Итак, начинаем строительство нашего конструктора. Первым блоком будет усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Этот блок предназначен для работы на динамический громкоговоритель или наушники.
Каковы требования к нему? Они зависят от вас. Если вы предполагаете использовать динамик, то выходная мощность должна быть около 500 мВт. Если же вы используете только наушники - то достаточно и 100 мВт. Чувствительность усилителя должна быть около 50 мВ (при этом развивается максимальная выходная мощность). Так как этот блок можно будет использовать и для АМ и для ФМ и для SSB, то его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) должна быть равномерна до 10 кГц. Если вы собираетесь делать связной приемник, то там полоса уже - до 5 кГц (имеется в виду УМЗЧ).
Напряжение питания от 9 до 12 В. Предполагается что питание будет осуществляться от сетевого источника (для усилителя с динамиком) или от батареи (аккумуляторов) для усилителя с наушниками. В качестве сетевого блока питания не желательно использовать импульсный, так как он обладает бОльшим уровнем помех. Лучше какой-либо старый, тяжелый блок питания на 12 В и ток 0,5 - 1А.
Теперь о схемах. Для начала на транзисторах. В этом случае они бывают однотактными и двухтактными. Однотактные проще, но работают в режиме (классе) А, т.е. потребляют большой ток (порядка 100 мА), и имеют малый КПД (порядка 20%), то есть на 1 Вт максимальной выходной мощности выходные транзисторы должны рассеивать 4 Вт тепла.
Режим А — такой режим работы усилительного элемента транзистора, в котором при любых допустимых мгновенных значениях входного сигнала (тока) ток, протекающий через усилительный элемент, не прерывается. Усилительный элемент не входит в режим отсечки, не отключается от нагрузки, поэтому форма тока через нагрузку более или менее точно повторяет входной сигнал.
В режиме B усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные, либо только отрицательные входные сигналы. При усилении гармонических сигналов угол проводимости равен 180° или незначительно превосходит эту величину, и для полного усиления гармонического сигнала нужно два усилительных элемента.
Хотя теоретически усилитель класса В должен иметь КПД более 70%, но реально он редко превышает 40-45%, что в два раза выше. чем у усилителя класса А. Это происходит из-за того, что в усилителях класса А ток покоя должен составлять больше половины максимального тока, а в усилителя класса В этот ток в десятки раз меньше. Но за высокий КПД приходится платить более сложной схемой.
Теперь схемы. Вот усилитель класса А.
Схема простая. Два транзистора VT1 и VT2 работают в усилителе напряжения по схеме "двойка с непосредственными связями". Резистор R2 осуществляет ООС по постоянному току, и с помощью подбора его сопротивления устанавливают на коллекторе VT2 напряжение, равное примерно 0,6 Uпит. На транзисторе VT3 собран усилитель мощности, работающий в классе А с начальным током 100-120 мА. С помощью резистора R5 устанавливают на коллекторе VT3 напряжение, равное половине напряжения питания. Каскад охвачен ООС по постоянному и переменному току. Мощность рассеивания R6 - 2Вт. Транзистор VT3 нужно установить на небольшой радиатор, в качестве которого можно использовать отрезок алюминиевого уголка или П-образного профиля.
Теперь о выборе транзисторов. VT1 и VT2 - практически любые n-p-n транзисторы малой мощности, например наши КТ315 или 3102. Причем транзистор с бОльшим усилением по постоянному току ставят первым. В качестве транзистора VT3 - любой n-p-n транзистор большой или средней мощности, например КТ815, КТ817, КТ604БМ или импортный типа 13003 (используются в импульсных блоках питания). Проще использовать транзисторы в корпусе ТО-126 или подобным.
Следует помнить, что у таких транзисторов вывод коллектора будет соединяться с радиатором. Поэтому его нужно крепить к радиатору через изолирующую прокладку или сделать так, чтобы радиатор не имел контакта с общим проводом.
Теперь возникает вопрос об определении коэффициента усиления транзистора. Если у вас есть тестер или мультиметр с пределом измерения 2 - 3 мА, то проблем нет. Еще хотелось бы иметь панельку для микросхем или другой многоконтактный разъем с нагом 2,5мм.
Схема этой приставки к мультиметром совсем проста.
На рис. 3 схема для n-p-n транзисторов, чтобы работать с p-n-p транзисторами нужно поменять полярность питания и полярность включения измерительного прибора. Эта простейшая приставка позволяет сравнить коэффициенты усиления транзисторов, но не их абсолютную величину. Чтобы точно измерить коэффициент усиления транзистора по постоянному току, нужно точно знать ток базы транзистора. Коэффициент усиления hкэ = Iк/Iб. Так, если установить ток базы 10 мкА, то на пределе измерения тестера 2 мА, можно измерять hкэ до 200, а на пределе 20 мА - до 2000. А у нас какой ток базы? (Uпит - 0,7В)/R1, где 0,7В - падение напряжения на переходе база - эмиттер. Так при Uпит = 9В у нас получится (9 - 0,7)/510 = 0,016 мА = 16 мкА. Теперь, если вы хотите получить точный коэффициент усиления, разделите полученный ток коллектора на ток базы.
Теперь к практике.
Будем считать, что условны коэффициент усиления 210, а точный - 2,1/0,016= 131.
У другого транзистора коэффициент усиления меньше (условный - 168, точный - 105). Теперь я сно, какой транзистор ставить первым, а какой - вторым. Затем я взял транзистор КТ3102.
Вот это усиление! 776 (485) - для КТ3107 это не предел. Вот его можно поставить на первое место в усилителе.
При измерении коэффициента усиления транзисторов средней и большой мощности сопротивление резистора нужно уменьшить до 20 кОм.
Конечно, эта простейшая приставка имеет и недостатки. Нужно менять полярность батареи и прибора при изменении структуры транзистора. И еще знать нужно цоколевку транзистора (где какой вывод). А если на транзисторе не написана его "фамилия", а на корпусе стоят цветные точки или какая-то буква и цифра? Здесь поможет недорогой прибор с Али - LCR-T4, который сам все определит. Кроме параметров биполярных и полевых транзисторов он меряет емкость конденсаторов, их ESR, индуктивность катушек и их активное сопротивление, сопротивление резисторов.
Я таким прибором пользуюсь уже пару лет и вы его видели в моих статьях.
Теперь о двухтактном усилителе для наушников. Для него потребуется подобрать пару транзисторов с разной проводимостью и как можно более одинаковыми коэффициентами усиления.
Первый каскад на транзисторе VT1 - усилитель напряжения, охваченный ООС по постоянному току (резистор R3 в эмиттерной цепи). Транзистор VT2 также является усилителем напряжения для «раскачки» комплементарной пары выходных транзисторов VТ3 и VТ4. Диоды VD1, VD2 обеспечивают смещение базовых переходов выходных транзисторов. Резистор R4 осуществляет ООС по постоянному току и удерживает напряжение средней точки (точка соединения выходных транзисторов и конденсатора С5).
В качестве транзисторов VT1, VT2, VT3 можно использовать КТ315 или другие n-p-n транзисторы, а в качестве VT4 - КТ361 или другие p-n-p транзисторы. Диоды - любые кремниевые, например, типа КД522, 1007 и т.д. Выходные транзисторы должны иметь близкий коэффициент усиления.
Налаживание заключается в подборе R4 так, чтобы в средней точке напряжение было равно половине напряжения питания, подбором R5 устанавливают ток коллектора VT3 5-7 мА. Выходная мощность - около 100 мВт.
Более мощный усилитель мощностью около 500 мВт с возможностью работы на динамик приведен на следующем рисунке.
Схема похожа на предыдущую, только добавился еще один каскад усиления мощности на транзисторах VT4, VT5 такого же типа, как выходной транзистор усилителя класса А. Напряжение в средней точке устанавливается резистором R3, а коллекторный ток транзистора VT4 15-20 мА - резистором R5. Выходные транзисторы можно установить на радиаторы, как и в усилителе класса А.
Об УНЧ на специализированных микросхемах - в следующей статье.
Всем здоровья и успехов!