Många känner till situationen när en enhet spelar upp ljud, men gör det inte så högt som vi skulle vilja. Vad ska man göra? Du kan köpa annan ljudåtergivningsutrustning, eller så kan du köpa en ljudfrekvenseffektförstärkare (nedan kallad UMZCH). Dessutom kan förstärkaren monteras för hand.
För att göra detta behöver du bara grundläggande kunskaper om elektronik, såsom förmågan att skilja mellan emitter, bas och kollektor i en bipolär transistor, drain, source, gate i fält, samt andra elementära aspekter.
Följande kommer att beskriva de viktigaste parametrarna för ljudeffektförstärkare som bör förbättras för att uppnå större förstärkning, såväl som de enklaste kretsarna för dessa enheter, monterade på olika grundläggande komponenter såsom vakuumrör, transistorer, operationsförstärkare och integrerade kretsar
Dessutom kommer artikeln att överväga ett högkvalitativt UMZCH-system. Dess sammansättning, parametrar och designfunktioner kommer att påverkas. UMZCH Sukhov-programmet kommer också att övervägas.
UMZCH parametrar
Förstärkarens viktigaste parametereffekt - förstärkningsfaktor. Den representerar förhållandet mellan utsignalen och ingångssignalen och är uppdelad i tre separata parametrar:
- Aktuell vinst. KI=Iout / Iin.
- Voltage gain. KU=Uout / Uin.
- Strömökning. KP=Pout / Pin.
I fallet med UMZCH är det mer rimligt att överväga effektförstärkningen, eftersom det är denna parameter som kräver förstärkning, även om det är dumt att förneka att effektvärdet - både ingång och utgång - beror på strömmen och spänningsvärden.
Självklart har förstärkare andra parametrar som distorsionsfaktorn för den förstärkta signalen, men de är inte så viktiga jämfört med förstärkningen.
Glöm inte att det inte finns några perfekta enheter. Det finns ingen UMZCH med en enorm vinst, utan andra nackdelar. Du måste alltid offra vissa parametrar för andras skull.
UMZCH på elektrovakuumenheter
Elektrovakuumanordningar är anordningar som i sin design innehåller en kolv i vilken det antingen finns ett vakuum eller en viss gas, samt minst två elektroder - en katod och en anod.
Inuti kolven kan det finnas tre, fem och till och med åtta ytterligare elektroder. En lampa med två elektroder kallas en diod (inte att förväxla med en halvledardiod), med tre - en triod, med fem - en pentod.
Vakuumrör effektförstärkaremycket högt ansedd bland både vanliga musikälskare och professionella musiker, eftersom rör ger den "renaste" förstärkningen.
Detta beror delvis på att elektroner som injiceras från katoden inte stöter på något motstånd på väg mot anoden och når målet i oförändrat tillstånd - de är inte modulerade i vare sig densitet eller hastighet.
Rörförstärkare är de dyraste av alla som finns på marknaden. Detta beror på det faktum att elektrovakuumanordningar inte längre användes i stor utsträckning under förra seklet, respektive deras produktion i stora mängder blev olönsam. Detta är en styckprodukt. Men sådana UMZCH är definitivt värda sina pengar: i jämförelse med populära analoger, även på integrerade kretsar, är skillnaden tydligt hörbar. Och inte till förmån för marker.
Det är naturligtvis inte nödvändigt att montera rörförstärkare på egen hand, du kan köpa dem i specialbutiker. Kostnaden för förstärkare på vakuumenheter börjar från ₽ 50 000. Du kan hitta relativt billiga begagnade alternativ (även upp till ₽ 10 000), men de kan vara av dålig kvalitet. Hur mycket kostar bra rörförstärkare? Från ₽100 000. Hur mycket kostar mycket bra förstärkare? Från flera hundra tusen rubel.
Det finns många UMZCH-kretsar på lampor, detta avsnitt kommer att överväga ett elementärt exempel.
Den enklaste förstärkaren kan monteras på en triod. Den tillhör klassen av encykel UMZCH-kretsar. I en triod är den tredje elektroden ett kontrollnät som reglerar anodströmmen. En växelspänning är ansluten till den, och med hjälp av källsignalens storlek och polaritet kan du antingenminska eller öka anodströmmen.
Om du ansluter en negativ hög potential till nätet, kommer elektronerna att lägga sig på det och strömmen i kretsen blir noll. Om en positiv potential appliceras på nätet, kommer elektronerna från katoden till anoden att passera obehindrat.
Genom att justera anodströmmen kan du ändra triodens arbetspunkt på ström-spänningskarakteristiken. Detta låter dig justera mängden förstärkning av ström och spänning (i slutändan - effekt) för denna elektrovakuumanordning.
För att montera en enkel triodförstärkare måste du ansluta en variabel strömkälla till styrnätet, applicera nollpotential på katoden, positiv till anoden. Ballastmotstånd är vanligtvis kopplat till anoden. Lasten ska avlägsnas mellan ballasten och anoden.
För att förbättra kvaliteten på den förstärkta signalen kan du ansluta en filterkondensator i serie eller parallellt (beroende på det specifika fallet) till lasten, ansluta en kondensator och ett motstånd parallellkopplade med katoden, och anslut en enkel spänningsdelare med två motstånd till styrnätet.
Teoretiskt sett kan en effektförstärkare monteras på en klystron enligt UMZCH-kretsar på lampor. En klystron är en elektrovakuumanordning som liknar en diod i designen, men som har två extra terminaler som tjänar till att mata in och mata ut en signal. Förstärkning i denna enhet sker på grund av moduleringen av flödet av elektroner som emitteras av katoden mot kollektorn (analogt med anoden), först i hastighet och sedan i densitet.
UMZCH på bipolära transistorer
Bipolär transistor - syntes av två dioder. Det är antingen ett p-n-p eller n-p-n element med följande komponenter:
- emitter;
- base;
- samlare.
Hastigheten och tillförlitligheten för transistorer är i allmänhet högre än för vakuumenheter. Det är ingen hemlighet att elektroniska datorer till en början arbetade exakt på lampor, men så snart transistorer dök upp ersatte de senare snabbt sina konkurrenter i förtid och används framgångsrikt till denna dag.
Nästa kommer ett exempel på användning av en n-p-n-transistor i en effektförstärkarkrets att övervägas. Det är viktigt att notera att elektroner (n) är något snabbare än hål (p), respektive, prestanda för n-p-n och p-n-p transistorer skiljer sig inte till förmån för de senare.
En annan viktig nyans är att bipolära transistorer har flera omkopplingskretsar:
- Vanlig sändare (mest populär).
- Med en gemensam bas.
- Med ett gemensamt grenrör.
Alla kretsar har olika förstärkningsparametrar. Följande UMZCH-krets har en gemensam sändaranslutning.
För att montera en enkel förstärkare baserad på en n-p-n-transistor måste du ansluta en växelspänning till dess bas, en positiv potential till kollektorn och en negativ potential till emittern. Och framför basen, och framför kollektorn och framför emittern, bör begränsande motstånd installeras. Lasten tas bort mellan uppsamlarens ballast och själva uppsamlaren.
Som i fallet med elektrovakuumtriodförstärkare, för att förbättra kvaliteten på förstärkningen i denna krets kan du:
- installera en spänningsdelare och en filterkondensator framför basen;
- installera en kondensator och ett motstånd parallellkopplade med emittern;
- slå på filterkondensatorn till belastningen för att eliminera brus och störningar.
Om två sådana förstärkningssteg är kopplade i serie, kan deras förstärkningar multipliceras med varandra. Detta komplicerar naturligtvis enhetens design avsevärt, men det gör det möjligt att uppnå större förstärkning. Visserligen kommer det inte att fungera att ansluta dessa kaskader på obestämd tid: ju fler enstaka förstärkare som är seriekopplade, desto större är chansen att de går över i mättnad.
Om transistorn arbetar i mättnadsläge kan det inte vara tal om några förstärkande egenskaper. Du kan verifiera detta genom att titta på ström-spänningskarakteristiken: transistorns arbetspunkt är i den horisontella sektionen om den arbetar i mättnadsläge.
UMZCH FET
Nästa kommer UMZCH-kretsen på transistorer av MOS-typ (metall-oxid-halvledare - standardstrukturen för en fälteffekttransistor) att visas.
Strukturen av fälteffekttransistorer har lite gemensamt med bipolära transistorer. Dessutom är deras funktionsprincip ingenting som funktionsprincipen för bipolära analoger.
Fälteffekttransistorer styrs av ett elektriskt fält (bipolärt - av ström). De drar ingen ström och är resistenta mot gammastrålning, även kallatradioaktiv strålning. Det sistnämnda faktumet kommer knappast någonsin att komma till nytta för musiker som vill bygga en ljudeffektförstärkare, men i branschen är denna egenskap hos fälteffekttransistorer högt värderad.
Deras största nackdel är att de inte interagerar bra med statisk elektricitet. En laddning av denna typ av ursprung kan inaktivera transistorer av denna typ. Varje slarvig fingerberöring av elementets kontakt kan skada transistorn.
Dessa funktioner bör beaktas vid montering av effektförstärkare på dessa elektroniska komponenter.
Hur monterar man en UMZCH-krets på en fälteffekttransistor med egna händer? Det räcker med att följa ytterligare instruktioner.
En enkel UMZCH-krets på en fälteffekttransistor kan monteras med en p-n-övergångsfälteffekttransistor med en n-typskanal. Designen liknar den som beskrivs vid montering av en förstärkare på en bipolär transistor, bara gate tog platsen för basen, kollektorn - avloppet, emittern - källan.
UMZCH på en operationsförstärkare
En operationsförstärkare (nedan kallad OU) är en elektronisk komponent som har två ingångar - inverterande (ändrar signalen i fas med 180 grader) och icke-inverterande (ändrar inte fasen på signalen) - samt en utgång och ett par kontakter för strömförsörjning. Den har en låg nolloffsetspänning och ingångsströmmar. Den här enheten har en mycket hög förstärkning.
OU kan arbeta i två lägen:
- i förstärkarläge;
- i lägegenerator.
För att op-förstärkaren ska fungera i förstärkningsläge är det nödvändigt att ansluta en negativ återkopplingskrets till den. Det är ett motstånd som är anslutet med en utgång till op-förstärkarens utgång och den andra - till den inverterande ingången.
Om du ansluter samma krets till en icke-inverterande ingång kommer du att få en positiv återkopplingskrets och op-förstärkaren kommer att börja fungera som en signalgenerator.
Det finns flera typer av förstärkare monterade på op-amp:
- Invertering - förstärker signalen och ändrar dess fas med 180 grader. För att få en inverterande förstärkare på en op-amp måste du jorda den icke-inverterande ingången på op-ampen, och lägga på en signal till den inverterande som behöver förstärkas. I det här fallet får vi inte glömma den negativa återkopplingskretsen.
- Icke-inverterande - förstärker signalen utan att ändra dess fas. För att montera en icke-inverterande förstärkare måste du ansluta en negativ återkopplingskrets till op-förstärkaren, jorda den inverterande ingången och tillföra en signal till op-förstärkarens icke-inverterande stift.
- Differential - förstärker differentialsignaler (signaler som skiljer sig i fas men är lika i amplitud och frekvens). För att få en differentialförstärkare måste du ansluta begränsningsmotstånd till op-förstärkarens ingångar, glöm inte den negativa återkopplingskretsen och applicera två signaler till ingångskontakterna: en positiv polaritetssignal måste appliceras på en icke-inverterande ingång, en negativ signal till en inverterande.
- Measuring - en modifierad version av differentialförstärkaren. En instrumentationsförstärkare utför bara samma funktion som en differentialförstärkarehar förmågan att justera förstärkningen med en potentiometer som ansluter ingångarna till två op-amps. Designen av en sådan förstärkare är mycket mer komplicerad och inkluderar inte en utan tre op-amps.
Hur svårt är det att arbeta med operationsförstärkare? För op-amp-kretsar kan det ibland vara svårt att hitta lämpliga komponenter som motstånd och kondensatorer, eftersom noggrann matchning av element krävs inte bara i nominella värden utan även i material.
UMZCH på integrerade kretsar
Integrerade kretsar är enheter speciellt utformade för att utföra en viss uppgift. I fallet med UMZCH ersätter en liten mikrokrets en stor kaskad av transistorer, operationsförstärkare eller vakuumenheter.
För närvarande är TDA-chips med olika serienummer, som TDA7057Q eller TDA2030, mycket populära. Det finns ett stort antal UMZCH-kretsar på mikrokretsar.
I sin sammansättning har de ett stort antal motstånd, kondensatorer och operationsförstärkare, utrustade i en mycket liten låda, vars storlek inte överstiger 1 eller 2 rubelmynt.
Designa UMZCH
Innan du köper de nödvändiga delarna och etsar ledarna på textolitkortet är det nödvändigt att klargöra värdena för motstånd och kondensatorer, samt välja önskade modeller av transistorer, operationsförstärkare eller integrerade kretsar.
Detta kan göras på en dator med dedikerad programvara som NI Multisim. PÅDetta program har samlat en stor databas med elektroniska komponenter. Med hjälp av den kan du simulera driften av alla elektroniska enheter, även med hänsyn till fel, kontrollera kretsarnas funktionalitet.
Med hjälp av sådan programvara är det särskilt bekvämt att testa kraftfulla UMZCH-kretsar.
200W transistorstereoförstärkarkrets
Schemat som behandlas i det här avsnittet är mycket mer komplicerat än de som beskrivs ovan. Men dess förstärkningsegenskaper är bättre än för konstruktioner baserade på bipolära fälteffekttransistorer, såväl som operationsförstärkare och integrerade kretsar, som redan har citerats i artikeln.
Denna produkt innehåller följande artiklar:
- motstånd.
- Kondensatorer (både polära och icke-polära).
- Dioder.
- Zenerdiod.
- Fuses.
- N-p-n-typ bipolära transistorer.
- P-n-p bipolära transistorer.
- P-kanals IGFET.
- FET med isolerad grind med n-kanal.
Parametrar för denna effektförstärkare:
- Pklassad effekt=200W (per kanal).
- Uutgångsstegseffekt=50V (lite variation tillåten).
- Iutgångsstegvila=200 mA.
- Iresten av en utgångstransistor=50 mA.
- Usensitivity=0,75 V.
Alla huvuddelar av denna enhet (transformator, systemkylning i form av radiatorer och själva brädan) är placerade på ett anodiserat chassi av duraluminplåt, vars tjocklek är 5 mm. Enhetens frontpanel och volymkontrollrattarna är gjorda av samma material.
En transformator med två lindningar på 35 V kan köpas färdig. Det är önskvärt att välja en kärna med toroidform (dess prestanda har verifierats i denna krets), och effekten bör vara 300 W.
Strömförsörjningen för kretsen måste också monteras oberoende enligt UMZCH-strömkretsen. För att konstruera den behöver du en säkring, en transformator, en diodbrygga samt fyra polära kondensatorer.
UMZCH-strömförsörjningskretsen ges i samma avsnitt.
Tre enkla sanningar att komma ihåg när du monterar en elektrisk krets:
- Se till att observera polariteten hos polära kondensatorer. Om du blandar ihop plus och minus i en liten förstärkarkrets, kommer inget hemskt att hända, UMZCH-kretsen kommer helt enkelt inte att fungera, men det var just på grund av ett så obetydligt, vid första anblicken, fel som raketer med utrustning och besättning ombord föll
- Var noga med att observera diodernas polaritet: katoden med anoden är också förbjuden att bytas ut. För en zenerdiod är denna regel också relevant.
- Huvudsaken är att du bara behöver löda delar där det finns en kontaktpunkt på diagrammet. De flesta felaktiga elektriska kretsar fungerar inte just för att installatören inte lödde delarna eller lödde dem där de inte behövdes.
Ingår detta schema i ett av de bästa UMZCH-scheman? Kanske. Allt beror påkonsumentens önskemål.
Sukhovs plan
Om den tidigare effektförstärkarkretsen kan monteras oberoende, eftersom den innehåller relativt få element, är det bättre att inte montera Sukhov-förstärkarkretsen manuellt. Varför? På grund av det enorma antalet element och anslutningar finns det en stor chans att göra ett misstag, vilket gör att allt betydande arbete måste göras om.
Faktiskt är det felaktigt att kalla det schema som ges i detta avsnitt för Sukhovs schema. Detta är en högtrogen UMZCH av VVS-2011-modellen (ett schematiskt diagram av UMZCH av denna typ ges i detta avsnitt). I sin sammansättning innehåller den inte fälteffekttransistorer, men den innehåller:
- Zenerdioder.
- Icke-linjära motstånd.
- Vanliga motstånd.
- Polära och opolära kondensatorer.
- Dioder.
- Bipolära transistorer av båda typerna.
- OpAmps.
- Throttle.
Möjligheter för denna inkludering:
- P=150W vid Rload=8 ohm.
- Linjäritet: 0,0002 till 0,0003 % vid 20kHz, P=100W och Rload=4 ohm.
- Stöd för konstant U=0 V.
- Tillgänglig AC-ledningsresistanskompensation.
- Närvaro av aktuellt skydd.
- Närvaro av skydd för UMZCH-kretsen från Uexit=const.
- Tillgänglighet för mjukstart.
Denna krets är monterad i industriell skala och passar på ett litet kort. Ledarnas layout och elementens placering finns på Internet,där detta material är fritt tillgängligt.
scheman i Sukhov-serien är ett av de bästa UMZCH-scheman.
Resultat
En ljudeffektförstärkare är en mycket populär enhet bland både professionella musiker och vanliga musikälskare. UMZCH utförs både på basis av vakuumanordningar och transistorer, och på basis av operationsförstärkare, integrerade kretsar.
Sådana enheter kan köpas i specialiserade butiker, eller så kan du göra din egen. Prismässigt är rörförstärkare dyrast och integrerade kretsar billigast.
UMZCH-rörkretsar har en högre förstärkningskvalitet än integrerade eller transistor-UMZCH-kretsar. Det är av denna anledning som folk är redo att köpa sådana enheter för ₽50 000 och för 100 000 ₽ och för 450 000 ₽.
När du själv monterar förstärkare, kom ihåg följande regler:
- Det är strängt förbjudet att blanda ihop polariteterna hos dioder, zenerdioder och andra anod-katodenheter, såväl som polära kondensatorer. Detta är förenat med det faktum att UMZCH-kretsen som monterats som ett resultat inte kommer att fungera.
- När du monterar kretsen måste du löda de delar där det finns en kontaktpunkt på ritningen. Låter som den självklara regeln. Det är sant, men många installatörer glömmer det.
Om du använder alla rekommendationer ovan kan du själv montera en bra ljudeffektförstärkare enligt UMZCH-kretsen på transistorer eller andra element.
