Mucha gente está familiarizada con la situación en la que un dispositivo reproduce sonido, pero no lo hace con el volumen que nos gustaría. ¿Qué hacer? Puede comprar otro equipo de reproducción de sonido, o puede comprar un amplificador de potencia de frecuencia de audio (en adelante, UMZCH). Además, el amplificador se puede montar a mano.
Para hacer esto, solo necesitas conocimientos básicos de electrónica, como la capacidad de distinguir entre el emisor, la base y el colector en un transistor bipolar, drenaje, fuente, puerta en el campo, así como otros aspectos elementales..
A continuación se describirán los parámetros más importantes de los amplificadores de potencia de audio que se deben mejorar para lograr una mayor ganancia, así como los circuitos más simples de estos dispositivos, ensamblados en varios componentes básicos como válvulas de vacío, transistores, amplificadores operacionales y circuitos integrados
Además, el artículo considerará un esquema UMZCH de alta calidad. Su composición, parámetros y características de diseño se verán afectados. También se considerará el esquema UMZCH Sukhov.
Parámetros UMZCH
El parámetro más importante del amplificadorpotencia - factor de amplificación. Representa la relación entre la señal de salida y la señal de entrada y se divide en tres parámetros separados:
- Ganancia actual. KI=Ifuera / Ientrada.
- Ganancia de tensión. KU=Ufuera / Uin.
- Ganancia de potencia. KP=Pfuera / Pdentro.
En el caso de UMZCH, es más razonable considerar la ganancia de potencia, ya que es este parámetro el que requiere amplificación, aunque es una tontería negar que el valor de la potencia -tanto de entrada como de salida- depende de la corriente y valores de voltaje.
Por supuesto, los amplificadores tienen otros parámetros como el factor de distorsión de la señal amplificada, pero no son tan importantes en comparación con la ganancia.
No olvides que no hay dispositivos perfectos. No hay UMZCH con una gran ganancia, sin otras desventajas. Siempre hay que sacrificar algunos parámetros por el bien de otros.
UMZCH en dispositivos de electrovacío
Los dispositivos de electrovacío son dispositivos que contienen en su diseño un matraz en el que hay vacío o cierto gas, así como al menos dos electrodos: un cátodo y un ánodo.
Dentro del matraz puede haber tres, cinco e incluso ocho electrodos adicionales. Una lámpara con dos electrodos se llama diodo (que no debe confundirse con un diodo semiconductor), con tres, un triodo, con cinco, un pentodo.
Amplificadores de potencia de tubo de vacíomuy apreciado entre los amantes de la música ordinarios y los músicos profesionales, porque los tubos proporcionan la amplificación "más limpia".
Esto se debe en parte al hecho de que los electrones inyectados desde el cátodo no encuentran resistencia en su camino hacia el ánodo y alcanzan el objetivo en un estado sin cambios: no se modulan ni en densidad ni en velocidad.
Los amplificadores de válvulas son los más caros de todos los que hay en el mercado. Esto se debe al hecho de que los dispositivos de electrovacío ya no se usaban mucho en el siglo pasado, respectivamente, su producción en grandes cantidades se volvió poco rentable. Este es un producto de pieza. Pero tales UMZCH definitivamente valen su dinero: en comparación con los análogos populares, incluso en circuitos integrados, la diferencia es claramente audible. Y no a favor de las patatas fritas.
Por supuesto, no es necesario que montes los amplificadores de válvulas por tu cuenta, puedes adquirirlos en tiendas especializadas. El costo de los amplificadores en los dispositivos de vacío comienza en ₽ 50 000. Puede encontrar opciones usadas relativamente baratas (incluso hasta ₽ 10 000), pero pueden ser de mala calidad. ¿Cuánto cuestan los buenos amplificadores de válvulas? Desde ₽100 000. ¿Cuánto cuestan los muy buenos amplificadores? De varios cientos de miles de rublos.
Hay muchos circuitos UMZCH en lámparas, esta sección considerará un ejemplo elemental.
El amplificador más simple se puede montar en un triodo. Pertenece a la clase de circuitos UMZCH de ciclo único. En un triodo, el tercer electrodo es una rejilla de control que regula la corriente del ánodo. Se le conecta un voltaje alterno y, utilizando la magnitud y la polaridad de la señal fuente, puedereducir o aumentar la corriente del ánodo.
Si conecta un potencial alto negativo a la red, los electrones se asentarán en él y la corriente en el circuito será cero. Si se aplica un potencial positivo a la rejilla, los electrones del cátodo al ánodo pasarán sin obstáculos.
Al ajustar la corriente del ánodo, puede cambiar el punto de operación del triodo en la característica de corriente-voltaje. Esto le permite ajustar la cantidad de amplificación de corriente y voltaje (al final, potencia) de este dispositivo de electrovacío.
Para ensamblar un amplificador de triodo simple, debe conectar una fuente de alimentación variable a la rejilla de control, aplicar potencial cero al cátodo, positivo al ánodo. La resistencia de lastre generalmente está conectada al ánodo. La carga debe eliminarse entre el balasto y el ánodo.
Para mejorar la calidad de la señal amplificada, puede conectar un condensador de filtro en serie o en paralelo (según el caso específico) a la carga, conectar un condensador y una resistencia conectados en paralelo al cátodo, y conecte un divisor de voltaje simple de dos resistencias a la rejilla de control.
Teóricamente, un amplificador de potencia se puede ensamblar en un klystron de acuerdo con los circuitos UMZCH en las lámparas. Un klystron es un dispositivo de electrovacío, similar en diseño a un diodo, pero que tiene dos terminales adicionales que sirven para la entrada y salida de una señal. La amplificación en este dispositivo se produce debido a la modulación del flujo de electrones emitidos por el cátodo hacia el colector (análogo al ánodo), primero en velocidad y luego en densidad.
UMZCH en transistores bipolares
Transistor bipolar - síntesis de dos diodos. Es un elemento p-n-p o n-p-n con los siguientes componentes:
- emisor;
- base;
- coleccionista.
La velocidad y confiabilidad de los transistores es generalmente más alta que la de los dispositivos de vacío. No es ningún secreto que al principio las computadoras electrónicas funcionaban precisamente en las lámparas, pero tan pronto como aparecieron los transistores, estos últimos reemplazaron rápidamente a sus competidores antediluvianos y se utilizan con éxito hasta el día de hoy.
A continuación, se considerará un ejemplo del uso de un transistor n-p-n en un circuito amplificador de potencia. Es importante tener en cuenta que los electrones (n) son ligeramente más rápidos que los huecos (p), respectivamente, el rendimiento de los transistores n-p-n y p-n-p no difiere a favor de este último.
Otro matiz importante es que los transistores bipolares tienen varios circuitos de conmutación:
- Emisor común (el más popular).
- Con una base común.
- Con una variedad común.
Todos los circuitos tienen diferentes parámetros de ganancia. El siguiente circuito UMZCH tiene una conexión de emisor común.
Para ensamblar un amplificador simple basado en un transistor n-p-n, debe conectar un voltaje alterno a su base, un potencial positivo al colector y un potencial negativo al emisor. Y frente a la base, frente al colector y frente al emisor, se deben instalar resistencias limitadoras. La carga se elimina entre el balasto del colector y el colector mismo.
Como en el caso del electrovacíoamplificador de triodo, para mejorar la calidad de la amplificación en este circuito, puede:
- instale un divisor de tensión y un condensador de filtro delante de la base;
- instale un condensador y una resistencia conectados en paralelo al emisor;
- encienda el condensador del filtro a la carga para eliminar el ruido y la interferencia.
Si dos etapas amplificadoras de este tipo se conectan en serie, entonces sus ganancias se pueden multiplicar entre sí. Esto, por supuesto, complica significativamente el diseño del dispositivo, pero permitirá lograr una mayor amplificación. Es cierto que no funcionará conectar estas cascadas indefinidamente: cuantos más amplificadores individuales estén conectados en serie, mayor será la posibilidad de que entren en saturación.
Si el transistor opera en modo de saturación, entonces no se puede hablar de ninguna propiedad amplificadora. Puede verificar esto observando la característica corriente-voltaje: el punto de operación del transistor está en la sección horizontal si opera en modo de saturación.
FET UMZCH
A continuación, se mostrará el circuito UMZCH en transistores de tipo MOS (metal-óxido-semiconductor - la estructura estándar de un transistor de efecto de campo).
La estructura de los transistores de efecto de campo tiene poco en común con los transistores bipolares. Además, su principio de funcionamiento no se parece en nada al principio de funcionamiento de los análogos bipolares.
Los transistores de efecto de campo están controlados por un campo eléctrico (bipolar - por corriente). No consumen corriente y son resistentes a la radiación gamma, también llamadaradiación radiactiva. Es poco probable que este último hecho sea útil para los músicos que desean construir un amplificador de potencia de audio, pero en la industria esta característica de los transistores de efecto de campo es muy valorada.
Su principal desventaja es que no interactúan bien con la electricidad estática. Una carga de esta naturaleza de origen puede inutilizar transistores de este tipo. Cualquier contacto descuidado con el dedo en el contacto del elemento puede dañar el transistor.
Estas características deben tenerse en cuenta al montar amplificadores de potencia en estos componentes electrónicos.
¿Cómo ensamblar un circuito UMZCH en un transistor de efecto de campo con sus propias manos? Es suficiente seguir las instrucciones adicionales.
Se puede ensamblar un circuito UMZCH simple en un transistor de efecto de campo usando un transistor de efecto de campo de unión p-n con un canal de tipo n. El diseño es similar al descrito al ensamblar un amplificador en un transistor bipolar, solo la puerta ocupó el lugar de la base, el colector - el drenaje, el emisor - la fuente.
UMZCH en un amplificador operacional
Un amplificador operacional (en adelante, OU) es un componente electrónico que tiene dos entradas: inversora (cambia la fase de la señal en 180 grados) y no inversora (no cambia la fase de la señal), así como una salida y un par de contactos para alimentación. Tiene un bajo voltaje de compensación cero y corrientes de entrada. Esta unidad tiene una ganancia muy alta.
OU puede operar en dos modos:
- en modo amplificador;
- en modogenerador.
Para que el amplificador operacional funcione en modo de amplificación, es necesario conectarle un circuito de retroalimentación negativa. Es una resistencia, que está conectada con una salida a la salida del amplificador operacional y la otra a la entrada inversora.
Si conecta el mismo circuito a una entrada no inversora, obtendrá un circuito de retroalimentación positiva y el amplificador operacional comenzará a funcionar como generador de señal.
Hay varios tipos de amplificadores ensamblados en el amplificador operacional:
- Invertir - amplifica la señal y cambia su fase en 180 grados. Para obtener un amplificador inversor en un amplificador operacional, debe conectar a tierra la entrada no inversora del amplificador operacional y aplicar una señal a la inversora que debe amplificarse. En este caso, no debemos olvidarnos del circuito de retroalimentación negativa.
- Sin inversión - amplifica la señal sin cambiar su fase. Para ensamblar un amplificador no inversor, debe conectar un circuito de retroalimentación negativa al amplificador operacional, poner a tierra la entrada inversora y aplicar una señal al pin no inversor del amplificador operacional.
- Differential - amplifica las señales diferenciales (señales que difieren en fase pero son iguales en amplitud y frecuencia). Para obtener un amplificador diferencial, debe conectar resistencias limitadoras a las entradas del amplificador operacional, no se olvide del circuito de retroalimentación negativa y aplique dos señales a los contactos de entrada: se debe aplicar una señal de polaridad positiva a un no inversor entrada, una señal negativa a una inversora.
- Medición - una versión modificada del amplificador diferencial. Un amplificador de instrumentación realiza la misma función que un amplificador diferencial, solo quetiene la capacidad de ajustar la ganancia mediante un potenciómetro que conecta las entradas de dos amplificadores operacionales. El diseño de un amplificador de este tipo es mucho más complicado e incluye no uno, sino tres amplificadores operacionales.
¿Qué tan difícil es trabajar con amplificadores operacionales? Para los circuitos de amplificadores operacionales, a veces puede ser difícil encontrar componentes adecuados, como resistencias y condensadores, porque se requiere una combinación cuidadosa de los elementos no solo en los valores nominales, sino también en los materiales.
UMZCH en circuitos integrados
Los circuitos integrados son dispositivos especialmente diseñados para realizar una tarea en particular. En el caso de UMZCH, un pequeño microcircuito reemplaza una gran cascada de transistores, amplificadores operacionales o dispositivos de vacío.
Actualmente, los chips TDA con diferentes números de serie, como TDA7057Q o TDA2030, son muy populares. Hay una gran cantidad de circuitos UMZCH en microcircuitos.
En su composición, tienen una gran cantidad de resistencias, condensadores y amplificadores operacionales, equipados en una caja muy pequeña, cuyo tamaño no supera las monedas de 1 o 2 rublos.
Diseñando UMZCH
Antes de comprar las piezas necesarias y grabar los conductores en la placa de textolita, es necesario aclarar los valores de las resistencias y condensadores, así como seleccionar los modelos deseados de transistores, amplificadores operacionales o circuitos integrados.
Esto se puede hacer en una computadora usando un software dedicado como NI Multisim. AEste programa ha recopilado una gran base de datos de componentes electrónicos. Con su ayuda, puede simular el funcionamiento de cualquier dispositivo electrónico, incluso teniendo en cuenta los errores, comprobar la operatividad de los circuitos.
Con la ayuda de dicho software, es especialmente conveniente probar circuitos UMZCH potentes.
Circuito amplificador estéreo de transistor de 200 W
El esquema considerado en esta sección es mucho más complicado que los descritos anteriormente. Pero sus propiedades amplificadoras son mejores que las de los diseños basados en transistores bipolares de efecto de campo, así como amplificadores operacionales y circuitos integrados, que ya se han citado en el artículo.
Este producto incluye los siguientes elementos:
- Resistencias.
- Condensadores (tanto polares como no polares).
- Diodos.
- Diodo Zener.
- Fusibles.
- Transistores bipolares tipo N-p-n.
- Transistores bipolares p-n-p.
- IGFET de canal P.
- FET de puerta aislada con canal n.
Parámetros de este amplificador de potencia:
- Psalida nominal=200 W (por canal).
- Upotencia de la etapa de salida=50 V (se permite una ligera variación).
- Ireposo etapa de salida=200 mA.
- Iresto de un transistor de salida=50 mA.
- Usensibilidad=0,75 V.
Todas las partes principales de este dispositivo (transformador, sistemarefrigeración en forma de radiadores y el propio tablero) se encuentran sobre un chasis anodizado fabricado en chapa de duraluminio, cuyo espesor es de 5 mm. El panel frontal del dispositivo y las perillas de control de volumen están hechos del mismo material.
Se puede comprar un transformador con dos devanados de 35 V ya hecho. Es deseable elegir un núcleo de forma toroidal (su desempeño ha sido verificado en este circuito), y la potencia debe ser de 300 W.
La fuente de alimentación del circuito también deberá montarse de forma independiente según el circuito de alimentación del UMZCH. Para construirlo, necesitará un fusible, un transformador, un puente de diodos y cuatro condensadores polares.
El circuito de alimentación del UMZCH se proporciona en la misma sección.
Tres simples verdades para recordar al ensamblar cualquier circuito eléctrico:
- Asegúrese de observar la polaridad de los condensadores polares. Si confunde más y menos en un circuito amplificador pequeño, entonces no sucederá nada terrible, el circuito UMZCH simplemente no funcionará, pero fue precisamente debido a un error tan insignificante, a primera vista, que cayeron cohetes con equipo y tripulación a bordo.
- Asegúrese de observar la polaridad de los diodos: también está prohibido intercambiar el cátodo con el ánodo. Para un diodo zener, esta regla también es relevante.
- Lo principal es que necesita soldar partes solo donde hay un punto de contacto en el diagrama. La mayoría de los circuitos eléctricos defectuosos no funcionan precisamente porque el instalador no soldó las piezas o las soldó donde no eran necesarias.
¿Este esquema está incluido en uno de los mejores esquemas UMZCH? Quizás. Todo depende dedeseos del consumidor.
El esquema de Sukhov
Si el circuito amplificador de potencia anterior se puede ensamblar de forma independiente, porque incluye relativamente pocos elementos, entonces es mejor no ensamblar el circuito amplificador Sukhov manualmente. ¿Por qué? Debido a la gran cantidad de elementos y conexiones, existe una alta probabilidad de cometer un error, por lo que se deberá volver a realizar una gran cantidad de trabajo.
En realidad, es incorrecto llamar al esquema dado en esta sección el esquema de Sukhov. Este es un UMZCH de alta fidelidad del modelo VVS-2011 (en esta sección se proporciona un diagrama esquemático del UMZCH de este tipo). En su composición no contiene transistores de efecto de campo, pero incluye:
- Diodos Zener.
- Resistencias no lineales.
- Resistencias normales.
- Condensadores polares y no polares.
- Diodos.
- Transistores bipolares de ambos tipos.
- Amplificadores operacionales.
- Acelerador.
Posibilidades de esta inclusión:
- P=150 W a Rcarga=8 ohmios.
- Linealidad: 0,0002 a 0,0003% a 20kHz, P=100W y Rcarga=4 ohm.
- Soporte para constante U=0 V.
- Compensación de resistencia de cable de CA disponible.
- Presencia de protección actual.
- Presencia de protección del circuito UMZCH de Usalida=const.
- Disponibilidad de arranque suave.
Este circuito está ensamblado a escala industrial y cabe en una placa pequeña. La disposición de los conductores y la ubicación de los elementos se pueden encontrar en Internet,donde estos materiales están disponibles gratuitamente.
Los esquemas de la serie Sukhov son uno de los mejores esquemas UMZCH.
Resultado
Un amplificador de potencia de sonido es un dispositivo muy popular entre los músicos profesionales y los amantes de la música comunes. UMZCH se realizan tanto sobre la base de dispositivos de vacío y transistores, como sobre la base de amplificadores operacionales, circuitos integrados.
Dichos dispositivos se pueden comprar en tiendas especializadas, o puedes hacer los tuyos propios. En términos de precio, los amplificadores de válvulas son los más caros y los circuitos integrados son los más baratos.
Los circuitos de válvulas UMZCH tienen una mayor calidad de ganancia que los circuitos UMZCH integrados o de transistores. Es por esta razón que la gente está lista para comprar tales dispositivos por ₽50,000, y por ₽100,000, y por ₽450,000.
Al ensamblar amplificadores usted mismo, recuerde las siguientes reglas:
- Está terminantemente prohibido confundir las polaridades de diodos, diodos zener y otros dispositivos de ánodo-cátodo, así como condensadores polares. Esto está plagado del hecho de que el circuito UMZCH ensamblado como resultado no funcionará.
- Al ensamblar el circuito, debe soldar las partes donde hay un punto de contacto en el dibujo. Suena como la regla obvia. Esto es cierto, pero muchos instaladores lo olvidan.
Si utiliza todas las recomendaciones dadas anteriormente, usted mismo puede ensamblar un buen amplificador de potencia de sonido de acuerdo con el circuito UMZCH en transistores u otros elementos.
