкой и ползунком может ухудшиться или совсем пропасть из-за окисления (коррозии) или от вибрации. Но ведь одинаковых транзисторов не существует, ток покоя как-то при наладке устанавливать нужно! Выход был найден. Взглянем на схему City boy 400.

    Видите контакты Р1 Р2 Р3? Между ними при настройке приёмника могут устанавливаться перемычки. Надпись слева гласит, что при токе покоя меньше 3 мА нужно соединить Р1 и Р2, а при токе больше 8 мА соединить Р2 Р3. Если же ток покоя укладывается в эти рамки (3 - 8 мА), то перемычки не ставятся.
    Ещё некоторые незаметные улучшения. В питании предвыходного каскада установлен ещё один фильтр R712 C706, что ещё больше снижает вероятность самовозбуждения. Поскольку предусмотрено подключение наушников, то установлен R714, через кторый будет идти ток Т702 при неконтакте в гнезде или обрыве наушников. Вернёмся к схеме Signal 300, в цепи вольтодобавки вместо динамика используется R50. Это позволяет избежать протекания тока покоя Т7 через динамик. Хоть ток это и мал, и обычно им пренебрегают, всё же он смещает диффузор динамика, что может вызвать искажения звука.
    Особняком стоят City boy 700, Music boy 1100, Party boy 700, Prima boy 700, Yacht boy 1100. У них предвыходной транзистор включен по схеме не с общим эмиттером, а с общим коллектором. Рассмотрим схему Music boy 1100.

    Схема мудрёная, с несколькими цепями как отрицательных, так и положительных обратных связей.
    Режим по постоянному току (половина напряжения питания) зависит от R78. Сигнал с выхода усилителя через частотнозависимую цепочку R74 R72 R63 C83 поступает также на нижний вывод регулятора громкости, создавая подъём низких частот на малой громкости. Такой приём называется тонкомпенсацией и применяется в большинстве приёмников фирмы Grundig. Правда, реализован он обычно регулятором громкости с отводами. Здесь тоже имеется такой R64, но видимо конструкторы посчитали недостаточным создаваемый им подъём НЧ и добавили вышеуказанную цепочку.
    Ещё одна ПОС - это традиционная вольтодобавка (смотри подключение нижнего вывода R94), не забыт и R97 для защиты от нарушения режима при обрыве наушников или неконтакте в изх гнезде.
    А вот ПОС в коллектор Т9 через С91 - это ещё одна вольтодобавка, только для другой полуволны выходного сигнала. Ну и ПОС через С87 - тоже вольтодобавка, только для коллекторной нагрузки Т8.
    Ну и чтобы с таким количеством ПОС УЗЧ не превратился в генератор, ООС через R84 C89 снижает усиление на ультразвуковых частотах.
    Вообще такое обилие обратных связей затрудняет настройку, если будут применены другие транзисторы, поэтому для самостоятельной сборки подобную схему рекомендовать не могу. Разброс параметров транзисторов - вечная головная боль разработчиков. Например, если посмотрим на схему Prima boy 700:

    то в правом верхнем углу увидим приписку, гласящую о том, что R65 ставить сопротивлением 330 Ом, если выходные транзисторы фирмы Valvo и 360 Ом для транзисторв фирмы Fairchild.
    Обратите внимание на непонятные "штучки" Р7 Р8 Р9 в цепях эмиттеров Т8 Т10 Т11. Это ферритовые бусины, одеваемые на выводы транзисторов. Спасают от самовозбуждения за счёт обратных связей через ёмкость монтажа. 
    Во второй группе пятый транзистор усиливает, это приёмники City boy 1100, Concert boy 1000, Elite boy 600, Melody boy 400, Melody boy 500, Music boy 400, Ocean boy 1000, Party boy 500, Satellit 1000, Signal 500.
    Рассмотрим City boy 1100.

    Схема подобна четырёхтранзисторной, только между вторым транзистором и выходными "воткнут" эмиттерный повторитель Т9. Для коллекторной нагрузки Т8 применена вольтодобавка С425. В остальном схема повторяет четырёхтранзисторную, разве что добавлен С432 на входе, образуя с R454 ФНЧ для ультразвука.
    В шеститранзисторных усилителях шестой используется только для термостабилизации в приёмниках Concert boy 1100, Concert boy 1500, Elite boy 700, Melody boy 600, Prima boy 600, Satellit 2000, Satellit 2100, Satellit 3400.

    Как видим, единственное отличие от пятитранзисторных - использование транзистора T9 для установки и термостабилизации тока покоя.
    Ну и есть экзотические схемы на бОльшем числе транзисторов в приёмниках Ocean boy 204, Satellit 600, Satellit 650. Если будет желание, поговорим о них в следующий раз.
  3. oldmao

    Введение

    От oldmao,

    Часто поднимается вопрос "Как сделать простой, но качественный и экономичный усилитель?". И зачастую начинается "изобретение велосипеда". Почему-то никому не приходит в голову просто взять схему качественного, промышленно производимого устройства. Это гарантирует хорошую повторяемость и простоту настройки: на заводском конвейере никто не будет подбирать детали, собранная из исправных деталей с допуском номиналов 10% схема гарантированно заработает. И даже если требуется настройка, то она будет упрощена до предела.
    Например, транзисторные приёмники фирмы Grundig всегда славились качеством звука. Достигалось это комплексно: правильной динамической головкой в правильном акустическом оформлении и схемотехникой УЗЧ. Вот последний пункт и рассмотрим подробнее. Все нижеприведённые схемы являются вырезками из сервис-мануалов с сайта http://www.radioscanner.ru/files/grundig/.
    Как рассортировать многообразие схем? Ну, наиболее понятным для начинающих будет количество транзисторов. Меньшее количество не обязательно означает худшее качество. Достаточно вспомнить четырёхтранзисторный усилитель JLH, считающийся образцом качества.

    Но в нём качество сделано в ущерб экономичности, а мы собираемся делать носимые устройства, с питанием от батарей. Поэтому начнём рассмотрение с четырёхтранзисторных усилителей.
  4. oldmao
    Применяются они в приёмниках Automatic boy 210, City boy 500, City boy 1000, Concert boy 210, Europe boy 208, Magic boy 300, Melody boy 210, Music boy 210, Ocean boy 207, Ocean boy 210, Party boy 210, Prima boy 500, Solo boy 200, Yacht boy 208, Yacht boy 210, Satellit 208, Satellit 210.
    Все они имеют одинаковую схемотехнику, различаются только цепи стабилизации режима и установки тока покоя. Рассмотрим их схемотехнику на примере простейшего Magic boy 300.

    Питается УНЧ от 6 вольт (4 круглых батарейки). Обратите внимание, что общим проводом является плюс питания, это стандартно для схемотехники 60-70-х годов, когда в основном применялись германиевые p-n-p транзисторы. Про переделку схем на современные транзисторы будет отдельная статья. Обратите внимание на "фишку" в виде R91, через который батарейки подзаряжаются при питании от сетевого блока питания,  при питании от батареек открывается D7. Диод мощный германиевый, падение напряжения на нём не превышает 0,3 вольта, что позволяет использовать батареи полностью.
    Все три каскада (да, три, это не опечатка!) имеют гальваническую связь, что позволяет применить 100% ООС по постоянному току, задающую стабильную рабочую точку, независимо от температуры и напряжения питания. Половина напряжения питания на выходе (точке соединения эмиттеров Т9 Т10), необходимая для нормальной работы в классе АВ, задаётся делителем из резисторов R5 R6 R7 R8.
    Но он не так прост. R8 и С1 образуют фильтр питания, не позволяющий пульсациям питания проникать на вход усилителя (базу Т7), что вызвало бы самовозбуждение усилителя. Для защиты от самовозбуждения служит и С6, "коротящий" переменную составляющую потребляемого тока при большом внутреннем сопротивлении подсевших батареек.
    R7 входит в делитель ООС по переменному току, совместно с С3 R10. От него зависит усиление, численно равное R10/R7=468. Таким образом чувствительность составляет порядка 5 милливольт. Это особенность конкретно этого приёмника (у него УПЧ с небольшим усилением), у других моделей чувствительность меньше в 10 и более раз. Одновременно С3 с R7 образуют цепь ПОС, повышающую входное сопротивление усилителя.
    С4 - частотнозависимая ООС, предотвращающая самовозбуждение на ультразвуке. Это особенно актуально при использовании современных высокочастотных транзисторов.
    Обратите внимание, что нижний вывод R11 подключен не напрямую на общий провод, а через динамик. Это позволяет использовать "вольтодобавку" (заряд С5, делающий потенциал верхнего конца R11 положительнее, чем напряжение питания), позволяющую полнее использовать напряжение источника питания. 
    Выходной каскад Т9 Т10 - эмиттерный повторитель, он только увеличивает ток, отдаваемый в нагрузку, не повышая напряжение. Смещение выходных транзисторов задаёт D6. Ток покоя зависит от типа и даже экземпляря данного диода, в производстве он контролируется включением миллиамперметра в разрыв технологической перемычки, включенно в коллектор Т10. Значение тока указано рядом (3,2 мА при напряжении питания 6 вольт).
    Дальнейшее усложнение этой схемы связано с улучшением термостабильности. Например в приёмнике Automatic boy 210 во входной делитель напряжения введён диод D11.

    При изменении температуры напряжение на нём меняется синхронно с падением напряжения на эмиттерном переходе Т9, стабилизируя режим по постоянному току. Термостабилизация выходных германиевых транзисторов осуществляется кремниевым диодом D12. Поскольку падение напряжения на нём больше, чем на двух эмиттерных переходах выходных транзисторов, то оно делится R708 R709 R4. Последний - терморезистор, размещённый на одном радиаторе с выходными транзисторами, тепловую связь между ними символизирует штриховой контур, объединяющий их на схеме. Он уменьшает своё сопротивление при нагреве, уменьшая напряжение смещения (соответственно и ток покоя). Ток покоя холодных транзисторов выставляется R708, его значение 10 мА указано у технологической перемычки в коллекторной цепи Т11.
    Особенностью данной схемы является R707, перемыкаемый при питании от сетевого блока питания. Он увеличивает ток предвыходного каскада, позволяя увеличить максимальную мощность.
    Общее усиление здесь составляет R705/R706=80, что при напряжении питания 9 вольт обеспечивает чувствительность 50 милливольт.
    Остальные УНЧ этой серии отличаются несущественно, например включением резистора в базу второго транзистора (R704) и номиналом и местом включения корректирующего конденсатора (С702).
×
×
  • Создать...