В этой статье я попытаюсь в доступной форме рассказать о принципах работы транзисторных усилителей звука.
Усилители звука используются повсеместно - в домашних стереосистемах, музыкальных инструментах, звуковом оборудовании. В основе любого усилителя лежит транзистор - полупроводниковый прибор, способный усиливать слабые электрические сигналы.
Процесс усиления основан на свойствах транзистора изменять величину электрического тока, протекающего через его коллектор, в зависимости от управляющего сигнала, подаваемого на базу. Регулируя этот ток, можно добиться увеличения амплитуды выходного сигнала в десятки и сотни раз.
Основа любого транзисторного каскада - дифференциальная пара, состоящая из двух транзисторов с общим эмиттером. Один транзистор является управляемым, на его базу подается усиливаемый сигнал. Второй работает в стабильном режиме и служит источником опорного тока. Дифференциальный режим позволяет скомпенсировать температурный дрейф параметров транзисторов и повысить линейность усиления.
По мере изменения входного напряжения, ток через управляемый транзистор будет меняться, что приведет к изменению падения напряжения на сопротивлении коллектора. В результате на выходе каскада формируется усиленная копия входного сигнала. Чтобы расширить диапазон линейного усиления, используют транзисторы с большим запасом динамического диапазона, а также применяют сложные многотактные схемы выходных каскадов.
Для повышения коэффициента усиления используют многокаскадные схемы, где выход предыдущего каскада подается на вход следующего. Типовые усилители имеют 2-3 каскада на транзисторах разных типов - сначала идут предварительные каскады на маломощных транзисторах, затем выходной каскад на мощном транзисторе. Иногда добавляют корректирующие каскады для выравнивания амплитудно-частотной характеристики.
Важной характеристикой усилителей является линейность - способность равномерно усиливать сигналы разной амплитуды без искажений. Для обеспечения линейности применяют отрицательную обратную связь - часть выходного сигнала возвращается на вход и вычитается из входного. Это стабилизирует коэффициент усиления, снижает нелинейные искажения. В зависимости от топологии цепей обратной связи различают усилители с последовательной, параллельной и комбинированной ООС.
Особое внимание уделяется выбору рабочей точки транзисторов - оптимальному режиму по постоянному току, при котором достигается максимальная линейность передаточной характеристики. Для задания рабочей точки используют специальные цепи смещения на резисторах или термостабилизированных диодах. Часто применяют порозитивную схему смещения с динамической коррекцией рабочей точки.
Большое внимание уделяется тепловой стабилизации мощных транзисторов выходного каскада. Используют радиаторы охлаждения, регулируют режим работы по постоянному току, чтобы не допустить перегрева. Также стараются расположить усилительные каскады на некотором расстоянии от источников тепла внутри корпуса усилителя.
Для расширения частотного диапазона усилителя применяют высокочастотные транзисторы, компенсирующие RC-цепочки, тщательно выбирают номиналы пассивных компонентов. Используют разделение усилительного тракта на полосы частот с отдельной коррекцией в каждой полосе. Это позволяет получить равномерное усиление в широком частотном диапазоне.
В заключение хотелось бы отметить, что современные транзисторные усилители достигли высокого совершенства и широко используются для усиления звука. Благодаря продуманным схемотехническим решениям они сочетают высокое качество звучания с доступной ценой и надежностью. И вряд ли в обозримом будущем транзисторные усилители потеряют свои позиции на рынке аудиотехники.