B klasės garso stiprintuvas

Vairo stiprintuvo siurblio remontas (Liepa 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

B klasės garso stiprintuvas

6 skyrius. Analoginės integrinės grandys


DALYS IR MEDŽIAGOS

  • Keturi 6 voltų baterijos
  • Dvigubas operacinis stiprintuvas, rekomenduojamas modelis TL082 ("Radio Shack" katalogas Nr. 276-1715)
  • Vienas NPN galios tranzistorius į TO-220 paketą (Radio Shack katalogas Nr. 276-2020 arba lygiavertis)
  • Vienas PNP galios tranzistorius į TO-220 paketą (Radio Shack katalogas Nr. 276-2027 arba lygiavertis)
  • Vienas 1N914 perjungimo diodas ("Radio Shack" katalogas Nr. 276-1620)
  • Vienas kondensatorius, 47 μF elektrolitinis, 35 WVDC (Radio Shack katalogas Nr. 272-1015 arba lygiavertis)
  • Du kondensatoriai, 0, 22 μF, nepolarizuoti ("Radio Shack" katalogas Nr. 272-1070)
  • Vienas 10 kΩ potenciometras, linijinis kūgis ("Radio Shack" katalogas Nr. 271-1715)

Būkite tikri, kad naudojate op-amp, kuris turi didelį pasipriešinimo greitį . Dėl šios priežasties vengti LM741 arba LM1458.

Kuo labiau suderinti du tranzistoriai, tuo geriau. Jei įmanoma, pabandykite gauti TIP41 ir TIP42 tranzistorius, kurie yra labai suderinti NPN ir PNP galios tranzistoriai, kurių kiekvieno išlygos yra 65 vatai. Jei negalite gauti TIP41 NPN tranzistoriaus, "TIP3055" (pasiekiamas "Radio Shack") yra geras pakaitalas. Nenaudokite labai didelių (ty TO-3 atveju) galios tranzistorių, nes op-ampui gali būti sunku vairuoti pakankamai srovės į savo bazes, kad gerai veiktų.

PATARIMAI

Pamokos elektros grandinėse, 3 tomas, 4 skyrius: "Bipoliniai jungimo tranzistoriai"

Pamokos elektros grandinėse, 3 tomas, 8 skyrius: "Operaciniai stiprintuvai"

MOKYMOSI TIKSLAI

  • Kaip sukurti "push-pull" B klasės stiprintuvą, naudojant papildomus bipolinius tranzistorius
  • "Crossover deformacijos" poveikis suspaudimo stiprintuvo grandinėje
  • Neigiamo grįžtamojo ryšio naudojimas naudojant "op-amp", siekiant ištaisyti grandinės netiesiškumą

SCHEMA

ILLUSTRACIJA

INSTRUKCIJOS

Šis projektas yra garso stiprintuvas, tinkamas išvesties signalo stiprinimui iš nedidelio radijo, juostos grotuvo, CD grotuvo ar bet kurio kito garso signalo šaltinio. Jei norite naudoti stereo veikimą, turi būti įrengti du identiški stiprintuvai, vienas - kairiojo kanalo ir kitas - tinkamam kanalui. Norint sustiprinti šį stiprintuvą įvesties signalą, tiesiog prijunkite jį prie radijo ar kito garso įrenginio, kaip šis:

Ši stiprintuvo grandinė taip pat gerai veikia stiprinant "linijos lygio" garso signalus iš aukštos kokybės modulinių stereo komponentų. Jis užtikrina stebėtiną garso stiprumo kiekį, kai grojamas per didelį garsiakalbį, o galbūt ir be radijo bangų ant tranzistorių (nors jūs turėtumėte šiek tiek išbandyti, kol nuspręsite atsisakyti šilumokaičių, nes galios sklaidytuvas priklauso nuo garsiakalbio tipo naudojamas)

Bet kokio stiprintuvo grandinės tikslas - kuo tiksliau atkurti įvesties bangos juostą. Žinoma, tobulas atkūrimas yra neįmanomas, o bet koks skirtumas tarp išvesties ir įvesties bangų spindulių yra žinomas kaip iškraipymas . Garsinio stiprintuvo iškraipymas gali sukelti nemalonius tonus ant tikrojo garso. Yra daug skirtingų garso stiprintuvo grandinių konfigūracijų, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų. Šis konkretus grandis vadinamas "B klasės" stumiančiojo traukos kontūru.

Dauguma garso "maitinimo" stiprintuvų naudoja B klasės konfigūraciją, kai vienas tranzistorius suteikia maitinimą į apkrovą per pusę bangos formos ciklo (jis stumia ), o antrasis tranzistorius suteikia galios kitai ciklo pusės apkrovai (ji traukia ) Pagal šią schemą nė vienas tranzistorius išlieka "įjungtas" visą ciklą, suteikiant kiekvieną kartą "poilsiui" ir vėsinant per bangų formos ciklą. Tai sukuria našios grandinės stiprintuvą, bet lemia skirtingą netiesiškumo tipą, žinomą kaip "kryžminis iškraipymas".

Čia parodyta sinusinio bangos forma, atitinkanti nuolatinį garso stiprumą:

Stūmimo traukos stiprintuvo grandinėje, abu tranzistoriai pakaitomis pakelia pakaitinius tokio bangos formos pusės ciklus:

Jei dviejų tranzistorių "perdavimo" perdavimas nėra tiksliai sinchronizuotas, tačiau stiprintuvo išėjimo bangos forma gali atrodyti panašiai kaip grynoji sinusinė banga:

Čia iškraipymas atsiranda dėl to, kad tarp laiko tarpo, per kurį vienas tranzistorius išsijungia ir įjungiamas kitas tranzistorius, yra uždelstas. Tokio tipo iškraipymas, kai bangos forma "išlygina" kryžminimo taške tarp teigiamų ir neigiamų pusės ciklų, vadinamas kryžminiu iškraipymu . Vienas bendras įvairiarūšio iškraipymo sušvelninimo metodas yra tranzistorių įtvirtinimas, kad jų įjungimo / išjungimo taškai iš tikrųjų sutampa, todėl abu tranzistoriai per trumpą laiką pereina per srovę:

Ši amplifikacijos forma yra techniškai žinoma kaip AB klasė, o ne B klasė, nes kiekvienas tranzistorius "įjungtas" daugiau nei 50% laiko per visą signalų ciklo ciklą. Tačiau šis trūkumas yra didesnis stiprintuvo grandinės energijos suvartojimas, nes per laiko momentus, kai abu tranzistoriai veikia, srovė yra vykdoma per tranzistorius, kurie neperkrauna apkrovos, bet yra tik "sutrumpinti" "Iš vieno maitinimo šaltinio į kitą (nuo -V iki + V). Ne tik tai yra energijos švaistymas, bet ir tranzistoriuose išsiskiria daugiau šilumos energijos. Kai tranzistoriai padidina temperatūrą, jų charakteristikos pasikeičia (V - tiesioginis įtampos kritimas, β, sankryžos atsparumas ir kt.), Todėl sunku nuokryptis.

Šiame eksperimente tranzistoriai veikia tik B klasės režimu. Tai yra, jie niekada nevykdo tuo pačiu metu. Tai taupo energiją ir sumažina šilumos išsiskyrimą, tačiau gali pakenkti kryžminiams iškraipymams. Šioje grandinėje naudojamas sprendimas yra naudoti optinį stiprintuvą su neigiamu grįžtamuoju ryšiu, kad greitam tranzistorių veiktų per "negyvą" zoną, sukuriant kryžminį iškraipymą ir sumažinant bangų formos "išlyginimą" per kryžminimą.

Pirmas (kairysis) op-amp, parodytas schematiškai, yra ne daugiau kaip buferis. Buferis padeda sumažinti įvesties kondensatoriaus / rezistoriaus tinklo įkrovą, kuris buvo dedamas į grandinę, kad filtruoti bet kokią DC įtampos įtampą iš įėjimo signalo, užkirsdama kelią bet kokiai nuolatinės srovės įtampos amplifikacijai, ir siunčiama į garsiakalbį kur jis gali sukelti žalą. Be buferinio optinio stiprintuvo, kondensatoriaus / rezistoriaus filtravimo grandinė sumažina stiprintuvo žemo dažnio ("boso") atsaką ir akcentuoja aukštą dažnį ("treble").

Antrasis op-ampelis veikia kaip apverčiamasis stiprintuvas, kurio stiprumą kontroliuoja 10 kΩ potenciometras. Tai nieko daugiau, nei stiprintuvo garso stiprumo nustatymas. Paprastai apverčiamos op-amp grandinės turi savo atsiliepimų rezistorius (-ius), tiesiogiai prijungtą iš op-amp išėjimo terminalo į apverstą įėjimo terminalą, tokiu būdu:

Jei mes turėtume naudoti gautą išėjimo signalą, kad galėtume vairuoti stumiančiosios tranzistorių poros pagrindinius gnybtus, mes turėtume didelių kryžminių iškraipymų, nes tranzistorių operacijoje bus "mirusioji" zona, kai bangos įtampa buvo nuo + 0, 7 volto iki - 0, 7 volto:

Jei jau pastatote stiprintuvo grandinę savo galutinėje formoje, galite ją supaprastinti į šią formą ir klausytis garso kokybės skirtumų. Jei dar nesate pradėjęs grandinės konstravimo, pirmiau pateiktoji schema turėtų būti geras pradinis taškas. Jis sustiprins garso signalą, bet jis bus skamba baisu!

Kryžminio iškraipymo priežastys yra ta, kad kai opampio išėjimo signalas yra nuo + 0, 7 volto iki - 0, 7 volto, nei vienas tranzistorius neveikia, o garsiakalbio išėjimo įtampa bus 0 voltų visai 1, 4 volto bazei įtampos sūkiai. Taigi, įėjimo signalo diapazone yra "zona", kai garsiakalbių išėjimo įtampa nesikeis. Šioje vietoje paprastai į grandinę įvedami sudėtingi įžambinimo būdai, siekiant sumažinti šią 1, 4 volto "spragą" tranzistoriaus įėjimo signalo atsakyme. Paprastai kažkas panašaus į tai daroma:

Du serijos prijungiami diodai sumažės maždaug 1, 4 volto, atitinkantys sujungtų dviejų dviejų tranzistorių tiesioginio įtampos lašus, todėl kiekvienas tranzistorius yra įjungtas, kai įvesties signalas yra lygus nuliui voltų, pašalinant 1, 4 volto "mirusio" signalo zona, kuri egzistavo anksčiau.

Deja, šis sprendimas nėra tobulas: kai tranzistoriai šildo nuo maitinimo iki apkrovos, jų V įtampos įtampos lašai sumažės nuo 0, 7 volto iki mažesnio, pvz., 0, 6 volto arba 0, 5 volto. Diodai, kurie neturi tokio paties šildymo efekto, nes jie neveikia jokios didelės srovės, nepasikeis įtampos kritimo įtampos metu. Taigi, diodai ir toliau užtikrins tą pačią 1.4 voltų įtampą, net jei tranzistoriai dėl šildymo reikalauja mažiau įžeminimo įtampos. Rezultatas bus tas, kad grandinė dreifuoja į AB klasės eksploatavimą, kai abu tranzistoriai bus laidavimo laiko dalyje. Tai, žinoma, padidins šilumos išsiskyrimą per tranzistorius, dar labiau pabloginant įtampos kritimo įtampos problemą.

Bendras šios problemos sprendimas yra įtempimo tranzistoriaus grandinės emiterių kojų temperatūros kompensavimo "grįžtamojo ryšio" rezistorių įterpimas:

Šis sprendimas netrukdo vienu metu įjungti dviejų tranzistorių, bet tik sumažina problemos sunkumą ir apsaugo nuo terminio paleidimo. Jis taip pat turi neigiamą įtaką įterpiant pasipriešinimą apkrovos srovės kelyje, ribojant stiprintuvo išėjimo srovę. Šiame eksperimente pasirinktas sprendimas yra tas, kuris naudoja op-amp'o neigiamą grįžtamojo ryšio principą, siekiant įveikti būdingus stumiančiojo tranzistoriaus išvesties grandinės apribojimus. Aš naudoju vieną diodą, kad užtikrintų 0, 7 voltų šališkumo įtampą stumiančioji pora. Tai nepakanka, kad būtų pašalinta "mirusio" signalo zona, tačiau ji mažinama bent 50%:

Kadangi vieno diodo įtampos kritimas visada bus mažesnis už dviejų tranzistorių bazinių-spinduliuotės jungčių įtampos lašus, tranzistoriai niekada negali įjungti vienu metu, taip užkirsdami kelią AB klasės veikimui. Toliau, norint padėti atsikratyti likusio kryžminio iškraipymo, optinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio signalas yra paimamas iš stiprintuvo išėjimo terminalo (tranzistorių emiterių gnybtų) tokiu būdu:

Operatoriaus funkcija yra išvesties bet kokio įtampos signalo, kurį jis turi, kad išlaikytų du įėjimo gnybtus tuo pačiu įtampa (0 voltų diferencialas). Sujungus grįžtamąjį ryšį su stumiančiųjų tranzistorių spinduliuojančiais gnybtais, op-amp gali suvokti bet kurią "negyvą" zoną, kurioje neveikia vienas tranzistorius, ir greitai išveda atitinkamą įtampos signalą į tranzistorių bazes vėl įjunk juos į laidumą, kad "prisilietu" prie įvesties signalo bangos. Tam reikia opampo su dideliu sukimosi greičiu (gebėjimu pagaminti sparčiai didėjančią ar greitai mažėjančią išėjimo įtampą), todėl šiai grandinei buvo nurodytas optinio stiprintuvo TL082. Lėtesni op-amperai, pvz., LM741 arba LM1458, gali nesugebėti išlaikyti didelio dv / dt (įtampos pokyčio laikas, žinomas taip pat kaip de / dt ), reikalingas mažo iškraipymo veikimui.

Šiai grandinei pridedama tik keletas kondensatorių, kad būtų įvestas į galutinę formą: 47 μF kondensatorius, prijungtas lygiagrečiai su diodu, padeda išlaikyti 0, 7 V įtampos pastovią įtampą, nepaisant didelio įtampos svyravimų op-amp išėjimo, tuo tarpu 0, 22 μF kondensatorius, prijungtas tarp pagrindo ir NPN tranzistoriaus emiterio, padeda mažinti kryžminį iškraipymą esant mažam garso lygiui: