Транзисторный усилитель класса а своими руками / хабр

Технические характеристики [ править ]

Точные рабочие характеристики зависят от производителя и даты; до перехода на эпитаксиальную базовую версию в середине 1970-х годов f _T могла составлять, например, всего 0,8 МГц.

производитель	Дата	V _{генеральный директор}	V _CBO	V _CER (100 Ом)	I _C	I _B	P _D @ T _C = 25 град.	h _fe (импульсный тест)	f _T
RCA	1967	60 В _{генеральный директор (вус)}	100 В _CBO	70 В _{CER (Sus)}	15А	7А	115 Вт	20-70 (при I _C = 4А в _{импульсном режиме} )	не дано
ON-Semiconductor	2005	60 В _{генеральный директор}	100 В _CBO	70 В _CER	15А (непрерывный)	7А	115 Вт	20-70 (при I _C = 4A)	2,5 МГц

Упакованный в корпус типа TO-3 , это силовой транзистор на 15 А , 60 В (или более, см. Ниже), 115 Вт с (усиление прямого тока) от 20 до 70 при токе коллектора 4 А (это может быть от 100 до 200 при тестировании с помощью мультиметра ). часто составляет около 3,0 МГц, а для 2N3055A типично 6 МГц; на этой частоте расчетное усиление по току (бета) падает до 1, указывая на то, что транзистор больше не может обеспечивать полезное усиление в конфигурации с обычным эмиттером . Частота, при которой усиление начинает падать, может быть намного ниже, см. Ниже.

Транзистор 2Н3055 внутреннее устройство.

Максимальные оценки

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером для 2N3055, как и для других транзисторов, зависит от пути сопротивления, который внешняя цепь обеспечивает между базой и эмиттером транзистора; при 100 Ом номинальное напряжение пробоя 70 В, V _CER , и поддерживающее напряжение коллектор-эмиттер, V _{CEO (sus)} , предоставлено ON Semiconductor. Иногда напряжение пробоя _CBO 100 В (максимальное напряжение между коллектором и базой при открытом эмиттере, нереалистичное расположение в практических схемах) указывается как единственное номинальное напряжение, которое может вызвать путаницу. Производители редко указывают номинальное напряжение V _CES для 2N3055.

Общая потребляемая мощность (P написана D в большинстве американских справочных данных, P карапуз в европейских) зависит от радиатора , к которому подключен 2N3055. С «бесконечным» радиатором, то есть: когда температура корпуса определенно составляет 25 градусов, номинальная мощность составляет около 115 Вт (некоторые производители указывают 117 Вт), но для большинства приложений (и, конечно, при высокой температуре окружающей среды) ожидается значительно более низкая номинальная мощность согласно графику снижения мощности производителя

Устройство разработано для работы с эффективным радиатором, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы правильно установить устройство иначе это может привести к физическому повреждению или ухудшению энергопотребления, особенно с корпусами или радиаторами, которые не идеально плоский

Частота перехода, f _T

Руководство по RCA-транзисторам 1967 года, SC-13, не упоминает никаких измерений высокочастотных характеристик 2N3055; в руководстве SC-15 1971 года была указана частота перехода f _T не менее 800 кГц (при I _C = 1 A) и f _hfe (частота, при которой усиление тока слабого сигнала падает на 3 дБ). указано при 1А как минимум 10 кГц. Другие производители примерно в это время также указали бы аналогичные значения (например, в 1973 году Philips дал f _T > 0,8 МГц и f _hfe > 15 кГц для своего устройства 2N3055).

К 1977 году RCA изменили свою спецификацию, чтобы дать 2,5 для минимальной величины усиления слабого сигнала при f = 1 МГц, по существу давая минимальное значение f _T 2,5 МГц (и 4 МГц для их MJ2955). Современные таблицы данных 2N3055 часто, но не всегда, указывают f _T равным 2,5 МГц (минимум), потому что со временем были внесены некоторые улучшения (особенно переход на эпитаксиальный производственный процесс). Тем не менее, нельзя предполагать, что 2N3055 (и многие другие силовые транзисторы того времени) обладают хорошими высокочастотными характеристиками, и даже в пределах диапазона звуковых частот может наблюдаться ухудшение фазового сдвига и усиления без обратной связи. Современные преемники 2N3055 могут быть гораздо более подходящими в схемах с быстрым переключением или высококачественных усилителях мощности звука.

Возвращаемся к подделкам

Транзистор 2N3055 конструктивно в корпусе ТО- 3 при температуре окр. среды плюс двадцать пять градусов способен рассеивать мощность равную 115W (Total Dissipation). Но не в моем случае. Эксперименты показали, что поддельные транзисторы благополучно выходили из строя с характерным щелчком при превышении тока коллектора на 3,5 Ампер, напряжении 12 Вольт и мощностью 42 Ватта.

Решил вскрыть корпуса поддельных транзисторов:

На фотографиях видно отсутствие медной подложки под кристаллом транзистора, сам кристалл припаян к стальному корпусу ТО — 3, следовательно кристалл транзистора плохо будет передавать тепло из — за стального основания. Малое сечение токоведущего провода эмиттера не способно передать ток 15Ампер.

На форумах люди писали предположения, что именно из — за отсутствия медной подложки они выходят из строя. Решил проверить данные предположения, выпаял кристалл из корпуса ТО — 3 и припаял кристалл на корпус(медную подложку) ТО — 220, провел заново испытания с теми же условия, которые были ранее, транзистор отказался работать с током коллектора 3,5 Ампера и выходил из строя. Предположения людей — форумчан оказались не действительны. Скорее всего в поддельных транзисторах распаяны кристаллы от транзисторов TIP31 у которых, как раз максимальный ток коллектора равен 3 Амперам, а мощность 40 Ваттам.

Вот такой интересный эксперимент. Радиолюбители будьте внимательны и не попадайтесь на подделки.

Полупроводниковое начало радио

Исследованиями порошков и смесей материалов, изменяющих сопротивление под воздействием на них
напряжения, ученые и изобретатели
начали заниматься еще в середине
XVIII века . В 1833 г. шведский
физик М. С. Мунк (1804-1860) сконструировал стеклянную трубку с двумя
выводами, в которую помещал порошки угля, олова, сульфида ртути.
Заряженную лейденскую банку Мунк
разряжал через эту трубку на
собственное тело и так физиологически “на себе” проверял электропроводимость порошков. Мунк определил,
что после встряхивания сопротивление порошка в колбе восстанавливалось. В 1866 г. трубку, заполненную
угольным порошком в смеси с изолирующим веществом, применили
братья Варлей в Англии для молниезащиты телеграфных линий.

Начиная с 1890 г. французский физик Э. Бранли (1844-1940) стал экспериментировать с эбонитовой и стеклянной трубками, заполняя их опилками
меди, железа, цинка, алюминия и др. На
слегка удлиненные выводы проводов из
трубки и включенного последовательно
с ней чувствительного стрелочного
индикатора Бранли принимал искровые
разряды от электризационной машины
или вырабатывающей ЭДС самоиндукции катушки немца Г. Румкорфа (1803-
1877). В 1894 г. английский физик
О. Лодж (1851-1940) назвал “трубку
Бранли” когерером (от лат. cohaerere —
сцепляться). Открытый учеными механизм сцепления опилок, улучшения их
электропроводимости под воздействием электромагнитных колебаний
(ЭМК) не нашел удовлетворительного
объяснения до сих пор.

В изобретенном в конце XIX века
радиоприемном устройстве когерер
обнаруживал слабые импульсно-модулированные сигналы ВЧ. Альтернативы
ему не было. Имевшие отношение к
радиотелеграфии европейские и американские ученые и инженеры вынужденно
мирились с недостатками когерера
(необходимостью “трясти” его после
прохождения каждого импульса).
Никому из “светлых умов” физики и
электротехники в то время не приходило
в голову предложить что-нибудь лучшее.

Amplifier Class

Basically, the entire configuration is a symmetrical class A amplifier incorporating an input filter stage, an intermediate driver stage and a powerful symmetrical output stage consisting of the versatile 2N3055 power transistors. The circuit efficiently drives a 100 watt 4 Ohms speaker with inputs derived from any audio source like a cell phone or DVD player etc.

Before you learn how to build this interesting and useful 100 watt amplifier circuit using 2N3055 transistors, a prior understanding of the involved circuit configuration would be very handy, let’s begin the explanation with the following points:

Принцип работы усилителя

Усилитель работает следующим образом: входной сигнал подается на базу транзистора T1, а отрицательная обратная связь с выхода, ослабленная делителем напряжения R5 / R6, подается на эмиттер T1. Коллекторный ток T1, который пропорционален разнице между входным сигналом и сигналом обратной связи, подается на базу T2. Этот транзистор пропускает рабочий ток через R8 и R9 и обеспечивает усиление по напряжению.

Конденсатор C6 — это бутстрепный конденсатор, который поддерживает напряжение на резисторе R9 почти постоянным, так что ток через R9 не зависит от уровня выходного сигнала усилителя в звуковом диапазоне. Транзисторы T4 – T7 образуют квазикомплементарный двухтактный выходной каскад.

В начале 1960-х годов просто не было доступного PNP-транзистора, который бы действительно дополнял бы 2N3055. Разработчики придумали гениальный способ обойти эту проблему, который заключался в использовании дополнительной пары Дарлингтона, состоящей из транзистора драйвера PNP и транзистора питания NPN.

Принципиальная схема ясно показывает, что подразумевается под квазикомплементарным двухтактным выходным каскадом. Диод D1 (1N4007)обеспечивает сбалансированное смещение для выходного каскада, что помогает уменьшить искажения. Рабочая точка выходного каскада устанавливается и стабилизируется транзистором T3, который по этой причине должен быть термически связан с выходными транзисторами.

Усилитель питается от единственного источника питания с напряжением примерно 65 В, что тоже «типично для шестидесятых». Конденсатор C1 емкостью 4700 мкФ передает сигнал с выходного каскада на нагрузку и обеспечивает некоторую защиту динамика в случае отказа одного из транзисторов.

Усилитель не имеет ограничения выходного тока

Хотя это не критический недостаток, рекомендуется соблюдать определенную осторожность. Единственная защита в этом отношении обеспечивается плавким предохранителем на 1,6 А по линии питания, который предназначен для ограничения повреждений, если что-то пойдет не так

Источник питания состоит из трансформатора, мостового выпрямителя, четырех небольших конденсаторов и электролитического конденсатора емкостью 4700 мкФ. Этого достаточно для питания двухканального стереоусилителя. Светодиод является индикатором включения питания и предназначен для установки на передней панели.

Сборка схемы очень проста. Транзисторы T3, T4 и T5 должны быть оснащены радиаторами, подходящими для корпуса TO126, и иметь тепловое сопротивление менее 20 K/W. Транзисторы T2, T6 и T7 должны быть установлены на одном радиаторе с тепловым сопротивлением не более 2 кОм с использованием изоляционных шайб и термопасты. В конце статьи приведена ссылка на рисунок печатной платы усилителя и блока питания.

Инвертор 12 В/ 220 В
Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…

Подробнее

Перед подачей питания на схему в первый раз установите P2 на максимальное значение, временно замените предохранитель резистором 47 Ом с номинальной мощностью 5 Вт и подключите вольтметр к R17. Затем включите питание. Вольтметр должен показывать 0 В.

Теперь осторожно крутите P2, пока вольтметр не покажет 15 мВ, что соответствует току покоя 50 мА. Затем выключите питание и установите предохранитель вместо силового резистора

После этого еще раз проверьте напряжение на R17 (при включенном питании) и при необходимости отрегулируйте его до 15 мВ.

Это дешевый и неприхотливый усилитель звука. Тем не менее, качество звука у этого усилителя достойное. Уровень искажений не дает оснований для претензий. Конечно, это не цифра с невероятным количеством нулей после десятичной точки, но идея здесь состоит в том, чтобы освежить в памяти технологии шестидесятых.

Скачать рисунок печатной платы (81,0 KiB, скачано: 881)

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Конденсатор цепи обратной связи.

На многих форумах многие повторившие усилитель JLH писали о весьма заметном улучшении качества звучания при удалении электролитического конденсатора в цепи обратной связи (С4).

К такой модификации следует относиться ОЧЕНЬ ОСТОРОЖНО!!! При удалении конденсатора глубина общей ООС по постоянному току существенно уменьшается (против 100% при наличии конденсатора в цепи), в результате чего повышается дрейф выходного напряжения. Тим провел необходимые эксперименты и вот что получилось. Снизить дрейф при нагреве усилителя можно путём оптимального размещения транзисторов входного каскада (Q4, Q5, Q6)

Их требуется разместить как можно ближе друг к другу, в идеале — прижать друг к другу. Во-вторых, в первый источник тока можно ввести ещё одну регулировку (VR3):

Снизить дрейф при нагреве усилителя можно путём оптимального размещения транзисторов входного каскада (Q4, Q5, Q6). Их требуется разместить как можно ближе друг к другу, в идеале — прижать друг к другу. Во-вторых, в первый источник тока можно ввести ещё одну регулировку (VR3):

Тим провел необходимые эксперименты и вот что получилось. Снизить дрейф при нагреве усилителя можно путём оптимального размещения транзисторов входного каскада (Q4, Q5, Q6). Их требуется разместить как можно ближе друг к другу, в идеале — прижать друг к другу. Во-вторых, в первый источник тока можно ввести ещё одну регулировку (VR3):

Увеличение по клику

Этим резистором минимизируется дрейф постоянного напряжения на выходе усилителя при прогреве. Причём сделать это придётся несколько раз! Путём тщательной регулировки Тиму удалось добиться смещения на выходе порядка 50 мВ.

Мы в редакции «РадиоГазеты» тоже на макете пытались избавиться от конденсатора в цепи обратной связи, но как бы ни старались, в нашем варианте дрейф напряжения на выходе усилителя при прогреве достигал 800 мВ, что является довольно опасной величиной. В любом случае при двухполярном питании (и как следствие отсутствии разделительного конденсатора на выходе) для собственного спокойствия следует использовать систему защиты акустических систем.

Возможно, у Тима были радиаторы более внушительных размеров или другая компоновка элементов, хотя наш макет был без корпуса и охлаждение было довольно эффективное. Тем не менее, по нашим результатам мы категорически не рекомендуем избавлять от этого конденсатора.

Конечно, можно для стабилизации выходного напряжения использовать интегратор. Но многим такое решение не нравится в плане звука. Хотя как показывает практика, чаще всего все претензии к интегратору имеют корни от «кривых» рук. Его просто надо уметь готовить, не забывая, что это апериодическая цепь второго порядка. Но это тема для отдельного разговора. Сейчас не об этом.

Удаление конденсатора из цепи обратной связи также повышает уровень фона. Помним, что усилитель однотактный! Фон становится особенно заметен при использовании высокочувствительной акустики и нестабилизированного блока питания. Без конденсатора усилитель становится очень чувствителен к качеству питающего напряжения!!!

Существенно снизить уровень фона при использовании нестабилизированного блока питания даже при наличии конденсатора в цепи обратной связи можно путём введения дополнительного конденсатора в источник тока первого каскада как показано на рисунке:

— Envirementalb

Эта статья посвящена схеме однотранзисторного усилителя. Аудиоусилитель — это устройство, которое умножает амплитуду приложенного входного сигнала до уровня, который может быть намного выше, чем входной сигнал. Ввод предоставляется в виде аудио или музыки. Усилители подразделяются на классы, такие как класс A, класс B, класс AB, класс C и класс D. Здесь мы собираемся обсудить первый тип усилителя, то есть усилитель класса A, а также узнать, как построить схему усилителя на одном транзисторе. класс А.

Усилители, как правило, очень эффективны, потому что они работают только при наличии входного сигнала и только усиливают входной сигнал. Однотранзисторные усилители представляют собой очень маломощный усилитель тестостерона ципионата для продажи и потребляют очень мало энергии, даже от одной батареи с низким ампером можно использовать для его работы в течение многих часов.

Мы хотим прояснить, что эти типы усилителей очень просты в сборке, но качество схемы мини-усилителя не очень хорошее.

Однотранзисторные усилители, также известные как усилители с общим эмиттером , широко используются из-за очень простой схемы. Простой однотранзисторный усилитель значительно усиливает входной и выходной аудиосигналы.

Компоненты, необходимые для однотранзисторной схемы усилителя

Транзистор 1 любой тип NPN
Резистор 4,7 кОм
Динамик 3 Вт 4 Ом
конденсатор 10мкФ 16в

Расчеты

VOUT = R2 * R1 + R2 * VIN

Re-Arrange Formula

R1 = R2 (VIN * VOUT-1)

ЗДЕСЬ. это R2, что составляет 8 Ом, Вольт на входе (VIN) составляет 5 В, а Vout составляет 2,83 В. Чередуем значения и получаем:

R1 = 8(52,83 − 1)

Схема усилителя на 12 вольт с использованием одного транзистора

Приведенная ниже принципиальная схема идеальна для 12 вольт. Качество и мощность этой схемы намного лучше, чем схема, приведенная выше для 4 вольт. Таким образом, вы можете заменить динамики тестостерона ундеканоата 250, а также резисторы в соответствии с формулой.

Схема усилителя 12 вольт

Ниже приведена принципиальная схема усилителя на одном транзисторе 12 вольт.

9-вольтовая принципиальная схема amplifire

Приведенная ниже принципиальная схема представляет собой расчетную форму однотранзисторного усилителя для 9-вольтовой батареи. Это также маломощный и низкопотребляющий усилитель энергии.

Стереоусилитель звука 5 Вт Схема с TEA 2025 IC
Маломощный аудиоусилитель на микросхеме LM 386
Схема усилителя IC 4440
Схема аудиоусилителя LM386
Двухтранзисторный усилитель
Только одна схема транзисторного усилителя

Результаты.

Я всё же предпочитаю принимать во внимание результаты измерений (особенно спектров), нежели полагаться на субъективные особенности слухового восприятия экспертов, участвующих в тестах и прослушивании усилителя. Проведенные измерения показали искажения усилителя менее 0,1% на границе клиппирования

При уменьшении выходной мощности искажения уменьшались вплоть до полного маскирования шумами измерительной аппаратуры. В спектре искажений доминирует вторая гармоника. Подобные результаты служат для меня более чем убедительными доказательствами высокого качества усилителя, лучше мнения самого «ушастого» эксперта

Проведенные измерения показали искажения усилителя менее 0,1% на границе клиппирования. При уменьшении выходной мощности искажения уменьшались вплоть до полного маскирования шумами измерительной аппаратуры. В спектре искажений доминирует вторая гармоника. Подобные результаты служат для меня более чем убедительными доказательствами высокого качества усилителя, лучше мнения самого «ушастого» эксперта.

А если учесть высокую стабильность схемы при испытании меандром, отсутствие переходных процессов и выбросов на прямоугольных импульсах при любой реактивной нагрузке без цепей высокочастотной коррекции, то «слуховые тесты» кажутся абсолютно лишними.

Последним доводом «за» повторение этой конструкции должен послужить для вас тот факт, что при практически идентичном звучании с высококачественными и дорогими ламповыми усилителями данный усилитель отличается простотой, доступностью и низкой стоимостью используемой элементной базы. Затраты на его сборку составляют лишь десятую часть от стоимости элементов для хорошего лампового усилителя.

В своих статьях Джон Линсли Худ постоянно сравнивает свой транзисторный усилитель класса «А» с ламповым усилителем Williamson. Для него он является эталоном звучания и эталоном в ламповой схемотехнике. Чтобы было понятно, о чём идёт речь: это ламповый двухтактный усилитель, охваченный цепью общей отрицательной обратной связи, с кенотронным блоком питания. Выходные лампы KT-66 по конструкции и характеристикам были относительно революционны для своего времени. На рисунке представлена принципиальная схема усилителя:

Продолжение следует…

Простой аудиоусилитель на транзисторах

\$\начало группы\$

Я хотел бы собрать простой аудиоусилитель на транзисторах. Я знаю, что есть конструкции ИС специально для этой задачи. Но я хочу использовать транзисторы, чтобы научиться использовать их для усиления.

Как мне спроектировать аудиоусилитель только из отдельных компонентов?

аудио
транзисторы
усилитель

\$\конечная группа\$

Если вам нужно что-то простое для начала, вы можете собрать этот усилитель класса А:

(с этого отличного сайта).
\$R_E\$ стабилизирует настройку постоянного тока, обходной конденсатор \$C_E\$ необходим, чтобы сигнал переменного тока мог изменять выходной сигнал, иначе \$R_E\$ будет пытаться поддерживать постоянный выходной сигнал. Усилитель класса А не очень эффективен. Через него всегда будет протекать ток, чтобы поддерживать выход на уровне Vcc/2.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В популярной книге «Искусство электроники» есть хороший пример транзисторного усилителя.

\$\начало группы\$

Если вы просто хотите собрать транзисторный усилитель, начните с книг TAB или книг для экспериментаторов Форреста Мимса (обычно их можно приобрести в магазине Radio Shack).

Изучение того, как ПРОЕКТИРОВАТЬ его для конкретного приложения и делать это правильно, — это другой вопрос. Это требует СЕРЬЕЗНОГО изучения.

Ради интереса, в техническом описании звукового чипа TI SN76477 от Radio Shack есть очень простой двухтактный усилитель на транзисторах с комплементарной симметрией. Они называют номера деталей Radio Shack для транзисторов, но вы можете заменить их на 2N39.04 (NPN) и 2N3906 (PNP) без изменений других компонентов.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я не помню, используются ли в нем транзисторы, но я уверен, что превосходное руководство по вкладкам Рэнди Слоана для понимания электричества и электроники содержит усилитель начального уровня.

Что будет, если увеличить напряжение питания усилителя JLH1969?

Увеличим напряжение питания до 30 Вольт и ток покоя до 2.4А.

Стало заметно, что третьей гармоники практически нет и осталась только 2-ая гармоника

Но если обратить внимание на потребления нашего усилителя, то мы видим цифру в 73 Вт. И это только один канал нашего усилителя. Если же их два, потребление составляет 146 Вт

На наш взгляд, такое потребление уже слишком большое и такие напряжения и токи нецелесообразны.

А если уменьшить ток покоя до 1.3А? Мы видим потребление 26 Вт и также небольшие гармонические искажения. Такое питание (27-30В) используется при нагрузке 8Ом.

Мы используем питание усилителя в 19 Вольт потому, что наша нагрузка равна 4Ом и в нашем усилителе не будет применяться стабилизатор питания. То есть, если в розетке 220 Вольт, то на выходе у нас 19 Вольт.

Как известно, в наших розетках питание колеблется, и в идеальном варианте этот диапазон равен 210- 230В. Поэтому, при понижении напряжения питание равно 18 Вольт, а при повышении будет 20 Вольт. Следовательно, мы выставили среднее значение, учитывая напряжение в розетке. При использовании импульсного блока питания или стабилизатора напряжения вы сможете выставить питание 18 Вольт для 4Ом и 27 Вольт для 8Ом.

Влияние входного и выходного конденсаторов на АЧХ нашего усилителя

Замеряем АЧХ нашей платы. На входе: конденсатор 1 мкФ, на выходе: 2200 мкФ.

Если посмотреть график внизу, на АЧХ (частотную характеристику) нашего усилителя, то можно заметить завал на низких частотах, начиная от 100 Гц и ниже. А также небольшой завал на высоких частотах (от 10 кГц и выше). По высоким частотам этот завал совсем незначительный, поэтому мы его трогать не будем. А вот низких частот нужно немного добавить.

Часто начинающие пользователи методом научного тыка добавляют конденсаторы в усилитель. Иногда им везет, а иногда нет.

Для начала обратим внимание на рекомендации автора:

На нашей собранной плате выходной конденсатор имеет ёмкость 2200 мкФ, входной — 1 мкФ. Нагрузка у нас 4 Ом. На схеме Худа входной конденсатор — 0.5 мкФ, а выходной — 5000 мкФ. Частенько любители увеличивают входной конденсатор для выравнивания АЧХ. Но на самом деле нужно увеличить ёмкость выходного.