Усилитель мощности на транзисторах-принцип работы

Схема и принцип работы усилителя мощности на транзисторах

Конструкция транзисторного усилителя НЧ (низких частот) предполагает наличие нескольких усилительных транзисторных каскадов (минимум 2-3). При этом есть один выходной (последний в цепочке) и один или несколько предварительных каскадов. Предварительные каскады обеспечивают увеличение напряжения звуковых частот до того уровня, который требуется для нормального функционирования выходного каскада. На нижеприведённом рисунке можно увидеть, как выглядит простейшая схема транзисторного усилителя с двумя каскадами.

Рис.1: Схема двухкаскадного транзисторного усилителя

Сами транзисторы подписаны на схеме V1 (предварительный каскад) и V2 (выходной каскад). Обязательно наличие разделительного конденсатора – C2. Нагрузка V1 осуществляется посредством резистора R2, а для V2 аналогичную роль выполняет B1 (динамик). Смещение, с помощью которого можно регулировать силу сигнала, продуцируемого усилителем, регулируется резисторами R1 и R3. Поэтому они отмечены символом «*». Питание этих двух элементов происходит от базового источника (Uи.п.).

Такая схема обеспечивает следующий процесс работы: на входной канал разделительного конденсатора C1 (пропускающего переменный, требующий усиления, сигнал и задерживающего постоянный сигнал коллекторной цепи) происходит подача электрического сигнала. Транзистор V1 усиливает сигнал и передаёт на нагрузочный резистор R2, далее – на выходной каскад через C2 (разделительный конденсатор). Транзистор V2 вновь усиливает сигнал и подаёт его на динамик B1, где сигнал приобретает форму звука. Конденсатор в этой схеме должен оказывать ёмкостное сопротивление по силе в 4 раза меньшее, чем входное сопротивление транзистора. Это возможно только при использовании конденсаторов с большой ёмкостью.

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Обычно для выходного каскада усилителя мощности применяют  более мощные транзисторы, чем для предварительных каскадов. Однако, в отдельных случаях это правило не соблюдается и в каскадах обоих типов применяются транзисторы с одинаково низкой мощностью. Такая разновидность конструирования каскадов носит название двухтактного усилителя мощности.

Двухтактные усилители делятся на 2 подвида:

• Трансформаторные (включающими в свою конструкцию трансформаторы);
• Бестрансформаторные.

Принцип работы

При рассмотрении схемы двухтактного усилителя можно отметить, что в нём фигурирует пара трансформаторов (Т1, Т2) и пара транзисторов (V1, V2). Т1 занимает межкаскадное положение, связывая предварительный каскад с входом устройства, а второй трансформатор является выходным. При этом использована схема включения транзисторов с общим эмиттером. Эмиттеры вместе со средним выводом вторичной обмотки трансформатора Т1 «заземляются», то есть соединяются с Uи.п.

Рабочий момент трансформаторного двухтактного усилителя обусловлен тем, что сигнал поступает с предварительного каскада к базам транзисторов так, что они значение напряжения у них всегда противофазное. Функционируют транзисторы не вместе, а по очереди, посылая полуволны напряжений с противоположным значением. На трансформаторной обмотке происходит объединение этих токов для получения мощных электрических колебаний и более качественного звука.

Для сборки бестрансформаторного усилителя не нужны трансформаторы, но зато необходимы транзисторы с различной структурой: p-n-p и n-p-n. По ходу постоянного тока транзисторы имеют последовательное подключение. Вместе с тем, коллектор транзистора V1 формирует напряжение с отрицательным значением, а коллектор транзистора V2 – с положительным. Оба этих значения равняются ½ Uи.п. Динамик B1 в этой схеме соединяется с эмиттерными цепями транзисторов через конденсаторы. Как результат для обоих транзисторов нагрузкой является динамик.

Поочерёдность работы транзисторов в этой схеме (в сравнении с трансформаторным вариантом) обусловлена как раз неодинаковостью их структуры, что отметает необходимость подачи противофазных токов.

Усилитель мощности на биполярных транзисторах

Усилители с биполярными транзисторами формируют с использованием трёх схем подключения:

• ОБ – общая база (характерно: усиление напряжения, неизменность силы тока, малое сопротивление на входе и большое на выходе);
• ОЭ – общий эмиттер (характерно: усиление напряженя, тока и мощности, средние в сравнении с ОБ и ОК показания по входному и выходному сопротивлению);
• ОК – общий коллектор(характерно: увеличение силы тока, неизменность напряжения, большое сопротивление на входе и малое на выходе).

ОЭ – наиболее распространённый вариант подключения.

Характеристики транзисторов сильно изменяются при нахождении в различных температурных условиях. Это же касается и простых усилителейcОЭ. Поэтому обычно работа схемы корректируется при помощи эмиттерной и коллекторной стабилизации.

Однако коллекторная стабилизация чревата снижением коэффициента усиления сигнала, а значит и КПД устройства. Спасти от этого может разделительный конденсатор, ликвидирующий отрицательную обратную связь по переменному току.

Но всё же гораздо чаще применяется эмиттерная стабилизация.

В одной из статей журнала «Радио» В. Гречишкин предложил чертёж печатной платы усилителя на биполярных транзисторах. По его словам эта схема  обеспечивает уровень номинальной мощности до 70 Ватт при сопротивлении в 4 Ом. Если увеличить мощность до 8 Ом, то мощность снится до 40 Ватт. Изменения амплитудно-частотной характеристики в диапазоне от 20 до 20 000 Герц составляют ±0,5 дБ. При замкнутом фоне напряжение по фону и шуму не превышает 1мВ.

Это неполная характеристика, но и она является достаточно привлекательной для знающего радиолюбителя. Поэтому есть смысл изучить данную статью с прилагаемой к ней схемой.