Схеми на lfms: видове, описание, конструкция, монтаж

Много хора са запознати със ситуацията, когато някое устройство издава звук, но той не е толкова силен, колкото им се иска. Какво да правите? Можете да си купите друго оборудване за възпроизвеждане на аудио или да си купите усилвател на мощност (наричан по-долу AFC). Усилвателят може да бъде сглобен със собствените ви ръце.

Необходими са ви само основни познания по електроника, като например как да определите емитер, база и колектор в биполярен транзистор, дрейн, източник и гейт в полеви транзистор, както и други елементарни аспекти.

По-долу са описани най-важните параметри на аудиоусилвателите на мощност, върху които си струва да се работи, за да се постигне по-голямо усилване, и са дадени най-простите схеми на тези устройства, сглобени от различни основни компоненти, като електронни лампи, транзистори, операционни усилватели и интегрални схеми.

Освен това ще обсъдим схемите на един качествен усилвател на мощност. Ще бъдат разгледани неговият състав, параметри и конструктивни особености. Ще обсъдим и схемата на Sukhov.

Параметри на UHMF

Най-важният параметър на един усилвател на мощност е неговият коефициент на усилване на тока. Това е съотношението между изходния и входния сигнал и се разделя на три отделни параметъра

1. Коефициент на усилване на тока. K_I = I_на / I_в.
2. усилване на напрежението. K_U = U_на / U_в.
3. Коефициент на усилване на мощността на изхода. K_P = P_на / P_в.

В случая на усилвател на ниво мощност е по-разумно да се вземе предвид коефициентът на мощност, тъй като той изисква усилване именно на този параметър, въпреки че е глупаво да се отрича, че големината на мощността - както на входа, така и на изхода - зависи от стойностите на тока и напрежението.

Разбира се, усилвателите имат и други параметри, например коефициент на изкривяване на усиления сигнал, но те не са толкова важни, колкото коефициентите на усилване.

Не бива да се забравя, че не съществува идеално устройство. Няма усилвател с огромна печалба, който да е лишен от други недостатъци. Винаги се налага да жертвате един параметър за сметка на друг.

MFC на базата на вакуумна тръба

Електровакуумните устройства са устройства, които съдържат колба, съдържаща или вакуум, или определен газ, и поне два електрода - катод и анод.

Крушката може да има три, пет или дори осем спомагателни електрода. Тръбата с два електрода се нарича диод (да не се бърка с полупроводников диод), с три електрода - триод, а с пет електрода - пентод.

Електронноламповите усилватели на мощност се ценят високо както от аудиофилите, така и от професионалните музиканти, тъй като осигуряват най-чистото усилване.

Това се дължи отчасти на факта, че електроните, впръскани от катода, не срещат съпротивление по пътя си към анода и достигат целта в непроменено състояние - не се модулира нито плътността, нито скоростта им.

Твърдотелните лампови усилватели са най-скъпите на пазара. Причината е, че през миналия век електровакуумните устройства престанаха да се използват широко и производството им в големи серии стана нерентабилно. Това е еднократен продукт. Но такива усилватели определено си заслужават парите: в сравнение с популярните аналози, дори и на интегрални схеми, разликата е ясно чуваема. Не в полза на чиповете.

Разбира се, не е задължително сами да конструирате лампови усилватели. Цената на вакуумните лампови усилватели започва от ₽50 000. Можете да намерите сравнително евтини алтернативи втора употреба (дори до ₽10 000), но те могат да бъдат некачествени. Колко струват добрите лампови усилватели?? От ₽100,000. Колко струват много добрите усилватели? От няколкостотин хиляди рубли.

Съществуват много MIMO схеми, базирани на тръби, като в този раздел ще разгледаме елементарен пример.

Най-простият усилвател може да бъде изграден с триод. Това е една от най-простите схеми на усилвател на мощност с един цикъл. В триода третият електрод е контролната решетка, която регулира анодния ток. Към него се свързва променливо напрежение и с големината и полярността на изходния сигнал анодният ток може да се намали или увеличи.

Ако към решетката се свърже отрицателен висок потенциал, електроните ще се отложат върху решетката и токът във веригата ще бъде нула. Ако към решетката се приложи положителен потенциал, потокът от електрони от катода към анода е безпрепятствен.

Чрез регулиране на анодния ток можем да променим работната точка на триода по волт-амперната характеристика. Това позволява да се регулира усилването на тока и напрежението (и следователно мощността) на дадена вакуумна тръба.

За да се сглоби най-простият триоден усилвател, трябва да се свърже променливотоково захранване към контролната мрежа, да се приложи нулев потенциал към катода и положителен потенциал към анода. Към анода обикновено се свързва баластен резистор. Натоварването трябва да се вземе между баластния резистор и анода.

За да се подобри качеството на усиления сигнал, може да се свърже последователно или паралелно филтриращ кондензатор (в зависимост от случая) към товара, да се свържат паралелно кондензатор и резистор към катода и да се свърже прост делител на напрежение, състоящ се от два резистора, към контролната мрежа.

Теоретично усилвателят на мощност може да бъде изграден на базата на клистрон, като се използва. Клистрон: Вакуумно електронно устройство, подобно на диод, но с два допълнителни извода, които служат за входове и изходи на сигнали. Усилването в това устройство се постига чрез модулиране на потока електрони, излъчвани от катода към колектора (аналогичен на анода), първо по скорост, а след това по плътност.

Измервател на мощността на биполярен транзистор

Биполярен транзистор - синтез на два диода. Това е p-n-p или n-p-n елемент, който има следните компоненти:

• излъчвател;
• база;
• колектор.

Бързината и надеждността на транзисторите като цяло са по-добри от тези на вакуумните устройства. Не е тайна, отначало Електронните изчислителни машини са работили точно с лампи, но след като се появяват транзисторите, последните бързо изместват праисторическите си съперници и се използват успешно и до днес.

По-долу ще разгледаме пример за използване на n-p-n транзистор в схема на усилвател на мощност. Важно е да се отбележи, че електроните (n) са малко по-бързи от дупките (p), поради което производителността на n-p-n и p-n-p транзисторите не е в полза на последните.

Друг важен нюанс е, че биполярните транзистори имат няколко комутационни вериги:

1. Общ излъчвател (най-популярният).
2. С обща основа.
3. С общ колектор.

Всички вериги имат различни параметри на усилване. Следната схема на MFM има обща емитерна връзка.

За да сглобите прост усилвател от n-p-n транзистор, трябва да свържете променливо напрежение към базата му, положителен потенциал към колектора и отрицателен потенциал към емитера. Ограничителните резистори трябва да се поставят пред базата, колектора и емитера. Натоварване между баласта на колектора и самия колектор.

Както и в случая с вакуумния триоден усилвател, за да подобрите качеството на усилването в тази схема, можете да

• Разделител на напрежение и филтриращ кондензатор пред базата;
• инсталирайте кондензатор и резистор успоредно на емитера;
• включване на филтриращ кондензатор в товара за отстраняване на шума и индукциите.

Ако две от тези усилвателни стъпала са свързани последователно, техните коефициенти на усилване могат да се умножат един по друг. Това, разбира се, ще направи усилвателя много по-сложен, но ще даде по-голямо усилване. Не можете обаче да свързвате тези етапи безкрайно: колкото повече единични усилватели са свързани последователно, толкова по-голяма е вероятността те да изпаднат в насищане.

Ако транзисторът работи в режим на насищане, няма значение какви са свойствата на усилване. Ако погледнете волт-амперната характеристика, можете да видите, че: работната точка на транзистора е на хоризонталната линия, ако той работи в наситен режим.

MFDT на полеви транзистор

Следва схема на транзистор MOSFET (метал-оксид-полупроводник, който е стандартната структура на полевия транзистор).

Структурата на полевите транзистори има малко общо с биполярните транзистори. Освен това принципът им на действие по никакъв начин не прилича на този на двуполюсните им аналози.

Полевите транзистори се управляват от електрическо поле (биполярните транзистори се управляват от ток). Те не консумират ток и са устойчиви на гама-лъчение, наричано още радиоактивно. Последният факт едва ли някога ще бъде полезен за музиканти, които искат да сглобят усилвател на мощност, но в промишлеността тази характеристика на полевите транзистори е високо ценена.

Основният им недостатък е, че не взаимодействат добре със статичното електричество. Подобен заряд може да изведе от строя транзистори от този тип. Всяко неправилно докосване на контактите на компонента с пръсти може да повреди транзистора.

Това са характеристики, които си струва да се вземат предвид при изграждането на усилватели на мощност с тези електронни компоненти.

Как да сглобите със собствените си ръце схема на транзистор с полеви ефект MFD? Достатъчно е да се спазват следните насоки.

Може да се състави проста транзисторна схема, базирана на MFD, като се използва полеви транзистор с p-n преход и канал от n-тип. Конструкцията е подобна на тази, описана за биполярен транзисторен усилвател, само че базата е порта, колекторът - дрейн, а емитерът - източник.

LNA на операционен усилвател

Операционният усилвател е електронен компонент, който има два входа - инвертиращ (с промяна на фазата на 180 градуса) и неинвертиращ (не променя фазата на сигнала) - плюс един изход и двойка щифтове да се храни захранващо напрежение. Той има ниско напрежение на нулево отместване и входни токове. Това устройство има много висока степен на усилване.

Един операционен усилвател може да работи в два режима:

• В режим на усилвател;
• режим на генератора.

Необходимо е да се свърже отрицателната обратна връзка към операционния усилвател, за да работи той в режим на усилвател. Това е резистор, чийто един извод е свързан към изхода на операционния усилвател, а другият - към инвертиращия вход.

Ако свържем същата схема към неинвертиращия вход, ще получим схема с положителна обратна връзка и операционният усилвател ще започне да работи като генератор на сигнали.

Съществуват няколко вида усилватели, сглобени с операционни усилватели:

1. Инвертирането усилва сигнала и обръща фазата му на 180 градуса. За да получите инвертиращ оп-усилвател, трябва да заземите неинвертиращия вход на оп-усилвателя и да свържете сигнала, който искате да усилите, към инвертиращия вход. Не забравяйте веригата за отрицателна обратна връзка.
2. Неинвертиращ - усилва сигнала, без да променя фазата му. За да сглобите неинвертиращ усилвател, трябва да свържете отрицателна обратна връзка към операционния усилвател, да заземите инвертиращия вход и да подадете сигнала към неинвертиращия извод на операционния усилвател.
3. Диференциален - усилва диференциални сигнали (сигнали с различни фази, но с еднаква амплитуда и честота). За да получите диференциален усилвател, трябва да свържете ограничителен резистор към входовете на операционния усилвател, да не забравите да включите верига за отрицателна обратна връзка и да свържете два сигнала към входните щифтове: към неинвертиращия вход трябва да се подаде сигнал с положителна полярност, а към инвертиращия вход - сигнал с отрицателна полярност.
4. Измерване - модифицирана версия на диференциалния усилвател. Измервателният усилвател има същата функция като диференциалния усилвател, с изключение на това, че може да регулира усилването с помощта на потенциометър между входовете на двата операционни усилвателя. Конструирането на такъв усилвател е много по-сложно и включва не един, а три OpU.

Как работата с операционни усилватели може да бъде трудна? Намирането на подходящи компоненти, като резистори и кондензатори, за схемите на операционните усилватели може да се окаже трудно, тъй като се изисква внимателно съгласуване не само на номиналните им стойности, но и на материалите, от които са изработени.

DMC върху интегрални схеми

Интегралните схеми са устройства, проектирани специално за определена задача. С MPI един малък чип замества голяма каскада от транзистори, операционни усилватели или вакуумни лампи.

Чиповете TDA с различни серийни номера, като TDA7057Q или TDA2030, вече са много популярни. Съществуват много схеми на MFD, базирани на микросхеми.

В състава му влизат много резистори, кондензатори и операционни усилватели, опаковани в много малка опаковка, която не надвишава размера на монета от 1 или 2 рубли.

Проектиране на измервател на мощност

Преди да купите необходими части и ецване на проводниците върху печатната платка, трябва да посочите номиналните стойности на резисторите и кондензаторите и да изберете правилните модели транзистори, операционни усилватели или интегрални схеми.

Това може да се направи на компютър с помощта на специален софтуер софтуерът, като NI Multisim. Голяма база данни с електронни компоненти. С негова помощ е възможно да се моделира работата на всякакви електронни устройства, дори да се отчитат грешките, да се проверяват схемите за ефективност.

С помощта на такъв софтуер е особено удобно да се тестват схемите за захранване на MFVR.

Схема на стереоусилвател с мощност 200 W, базиран на транзистор

Схемата, разглеждана в този раздел, е много по-сложна от описаната по-горе. Но той има по-добри усилвателни характеристики от биполярния транзистор, полевия транзистор, операционните усилватели и интегралните схеми, които вече бяха споменати в статията.

В това устройство са включени следните елементи:

1. Резистори.
2. Кондензатори (Полярен, както и неполярни).
3. Диоди.
4. Stabilitron.
5. Предпазители.
6. Биполярни транзистори тип n-p-n.
7. Биполярни транзистори от p-n-p тип.
8. Изолирани p-канални транзистори с полеви ефект.
9. Полеви транзистори с изолиран канал на n-образния вход.

Параметри на този усилвател на мощност:

1. P_{Номинална мощност} = 200 W (за всеки канал).
2. U_{Мощност на изходното стъпало} = 50 V (възможно е малко номинално отклонение).
3. I_{Изходно стъпало на затишие} = 200 mA.
4. I_{единични изходни транзистори в покой} = 50 mA.
5. U_{Чувствителност} = 0,75 В.

Всички основни части на устройството (трансформаторът, охладителната система под формата на радиатори и самата платка) са разположени върху анодизирано шаси, изработено от дуралуминиева ламарина с дебелина 5 мм. Предният панел на устройството и копчетата за регулиране на силата на звука са изработени от същия материал.

Може да се закупи трансформатор с две намотки 35 V. За предпочитане е сърцевината да е тороидална (доказано работеща в тази схема), а мощността да е 300W.

Захранващият блок за тази схема също трябва да се сглоби от нас, като се следва схемата за захранване на UHF. За построяването му са необходими предпазител, трансформатор, диоден мост и четири полярни кондензатора.

В тази глава е представена схемата на захранване на LFM.

Три прости истини, които трябва да се имат предвид при сглобяването на всяка електрическа верига

1. Не забравяйте да спазвате полярността на полярните кондензатори. Ако объркате плюсовата и минусовата страна на малка усилвателна верига, няма да се случи много. Веригата LFM просто не работи, но точно тази малка, на пръв поглед, грешка е довела до катастрофата на ракетата с оборудването и екипажа на борда.
2. Полярността на диодите трябва винаги да се спазва: катодът и анодът не трябва да се разменят. Това правило важи и за стабилизатора.
3. Важното е да запоявате само частите, при които е налице контактната точка на електрическата схема. Повечето дефектни вериги се провалят именно защото монтажистът не е запоил частите или ги е запоил там, където не трябва да се запояват.

Дали тази схема е една от най-добрите вериги на MFD? Вероятно. Това зависи от желанието на потребителя.

Схемата на Сухов

Докато предишната схема на усилвателя на мощност може да се сглоби сама, тъй като включва сравнително малко елементи, схемата на усилвателя на Сухов е най-добре да не се сглобява на ръка. Защо? Поради големия брой компоненти и връзки има голяма вероятност да се допусне грешка, която да наложи повторно извършване на значителна част от работата.

Всъщност схемата, показана в този раздел, не трябва да се нарича неправилно схема на Сухов. Това е модел с висока степен на достоверност BBC-2011 AMF (вж. схемата на този тип AMF в тази глава). Той не съдържа полеви транзистори, но включва:

1. Stabilitrons.
2. Нелинейни резистори.
3. Типични резистори.
4. Полярни и неполярни кондензатори.
5. Диоди.
6. Биполярни транзистори и от двата типа.
7. Операционни усилватели.
8. Задушаване.

Възможност за това включване:

1. P = 150 W при R_{натоварвания} = 8 Ohm.
2. Линейност: 0,0002 до 0,0003% при 20kHz, P = 100W и R_{натоварвания} = 4 Ohm.
3. Съществуване на константа U = 0 V.
4. Наличието на компенсация на съпротивлението на проводника при променлив ток.
5. Наличие на токова защита.
6. Наличието на защита на UHF веригата от U_изход = const.
7. Наличие на плавен старт.

Такава схема се сглобява промишлено върху малка платка. Изводите и разположението на компонентите могат да бъдат намерени в интернет, където тези материали са свободно достъпни.

Веригите от серията Sukhov са едни от най-добрите вериги MFVR.

Резултат

Усилвателят на мощност е много популярно устройство както сред професионалните музиканти, така и сред обикновените любители на музиката. Усилвателите на мощност се произвеждат както на базата на вакуумни лампи и транзистори, така и на базата на операционни усилватели, интегрални схеми.

Подобни устройства се предлагат в специализирани магазини или можете да си направите собствени. По отношение на цената най-скъпите усилватели са лампови, а най-евтините са на базата на интегрални схеми.

Ламповите схеми за ЕЛП имат по-високо качество на усилване от интегралните схеми или транзисторните ЕЛП. Това е причината, поради която хората са готови да купуват такива устройства както за ₽50 000, ₽100 000, така и за ₽450 000.

При самостоятелно сглобяване на усилватели си струва да се запомнят следните правила:

1. Строго забранено е да се смесват полярностите на диоди, стабилитрони и други анодно-катодни устройства, както и на полярни кондензатори. Съществува риск получената верига MFVR да не работи.
2. Когато сглобявате веригата, запоявайте частите, където контактната точка е на чертежа. Звучи като очевидно правило. Наистина е така, но много от монтажниците забравят за това.

Ако следвате всички горепосочени препоръки, можете да си изградите добър усилвател на мощност, базиран на дизайна на MFVR с транзистори или други елементи.