Mnoho lidí zná situaci, kdy zařízení přehrává zvuk, ale nedělá to tak hlasitě, jak bychom chtěli. Co dělat? Můžete si dokoupit další zařízení pro reprodukci zvuku, případně si můžete pořídit audiofrekvenční koncový zesilovač (dále UMZCH). Navíc lze zesilovač sestavit ručně.
K tomu potřebujete pouze základní znalosti elektroniky, jako je schopnost rozlišovat mezi emitorem, bází a kolektorem u bipolárního tranzistoru, kolektorem, zdrojem, hradlem v poli a dalšími elementárními aspekty.
Níže budou popsány nejdůležitější parametry audio zesilovačů, které by měly být vylepšeny pro dosažení většího zisku, a také nejjednodušší obvody těchto zařízení, sestavené na různých základních součástkách, jako jsou elektronky, tranzistory, operační zesilovače a integrované obvody.
Kromě toho bude článek zvažovat vysoce kvalitní schéma UMZCH. Bude ovlivněno jeho složení, parametry i konstrukční vlastnosti. Bude také zváženo schéma UMZCH Suchov.
parametry UMZCH
Nejdůležitější parametr zesilovačevýkon - činitel zesílení. Představuje poměr výstupního signálu ke vstupnímu signálu a je rozdělen do tří samostatných parametrů:
- Aktuální zisk. KI=Iout / Iin.
- Zisk napětí. KU=Uout / Uin.
- Zisk výkonu. KP=Pout / Pin.
V případě UMZCH je rozumnější uvažovat o zesílení výkonu, protože je to tento parametr, který vyžaduje zesílení, i když je pošetilé popírat, že hodnota výkonu – jak vstupu, tak výstupu – závisí na proudu a hodnoty napětí.
Samozřejmě, zesilovače mají další parametry, jako je faktor zkreslení zesíleného signálu, ale ty nejsou tak důležité ve srovnání se ziskem.
Nezapomeňte, že neexistují žádná dokonalá zařízení. Neexistuje žádný UMZCH s obrovským ziskem, bez dalších nevýhod. Vždy musíte obětovat některé parametry kvůli ostatním.
UMZCH na elektrovakuových zařízeních
Elektrovakuová zařízení jsou zařízení, která ve svém provedení obsahují baňku, ve které je buď vakuum, nebo určitý plyn, a dále alespoň dvě elektrody – katodu a anodu.
Uvnitř baňky mohou být tři, pět a dokonce osm dalších elektrod. Lampa se dvěma elektrodami se nazývá dioda (nezaměňovat s polovodičovou diodou), se třemi - trioda, s pěti - pentoda.
Vakuové výkonové zesilovačevelmi uznávaný jak mezi běžnými milovníky hudby, tak mezi profesionálními hudebníky, protože elektronky poskytují „nejčistší“zesílení.
To je částečně způsobeno skutečností, že elektrony vstřikované z katody na své cestě k anodě nenarazí na žádný odpor a dosáhnou cíle v nezměněném stavu – nejsou modulovány ani hustotou, ani rychlostí.
Elektronkové zesilovače jsou nejdražší ze všech, které jsou na trhu. Je to dáno tím, že elektrovakuová zařízení se v minulém století již příliš nepoužívala, respektive jejich výroba ve velkém se stala nerentabilní. Jedná se o kusový výrobek. Ale takové UMZCH rozhodně stojí za to: ve srovnání s oblíbenými analogy je rozdíl i na integrovaných obvodech jasně slyšitelný. A ne ve prospěch žetonů.
Samozřejmě není nutné sestavovat elektronkové zesilovače svépomocí, zakoupíte je ve specializovaných prodejnách. Náklady na zesilovače na vakuových zařízeních začínají od ₽50 000. Můžete najít relativně levné použité možnosti (dokonce až do 10 000 ₽), ale mohou být nekvalitní. Kolik stojí dobré lampové zesilovače? Od ₽100 000. Kolik stojí velmi dobré zesilovače? Od několika set tisíc rublů.
Na lampách je mnoho obvodů UMZCH, tato část se bude zabývat základním příkladem.
Nejjednodušší zesilovač lze sestavit na triodě. Patří do třídy jednocyklových obvodů UMZCH. U triody je třetí elektroda řídicí mřížkou, která reguluje anodový proud. Je k němu připojeno střídavé napětí a pomocí velikosti a polarity zdrojového signálu můžete buďsnížit nebo zvýšit anodový proud.
Pokud k síti připojíte záporný vysoký potenciál, elektrony se na něm usadí a proud v obvodu bude nulový. Pokud je na mřížku aplikován kladný potenciál, pak elektrony od katody k anodě projdou bez překážek.
Úpravou anodového proudu můžete změnit pracovní bod triody na charakteristice proud-napětí. To vám umožňuje nastavit míru zesílení proudu a napětí (nakonec - výkon) tohoto elektrovakuového zařízení.
K sestavení jednoduchého triodového zesilovače potřebujete připojit proměnný zdroj energie k řídicí síti, přivést nulový potenciál na katodu, kladný na anodu. Odpor předřadníku je obvykle připojen k anodě. Zátěž by měla být odstraněna mezi předřadníkem a anodou.
Pro zlepšení kvality zesíleného signálu můžete zapojit filtrační kondenzátor sériově nebo paralelně (v závislosti na konkrétním případě) k zátěži, připojit kondenzátor a rezistor zapojený paralelně ke katodě a připojte k řídicí mřížce jednoduchý dělič napětí se dvěma odpory.
Teoreticky lze výkonový zesilovač sestavit na klystronu podle obvodů UMZCH na lampách. Klystron je elektrovakuové zařízení, které má podobný design jako dioda, ale má dva další terminály, které slouží pro vstup a výstup signálu. Zesílení v tomto zařízení nastává díky modulaci toku elektronů emitovaných katodou směrem ke kolektoru (analogicky jako anoda), nejprve v rychlosti a poté v hustotě.
UMZCH na bipolárních tranzistorech
Bipolární tranzistor - syntéza dvou diod. Jedná se buď o prvek p-n-p nebo n-p-n s následujícími složkami:
- emitter;
- base;
- sběratel.
Rychlost a spolehlivost tranzistorů je obecně vyšší než u vakuových zařízení. Není žádným tajemstvím, že nejprve elektronické počítače fungovaly přesně na lampách, ale jakmile se objevily tranzistory, ty rychle nahradily své předpotopní konkurenty a úspěšně se používají dodnes.
Dále bude zvažován příklad použití n-p-n tranzistoru v obvodu výkonového zesilovače. Je důležité poznamenat, že elektrony (n) jsou o něco rychlejší než díry (p), respektive, výkon tranzistorů n-p-n a p-n-p se neliší ve prospěch posledně jmenovaných.
Další důležitou nuancí je, že bipolární tranzistory mají několik spínacích obvodů:
- Společný emitor (nejoblíbenější).
- Se společným základem.
- Se společným potrubím.
Všechny obvody mají různé parametry zesílení. Následující obvod UMZCH má připojení společného emitoru.
K sestavení jednoduchého zesilovače založeného na tranzistoru n-p-n je třeba připojit střídavé napětí k jeho bázi, kladný potenciál ke kolektoru a záporný potenciál k emitoru. A před základnou a před kolektorem a před emitorem by měly být instalovány omezující odpory. Zátěž je odstraněna mezi předřadníkem kolektoru a samotným kolektorem.
Stejně jako v případě elektrovakuatriodový zesilovač, pro zlepšení kvality zesílení v tomto obvodu můžete:
- nainstalujte dělič napětí a filtrační kondenzátor před základnu;
- nainstalujte kondenzátor a rezistor připojené paralelně k emitoru;
- zapněte filtrační kondenzátor k zátěži, abyste eliminovali šum a rušení.
Pokud jsou dva takové zesilovací stupně zapojeny do série, lze jejich zesílení vzájemně násobit. To samozřejmě výrazně komplikuje konstrukci zařízení, ale umožní to dosáhnout většího zesílení. Je pravda, že nebude fungovat propojovat tyto kaskády donekonečna: čím více jednotlivých zesilovačů je zapojeno do série, tím větší je šance, že přejdou do saturace.
Pokud tranzistor pracuje v saturačním režimu, pak nemůže být řeč o žádných zesilovacích vlastnostech. Můžete to ověřit pohledem na charakteristiku proud-napětí: pracovní bod tranzistoru je v horizontální části, pokud pracuje v saturačním režimu.
UMZCH FET
Dále bude ukázán obvod UMZCH na tranzistorech typu MOS (kov-oxid-polovodič - standardní struktura tranzistoru s efektem pole).
Struktura tranzistorů s efektem pole má jen málo společného s bipolárními tranzistory. Navíc jejich princip fungování není podobný principu fungování bipolárních analogů.
Polní tranzistory jsou řízeny elektrickým polem (bipolární - proudem). Neodebírají žádný proud a jsou odolné vůči gama záření, nazývané takéradioaktivní záření. Je nepravděpodobné, že by se tato skutečnost někdy mohla hodit hudebníkům, kteří chtějí postavit audio zesilovač, ale v průmyslu je tato vlastnost tranzistorů s efektem pole vysoce ceněna.
Jejich hlavní nevýhodou je, že špatně interagují se statickou elektřinou. Náboj tohoto druhu původu může vyřadit tranzistory tohoto typu. Jakýkoli neopatrný dotyk prstu na kontakt prvku může poškodit tranzistor.
Tyto vlastnosti je třeba vzít v úvahu při montáži výkonových zesilovačů na tyto elektronické součástky.
Jak sestavit obvod UMZCH na tranzistoru s efektem pole vlastníma rukama? Stačí se řídit dalšími pokyny.
Jednoduchý obvod UMZCH na tranzistoru s efektem pole lze sestavit pomocí tranzistoru s efektem pole s p-n-přechodem s kanálem typu n. Konstrukce je podobná jako při montáži zesilovače na bipolární tranzistor, pouze hradlo nahradilo základnu, kolektor - kolektor, emitor - zdroj.
UMZCH na operačním zesilovači
Operační zesilovač (dále OU) je elektronická součástka, která má dva vstupy - invertující (mění signál ve fázi o 180 stupňů) a neinvertující (nemění fázi signálu) - a také jeden výstup a dvojice kontaktů pro napájení. Má nízké nulové offset napětí a vstupní proudy. Tato jednotka má velmi vysoký zisk.
OU může fungovat ve dvou režimech:
- v režimu zesilovače;
- v režimugenerátor.
Aby operační zesilovač fungoval v zesilovacím režimu, je nutné k němu připojit obvod záporné zpětné vazby. Je to rezistor, který je připojen jedním výstupem k výstupu operačního zesilovače a druhým k invertujícímu vstupu.
Pokud stejný obvod připojíte k neinvertujícímu vstupu, získáte obvod s kladnou zpětnou vazbou a operační zesilovač začne pracovat jako generátor signálu.
Na operačním zesilovači je namontováno několik typů zesilovačů:
- Invertování - zesiluje signál a mění jeho fázi o 180 stupňů. Chcete-li získat invertující zesilovač na operačním zesilovači, musíte uzemnit neinvertující vstup operačního zesilovače a přivést signál na invertující, který je třeba zesílit. V tomto případě nesmíme zapomenout na obvod záporné zpětné vazby.
- Neinvertující - zesiluje signál bez změny jeho fáze. Chcete-li sestavit neinvertující zesilovač, musíte k operačnímu zesilovači připojit obvod záporné zpětné vazby, uzemnit invertující vstup a přivést signál na neinvertující kolík operačního zesilovače.
- Diferenciální - zesiluje rozdílové signály (signály, které se liší fází, ale jsou stejné v amplitudě a frekvenci). Chcete-li získat diferenciální zesilovač, musíte ke vstupům operačního zesilovače připojit omezovací odpory, nezapomeňte na obvod záporné zpětné vazby a na vstupní kontakty přiveďte dva signály: signál s kladnou polaritou musí být přiveden na neinvertující vstup, záporný signál na invertující.
- Měření - upravená verze diferenciálního zesilovače. Přístrojový zesilovač plní pouze stejnou funkci jako diferenciální zesilovačmá možnost upravit zesílení pomocí potenciometru spojujícího vstupy dvou operačních zesilovačů. Konstrukce takového zesilovače je mnohem složitější a zahrnuje ne jeden, ale tři operační zesilovače.
Jak náročná je práce s operačními zesilovači? Pro obvody operačních zesilovačů může být někdy obtížné najít vhodné součástky, jako jsou odpory a kondenzátory, protože je nutné pečlivé sladění prvků nejen ve jmenovitých hodnotách, ale také v materiálech.
UMZCH na integrovaných obvodech
Integrované obvody jsou zařízení speciálně navržená pro provádění konkrétního úkolu. V případě UMZCH jeden malý mikroobvod nahrazuje velkou kaskádu tranzistorů, operačních zesilovačů nebo vakuových zařízení.
V současné době jsou velmi oblíbené čipy TDA s různými sériovými čísly, jako je TDA7057Q nebo TDA2030. Na mikroobvodech je obrovské množství obvodů UMZCH.
Ve svém složení mají velké množství rezistorů, kondenzátorů a operačních zesilovačů, osazených ve velmi malém pouzdře, jehož velikost nepřesahuje 1 nebo 2 rublové mince.
Návrh UMZCH
Před nákupem potřebných dílů a leptáním vodičů na textolitovou desku je nutné ujasnit si hodnoty odporů a kondenzátorů a také vybrat požadované modely tranzistorů, operačních zesilovačů nebo integrovaných obvodů.
To lze provést na počítači pomocí speciálního softwaru, jako je NI Multisim. VTento program shromáždil velkou databázi elektronických součástek. S jeho pomocí můžete simulovat provoz jakýchkoli elektronických zařízení, a to i s ohledem na chyby, zkontrolovat funkčnost obvodů.
S pomocí takového softwaru je obzvláště vhodné testovat výkonné obvody UMZCH.
200W tranzistorový stereo zesilovač obvod
Schéma zvažovaná v této části je mnohem složitější než schéma popsaná výše. Ale jeho zesilovací vlastnosti jsou lepší než u konstrukcí založených na bipolárních tranzistorech s efektem pole, stejně jako operační zesilovače a integrované obvody, které již byly v článku citovány.
Tento produkt obsahuje následující položky:
- Rezistory.
- Kondenzátory (polární i nepolární).
- Diody.
- Zenerova dioda.
- Pojistky.
- Bipolární tranzistory typu N-p-n.
- P-n-p bipolární tranzistory.
- IGFET P-kanálu.
- FET izolovaná brána s n-kanálem.
Parametry tohoto výkonového zesilovače:
- Pjmenovitý výkon=200 W (na kanál).
- Uvýkon koncového stupně=50V (mírná odchylka povolena).
- Izbytek výstupního stupně=200 mA.
- Izbytek jednoho výstupního tranzistoru=50 mA.
- Ucitlivost=0,75 V.
Všechny hlavní části tohoto zařízení (transformátor, systémchlazení v podobě radiátorů a samotné desky) jsou umístěny na eloxovaném šasi z duralového plechu, jehož tloušťka je 5 mm. Přední panel zařízení a knoflíky pro ovládání hlasitosti jsou vyrobeny ze stejného materiálu.
Transformátor se dvěma vinutími 35 V lze zakoupit již hotový. Je žádoucí zvolit jádro toroidního tvaru (jeho výkon byl ověřen v tomto obvodu) a výkon by měl být 300 W.
Napájecí zdroj pro obvod bude také muset být sestaven nezávisle podle napájecího obvodu UMZCH. K jeho konstrukci budete potřebovat pojistku, transformátor, diodový můstek a také čtyři polární kondenzátory.
Napájecí obvod UMZCH je uveden ve stejné části.
Tři jednoduché pravdy, které je třeba mít na paměti při sestavování jakéhokoli elektrického obvodu:
- Ujistěte se, že dodržujete polaritu polárních kondenzátorů. Pokud si spletete plus a mínus v malém zesilovacím obvodu, tak se nestane nic hrozného, obvod UMZCH prostě nebude fungovat, ale právě kvůli tak nevýznamné, na první pohled, chybě spadly rakety s vybavením a posádkou na palubě.
- Dbejte na polaritu diod: je také zakázáno zaměňovat katodu s anodou. Pro zenerovu diodu je toto pravidlo také relevantní.
- Hlavní věc je, že musíte pájet díly pouze tam, kde je na schématu kontaktní bod. Většina vadných elektrických obvodů nefunguje přesně, protože instalátor díly nepřipájel nebo je připájel tam, kde nebyly potřeba.
Je toto schéma zahrnuto v jednom z nejlepších schémat UMZCH? Možná. To vše závisí napřání spotřebitele.
Sukhovovo schéma
Pokud lze předchozí obvod zesilovače sestavit samostatně, protože obsahuje relativně málo prvků, je lepší nemontovat obvod zesilovače Sukhov ručně. Proč? Vzhledem k obrovskému množství prvků a spojení existuje velká šance na chybu, kvůli které bude muset být veškeré významné množství práce předěláno.
Ve skutečnosti je nesprávné nazývat schéma uvedené v této sekci Sukhovovo schéma. Jedná se o high-fidelity UMZCH modelu VVS-2011 (schéma UMZCH tohoto typu je uvedena v této části). Ve svém složení neobsahuje tranzistory s efektem pole, ale obsahuje:
- Zenerovy diody.
- Nelineární rezistory.
- Běžné rezistory.
- Polární a nepolární kondenzátory.
- Diody.
- Bipolární tranzistory obou typů.
- OpAmps.
- Throttle.
Možnosti tohoto zařazení:
- P=150W při Rzátěž=8 ohmů.
- Linearita: 0,0002 až 0,0003 % při 20 kHz, P=100W a Rzátěž=4 ohmy.
- Podpora pro konstantní U=0 V.
- Dostupná kompenzace odporu AC vodiče.
- Přítomnost proudové ochrany.
- Přítomnost ochrany obvodu UMZCH před Uexit=konst.
- Dostupnost měkkého startu.
Tento obvod je sestaven v průmyslovém měřítku a vejde se na malou desku. Rozložení vodičů a umístění prvků lze nalézt na internetu,kde jsou tyto materiály volně dostupné.
Schémata série Suchov jsou jedním z nejlepších schémat UMZCH.
Výsledek
Zesilovač zvukového výkonu je velmi oblíbené zařízení mezi profesionálními hudebníky i běžnými milovníky hudby. UMZCH se provádějí jak na bázi vakuových zařízení a tranzistorů, tak na bázi operačních zesilovačů, integrovaných obvodů.
Taková zařízení lze zakoupit ve specializovaných prodejnách nebo si je můžete vyrobit sami. Z hlediska ceny jsou nejdražší elektronkové zesilovače a nejlevnější integrované obvody.
Elektronkové obvody UMZCH mají vyšší kvalitu zesílení než integrované nebo tranzistorové obvody UMZCH. Z tohoto důvodu jsou lidé připraveni koupit taková zařízení za 50 000 ₽, za 100 000 ₽ a za 450 000 ₽.
Při sestavování zesilovačů sami pamatujte na následující pravidla:
- Je přísně zakázáno zaměňovat polaritu diod, zenerových diod a jiných zařízení s anodou a katodou, stejně jako polárních kondenzátorů. To je plné skutečnosti, že obvod UMZCH sestavený jako výsledek nebude fungovat.
- Při sestavování obvodu je třeba připájet části, kde je na výkrese bod kontaktu. Zní to jako jasné pravidlo. To je pravda, ale mnoho instalátorů na to zapomíná.
Pokud použijete všechna výše uvedená doporučení, můžete si sami sestavit dobrý zesilovač zvukového výkonu podle obvodu UMZCH na tranzistorech nebo jiných prvcích.
