Универсальный германиевый усилитель нч. Самодельный усилитель на германиевых транзисторах. Коротко о блоке питания

Для тех, у кого остались в запасниках транзисторы серии ГТ и П, предлагаю для обзора свою конструкцию УНЧ на транзисторах П210. Схема была взята мною с не помню за какой год брошюры, в помощь радиолюбителю. В оригинале схемы использовались транзисторы МП42, МП37 и П217.

С этим комплектом заявленная номинальная мощность была 15Вт. Имея в своих запасниках с пол сотни транзисторов П210 я долгое время перекладывал их из угла в угол. И вот, однажды начитавшись форумов и всевозможных статей про усилители на германии, решил наконец собрать УНЧ на этих самых П210-ых.

Много положительных отзывов но и не меньше критики было прочитано о применении транзисторов серии ГТ в усилителях. Дабы проверить написанное и дать свою оценку - занялся сборкой. Было собрано два варианта схемы: на пяти транзисторах по классической топологии и схема с дифкаскадом. В конечном итоге предпочтение было отдано схеме с дифкаскадом.

Несколько слов о первой схеме: настройки никакой практически не требует, если детали все исправны то работает сразу. Настройка сводится к установке половины напряжения питания на выходе. Схема достаточно надежна.

Для полного отсутствия фона переменного тока достаточно в выпрямителе емкости в 4700 мкф. При напряжении питания 42В, Рmax достигала 38Ватт. Более точно не измерял. Из достоинств - отсутствуют искажения типа ступенька, именно германиевые транзисторы в такой схеме имеют этот плюс.

Из недостатков - режимы работы оконечных транзисторов близки к предельно допустимым, резко снижают надежность последних. При длительной работе примерно в 75 процентов от максимальной мощности, оконечные транзисторы довольно сильно нагреваются.

Радиаторы что на фото нагревались до 60 градусов. Нужно отметить,что максимальная температура до пробоя перехода П210 по паспорту составляет 85 градусов (у кремния для примера эта граница равна 125 градусов).

Вторая схема - с дифкаскадом, имеет ряд преимуществ перед первой схемой, а именно: установка тока покоя (мною выставлялась 200ма), температурный режим более мягкий. При питании от двухполярного источника 35В Pmax = 50 Ватт.

Поднимать напряжение питания выше 35 Вольт не имеет смысла, поскольку максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе П210 с буквой Б и В равна 45Ватт.

Если у вас есть П210 с буквой Ш, то есть смысл поднять питание до 42 Вольт, тогда можно будет получить 60 -65 ватт на выходе. В процессе сборки был мною опробован вариант с двумя парами выходных транзисторов П210Б удалось получить 80 ватт!!

Для германия эта довольно значительная цифра, но в силу ряда недостатков - большущие радиаторы, приличный нагрев, эта проба так и осталась пробой, да и зачем столько выхода для дома.

Схема надежно работает уже в течении двух лет. Некоторые номиналы резисторов были пересчитаны мною под соответствующие транзисторы. Резисторы в оконечном каскаде рекомендую поставить мощностью не менее 5Ватт, можно и мощнее, еще лучше будет если будете использовать акустику в 100Ватт, то 5 Ваттных только-только хватит.

Если к примеру поставить на три Вата то они попросту при половине мощности лопнут или сгорят в уголь, что приведет к пробою транзистора ГТ404 в первую очередь и наверняка вылетит один из выходных транзисторов. Поэтому ставим не скупясь на мощность резистора - лучше всего проволочные.

Из недостатков: столкнулся с проблемой фона переменного тока. Для меня так и осталось загадкой почему в первой схеме емкости в 4700 достаточно, а в этой схеме явно мало. Пришлось разориться и купить два конденсатора на 15000х63 вольта. Мне эти, казалось бы простые детали обошлись в 1500 рубликов. Конечно можно было собрать батарею из кондеров на 2000мкФх50в, коих полная коробка, но они старые советские и в разы больше импортных, размер бы вышел в пол корпуса самого усилителя.

Потому и были куплены импортные, но кому как нравится конечно, все зависит от того в какой корпус вы все это хотите затолкать. В итоге две емкости по 15000 хватило вполне что бы полностью убрать фон переменного тока.

Обе схемы работают в классе АВ. Для лучшего отвода тепла мною был установлен куллер среднего размера от компа, запитал его через гасящий резистор, так чтобы на куллер приходилось 8 Вольт. Шума от куллера не наблюдается. Этого более чем достаточно - на максимальной мощности в течении часа, выше 45 градусов радиаторы не нагреваются. Если память не подводит, площадь у радиаторов на фото 200см квадратных.

Настройка этой схемы так же сводится к установке половины питания на выходе подстроечным резистором в дифкаскаде и тока покоя подстроечником в базе МП26Б.

Теперь несколько слов о предварительном усилителе. Мною приложены схемы предложенные автором из брошюры, но мне они показались сомнительными. Поэтому был собран простейший каскад на одном транзисторе МП39б (малошумящий). Этот каскад немного видно на фото в левой части корпуса. схему последнего не привожу, поскольку рекомендовать именно ее нет смысла - данный каскад целесообразно делать под имеющийся источник сигнала.

Обязательное условие для предварительного усилителя - схема должна быть с общим эмиттером. Конечно же можно применить и микросхемы, но как это все будет вместе работать - не проверял. Поскольку у микросхем общий минус, а в схеме унч общий плюс то велика вероятность того что от одного источника оконечный и предварительный каскад работать корректно не будут.

В качестве блока питания использован обычный трансформатор ТС-160 с перемотанной вторичкой. Один канал тянет на максимуме до 3,5 ампер. Исходя из этого вторичка должна обеспечивать ка минимум 6 ампер. В выпрямителе использованы диоды Д242 так как других не было. Но вполне хватит и КД202.

Вот в краце рассказал об основных моментах сборки и настройки усилителя. Ну и в конце еще добавлю несколько слов о качестве и окраске звучания. В общем то результатом доволен! А результат оказался неожиданным - очень приятное для уха звучание и нужно отметить довольно глубокий и сильный НЧ спектр на этих транзисторах. Слушать можно хоть круглые сутки, для с равнения была собрана та же съема но только на транзисторах КТ серии - и вроде бы звук тот же, а все равно что-то такое механическое и суховатое присутствует в звуке на кремнивых транзисторах. На КТшках низкие частоты вроде тоже не плохие, но что-то не уловимое ухом все же пропало.

В целом, людям имеющим острый слух и, так сказать чуткое ухо, разница будет очевидна. При всех своих недостатках германиевое звучания намного естественней и мягче нежели кремниевое звучание. Не относя себя к категории аудиофилов, среди которых не мало людей с маниакальными идеями и убеждениями, а в качестве обычного любителя меломана с музыкальным острым слухом, я выбрал вариант в германиевом исполнении.

В предыдущих своих статьях я выкладывал таблицу свойств германия и кремния из которой видно что при всех минусах, германий очевиден в своих преимуществах перед кремнием. И в качестве заключения скажу: желающие повторить конструкцию, дерзайте.. оно того стоит!

«Давненько не брал я в руки шашки…». Вернее я хотел сказать, что давненько не собирал усилителей на транзисторах. Всё лампы, да лампы, понимаешь. И тут, благодаря нашему дружному коллективу и участию , я приобрёл пару плат для сборки . Платы отдельно .

Платы пришли быстро. Игорь (Datagor) оперативно прислал документацию со схемой, описанием сборки и настройки усилителя. Кит всем хорош, схема классическая, обкатанная. Но меня обуяла жадность. 4,5 Ватта на канал - маловато будет. Хочу минимум 10 Вт, и не потому что я громко слушаю музыку (с моей акустикой чувствительностью 90 дБ и 2 Вт хватает), а... чтобы было.

Схема умощнённого усилителя

Законы Ома и Джоуля-Ленца ещё ни одному адвокату объехать не удалось, и для того, чтобы поднять мощность на выходе УМЗЧ, надо поднимать напряжение его питания. Сделаем хотя бы в два раза, до 30 Вольт. Сразу сделать это не получится. Транзисторы П416 и МП39Б, которые используются в оригинальной схеме, имеют максимальное допустимое напряжение 15 Вольт.

Пришлось достать с полки старый Справочник радиолюбителя 1978 года издания и углубиться в изучение параметров германиевых транзисторов серий «МП» и «ГТ», одновременно проводя раскопки в коробках с деталями.

Я искал транзисторы близкие по параметрам к использованным в схеме, но имеющие максимально допустимое напряжение не менее 30 Вольт.

После проведения этой увлекательной изыскательской работы были найдены необходимые кандидаты. На вход, вместо П416, главным претендентом стал транзистор ГТ321Д.
Пару МП39Б + МП37А было решено заменить аналогичной парой МП14А + МП10Б. Германиевые транзисторы серии МП с номерами от 9 до 16 – это «военка», транзисторы для аппаратуры специального назначения. В отличие от их аналогов с номерами от 35 до 42, которые предназначены для аппаратуры широкого применения.

На выходе я решил использовать высокочастотные транзисторы ГТ906А. Причин этому было несколько, главная из которых - это наличие запаса этих транзисторов в моей тумбочке. Вторая причина - это высокий коэффициент передачи тока. При работе транзисторы предварительного каскада будут меньше «напрягаться» на раскачку выходных транзисторов, что должно уменьшить их нагрев и положительно сказаться на уровне искажений усилителя.

Следующий шаг, который тоже немаловажен – это подбор транзисторов в пары по коэффициенту передачи тока h21э. Сначала я попробовал это сделать при помощи обычного китайского тестера, но результаты измерения мне показались несколько странными и явно завышенными. К тому же китайский тестер явно не смог справиться с измерением параметров мощных транзисторов.

Пришлось достать с полки старый добрый еще Советских времен прибор «ППТ».

После подбора транзисторов, сборка печатных плат согласно датагорской инструкции не заняла много времени. Надо ещё обратить внимание на напряжения электролитических конденсаторов. Оно должно быть не меньше чем выбранное напряжение питания усилителя.
Я использовал конденсаторы на 35 Вольт.

Поскольку я планировал получить от усилителя бОльшую мощность, потребовалось увеличить емкость выходного разделительного конденсатора раза в два, как минимум. Конденсатор такого номинала на плату уже не вмещался. Вместо него я впаял пару винтовых зажимов, чтобы можно было подключать на проводах любой понравившийся конденсатор, не обращая внимания на его размеры.

Другой важной проблемой была организация охлаждения выходных транзисторов. У меня нашлась пара одинаковых, довольно крупных радиаторов, но они были рассчитаны на крепеж к ним современных транзисторов в корпусе ТО-220.
Выход я нашел в старых горелых компьютерных блоках питания. Пара радиаторов из толстого алюминия 4 мм, на которые я закрепил через изолирующие прокладки транзисторы ГТ906, а уже сами эти радиаторы широким торцом через термопасту были прикручены винтами к большим радиаторам.

К этим же радиаторам при помощи металлических уголков были прикреплены и платы усилителя. Между ребер компьютерного радиатора, вблизи выходных транзисторов, удобно разместился диод Д310, который обеспечивает термостабильность усилителя. Его я не долго думая залил китайским термоклеем.

Первое включение, наладка усилителя

Сначала настраивал на напряжении питания в 15 Вольт. Установил ток покоя усилителя 100 мА, отбалансировал выход, так чтобы на нем было ровно половина напряжения питания, потом плавно стал поднимать напряжение питания до нужных по задумке 30-ти Вольт.

В ходе этой операции пришлось немного изменить номиналы некоторых резисторов, т.к. при увеличении напряжения питания начинал резко возрастать ток покоя. Без БП с ограничением по току, я бы, наверное, лишился не одной пары выходных транзисторов. Но тут все обошлось.

Немного измерений

Полоса частот тоже порадовала. Практически без завала от 15 Гц до 60 кГц. Если убрать конденсаторы на 100 пФ из цепи обратной связи и на входе, наверное была бы ещё шире.

То, что надо! Это как раз соответствует уровню выходного сигнала звуковой платы компьютера, которая и будет использоваться в качестве основного источника сигнала.

Проверил, какой максимальный ток потребляет усилитель. При подаче на вход прямоугольного сигнала частотой 10 кГц амплитудой 1,5 В усилитель тянет от БП чуть меньше 2 А тока.

Общая сборка усилителя

Силовой трансформатор тороидальный. Со страшным названием БЫ5.702.010-02, которое призвано было запутать вероятного противника. Трансформатор выдает на выходе 20 Вольт. Параметры этой обмотки по току мне найти не удалось, но накал лампы ГМ-70 (а это 3.5 А) он держит, не напрягаясь и не перегреваясь. Так что для питания двух каналов этого усилителя ему мощности хватит даже с запасом.

Выпрямительные диоды я использовал тоже германиевые Д305 (10 А, 50 V). Таким образом, получилось собрать усилитель, в котором нет ни одной кремниевой детали. Все по «феншую».

Конденсаторы фильтра - 2 шт. по 10000 мкФ. Хватило бы и по одному, но, как я писал вначале, жадность обуяла, к тому же место в корпусе было.

На выход поставил по три соединенных параллельно конденсатора 1000 мкФ 63 В. Конденсаторы качественные, от японской Матсушиты.

После того как все комплектующие надежно закреплены в корпусе, остается только их соединить между собой проводами, ничего не напутав. Монтаж я делал, используя медную моножилу сечением 0.5 кв мм в силиконовой термостойкой изоляции. Этот провод я брал из кабеля, которым проводят пожарную сигнализацию. Рекомендую к использованию. За счет того что провод жесткий, без особых усилий получается его ровно и аккуратно уложить в корпусе.

От некоторых своих знакомых я слышал неплохие отзывы о звучании УНЧ на германиевых транзисторах. И решил собрать обычную классическую схему на комплементарных германиевых транзисторах ГТ703/705. На раскачку – каскад СРПП на 6Н30П для получения возможно более низкого выходного сопротивления.

Схема следуюшая:

Резистором VR2 устанавливается ноль на выходе, резистором VR1 – ток покоя выходных транзисторов. Стабилитроны нужны для предотвращения появления опасного для транзисторов напряжения между этажами СРПП в случае выхода из строя одной из половинок ламп. Предварительное прослушивание макета показало очень неплохое звучание, максимальная синусоидальная мощность – 8 Ватт, полоса на уровне минус 1 дБ от 20 Гц до 80 кГц. Чувствительность – 0,6 вольта. Макет играл минут 10 на максимальной громкости (сколько держали уши) и радиаторы выходных транзисторов даже не нагрелись до 50 градусов, увеличился только ток покоя от начальных 40 мА до 100. Блок питания:

Для дальнейших эксперимантов был собран макет в стерео варианте. Первые тесты были сделаны без сетвого фильтра. Добавление этого элемента вернуло ясность звучания, присущую ламповым усилителям. В общем, конечно, это не 2А3, но учитывая просто подкупающую простоту конструкции, звучание очень и очень достойное. По общему впечатлению – типично триодное, то есть чистое, детальное, точное, но поэтому и несколько малоэмоциональное и простоватое. Трудно сказать, является причиной этому ламповая или транзисторная часть схемы, или схема сама по себе – это покажут дальнейшие опыты – они безусловно будут продолжены.

И в заключение – пара картинок как это выглядит:

Дополнено 21 февраля 2013 года. Видимо, можно питание выходного каскада сделать на LM7812 и LM7912, установленных на радиатор.

Схема усилителя проста, деталюшек минимум, пригодится для повторения новичками, ниже текст так же для них. Усилительные элементы схемы – германиевые транзисторы - активно применялись еще тридцать лет назад. Схемотехника напоминает многие распространенные схемы тех лет, например усилитель Электрон 20. Некоторые различия есть, в основном технологического характера.
Источник питания однополюсный, нестабилизированный, несколько необычно там смотрится дроссель. Выходной каскад работает в режиме класса АВ.

Выходная мощность 10Вт, общий КНИ до 3%, нагрузка - 8ми Омные громкоговорители.

Работа усилителя на примере одного канала:
Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1, сюда же приходит постоянное напряжение с делителя R5,R9 – это задает потенциал смещения транзистора и одновременно напряжение симметрии выхода. Усиленный VT1 сигнал, подается на базу VT3 и далее на выходной каскад VT5,VT6,VT9,VT10. В эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода усилителя (точка + С9) – образуя цепь Общей Отрицательной Обратной Связи, причем по постоянному и переменному току одновременно. Если допустим напряжение на эмиттере VT1, пришедшее с выхода, больше чем на его базе – тогда запирается VT1, VT3, VT6, VT9, потенциал выхода уменьшается за счет одновременно открывшихся VT5, VT10. Аналогично происходит, если на эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода, меньшее чем на его базе (только отпирание/запирание транзисторов происходит с точность до наоборот). Т.е. усилитель автоматически поддерживает напряжение на выходе заданное делителем R5,R9 в базе VT1. Аналогично действует схема, усиливая полезный сигнал переменного тока. Только теперь схема отрабатывает звуковой сигнал поступающий в базу VT1 через С2. Глубина действия ОООС, неодинакова для постоянного и переменного тока, из-за наличия конденсатора С4. По переменному току с помощью делителя R11 R12 задается Ку всего усилителя, по постоянному току действует 100% ОООС (через R11 в эмиттер VT1) что хорошо поддерживает симметрию выхода по постоянному току. Основным усилителем напряжения по амплитуде, необходимой для «раскачки» выходного каскада, является транзистор VT3. Для улучшения свойств этого каскада, нагрузкой его является цепь Положительной Обратной Связи, которая берется через R23 с выхода усилителя и образует т.н. «динамическую нагрузку». Действие этой цепи приводит к почти неизменному току через VT3, при любой амплитуде сигнала – транзистор работает в более линейном режиме и развивает максимальный Ку, что важно и с точки зрения уменьшения общего КНИ усилителя и максимальной амплитуде сигнала на выходе. Конечно, цепь ПОС, не совсем совершенна в качестве «динамической нагрузки», применена в общем, для упрощения схемы. Выходной каскад вполне обычный, его задача значительно усилить по току напряжение, поступающее с каскада на VT3 и подача в нагрузку. Составной транзистор VT6,VT9 отпирается при положительном потенциале, каскад VT5,VT10 - при отрицательном, таким образом, происходит усиление сигнала переменного тока в точке симметрии +С9. В нагрузку звуковой сигнал поступает через конденсатор С9, который не пропускает постоянное напряжение с точки симметрии усилителя. Для минимизации искажений, выходные транзисторы приоткрыты некоторым начальным током (ток покоя).
Этот ток задается падением напряжения от протекающего коллекторного тока VT3 на резисторах R17,R18, и приложен между базами предвыходных транзисторов. Цепочка R19,С6 устраняет самовозбуждение усилителя, которое может возникнуть на частотах более 50кГц. При монтаже усилителя следует обратить внимание на подключение проводов GND, сечение проводов соединения выходных транзисторов следует взять 0.75-1мм2, (кроме провода базы).
Настройка и первое включение усилителя:
Настройку следует производить, включив вместо предохранителя мощный резистор сопротивлением 15-20Ом, а вместо акустики мощные резисторы 8-15Ом. Если все транзисторы исправны и в схеме нет ошибок, в точках симметрии (+С9, +С10) должно сразу установится напряжение равное половине питания - это следует проверить первым делом. Дополнительно его корректируют подстроечником R4. Разбаланс симметрии в пределах +/-2 вольта вполне допустим. Затем контролируют начальный ток выходных транзисторов (ток покоя) измеряя его по падению напряжения на резисторах R32 и R34, оно должно быть в пределах 40-70мВ. Если в схеме есть ошибки, или неисправные элементы, тогда возможно сильно нагреется резистор, включенный вместо предохранителя, одновременно спасая транзисторы схемы (выходные и предвыходные) от пробоя – следует внимательно проверить схему и устранить ошибку или неисправный элемент. Следующий этап проверки – на отсутствие ВЧ самовозбуждения – нужно подключить на выход осциллограф. Наличие самовозбуждения устраняют корректировкой цепи R19,С6. Если все нормально, устанавливаем предохранитель на место, подключаем на вход генератор ЗЧ и проверяем усилитель испытательными сигналами. Прежде всего, нужно проверить симметрию ограничения максимальной амплитуды сигнала – ограничение должно наступать примерно при амплитуде 10В частота 1000Гц., если это не так, нужно подобрать сопротивление R23 или заменить VT3. Усилитель можно исследовать сигналами разных частот и амплитуд, форм. Подробную методику пока не будем приводить – усилитель ведь для начинающего. На частотах более 10кГц нежелательно подавать номинальный сигнал на вход – выходные транзисторы могут перегреться, на музыкальном сигнале этого не происходит по причине малой амплитуды этих сигналов. Следует так же еще раз проконтролировать ток покоя выходных транзисторов, должен быть в пределах 50-70мА, корректируется подбором сопротивления R17. Если ток больше – сопротивление уменьшить, и наоборот. Контроль тока нужно произвести еще примерно через час работы усилителя – он не должен увеличиваться.
Теперь можно подключить АС и источник сигнала – усилитель готов для эксплуатации.
В качестве источника, например, выход CD плеера, с уровнем 0.775-1В.

На фото, собранный на макете усилитель для отслушивания, в корпус я его так и не оформил (это было в 2005году).

Звучание вполне ничего, но тренированное ухо отмечает некоторую зализанность самых верхних верхов, слегка рыхловатый низ, а вот голосовой диапазон или около того, звучит довольно приятно, тепло. Во время отслушки, использовалась АС ОЯ 160 литров, с парой динамиков 4А28 и 6ГД2 в каждой. Довольно, неплохо усилитель работает и на 10МАС1М, первых выпусков, с еще «недубевшей» резиной НЧ динамиков.
В усилитель, его базовую схему, можно внести некоторые изменения, которые позволят улучшить его ТТХ, одновременно желательно произвести отбор транзисторов. Работоспособность усилителя сохраняется до снижения напряжения питания 12-15В, можно ниже, но следует произвести подстройку симметрии и тока покоя. ТТХ усилителя при снижении питания будут, конечно же, хуже, упадет и выходная мощность. Транзисторы можно заменить на подобные серии МП, ГТ404В ,Г, 402Ж,И. П214 лучше всего с буквой А, но можно и другие, возможно так же применение и П215 ,16,17, но звучание будет несколько хуже, особенно на ВЧ. Можно применить и транзисторы серий П213, и даже П201, 202, тогда напряжение питания следует снизить до 27-30В. Примененный транзистор МП37Б работает на пределе по Uк-э макс, но отказов или пробоя у меня не было.

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах - музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин - практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» - ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно - чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД - свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД - менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток - полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений - не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше - до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется - характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, - обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление - несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков - 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток - существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная - в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий - порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности - они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная - с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм - наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h21 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h21 - 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения - это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле - сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h21. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое - обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, - с общим эмиттером. Одна особенность - необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина - повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог - например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора - он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку - наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем - должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука - выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.