UMZCH shema: vrste, opis, uređaj, redoslijed montaže

2024 Autor: Trinity Chesterton | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 00:30

Mnogi ljudi su upoznati sa situacijom kada uređaj pušta zvuk, ali to ne radi tako glasno koliko bismo željeli. šta da radim? Možete kupiti drugu opremu za reprodukciju zvuka ili možete kupiti pojačalo audio frekvencije (u daljem tekstu UMZCH). Štaviše, pojačalo se može sastaviti ručno.

Da biste to učinili, potrebno vam je samo osnovno znanje o elektronici, kao što je sposobnost razlikovanja između emitera, baze i kolektora u bipolarnom tranzistoru, odvoda, izvora, kapije na terenu, kao i drugih elementarnih aspekata.

U nastavku će biti opisani najvažniji parametri audio pojačala koje treba poboljšati radi postizanja većeg pojačanja, kao i najjednostavnija kola ovih uređaja, sastavljena na raznim osnovnim komponentama kao što su vakumske cijevi, tranzistori, operacijska pojačala i integrirana kola.

Osim toga, članak će razmotriti visokokvalitetnu šemu UMZCH. To će uticati na njegov sastav, parametre, kao i karakteristike dizajna. UMZCH Sukhov šema će također biti uzeta u obzir.

UMZCH parametri

Najvažniji parametar pojačalasnaga - faktor pojačanja. Predstavlja omjer izlaznog i ulaznog signala i podijeljen je na tri odvojena parametra:

1. Trenutni dobitak. K_I=I_out / I_u.
2. Pojačanje napona. K_U=U_out / U_u.
3. Pojačanje snage. K_P=P_out / P_u.

U slučaju UMZCH-a, razumnije je uzeti u obzir pojačanje snage, jer upravo ovaj parametar zahtijeva pojačanje, iako je glupo poricati da vrijednost snage - i ulazna i izlazna - ovisi o struji i vrijednosti napona.

Naravno, pojačala imaju i druge parametre kao što je faktor izobličenja pojačanog signala, ali oni nisu toliko važni u odnosu na pojačanje.

Ne zaboravite da ne postoje savršeni uređaji. Ne postoji UMZCH sa ogromnim dobitkom, lišen drugih nedostataka. Uvijek morate žrtvovati neke parametre zarad drugih.

UMZCH na elektrovakuumskim uređajima

Elektrovakumski uređaji su uređaji koji u svom dizajnu sadrže tikvicu u kojoj se nalazi ili vakuum ili određeni gas, kao i najmanje dvije elektrode - katodu i anodu.

Unutar boce može biti tri, pet, pa čak i osam dodatnih elektroda. Lampa sa dvije elektrode naziva se dioda (ne treba je brkati sa poluvodičkom diodom), sa tri - trioda, sa pet - pentoda.

Pojačala snage sa vakumskim cijevimaveoma cijenjen i među običnim ljubiteljima muzike i među profesionalnim muzičarima, jer cijevi pružaju "najčistije" pojačanje.

Ovo je dijelom zbog činjenice da elektroni ubrizgani sa katode ne nailaze na otpor na svom putu do anode i dostižu cilj u nepromijenjenom stanju - nisu modulirani ni gustinom ni brzinom.

Cijevna pojačala su najskuplja od svih na tržištu. To je zbog činjenice da se elektrovakuumski uređaji više nisu široko koristili u prošlom stoljeću, odnosno njihova proizvodnja u velikim količinama postala je neisplativa. Ovo je komadni proizvod. Ali takvi UMZCH definitivno vrijede svog novca: u usporedbi s popularnim analogima, čak i na integriranim krugovima, razlika se jasno čuje. I ne u korist čipsa.

Naravno, nije potrebno samostalno sastavljati cijevna pojačala, možete ih kupiti u specijalizovanim prodavnicama. Cijena pojačala na vakuumskim uređajima počinje od ₽50 000. Možete pronaći relativno jeftine rabljene opcije (čak i do 10 000 ₽), ali mogu biti loše kvalitete. Koliko koštaju dobra cijevna pojačala? Od ₽100 000. Koliko koštaju jako dobra pojačala? Od nekoliko stotina hiljada rubalja.

Postoji mnogo UMZCH krugova na lampama, ovaj odjeljak će razmotriti elementarni primjer.

Najjednostavniji pojačivač se može sastaviti na triodi. Pripada klasi jednocikličnih UMZCH kola. U triodi, treća elektroda je kontrolna mreža koja reguliše anodnu struju. Na njega je priključen naizmjenični napon, a koristeći veličinu i polaritet izvornog signala, možete i jedno i drugosmanjiti ili povećati anodnu struju.

Ako povežete negativan visoki potencijal na mrežu, elektroni će se složiti na nju i struja u kolu će biti nula. Ako se na mrežu primeni pozitivan potencijal, tada će elektroni od katode do anode prolaziti nesmetano.

Podešavanjem anodne struje možete promijeniti radnu tačku triode na strujno-naponskoj karakteristici. Ovo vam omogućava da prilagodite količinu pojačanja struje i napona (na kraju - snage) ovog elektrovakuum uređaja.

Da sastavite jednostavno triodno pojačalo, potrebno je da povežete promenljivi izvor napajanja na kontrolnu mrežu, primenite nulti potencijal na katodu, pozitivan na anodu. Otpor balasta je obično povezan sa anodom. Opterećenje treba ukloniti između balasta i anode.

Da biste poboljšali kvalitet pojačanog signala, možete spojiti filter kondenzator serijski ili paralelno (u zavisnosti od konkretnog slučaja) na opterećenje, spojiti kondenzator i otpornik spojeni paralelno na katodu, i povežite jednostavan djelitelj napona od dva otpornika na kontrolnu mrežu.

Teoretski, pojačalo snage se može sastaviti na klistronu prema UMZCH krugovima na lampama. Klystron je elektrovakuumski uređaj, sličan dizajnu diodi, ali ima dva dodatna terminala koji služe za unos i izlaz signala. Pojačanje u ovom uređaju nastaje zbog modulacije toka elektrona koje emituje katoda prema kolektoru (analogno anodi), prvo po brzini, a zatim po gustini.

UMZCH na bipolarnim tranzistorima

Bipolarni tranzistor - sinteza dvije diode. To je ili p-n-p ili n-p-n element sa sljedećim komponentama:

• emiter;
• base;
• kolekcionar.

Brzina i pouzdanost tranzistora je generalno veća nego kod vakuumskih uređaja. Nije tajna da su u početku elektronski računari radili upravo na lampama, ali čim su se pojavili tranzistori, potonji su brzo zamijenili svoje pretpotopne konkurente i uspješno se koriste do danas.

Sljedeće će se razmotriti primjer korištenja n-p-n tranzistora u krugu pojačala snage. Važno je napomenuti da su elektroni (n) nešto brži od rupa (p), odnosno, performanse n-p-n i p-n-p tranzistora se ne razlikuju u korist potonjih.

Još jedna važna nijansa je da bipolarni tranzistori imaju nekoliko sklopnih kola:

1. Zajednički emiter (najpopularniji).
2. Sa zajedničkom bazom.
3. Sa zajedničkim razdjelnikom.

Sva kola imaju različite parametre pojačanja. Sljedeće kolo UMZCH ima vezu zajedničkog emitera.

Da biste sastavili jednostavno pojačalo bazirano na n-p-n tranzistoru, potrebno je da povežete naizmenični napon na njegovu bazu, pozitivan potencijal na kolektor, a negativan na emiter. I ispred baze, i ispred kolektora i ispred emitera treba postaviti granične otpore. Opterećenje se uklanja između balasta kolektora i samog kolektora.

Kao u slučaju elektrovakumatriodno pojačalo, za poboljšanje kvaliteta pojačanja u ovom kolu, možete:

• instalirajte razdjelnik napona i filter kondenzator ispred baze;
• instalirajte kondenzator i otpornik spojeni paralelno sa emiterom;
• uključite filterski kondenzator na opterećenje da eliminišete buku i smetnje.

Ako su dva takva stepena za pojačavanje spojena u seriju, onda se njihova dobitka može međusobno pomnožiti. Ovo, naravno, značajno komplikuje dizajn uređaja, ali će omogućiti postizanje većeg pojačanja. Istina, neće uspjeti povezati ove kaskade na neodređeno vrijeme: što je više pojedinačnih pojačala spojeno u seriju, veća je šansa da će preći u zasićenje.

Ako tranzistor radi u režimu zasićenja, onda ne može biti govora o bilo kakvim svojstvima pojačanja. To možete provjeriti gledajući strujno-naponsku karakteristiku: radna tačka tranzistora je u horizontalnom dijelu ako radi u načinu zasićenja.

UMZCH FET

Sljedeće će biti prikazano UMZCH kolo na MOS tranzistorima (metal-oksid-poluvodič - standardna struktura tranzistora s efektom polja).

Struktura tranzistora sa efektom polja ima malo zajedničkog sa bipolarnim tranzistorima. Štaviše, njihov princip rada nije ništa slično principu rada bipolarnih analoga.

Tranzistori sa efektom polja se kontrolišu električnim poljem (bipolarno - strujom). Ne vuku struju i otporni su na gama zračenje, tzvradioaktivnog zračenja. Malo je vjerovatno da će ova posljednja činjenica ikada biti od koristi muzičarima koji žele da naprave audio pojačalo, ali u industriji je ova karakteristika tranzistora sa efektom polja veoma cijenjena.

Njihov glavni nedostatak je što ne reaguju dobro sa statičkim elektricitetom. Naelektrisanje ove prirode može da onesposobi tranzistore ovog tipa. Svaki nepažljivi dodir prstom na kontakt elementa može oštetiti tranzistor.

Ove karakteristike treba uzeti u obzir prilikom sklapanja pojačala snage na ove elektronske komponente.

Kako sastaviti UMZCH kolo na tranzistoru s efektom polja vlastitim rukama? Dovoljno je slijediti daljnja uputstva.

Jednostavno UMZCH kolo na tranzistoru s efektom polja može se sklopiti korištenjem tranzistora s efektom polja p-n spoja sa kanalom n-tipa. Dizajn je sličan onom koji je opisan pri sklapanju pojačala na bipolarnom tranzistoru, samo je kapija zauzela mjesto baze, kolektor - drejn, emiter - izvor.

UMZCH na operacionom pojačalu

Operativno pojačalo (u daljem tekstu OU) je elektronska komponenta koja ima dva ulaza - invertujući (mijenja signal u fazi za 180 stepeni) i neinvertirajući (ne mijenja fazu signala) - kao i jedan izlaz i par kontakata za napajanje. Ima nizak nulti offset napon i ulazne struje. Ova jedinica ima veoma visok dobitak.

OU može raditi na dva načina:

• u amp modu;
• u načinu radagenerator.

Da bi op-amp radio u režimu pojačavanja, potrebno je na njega spojiti kolo negativne povratne sprege. To je otpornik, koji je jednim izlazom spojen na izlaz op-amp, a drugim - na invertni ulaz.

Ako spojite isto kolo na neinvertirajući ulaz, dobićete krug pozitivne povratne informacije i op-amp će početi raditi kao generator signala.

Postoji nekoliko tipova pojačala sastavljenih na op-amp:

1. Invertovanje - pojačava signal i mijenja njegovu fazu za 180 stepeni. Da biste dobili invertujuće pojačalo na op-pojačalu, morate uzemljiti neinvertirajući ulaz op-pojačala i primijeniti signal na invertirajući koji treba pojačati. U ovom slučaju, ne smijemo zaboraviti na krug negativne povratne sprege.
2. Neinvertujući - pojačava signal bez promjene njegove faze. Da sastavite neinvertirajuće pojačalo, potrebno je da povežete kolo negativne povratne sprege na op-pojačalo, uzemljite invertujući ulaz i primenite signal na neinvertujući pin op-pojačala.
3. Diferencijalni - pojačava diferencijalne signale (signale koji se razlikuju po fazi, ali su isti po amplitudi i frekvenciji). Da biste dobili diferencijalno pojačalo, morate spojiti ograničavajuće otpornike na ulaze op-amp, ne zaboravite na krug negativne povratne sprege i primijeniti dva signala na ulazne kontakte: signal pozitivnog polariteta mora se primijeniti na neinvertirajući ulaz, negativan signal u invertirajući.
4. Measuring - modificirana verzija diferencijalnog pojačala. Samo instrumentalno pojačalo obavlja istu funkciju kao i diferencijalno pojačaloima mogućnost podešavanja pojačanja pomoću potenciometra koji povezuje ulaze dva op-ampa. Dizajn takvog pojačala je mnogo komplikovaniji i uključuje ne jedno, već tri op-pojačala.

Koliko je teško raditi sa operativnim pojačalima? Za kola op-amp ponekad može biti teško pronaći odgovarajuće komponente kao što su otpornici i kondenzatori, jer je potrebno pažljivo usklađivanje elemenata ne samo u nominalnim vrijednostima, već iu materijalima.

UMZCH na integrisanim kolima

Integrirana kola su uređaji posebno dizajnirani za obavljanje određenog zadatka. U slučaju UMZCH-a, jedno malo mikrokolo zamjenjuje veliku kaskadu tranzistora, operativnih pojačala ili vakuumskih uređaja.

Trenutno su TDA čipovi sa različitim serijskim brojevima, kao što su TDA7057Q ili TDA2030, veoma popularni. Postoji ogroman broj UMZCH kola na mikro krugovima.

U svom sastavu imaju veliki broj otpornika, kondenzatora i operacionih pojačala, opremljenih u vrlo malom kućištu, čija veličina ne prelazi kovanice od 1 ili 2 rublje.

Dizajniranje UMZCH

Prije kupovine potrebnih dijelova i graviranja provodnika na tekstuolitu, potrebno je razjasniti vrijednosti otpornika i kondenzatora, kao i odabrati željene modele tranzistora, operativnih pojačala ili integriranih kola.

Ovo se može uraditi na računaru koristeći namenski softver kao što je NI Multisim. ATOvaj program je prikupio veliku bazu podataka elektronskih komponenti. Uz njegovu pomoć možete simulirati rad bilo kojeg elektroničkog uređaja, čak i uzimajući u obzir greške, provjeriti ispravnost kola.

Uz pomoć takvog softvera, posebno je zgodno testirati moćna UMZCH kola.

200W tranzistorsko kolo stereo pojačala

Šema koja se razmatra u ovom odeljku je mnogo komplikovanija od gore opisanih. Ali njegova svojstva pojačavanja su bolja od onih dizajna zasnovanih na bipolarnim tranzistorima sa efektom polja, kao i na operacionim pojačalima i integrisanim kolima, koji su već citirani u članku.

Ovaj proizvod uključuje sljedeće stavke:

1. otpornici.
2. Kondenzatori (i polarni i nepolarni).
3. Diodes.
4. Zener dioda.
5. osigurači.
6. N-p-n-tip bipolarni tranzistori.
7. P-n-p bipolarni tranzistori.
8. P-kanalni IGFET-ovi.
9. Izolovana kapija FET sa n-kanalom.

Parametri ovog pojačala snage:

1. P_{nazivna snaga=200W (po kanalu).}
2. U_{snaga izlaznog stepena=50V (dozvoljene male varijacije).}
3. I_{odmor izlaznog stepena=200 mA.}
4. I_{ostatak jednog izlaznog tranzistora=50 mA.}
5. U_{osjetljivost=0,75 V.}

Svi glavni dijelovi ovog uređaja (transformator, sistemhlađenje u obliku radijatora i same ploče) nalaze se na eloksiranoj šasiji od duraluminijskog lima, debljine 5 mm. Prednji panel uređaja i dugmad za kontrolu jačine zvuka su napravljeni od istog materijala.

Transformator sa dva namotaja od 35 V može se kupiti gotov. Poželjno je odabrati jezgro toroidalnog oblika (njegove performanse su provjerene u ovom kolu), a snaga treba biti 300 W.

Napajanje za strujni krug će također morati biti sastavljeno nezavisno prema strujnom kolu UMZCH. Da biste ga konstruirali, trebat će vam osigurač, transformator, diodni most, kao i četiri polarna kondenzatora.

Kolo napajanja UMZCH dato je u istom odjeljku.

Tri jednostavne istine koje treba zapamtiti kada sastavljate bilo koje električno kolo:

1. Pazite na polaritet polarnih kondenzatora. Ako pobrkate plus i minus u malom krugu pojačala, onda se ništa strašno neće dogoditi, krug UMZCH jednostavno neće raditi, ali upravo zbog tako beznačajne, na prvi pogled greške, pale su rakete s opremom i posadom na brodu
2. Pazite na polaritet dioda: katodu sa anodom također je zabranjeno mijenjati. Za zener diodu, ovo pravilo je također relevantno.
3. Glavna stvar je da dijelove trebate lemiti samo tamo gdje je kontaktna točka na dijagramu. Većina neispravnih električnih kola ne radi upravo zato što instalater nije zalemio dijelove ili ih zalemio tamo gdje nisu bili potrebni.

Da li je ova šema uključena u jednu od najboljih UMZCH šema? Možda. Sve zavisi od togaželje potrošača.

Suhovljev plan

Ako se prethodni krug pojačala snage može sastaviti samostalno, jer uključuje relativno malo elemenata, onda je bolje ne sastavljati kolo pojačala Sukhov ručno. Zašto? Zbog velikog broja elemenata i priključaka, velika je šansa da se napravi greška, zbog čega će se sav značajniji posao morati ponoviti.

Zapravo, pogrešno je nazivati šemu datu u ovom odeljku Suhovljevom šemom. Ovo je UMZCH visoke vjernosti modela VVS-2011 (šematski dijagram UMZCH ovog tipa dat je u ovom odjeljku). U svom sastavu ne sadrži tranzistore sa efektom polja, ali uključuje:

1. Zener diode.
2. Nelinearni otpornici.
3. Obični otpornici.
4. Polarni i nepolarni kondenzatori.
5. Diodes.
6. Bipolarni tranzistori oba tipa.
7. OpAmps.
8. Throttle.

Mogućnosti ovog uključivanja:

1. P=150W pri R_{opterećenju=8 ohma.}
2. Linearnost: 0,0002 do 0,0003% na 20kHz, P=100W i R_{opterećenje=4 oma.}
3. Podrška za konstantno U=0 V.
4. Dostupna kompenzacija otpora AC žice.
5. Prisustvo strujne zaštite.
6. Prisustvo zaštite UMZCH kola od U_izlaz=konst.
7. Dostupnost mekog starta.

Ovo kolo je sastavljeno u industrijskoj skali i staje na malu ploču. Raspored provodnika i lokaciju elemenata možete pronaći na internetu,gdje su ovi materijali slobodno dostupni.

Šeme serije Sukhov su jedna od najboljih UMZCH šema.

Rezultat

Pojačalo snage zvuka je veoma popularan uređaj kako među profesionalnim muzičarima tako i među običnim ljubiteljima muzike. UMZCH se izvode kako na bazi vakuumskih uređaja i tranzistora, tako i na bazi operacionih pojačala, integrisanih kola.

Ovakvi uređaji se mogu kupiti u specijalizovanim prodavnicama, ili ih možete napraviti sami. Što se tiče cijene, cijevna pojačala su najskuplja, a integrisana kola najjeftinija.

UMZCH cijevna kola imaju veći kvalitet pojačanja od integriranih ili tranzistorskih UMZCH kola. Iz tog razloga ljudi su spremni da kupe takve uređaje i za ₽50.000, i za ₽100.000, i za ₽450.000.

Kada sami sastavljate pojačala, zapamtite sljedeća pravila:

1. Strogo je zabranjeno brkanje polariteta dioda, zener dioda i drugih anodno-katodnih uređaja, kao i polarnih kondenzatora. Ovo je ispunjeno činjenicom da sklop UMZCH sklopljen kao rezultat neće raditi.
2. Prilikom sastavljanja kola potrebno je zalemiti dijelove na kojima se nalazi dodirna tačka na crtežu. Zvuči kao očigledno pravilo. To je istina, ali mnogi instalateri zaborave na to.

Ako koristite sve gore navedene preporuke, možete sami sastaviti dobro pojačalo zvučne snage prema UMZCH kolu na tranzistorima ili drugim elementima.