Легкий у виконанні підсилювач виконаний на транзисторах різної структури і має посилення за напругою близько 10. Максимальна вхідна напруга може бути близько 0,1 Ст.
Принцип роботи двотактного підсилювача
Перший каскад зібраний на транзисторі VT1, другий – на VT2 та VT3 різної структури. Перший каскад здійснює посилення сигналу звукової частоти за напругою, причому обидві напівхвилі однаково. Другий – посилює сигнал струму, проте каскад на транзисторі VT2 працює при позитивних напівхвилях, але в транзисторі VT3 – при негативних.
Режим по постійному струму обраний таким, що напруга в точку з'єднання емітерів транзисторів другого каскаду дорівнює близько половини напруги джерела живлення. Такий режим досягається включенням резистора R2 назад зв'язку. Струм колектора вхідного транзистора, проходячи через діод VD1, призводить до падіння на ньому напруги, яке є напругою зміщення на базах вхідних транзисторів щодо їх емітерів, - воно дозволяє зменшити спотворення сигналу, що посилюється.
Навантаження підключається до підсилювача через електролітичний конденсатор С2. Під час роботи підсилювача на динамічну голівку з опором від 8 Ом до 10 Ом, ємність цього конденсатора має бути мінімум удвічі більшою.
Фото складання схеми
Погляньте на підключення навантаження першого підсилювального каскаду, в якості якого виступає резистор R4. Його верхній вивід з'єднаний із нижнім виведенням навантаження. Це так званий ланцюг «вольтодобавки», завдяки якому базовий ланцюг вихідних транзисторів надходить невелике значення звукової частоти позитивного зворотного зв'язку, що вирівнює умови роботи транзисторів.
Список використаних деталей
| C1, C2, C3 | 47 мкФ 16 В |
| R1, R4 | 1 ком 0,25 Вт |
| R2 | 10 ком 0,25 Вт |
| R3 | 3 ком 0,25 Вт |
| VD1 | КД521А |
| VT1, VT2 | КТ315Б |
| VT3 | КТ361Б |
На малюнку 1 представлена схема інвертуючого підсилювача постійного струму, транзистор включений за схемою із загальним емітером:
Рисунок 1 – Схема підсилювача постійного струму на КТ315Б.
Розглянемо розрахунок елементів схеми. Допустимо схема живиться від джерела з напругою 5В (це може бути наприклад мережевий адаптер), виберемо струм колектора Iк транзистора VT1 таким, щоб він не перевищував гранично допустимого струму для вибраного транзистора (для КТ315Б максимальний струм колектора Ikmax = 100мА). Виберемо Iк = 5мА. Для розрахунку опору резистора Rк поділимо напругу живлення Uп на струм колектора:
Якщо опір не потрапляє в стандартний ряд опорів, то потрібно підібрати найближче значення і перерахувати струм колектора.
()
На сімействі вихідних вольт амперних характеристик побудуємо пряму навантажувальну по точках Uп і Iк (показана червоним кольором). На прямій навантаженні виберемо робочу точку (показана синім кольором) по середині.
Рисунок 2 - Вихідні ВАХ, навантажувальна пряма та робоча точка
На малюнку 2 робоча точка не потрапляє на жодну з наявних показників але перебуває трохи нижче властивості струму бази Iб=0.05мА тому струм бази виберемо трохи менше наприклад Iб=0.03мА. За вибраним струмом бази Iб і вхідний характеристиці для температури 25С o і напруги Uкэ = 0 знайдемо напругу Uбэ:
Рисунок 3 - Вхідна характеристика транзистора для вибору напруги Uбе
Для струму бази Iб = 0.03мА знайдемо напругу Uбе але виберемо трохи більше так як Uкэ> 0 і характеристика буде розташовуватися правіше, наприклад виберемо Uбэ = 0.8В. Далі виберемо струм резистора Rд1, цей струм повинен бути більше струму бази але не настільки великим, щоб у ньому втрачалася більша частина потужності, виберемо цей струм втричі більшим, ніж струм бази:
За першим законом Кірхгофа знайдемо струм резистора Rд2:
Позначимо на схемі знайдені струми та напруги:
Рисунок 4 - Схема підсилювача зі знайденими струмами гілок та напругою вузлів
Розрахуємо опір резистора Rд1 та підберемо найближче його значення зі стандартного ряду опорів:
Розрахуємо опір резистора Rд2 і підберемо найближче його значення зі стандартного ряду опорів:
Позначимо опори резисторів на схемі:
Рисунок 5 – Підсилювач постійного струму на КТ315Б.
Оскільки наближений розрахунок може знадобитися підбір елементів після складання схеми і перевірки напруги на виході, елементи Rд1 і/або Rд2 у цьому випадку потрібно підібрати так, щоб напруга на виході була близько до обраної напруги Uбе.
Для посилення змінного струму на вхід і на вихід треба поставити конденсатори для пропускання тільки змінної складової сигналу, що посилюється так як постійна складова змінює режим роботи транзистора. Конденсатори на вході та виході не повинні створювати великого опору для протікання змінного струму. Для термостабілізації ланцюг емітера можна поставити резистор з невеликим опором і паралельно йому конденсатор для ослаблення зворотного зв'язку по змінному струму. Резистор в ланцюзі емітера поряд з резисторами дільника задаватиме режим роботи транзистора.
На фотографії нижче зібраний за схемою малюнку 2 підсилювач:
На вхід підсилювача не подано напругу, підключений вольтметр до виходу показує 2.6В що близько до обраного значення. Якщо подати на вхід напругу прямої полярності (такі як на малюнку 5) то напруга на виході зменшиться (підсилювач інвертує сигнал):
Якщо подати на вхід напруга зворотної полярності, то напруга на виході збільшиться, але не більше напруги живлення:
Зменшення напруги на вході, при підключенні до входу джерела, менше, ніж збільшення напруги на виході, що говорить про те, що відбувається посилення вхідного сигналу з інверсією. Схема із загальним емітером робить більше посилення по потужності ніж схеми із загальною базою і загальним емітером але вона, на відміну від двох інших, робить інверсію сигналу. Якщо необхідно зробити посилення за потужністю постійного струму без інверсії, то каскадно можна з'єднати дві схеми на малюнку 5, але при цьому необхідно врахувати, що перший каскад буде змінювати режим роботи транзистора другого каскаду, тому опору резисторів у другому каскаді необхідно буде підібрати так, щоб ця зміна була як можна. менше. Також при каскадному з'єднанні збільшиться коефіцієнт посилення всього підсилювача (він буде дорівнювати добутку коефіцієнта посилення першого каскаду на коефіцієнт посилення другого).
Мета цієї статті – віддати данину одному з найпопулярніших транзисторів 70 – 90 років – КТ315. Доступність, невеликий розмір і досить непогані параметри дозволяли радіоаматорам використовувати транзистор КТ315 у різних схемах, від найпростіших до мікро ЕОМ. У таблицях нижче наведено основні параметри лінійки КТ315.
Граничні параметри транзисторів КТ315 за Т=25°C
| I К, max ма | U КЕР max (U КЭ0 max), | U ЕБ0 max , | P До max , (P max), мВт | T, °C | T п max , °C | T max , °C | |
| 100 | 25 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 100 | 20 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 100 | 40 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 100 | 35 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 100 | 40 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 100 | 35 | 6 | 150 | 25 | 120 | 100 | |
| 50 | 15 | 6 | 100 | 25 | 120 | 100 | |
| 50 | 60 | 6 | 100 | 25 | 120 | 100 |
Параметри транзисторів КТ315 за Т=25°C
| h 21Е (h 21е) | U КБ (U КЕ), В | I Е (I К), ма | U КЕ нас, В | I КБ0, (I КЕР), мкА | f гр (f h21), МГц | C К, пФ | |
| 20...90 | (10) | 1 | 0,4 | 1 | 250 | 7 | |
| 50...350 | (10) | 1 | 0,4 | 1 | 250 | 7 | |
| 20...90 | (10) | 1 | 0,4 | 1 | 250 | 7 | |
| 50...350 | (10) | 1 | 0,4 | 1 | 250 | 7 | |
| 20...90 | (10) | (1) | 1 | 1 | 250 | 7 | |
| 50...350 | (10) | (1) | 1 | 1 | 250 | 7 | |
| 30...250 | (10) | (1) | 0,5 | 1 | 150 | 10 | |
| 30 | (10) | (1) | 1 | 250 | 7 |
Трохи передісторії: - перший планарно - епітаксійний транзистор кінця 60-х років, тобто коли в процесі виготовлення емітер, колектор та основа виготовляються послідовно на одній пластині кремнію. 
Для цього необхідно пластину кремнію, леговану в тип n (колектор), легувати на деяку глибину тип p (база), і зверху ще раз легувати на меншу глибину тип n (емітер). Далі за допомогою скрайбер пластину необхідно розрізати на частини, і кожну частину упаковати в пластиковий корпус.
Такий процес виготовлення був набагато дешевшим за сплавну технологію, і дозволяв отримувати немислимі раніше параметри транзистора (зокрема, робочу частоту до 300 МГц).
І звичайно монтаж кристала не в металевий корпус, а на металеву стрічку з висновками призвело до здешевлення виробництва - кристал, на нижній стороні якого колектор припаювався до центрального виводу, а база і емітер - підключалися дротом, що приварюється, заливалося пластиком, зайві деталі стрічки відрізалися - виходив КТ315 таким.
Наведемо кілька прикладів схем на транзисторі КТ315.
1. Підсилювач для навушників.
Поки петля ціла, база транзистора з'єднана із землею і транзистор закритий. При проникненні на територію, що охороняється, зловмисник обриває дріт, на базу транзистора надходить позитивне зміщення і транзистор відкривається, що призводить в результаті до спрацьовування електромагнітного реле. У ланцюзі контактів реле може бути сирена, радіопередавач або інше.
3. Індикатор вихідної потужності УНЧ.
С1, С2 – 10 мкф х 16B
D11 - КД510А
Rx – 300 Ом – 100 Ком (для кожного каскаду необхідно підбирати.)
D1 – D10 – світлодіоди різних кольорів.
Після освоєння азів електроніки, радіоаматор-початківець готовий паяти свої перші електронні конструкції. Підсилювачі потужності звукової частоти, як правило, найбільш повторювані конструкції. Схем досить багато, кожна відрізняється своїми параметрами та конструкцією. У цій статті буде розглянуто декілька найпростіших і повністю робочих схем підсилювачів, які успішно можуть бути повторені будь-яким радіоаматором. У статті не використано складних термінів та розрахунків, все максимально спрощено, щоб не виникло додаткових питань.
Почнемо з потужнішої схеми.
Отже, першу схему виконано на відомій мікросхемі TDA2003. Це монофонічний підсилювач із вихідною потужністю до 7 Ватів на навантаження 4 Ом. Хочу сказати, що стандартна схема включення цієї мікросхеми містить невелику кількість компонентів, але кілька років тому мною була вигадана інша схема на цій мікросхемі. У цій схемі кількість компонентів зведена до мінімуму, але підсилювач не втратив свої звукові параметри. Після розробки даної схеми всі свої підсилювачі для малопотужних колонок став робити саме на цій схемі.
Схема представленого підсилювача має широкий діапазон відтворюваних частот, діапазон напруг, що живлять від 4,5 до 18 вольт (типове 12-14 вольт). Мікросхему встановлюють на невеликий тепловідведення, оскільки максимальна потужність досягає 10 Ватт.
Мікросхема здатна працювати на навантаження 2 Ом, це означає, що до виходу підсилювача можна підключати 2 головки з 4 Ом опором.
Вхідний конденсатор можна замінити будь-який інший, з ємністю від 0,01 до 4,7 мкФ (бажано від 0,1 до 0,47 мкФ), можна використовувати як плівкові, так і керамічні конденсатори. Решту компонентів бажано не замінювати.
Регулятор гучності від 10 до 47 ком.
Вихідна потужність мікросхеми дозволяє застосовувати його в малопотужній АС для ПК. Дуже зручно використовувати мікросхему для автономних колонок до мобільного телефону тощо.
Підсилювач працює відразу після включення, додаткового налагодження не потребує. Рекомендується мінус живлення додатково підключити до тепловідведення. Усі електролітичні конденсатори бажано використовувати на 25 Вольт.
Друга схема зібрана на малопотужних транзисторах, і більше підійде як підсилювач для навушників.
Це, напевно, найякісніша схема такого роду, звук чистий, відчуваються весь частотний спектр. З добрими навушниками, таке відчуття, що у вас повноцінний сабвуфер.
Підсилювач зібраний всього на 3-х транзисторах зворотної провідності, як найдешевший варіант, були використані транзистори серії КТ315, але їх вибір досить широкий.
Підсилювач може працювати на низькоомне навантаження, аж до 4-х Ом, що дає можливість використовувати схему для посилення сигналу плеєра, радіоприймача і т.п. Як джерело живлення використана батарейка типу крона з напругою 9 вольт.
В остаточному каскаді теж використані транзистори КТ315. Для підвищення вихідної потужності можна застосувати транзистори КТ815, але тоді доведеться збільшити напругу живлення до 12 вольт. В цьому випадку потужність підсилювача досягатиме до 1 Ватт. Вихідний конденсатор може мати ємність від 220 до 2200 мкф.
Транзистори в цій схемі не нагріваються, отже, якесь охолодження не потрібно. При використанні потужніших вихідних транзисторів, можливо, знадобляться невеликі тепловідведення для кожного транзистора.
І нарешті – третя схема. Подано не менш простий, але перевірений варіант будови підсилювача. Підсилювач здатний працювати від зниженої напруги до 5 вольт, при такому разі вихідна потужність РОЗУМ буде не більше 0,5 Вт, а максимальна потужність при живленні 12 вольт досягає до 2 Ват.
Вихідний каскад підсилювача збудовано на вітчизняній комплементарній парі. Підсилювач регулюють підбором резистора R2. Для цього бажано використовувати підстроювальний регулятор на 1кОм. Повільно обертаємо регулятор доти, доки струм спокою вихідного каскаду не буде 2-5 мА.
Підсилювач не має високої вхідної чутливості, тому бажано перед входом застосувати попередній підсилювач.
Важливу роль схемі грає діод, він тут для стабілізації режиму вихідного каскаду.
Транзистори вихідного каскаду можна замінити будь-яку комплементарну пару відповідних параметрів, наприклад КТ816/817. Підсилювач може живити малопотужні автономні колонки з опором навантаження 6-8 Ом.
Список радіоелементів
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Підсилювач на мікросхемі TDA2003 | |||||||
| Аудіо підсилювач | TDA2003 | 1 | У блокнот | ||||
| З 1 | 47 мкФ х 25В | 1 | У блокнот | ||||
| С2 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | Плівковий | У блокнот | ||
| С3 | Електролітичний конденсатор | 1 мкФ х 25В | 1 | У блокнот | |||
| С5 | Електролітичний конденсатор | 470 мкФ х 16В | 1 | У блокнот | |||
| R1 | Резистор | 100 Ом | 1 | У блокнот | |||
| R2 | Змінний резистор | 50 ком | 1 | Від 10 ком до 50 ком | У блокнот | ||
| Ls1 | Динамічна головка | 2-4 Ом | 1 | У блокнот | |||
| Підсилювач на транзисторах схема №2 | |||||||
| VT1-VT3 | Біполярний транзистор | КТ315А | 3 | У блокнот | |||
| З 1 | Електролітичний конденсатор | 1 мкФ х 16В | 1 | У блокнот | |||
| С2, С3 | Електролітичний конденсатор | 1000 мкФ х 16В | 2 | У блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 100 ком | 2 | У блокнот | |||
| R3 | Резистор | 47 ком | 1 | У блокнот | |||
| R4 | Резистор | 1 ком | 1 | У блокнот | |||
| R5 | Змінний резистор | 50 ком | 1 | У блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 ком | 1 | У блокнот | |||
| Динамічна головка | 2-4 Ом | 1 | У блокнот | ||||
| Підсилювач на транзисторах схема №3 | |||||||
| VT2 | Біполярний транзистор | КТ315А | 1 | У блокнот | |||
| VT3 | Біполярний транзистор | КТ361А | 1 | У блокнот | |||
| VT4 | Біполярний транзистор | КТ815А | 1 | У блокнот | |||
| VT5 | Біполярний транзистор | КТ816А | 1 | У блокнот | |||
| VD1 | Діод | Д18 | 1 | Або будь-який малопотужний | У блокнот | ||
| С1, С2, С5 | Електролітичний конденсатор | 10 мкФ х 16В | 3 | ||||
Виготовляючи свій підсилювач мною було твердо вирішено зробити за 8-10 осередковим світлодіодним індикатором вихідної потужності на кожен канал (4 канали). Схем подібних індикаторів повно, потрібно тільки вибрати під свої параметри. На даний момент вибір чіпів, на яких можна зібрати індикатор вихідної потужності УНЧ, дуже великий, наприклад: КА2283, LB1412, LM3915 і т.п. Що може бути простіше, ніж купити такий чіп і зібрати схему індикатора) Я свого часу пішов трохи іншим шляхом...
Передмова
На виготовлення індикаторів вихідної потужності для УНЧ я обрав схему на транзисторах. Ви спитаєте: а чому не на мікросхемах? - Постараюся пояснити плюси та мінуси.
З плюсів можна відзначити те, що збираючи на транзисторах можна максимально гнучко налагодити схему індикатора під потрібні вам параметри, виставити потрібний діапазон індикації і плавність реакції, як вам подобається, кількість осередків індикації - так хоч сотня, аби терпіння вистачило на їх регулювання.
Також можна використовувати будь-яку напругу живлення (в межах розумного), спалити таку схему дуже складно, у разі несправності одного осередку можна швидко все виправити. З мінусів хочу відзначити те, що на налагодження цієї схеми за своїми смаками доведеться витратити чимало часу. Робити на мікросхемі чи транзисторах – вирішувати вам, виходячи з ваших можливостей та потреб.
Індикатори вихідної потужності збираємо на найпоширеніших і найдешевших транзисторах КТ315. Думаю, кожен радіоаматор хоч раз у своєму житті стикався із цими мініатюрними кольоровими радіокомпонентами, у багатьох вони валяються пачками по кілька сотень і без діла.
Рис. 1. Транзистори КТ315, КТ361
Шкала мого УНЧ буде логарифмічна, виходячи з того, що максимальна вихідна потужність буде близько 100Ват. Якщо зробити лінійну то при 5 Ват нічого не буде навіть світитися або доведеться робити шкалу на 100 осередків. Для потужних УНЧ потрібно щоб між потужністю на виході підсилювача і кількістю осередків, що світяться, була логарифмічна залежність.
Принципова схема
Схема до неподобства проста і складається з однакових осередків, кожна з яких налаштована на індикацію потрібного рівня напруги на виході УНЧ. Ось схема на 5 осередків індикації:
Рис. 2. Схема індикатора вихідної потужності УНЧ на транзисторах КТ315 та світлодіодах
Вище наведено схему на 5 осередків індикації, клонувавши осередки можна отримати схему на 10 осередків, саме таку я і збирав для свого УНЧ:
Рис. 3. Схема індикатора вихідної потужності УНЧ для 10 осередків (клікні для збільшення)
Номінали деталей у цій схемі розраховані під напругу живлення порядку 12 Вольт, крім резисторів Rx - які необхідно підбирати.
Розповім про те як працює схема, все дуже просто: сигнал з виходу підсилювача НЧ йде на резистор Rвх після чого діодом D6 зрізаємо напівхвилю і потім постійну напругу подаємо на вхід кожного осередку. Осередок індикації є пороговим ключовим пристроєм, який запалює світлодіод при досягненні деякого рівня на вході.
Конденсатор С1 потрібен для того, щоб при дуже великій амплітуді сигналу зберігалася плавність вимкнення осередків, а конденсатор С2 реалізовує затримку світіння останнього світлодіода на деяку частку секунди, щоб показати, що досягнуть максимальний рівень сигналу - пік. Перший світлодіод означає початок шкали і тому світиться постійно.
Деталі та монтаж
Тепер про радіодетали: конденсатори С1 і С2 підберете на свій смак, я взяв кожен по 22МкФ на 63В (на менший вольтаж не раджу брати для УНЧ з виходом в 100Ват), резистори всі МЛТ-0.25 або 0.125. Транзистори все - КТ315, бажано з літерою Б. Світлодіоди - будь-які, які зможете дістати.
Рис. 4.Друкована плата індикатора вихідної потужності УНЧ для 10 осередків (клікні для збільшення)
Рис. 5. Розташування компонентів на друкованій платі індикатора вихідної потужності УНЧ
Всі компоненти на друкованій платі не позначали оскільки осередки ідентичні і ви без особливих зусиль самі розберетеся що і куди впаювати.
В результаті моїх праць вийшли чотири мініатюрні хустки:
Рис. 6. Готові 4 канали індикації для УНЧ потужністю 100 Ватт на канал.
Налаштування
Спочатку налаштуємо яскравість світіння світлодіодів. Визначаємо який нам треба опір резисторів, щоб домогтися потрібної яскравості світлодіодів. Підключаємо послідовно до світлодіоду змінний резистор на 1-6кОм і подаємо на цей ланцюжок живлення з такою напругою, від якого живиться вся схема, у мене – 12В.
Крутимо змінник і добиваємося впевненого та красивого світіння. Відключаємо все і вимірюємо тестером опір змінника, ось вам і номінали для R19, R2, R4, R6, R8... Цей спосіб є експериментальним, можна також подивитися в довіднику максимальний прямий струм світлодіода і порахувати опір за законом Ома.
Найтриваліший і найвідповідальніший етап налаштування - налаштування порогів індикації для кожного осередку! Налаштовуватимемо кожну комірку підбираючи для неї опір Rx. Оскільки у мене буде 4 такі схеми по 10 осередків, то спочатку налагодимо дану схему для одного каналу, а інші на основі її налаштувати буде дуже просто, використовуючи останню як еталон.
Ставимо замість Rx в першому осередку змінний резистор на 68-33к і підключаємо конструкцію до підсилювача (краще до якогось стаціонарного, заводського де є своя шкала), подаємо напругу на схему і включаємо музику так, щоб було чути, але на маленьку гучність. Змінним резистором досягаємо гарного підморгування світлодіода, після цього відключаємо живлення схеми і вимірюємо опір змінника, впаюємо замість нього постійний резистор Rx в першу комірку.
Тепер йдемо до останнього осередку і робимо те саме тільки розкачав підсилювач до максимальної межі.
Увага!!!Якщо у вас дуже "доброзичливі" сусіди, то можна не використовувати акустичних систем, а обійтися підключеним замість акустичної системи резистором в 4-8 Ом, хоча задоволення від налаштування вже буде не те))
Домагаємось змінним резистором впевненого світіння світлодіода в останній комірці. Всі інші осередки, крім першого і останнього (ми вже їх налаштували), настроюєте як вам подобається, на око, відзначаючи при цьому для кожного осередку значення потужності на індикаторі підсилювача. Налаштування та градуювання шкали залишається за вами)
Відлагодивши схему для одного каналу (10 осередків) і спаявши другу доведеться також провести підбір резисторів, оскільки кожен транзистор має свій коефіцієнт посилення. Тільки ніякого підсилювача ту вже не потрібно і сусіди отримають невеликий тайм-аут - просто спаюємо входи двох схем і подаючи туди напругу, наприклад з блоку живлення, підбираємо опори Rx, домагаючись симетричності світіння індикаторів.
Висновок
Ось і все, що я хотів розповісти про виготовлення індикаторів вихідної потужності УНЧ із використанням світлодіодів та дешевих транзисторів КТ315. Свої думки та примітки пишіть у коментарях...
UPD:Юрій Глушнєв надіслав свою друковану плату у форматі SprintLayout - Завантажити
