Выбор и расчёт схемы умзч. Что такое выходной транзистор? Ток покоя и каскадные усилители Влияние конструкции усилителя на качество звука
Транскрипт
1 Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены для получения в нагрузке требуемой мощности. Энергетические показатели этих каскадов являются весьма существенными и при анализе усилителей им уделяется основное внимание. Каскады усиления мощности отличаются большим разнообразием. Они могут выполняться на биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме ОБ, ОЭ (ОИ) или ОК (ОС). По способу подключения нагрузки усилительные каскады могут быть трансформаторными и бестрансформаторными. Выходные каскады усилителей предназначены для получения в низкоомной нагрузке требуемой мощности сигнала и поэтому их характеризуют рядом энергетических параметров: выходной мощностью, КПД, коэффициентом усиления по мощности и уровнем нелинейных искажений. Для обеспечения высоких энергетических показателей усилителя мощности, амплитуды выходных напряжений и токов, а также выходная мощность усиленного сигнала должны быть близки к соответствующим предельно допустимым параметрам используемого транзистора. По способу подключения нагрузки выходные каскады делят на трансформаторные и бестрансформаторные. Трансформаторные каскады в современных усилительных устройствах практически не применяются. В бестрансформаторных выходных каскадах используют однотипные и разнотипные транзисторы, которые соединены по двухтактной схеме с непосредственным подключением нагрузки. При этом разнотипные транзисторы имеют идентичные параметры и их называют комплементарными. В настоящее время схемы на однотипных транзисторах применяются крайне редко. Основной недостаток таких схем один транзистор включен по схеме ОЭ, а другой по схеме ОК, что требует искусственного выравнивания коэффициентов усиления плеч. Основным требованием, предъявляемым к каскадам усиления мощности, является обеспечение в заданном нагрузочном сопротивлении возможно большей или заданной величины мощности сигнала. Эта мощность должна быть отдана при допустимом уровне нелинейных и частотных искажений, а также при возможно меньшем потреблении мощности от источника питания. Поэтому основными исходными данными при расчете каскада являются: мощность P Н отдаваемая в нагрузку; уровень частотных и нелинейных искажений; рабочая полоса частот (); коэффициент полезного дейст- Н В 1
2 вия каскада. Усилитель мощности обычно является выходным каскадом усилительного устройства. Сопротивление нагрузки усилителя мощности, как правило, не превышает величину нескольких десятков или сотен Ом. Если низкоомную нагрузку, включить непосредственно в выходную цепь транзистора выходного каскада, имеющего обычно большое выходное сопротивление, то мощность сигнала в нагрузке окажется очень малой. В этом случае согласование выходного сопротивления усилительного каскада и сопротивления нагрузки осуществляется с помощью выходного трансформатора. Если нагрузка достаточно высокоомная, то она может быть включена непосредственно в выходную цепь оконечного усилительного каскада Классы усиления в усилителях мощности В зависимости от положения точки покоя на линии нагрузки по постоянному, току различают три основных режима (раннее название класс) работы транзисторов в усилителях мощности: А; В и АВ. Применяют также специфические режимы С; D (близкие к ключевому) и ключевой импульсный режим. В режиме А точку покоя транзистора на выходных характеристиках выбирают так, чтобы рабочая точка при перемещении по линии нагрузки не попала в области искажений формы выходного сигнала. Таким образом, все рассмотренные выше усилительные каскады работают в режиме А. Энергетические параметры усилителя мощности определяют из графических построений: мощность в коллекторной цепи каскада ОЭ: Р, 5 U I ; К ВЫХ m К m мощность, потребляемую от источника питания: Р EК I КП; КПД коллекторной цепи: Р U ВЫХ m I К К m, 5. Р EК I КП Как следует из формул при максимальных амплитудах напряжения и тока (U ВЫХ m EК и U К m I КП) КПД транзисторного усилителя мощности, работающего в режиме А, не превышает 5 %. В режиме класса А выбор точки покоя производят так, чтобы рабочая точка при движении по линии нагрузки не заходила в нелинейную начальную область коллекторных характеристик и в область отсечки коллекторного тока, т. е. в области искажений выходного сигнала. Иными словами, все рассмотренные каскады работают в режиме усиления класса А. Режим класса А используется в так называемых однотактных каскадах усиления мощности. Каскады усиления мощности класса А обеспечивают наименьшие нелинейные искажения выходного сигнала, но обладают минимальным КПД 2
3 Они нашли применение при мощности в нагрузке не более нескольких десятков милливатт. В режиме класса В точка покоя располагается в крайней правой части линии нагрузки каскада по постоянному току. Режиму покоя соответствует напряжение U БЭ. При наличии входного сигнала ток коллектора транзистора протекает только в течение одного полупериода, а в течение другого транзистор работает в режиме отсечки тока. В режиме класса В усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый из транзисторов служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. Выходной каскад при этом обладает более высоким КПД и применяется на более высокие мощности, чем однотактный. Режим класса АВ является промежуточным между режимами классов А и В. Он позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, сильно проявляющиеся в режиме класса В вследствие нелинейности начального участка входной характеристики транзисторов. Это достигается некоторым смещением точки покоя вверх. Каскады усиления мощности рассматриваются на биполярных транзисторах, включенных преимущественно по схеме ОЭ. На полевых транзисторах эти каскады выполняются аналогично. 1.3 Бестрансформаторный усилитель мощности на комплементарных транзисторах К входу бестрансформаторного выходного каскада на комплементарных транзисторах (рисунок 1, а)) подводится однофазное усиливаемое напряжение. Оба транзистора задействованы по схеме эмиттерного повторителя и обычно запитываются от двух разнополярных одинаковых источников питания ЕК1 ЕК 2. Нагрузка в усилительном каскаде подключена к общей точке соединения эмиттеров транзисторов. T 1 T 2 i К1 R Н u ВЫХ i К 2 Е К 1 Е К 2 i К1 i К 2 u ВЫХ 2 3 t t t t 3
4 а) в) Рисунок 1 Бестрансформаторный усилитель мощности на комплементарных транзисторах: а) схема; б) временные диаграммы токов и напряжений К входу бестрансформаторного выходного каскада на комплементарных транзисторах (рисунок 1, а)) подводится однофазное усиливаемое напряжение. Оба транзистора задействованы по схеме эмиттерного повторителя и обычно запитываются от двух разнополярных одинаковых источников питания ЕК1 ЕК 2. Нагрузка в усилительном каскаде подключена к общей точке соединения эмиттеров транзисторов. С помощью временных диаграмм токов и напряжений (рисунок 1, б)) рассмотрим принцип действия бестрансформаторного выходного каскада. Транзисторы в схеме работают попеременно в так называемом режиме В. Например, на угловом интервале при положительной полуволне входного гармонического напряжения открывается транзистор Т 1 (n р n типа), пропуская в нагрузку импульс коллекторного тока i К1. При этом на нагрузке выделяется положительная полуволна выходного напряжения u ВЫХ. На интервале 2, когда на вход каскада поступает отрицательная полуволна входного напряжения, напряжения, открывается транзистор Т 2 (р n р типа) и через нагрузку протекает импульс тока i К 2, создавая на ней отрицательную полуволну выходного усиленного напряжения u ВЫХ. Усилительный каскад мощности рассчитывают графоаналитическим методом, используя статические характеристики любого транзистора, например Т 1. КПД коллекторной цепи возрастает с увеличением амплитуды выходного напряжения и при значениях U Кm ЕК достигает предельного значения 78,5 %. Так как оба транзистора включены по схеме эмиттерного повторителя (схему часто называют двухтактным эмиттерным повторителем), то значительно упрощается согласование выходного сопротивления усилителя с низкоомной нагрузкой. Однако в этом случае выходное напряжение не превышает входное, и усиление мощности обеспечивается только за счет усиления тока. Основной недостаток двухтактных усилителей мощности, работающих в режиме В, нелинейные искажения выходного сигнала из-за нелинейности начальных участков входных характеристик транзисторов. Объединенная входная характеристика двух транзисторов при этом имеет излом вблизи нуля (рисунок 2, а)). Как видно из диаграмм, эта нелинейность искажает базовые токи i Б1 и i Б 2 вследствие чего искажаются формы коллекторных токов транзисторов и выходного напряжения. Устраняют этот недостаток введени- 4
5 ем транзисторов в промежуточный режим АВ (рисунок 2, б)). Это достигается подачей на их базы небольших отрицательных напряжений смещения, равных напряжению отпирания. Обычно источником базового смещения служат диоды, стабилитроны или транзисторы в диодном включении. I Б I Б i Б1 i Б1 u БЭ i t Б 2 u БЭ i Б 2 t t t а) б) Рисунок 2 Диаграммы работы двух транзисторов: а) в режиме В; б) в режиме АВ 1.4 Избирательные усилители Избирательные усилители предназначены для усиления узкополосных сигналов. Как правило, отношение граничных частот рабочей полосы избирательного усилителя не превышает f / f 1, 11, 5. Их АЧХ должна иметь достаточно резкие, близкие к прямоугольным, спады на границах полосы пропускания. По используемому частотному диапазону избирательные усилители делятся на два класса резонансные и с частотно-зависимой ОС. В одной из простейших схем транзисторного резонансного усилителя с на биполярном транзисторе с общим эмиттером нагрузкой коллекторной цепи является параллельный колебательный LC -контур (рисунок 3). Связь с последующим усилительным каскадом или нагрузкой чаще всего осуществляется через разделительный конденсатор. Может также использоваться и высокочастотная трансформаторная связь. Коэффициент усиления резонансного каскада с ОЭ определяется по формуле К U h21r / h11, где R резонансное сопротивление контура, которое заменяет сопротивление нагрузки R КН. Назначение элементов в схеме усилительного каскада рисунка 3 такое В Н 5
6 же, как и в схеме усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером. В каскаде для улучшения выходных характеристик используется отрицательная последовательная обратная связь по постоянному и по переменному току, которая задается резисторами R 1, R 2, R Э. Для устранения отрицательной последовательной обратной связи по переменному току, резистор R Э, шунтируют конденсатором большой емкости С Э. Конденсаторы С Р1 и С Р2 разделительные, разделяют переменные и постоянные составляющие напряжений в схеме. Резисторы R 1 и R 2 называют резисторами базового смещения. С помощью их падают смещение по напряжению на вход активного элемента, в частности транзистора Т. Резонансные усилители применяются на промежуточных и высоких частотах (свыше сотен кгц). Они выполняются обычно на интегральных микросхемах, которые содержат все элементы принципиальной схемы, кроме колебательного контура (на сравнительно низких частотах). В диапазоне частот до нескольких десятков килогерц резонансные LСконтуры не используют из-за больших габаритов конденсаторов и катушек индуктивностей. Поэтому на достаточно низких частотах применяют избирательные усилители с частотно-зависимой ОС, состоящей из RС-цепей. R 1 L C C Р2 Е К C Р1 T u ВЫХ R Н R 2 R Э C Э Рисунок 3 Избирательный усилитель 1.5 Фазоинверсный каскад Фазоинверсные каскады являются предоконечными каскадами усилителя, если оконечный каскад является двухтактным усилителем мощности. Фазоинверсный каскад должен обеспечивать на входе двухтактного усилителя мощности два одинаковых напряжения, сдвинутых по фазе на 18. Наиболее просто осуществить инверсию с помощью каскада с трансформаторным выходом. Вторичная обмотка выполняется с выводом средней 6
7 точки (рисунок 4). Расчет такого каскада не отличается от расчета трансформаторного каскада усилителя мощности, работающего в режиме А. Нагрузкой плеча вторичной обмотки является входное сопротивление одного плеча двухтактного усилителя мощности, а коэффициент трансформации определяется как отношение числа витков половины вторичной обмотки к числу первичной. Е К Тр u вых 1 R 1 u вых 2 C р1 T R Г е Г ~ u вх R 2 R Э C Э Рисунок 4 Схема фазоинверсного каскада с трансформаторным выходом Основными недостатками трансформаторного инверсного каскада является большие вес, габариты и стоимость, а также наличие дополнительных нелинейных искажений. Поэтому часто между предоконечным и оконечным каскадами помещают так называемый фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой. Фазоинверсный каскад (каскад с разделенной нагрузкой) предназначен для получения двух выходных сигналов, имеющих сдвиг по фазе в 18. Схема фазоинверсного каскада приведена на рисунке 4. Она получается из схемы ОЭ при отключении конденсатора С Э и подключении второй нагрузки R Н 2 через C р3 к R Э. Выходные сигналы снимаются с коллектора и эмиттера транзистора. Сигнал u ВЫХ 2, снимаемый с эмиттера, совпадает по фазе с входным сигналом (рисунок 5), а сигнал u, снимаемый с коллектора (рисунок 5), находится с ним в противофазе. ВЫХ 1 7
8 Е К R 1 R К C р2 C р1 T R Г C р3 R Н 1 u вых 1 е Г ~ u вх R 2 R Э R Н 2 u вых 2 Рисунок 2.5 Схема фазоинверсного каскада 8
Лекция 9 Тема 9 Выходные каскады 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены
Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические
Электроника и МПТ Усилители мощности (УПТ) Усилитель мощности усилительный каскад, предназначенный для передачи в нагрузку заданной либо максимально возможной мощности при максимально возможном КПД и минимальных
ТЕМА 7 Температурная стабилизация При повышении температуры окружающей среды ток транзистора увеличивается и его характеристики смещаются вверх (рис. 1). Рис.1 Эмиттерная стабилизация. Заключается в использовании
Основы схемотехники ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ...1 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ...1 2. УСИЛЕНИЕ СЛАБЫХ СИГНАЛОВ...6 3. УСИЛЕНИЕ СИЛЬНЫХ СИГНАЛОВ...14 4. ОСНОВЫ МИКРОСХЕМОТЕХНИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ...18 1. Основные положения
Лекция 7 Тема 7 Предварительные усилители, их принципиальные и эквивалентные схемы Динамические характеристики усилительного элемента В реальных цепях к выходу усилительных (активных) элементов обычно
Лекция 6 Тема Усилительные каскады на биполярных транзисторах 1.1 Питание усилителей. Подача смещения на вход активного элемента Положение начальной рабочей точки определяется полярностью и значением напряжения
Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью () называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя
6.3. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ Двухтактные УМ могут быть трансформаторными и бестрансформаторными. Двухтактный трансформаторный УМ представляет собой два однотактных каскада с общими цепями нулевого
Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5.1. ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных
Лекция 6 Тема 6 Температурная стабилизация усилительных элементов Динамические характеристики усилительного элемента В реальных цепях к выходу усилительных (активных) элементов обычно подключают нагрузку
ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Электронный усилитель - устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы. По функциональному
Глава 4. Режимы работы усилительных элементов 4.1 Режим А Этот режим характеризуется тем, что точка покоя выбирается в средней используемой для работы части нагрузочной ВАХ (нагрузочной прямой) усилительного
Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского Радиофизический факультет Отчет по лабораторной работе 5 Апериодический усилитель Выполнили студенты 430 группы Нижний Новгород, 2018
Основы функционирования преобразовательной электронной техники Выпрямители и инверторы ВЫПРЯМИТЕЛИ НА ДИОДАХ Показатели выпрямленного напряжения во многом определяются как схемой выпрямления, так и используемыми
Лекция 4 Тема 4 Основные показатели и характеристики усилителей Основные определения Устройства, с помощью которых путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно
Усилители УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Обратная связь находит широкое использование в разнообразных устройствах полупроводниковой электроники. В усилителях введение обратной связи призвано улучшить ряд
Лекция 8 Тема: Интегральные усилители 1 Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические
Лекция 8. Усилители мощности Обратные связи в усилительных каскадах. Каскодные схемы. План 1. Введение. 2. Усилители мощности 3. Обратные связи в усилительных каскадах 4. Каскодные схемы. 1. Введение.
Генераторы Среди генераторных устройств следует различать генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и генераторы прямоугольных колебаний, или сигналов прямоугольной формы (генераторы импульсов).
ЛЕКЦИЯ 13 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Динамический и ключевой режимы работы биполярного транзистора План занятия: 1. Динамический режим работы транзистора 2. Ключевой режим работы транзистор 3. Динамические
ЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Oleg Stukach TP, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia E-mail: [email protected] ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Общая схема усилителя Энергетические характеристики Частотные характеристики Обратная
280 Лекция 27 СХЕМОТЕХНИКА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ План 1. Введение. 2. Операционные усилители на биполярных транзисторах. 3. Операционные усилители на МОП-транзисторах. 4. Выводы. 1. Введение Операционный
Лабораторная работа Усилители на биполярных транзисторах («УБТ»). Цель работы. Изучение принципов работы, исследование амплитудных и частотных характеристик и параметров усилителей на основе биполярных
3.Транзисторные усилительные каскады (расчет по переменному току) Введение Приведенные ниже задачи связаны с расчетом параметров усилительных каскадов, схемы которых рассчитаны по постоянному току в предыдущей
1 Лекция 7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. СОГЛАСУЮЩИЕ СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИ- ПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ План 1. Введение. 2. Усилительные каскады на полевых транзисторах.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАСКАДА УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ НИЗКОЙ
5.3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ В усилителе на БТ транзистор должен работать в активном режиме, при котором эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном.
ТЕСТЫ по дисциплине «Основы радиоэлектроники» Для студентов специальности -3 4 Физика (по направлениям) -3 4-2 Физика (производственная деятельность) Какое из определений сигналов приведено не верно? Электрические
Принцип действия усилительного каскада на биполярном транзисторе Принцип построения усилительных каскадов Электроника Базовым звеном любого усилителя является усилительный каскад (УК). Несмотря на разнообразие
Блок 3 Задание 1. 1. Для заданной схемы выпрямителя определить для режима холостого хода изобразить схему выпрямителя и осциллограммы напряжений на: 1 напряжения на вторичной обмотке трансформатора; 2
Лекция 5 Тема: Усилительные устройства Основные определения Устройства, с помощью которых путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно большей, называют усилителями.
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска корины» ОНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ПРОВЕРОЧНЫЕ ТЕТЫ -3 4 Физика (по направлениям)
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет: РФФ Группа: 3091/2 Бригада: 3 Студенты: Нарыков А. Егоров П. Ефремов Д. Преподаватель: Нечаев Д.А. Рабочий протокол и отчёт по
Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми и импульсными величинами
Лекция 11 Тема: Аналоговые интегральные микросхемы (Продолжение). 1) Операционные усилители. 2) Параметры ОУ. 3) Схемотехника ОУ. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Операционными усилителями (ОУ) называют усилители
Лабораторная работа # 2 (19) Исследование характеристик биполярного транзистора и усилителя на биполярном транзисторе. Цель работы: Исследование вольтамперных характеристик биполярного транзистора и усилителя
12.2. СИММЕТРИЧНЫЙ ТРИГГЕР НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С КОЛЛЕКТОРНО-БАЗОВЫМИ СВЯЗЯМИ Установление исходного состояния. Принципиальная схема симметричного транзисторного триггера с коллекторно-базовыми
МОДУЛЬ 3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ГЕНЕРАТОРЫ В результате изучения модуля студенты должны: знать принципы построения, характеристики и параметры различных типов усилителей и генераторов гармонических
Лекция 11 Тема: Импульсные устройства Импульсный режим работы усилителя Импульсному (ключевому) режиму работы транзистора соответствует два крайних состояния: транзистор либо заперт, или полностью открыт.
ТЕМА 9 ГЕНЕРАЦИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Генераторы - электронные устройства создающие электрические колебания определенной амплитуды, частоты и формы Энергия генерируемых колебаний появляется в результате
Лабораторная работа 2 Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах Цель работы Изучение работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах, определение основных параметров и их расчет
5.12. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Усилители низкой частоты. УНЧ в интегральном исполнении это, как правило, апериодические усилители, охваченные общей (по постоянному и переменному току)
ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЫ ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ 1 Цель и задачи контрольно-курсовой работы Изучение структуры,
Усилители постоянного тока. Операционные усилители (ОУ). Проблема дрейфов: в усилителях переменного тока разделение каскадов емкостями или трансформаторами, применение реактивных нагрузок (дроссели и
2. ПРИЦИПЫ ПОСТРОЕИЯ УСИЛИТЕЛЬЫХ ЗВЕЬЕВ ААЛИЗ РАБОТЫ ТИПОВЫХ УСИЛИТЕЛЬЫХ ЗВЕЬЕВ В РЕЖИМЕ МАЛОГО СИГАЛА 2.. Усилительное звено и его обобщенная схема. Малосигнальные параметры биполярных и полевых транзисторов,
0. Измерения импульсных сигналов. Необходимость измерения параметров импульсных сигналов возникает, когда требуется получить визуальную оценку сигнала в виде осциллограмм или показаний измерительных приборов,
Лекция Тема олебательные системы Выделение полезного сигнала из смеси различных побочных сигналов и шумов осуществляется частотно-избирательными линейными цепями, которые строятся на основе колебательных
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 1 ЦЕПИ СМЕЩЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ, РАБОТА КАСКАДА. Целью работы является изучение процессов, происходящих в усилительном каскаде, на примере схемы с общим эмиттером.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра автоматизации сельскохозяйственного производства
Глава 5. Дифференциальные усилители 5. Дифференциальные усилители Дифференциальный усилитель это симметричный усилитель с двумя входами и двумя выходами, использующийся для усиления разности напряжений
МОДУЛЯТОРЫ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛОВ МОЩНОСТЬЮ 10...100 ВТ ДИАПАЗОНА 10...450 МГЦ (Электросвязь. 2007. 12. С. 46 48) Александр Титов 634034, Россия, г. Томск, ул. Учебная, 50, кв. 17. Тел. (382-2) 55-98-17, E-mail:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Амплитудный модулятор Цель работы: исследовать способ получения амплитудно-модулированного сигнала с помощью полупроводникового диода. Управление амплитудой высокочастотных колебаний
84 Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План 1. Введение 2. Параметрические стабилизаторы 3. Компенсационные стабилизаторы 4. Интегральные стабилизаторы напряжения 5. Выводы 1. Введение Для работы электронных
10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в
ТЕМА 8 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В усилителях постоянного тока (УПТ) (частота сигнала единицы и доли герц) применяют непосредственную омическую (гальваническую) связь. Лучшими
Электроника Стабилизация положения рабочей точки усилительного элемента В процессе работы положение рабочей точки усилительного элемента изменяется. Это происходит вследствие действия дестабилизирующих
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение характеристик, параметров и режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном
1 Искажения при детектировании амплитудно-модулированных колебаний Кафедра РЭИС. Доцент Никитин Никита Петрович. 2009 2 Нелинейные искажения при детектировании амплитудномодулированных колебаний Пусть
Мордовский Государственный Университет Имени Н.П.Огарева Институт Физики и Химии Кафедра Радиотехники Бардин В.М. РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ И ОКОНЕЧНЫЕ КАСКАДЫ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ. Саранск,
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» ОСНОВЫ РАДОЛЕКРОНК ОБУЧАЮЩЕ ЕСЫ Для студентов специальности -3 04 03
58 А. А. Титов УДК 621.375.026 А. А. ТИТОВ ЗАЩИТА ПОЛОСОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ОТ ПЕРЕГРУЗОК И МОДУЛЯЦИЯ АМПЛИТУДЫ МОЩНЫХ СИГНАЛОВ Показано, что биполярный транзистор представляет собой управляемый ограничитель
Раздел 2. Усиление слабых сигналов. Глава 4. Принципы построения усилительных схем 4.1. Схемы подачи питания и стабилизации Постоянные токи и напряжения в цепях УЭ, соответствующие состоянию покоя, т.е.
7. Базовые элементы цифровых интегральных схем. 7.1. Диодно-транзисторная логика Транзисторный каскад, работающий в ключевом режиме, можно рассматривать, как элемент с двумя состояниями, или логический
Лекция номер 10 Схемы преобразователей Никитин Н.П. Классификация схем По типу гетеродина: с отдельным и с совмещённым гетеродином По типу прибора, на котором выполняется смеситель: транзисторные и диодные
109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» (ННГУ) Радиофизический
Задача 1 Определим исходные данные: 1. Начертим схему выпрямителя с фильтром, на которой обозначим напряжения и токи в обмотках трансформатора, вентилях и нагрузке. Укажем полярность выходных клемм. 2.
Выходные каскады усилителей
В выходных каскадах транзисторы работают в режимах, близких к предельным эксплуатационным режимам, что является отличительной особенностью выходных каскадов. В зависимости от типа усилителя (переменного или постоянного тока) нагрузка подключается к выходу усилителя или через разделительный конденсатор (трансформатор), или непосредственно.
Рассмотрим работу предварительного каскада (рис. 2.19,а) в качестве выходного. Анализ проведем в области средних частот, где можно пренебречь сопротивлениями разделительных конденсаторов и не учитывать частотные свойства транзистора. На графиках семейства выходных ВАХ транзистора (рис. 2.19,б) построим нагрузочную прямую по постоянному току по двум точкам с координатами: и. На этой прямой в рабочем секторе семейства ВАХ выберем рабочую точку A () и проведем через нее нагрузочную прямую по переменному току под углом к оси напряжений. При этом положение рабочей точки должно быть таким, чтобы отрезки нагрузочной прямой от рабочей точки A до границ рабочего сектора были одинаковыми, поскольку при таком положении реализуется максимальная выходная мощность.
Так как максимальная амплитуда выходного напряжения меньше, а максимальная амплитуда выходного тока меньше, максимальную выходную мощность можно оценить из следующего соотношения:
Учитывая, что от источника питания потребляется мощность, максимальный коэффициент полезного действия (КПД) каскада
получается небольшим (в каскаде с трансформаторной связью КПД выше:). Поскольку рассеиваемая транзистором мощность должна быть меньше допустимой, максимальная выходная мощность, которую может обеспечить транзистор, оказывается меньше половины допустимой, т.е. . Как видно из приведенных соотношений, эксплуатационные свойства такого типа выходных каскадов низкие, поэтому они находят ограниченное применение только в маломощных усилителях при большом сопротивлении нагрузки.
Основной причиной низких эксплуатационных свойств рассмотренного типа выходного каскада является то, что он работает в режиме A, когда ток через транзистор протекает в течение всего периода действия входного сигнала, в связи с чем такой каскад потребляет мощность от источника питания непрерывно вне зависимости от величины входного сигнала. На рис. 2.20,а приведена схема двухтактного выходного каскада (с непосредственной связью с нагрузкой), работающего в режиме B, у которого токи через транзисторы протекают только при наличии входного сигнала определенной полярности (положение рабочей точки транзистора в этом режиме отмечено на рис. 2.20,б и 1.21,г буквой B). При положительном напряжении на входе () открывается транзистор (закрыт), и через него от источника питания в нагрузку течет ток, сохраняющий форму входного сигнала. При отрицательной полярности входного сигнала (), наоборот, работает транзистор, а закрыт, и ток в нагрузку течет от источника. Хотя токи через транзисторы протекают только в течение половины периода действия входного сигнала, ток в нагрузке, благодаря их поочередной работе, протекает в течение всего периода, что исключает большие искажения выходного сигнала (транзисторы и, составляющие комплементарную, т.е. взаимно дополняющую пару, должны быть по возможности идентичными).
Чтобы определить параметры каскада, через рабочую точку транзистора () и точку с координатами проведем нагрузочную прямую (здесь нагрузочные прямые по постоянному и переменному току совпадают). Записав выражение выходной мощности в виде
и приняв во внимание, что максимальная амплитуда выходного напряжения может достигать значения, близкого к (), найдем максимальную выходную мощность:
Учитывая, что в режиме B ток через транзистор протекает только в течение половины периода действия входного гармонического сигнала, среднее значение тока транзистора за весь период, а также потребляемая каскадом мощность описываются соотношениями
откуда следует, что каскад, работающий в режиме B, потребляет от источников питания мощность только при наличии входного сигнала, и эта мощность достигает своего максимального значения при максимальном выходном сигнале ():
Таким образом, в режиме B максимальный КПД двухтактного каскада
оказывается заметно больше, чем у двухтактного каскада в режиме A (). Рассеиваемая двумя транзисторами в виде тепла мощность
достигает своего максимального (неблагополучного для транзисторов) значения при:
Поскольку максимальная рассеиваемая одним транзистором мощность не должна превышать допустимую, т.е. , а, как следует из (2.8) и (2.9), максимальная выходная мощность каскада, работающего в режиме B, определится из соотношения
выходной каскад транзистор композитный
(в общем случае необходимо учитывать максимальную мгновенную мощность, которая может привести к недопустимому перегреву транзистора, поэтому на практике принимается, но это все равно лучше, чем в режиме A, когда).
Как видно из входной характеристики транзистора (см. рис. 1.21,г), положение рабочей точки в режиме B таково, что транзистор не управляется при малых входных напряжениях, поэтому форма выходного сигнала искажается (характер этих искажений показан на рис. 2.20,б). Чтобы исключить нелинейные искажения при малых входных сигналах, на каждый транзистор выходного каскада подается напряжение смещения, в результате чего транзисторы переводятся в режим AB (точка AB на рис. 1.21,г). В режиме AB сохраняются все преимущества режима B.
Напряжение смещения, поступающее на базы транзисторов выходного каскада (и на рис. 2.21,а), образуется на диоде (транзисторе в диодном включении) и эмиттерном переходе транзистора при протекании через них тока от генератора, который также задает эмиттерный ток транзистора, включенного для сигнала по схеме с общим коллектором. Это напряжение смещения, равное примерно, можно организовать и на двух последовательно включенных диодах, однако дифференциальное сопротивление двух диодов больше сопротивления связки диод-транзистор, которое равно (- параметры транзистора). Малое дифференциальное сопротивление элементов смещения, наряду с большим дифференциальным сопротивлением генератора тока, позволяет без потерь передать сигнал с эмиттера транзистора (от базы транзистора) на базу транзистора, что требуется из условия симметрии плеч двухтактного выходного каскада, т.е. идентичности условий прохождения положительной и отрицательной полуволн сигнала.
При значительном уменьшении сопротивления нагрузки (например, при коротком замыкании) эмиттерные токи транзисторов выходного каскада резко возрастают, что может привести к тепловому разрушению транзисторов. Чтобы это исключить, в выходные каскады в обязательном порядке встраивается схема защиты (на рис. 2.21). При нормальной работе каскада напряжения на резисторах недостаточны для открывания транзисторов, поскольку малы сопротивления. При коротком замыкании выхода эмиттерный ток транзистора (или, в зависимости от полярности входного сигнала,) резко увеличивается, увеличивается и падение напряжения на резисторе, открывается транзистор, в результате чего шунтируется база транзистора, что приводит к фиксации на определенном (безопасном) уровне его базового и эмиттерного тока. Если p-n-p-транзистор изготовлен на одной полупроводниковой подложке с другими n-p-n-транзисторами микросхемы, то его коэффициент усиления базового тока небольшой (несколько единиц), поэтому вместо мощного транзистора типа p-n-p часто используется композитный (составной) транзистор, состоящий из маломощного p-n-p-транзистора и мощного n-p-n-транзистора (рис. 2.21,а). Коэффициент усиления базового тока композитного транзистора равен произведению коэффициентов усиления составляющих его транзисторов, т.е. . С целью повышения эффективности защиты транзистора коллектор транзистора иногда подсоединяют не к базе выходного транзистора, а к одному из узлов цепи предварительного усиления сигнала (непосредственно или через дополнительный транзистор).
На рис. 2.21,б приведена схема двухтактного выходного каскада класса AB, у которого отсутствуют специальные элементы смещения, а их функции выполняют эмиттерные p-n-переходы эмиттерных повторителей, предназначенных для усиления тока сигнала с предыдущего каскада. Назначение остальных элементов этой схемы такое же, как и соответствующих элементов схемы рис. 2.21,а.
Кроме рассмотренных схем существуют также схемы выходных каскадов с иным включением выходных транзисторов (с общим эмиттером), а также с иной (индуктивной, емкостной) связью с нагрузкой.
Выбираем структурную схему усилителя мощности. Она представлена на рисунке 2. Входной каскад выполнен на транзисторе VT1 , включенный с общим эмиттером. Резистор R4 является нагрузкой первого каскада усиления. С него усиленный сигнал поступает на базу транзистора VT2 , являющимся промежуточным каскадом усиления. Выходной каскад собран на биполярных транзисторах VT7 …VT10 по схеме Дарлингтона. Таким образом, усилитель мощности является трёхкаскадным. Составим примерную схему будущего усилителя мощности:
Рисунок 2 - Ориентировочная схема УМЗЧ
Максимальное напряжение на выходе и максимальный выходной ток рассчитываются по выходной мощности PL = 5 Вт. и сопротивлению нагрузки RL = 4 Ом.
Выходной каскад
Традиционно работу и расчёт усилителя мощности начинают рассматривать с выходного каскада, так как от схемы выходного каскада существенно зависят многие параметры УМЗЧ такие как: энергетические показатели, нелинейные искажения, надёжность и т.д. Выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах, включённых по схеме Дарлингтона. В этом каскаде нагрузка подключается к коллекторам выходных транзисторов. Выходной каскад УМЗЧ представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Выходной каскад УМЗЧ
Необходимое напряжение питание EП усилителя мощности найдём, исходя из формулы мощности:
Из получившейся пропорции находим:
При найдём EП ;
Выберем напряжение питания немного больше, учитывая погрешности при расчете и потери мощности питания на входном и промежуточном каскадах. Примем
Выходной каскад служит усилителем тока и в общем виде может рассматриваться как преобразователь импедансов, согласующий низкоомный выход каскада с нагрузочным сопротивлением.
Мощность выходных каскадов лежит обычно в пределах от 50мВт. до 100Вт. И более, поэтому при расчете усилителей всегда следует учитывать рассеиваемую транзисторами мощность.
Напряжение пробоя выходных транзисторов VT 8 и VT 10 должно быть:
Максимальная мощность рассеяния транзисторов VT 8 и VT 10 при активной нагрузке и гармоническом сигнале на входе равно:
Ток короткого замыкания выходных транзисторов равен:
Таким образом, при известных значениях параметров по справочным данным выбираем комплементарную пару выходных транзисторов: VT 8 - КТ 816В, VT 10 - КТ 817В.
По максимальному выходному току Imax и минимальному усилению по току B0 = 25, выбранного типа транзисторов VT 8 и VT 10, рассчитываем ток коллектора транзисторов VT 7 и VT 9:
Такому коллекторному току соответствует маломощный кремниевый транзистор КТ 3102Б - структуры n-p-n и маломощный кремниевый транзистор КТ 3107Б - структуры p-n-p .
В качестве транзистора VT 2 (транзистора промежуточного каскада) можно использовать практически любой маломощный низкочастотный транзистор. Следует только обратить внимание на предельное напряжение коллектор-эмиттер, которое не должно быть меньше, чем. Такому напряжению соответствует транзистор типа КТ 3107Б у которого максимальное напряжение коллектор-эмиттер равняется 45В.
Перейдём к рассмотрению и расчёту защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания выхода. Из-за малого выходного сопротивления усилитель мощности легко может быть перегружен по току нагрузки и выведен из строя за счёт перегрева выходных транзисторов. Конструктивные меры повышения надёжности, такие как выбор транзисторов с большим запасом по мощности рассеяния, увеличение площади теплоотводящей поверхности, приводят к удорожанию конструкции и ухудшению её массогабаритных показателей. Поэтому целесообразно использовать схемотехнические способы повышения надёжности, вводя в усилитель мощности цепи защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий выхода.
Рассмотрим принцип действия защиты выходного каскада УМЗЧ от токовой перегрузки и короткого замыкания выхода. Схема защиты состоит из транзисторов VT 5 и VT 6 и резисторов R 10…R 13. Схема защиты представлена на рисунке 4. Работает цепь защиты следующим образом.
При достаточно малом токе нагрузки транзистор VT 5 заперт, так как падение напряжения на резисторе R 11 недостаточно для его открывания, и цепь защиты практически не оказывает влияния на работу усилителя мощности. При увеличении тока нагрузки растёт падение напряжения на резисторе R 11 (для положительной полуволны; для отрицательной полуволны выходного напряжения будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R 12). При достижении напряжения падающего на резисторе R 11, порога UБЭ ПОР открывания транзистора VT 5 он отпирается, забирая на себя часть тока источника, тем самым стабилизируя максимальный ток нагрузки. Номиналы резисторов R11 и R12 рассчитаем по формуле:
Резисторы R 11 и R 13 имеют малое сопротивление (100…150 Ом) и служат для ограничения тока базы транзисторов VT 11 VT 13. Резисторы R 11 и R 13 практически не влияют на работу цепи защиты.
Рисунок 4 - Схема защиты выходного каскада УМЗЧ от токовой перегрузки и короткого замыкания выхода.
Далее перейдем к рассмотрению схемы температурной стабильности тока покоя выходного каскада УМЗЧ. Существует достаточно много различных схемотехнических приёмов обеспечения температурной стабильности тока покоя выходных транзисторов. Все они в конечном счете требуют создания теплового контакта элементов стабилизирующей цепи либо с корпусом транзисторов, либо с теплоотводящей поверхностью. Еще один пример построения выходного каскада усилителя мощности с температурной стабилизацией тока покоя выходных транзисторов приведен на рисунке 4. Преимущество данного способа заключается в том, что на теплоотводящую поверхность помещается только один термочувствительный элемент - транзистор VT 4. Условие, из которого выбирают номиналы резисторов R 6 и R 8:
В общем случае отношение должно быть численно на единицу меньше количества p-n переходов в контуре. Резистор R 8 выполняется переменным для обеспечения установки требуемого тока покоя транзисторов выходного каскада усилителя мощности. Выберем номиналы сопротивлений R 6 и R 8, учитывая, что их отношение должно быть примерно равняться трём, так в выходном каскаде стоят четыре транзистора (т.е. имеется четыре p-n перехода). Возьмём сопротивление R 6 равным 1000 Ом, тогда R 8 будет равным:
Для расчёта резистора R7, воспользуемся выражением:
рассчитаем R 7.
Что такое выходной транзистор ? Выходными, или оконечными, транзисторами называют транзисторы, входящие в конструкцию выходных (последних) каскадов в каскадных усилителях (имеющих минимум два или три каскада) частоты. Кроме выходных имеются ещё и предварительные каскады, это все, некоторые расположены до выходного.
Каскад — это транзистор укомплектованный резистором, конденсатором и иными элементами, обеспечивающими его работу в качестве усилителя. Всё имеющееся в усилителе количество предварительных каскадов должно обеспечивать увеличение напряжения частоты таким образом, чтобы полученное значение было пригодно для функционирования выходного транзистора. В свою очередь сам выходной транзистор повышает мощность частотных колебаний до значения, обеспечивающего работу динамической головки.
При сборке максимально простых транзисторных усилителей выходной транзистор берётся такой же маломощный, как и на предварительных каскадах. Многие находят это весьма уместным с точки зрения эргономичности прибора. Показания выходной мощности у подобного усилителя невелики: от 10-20 мВт до полутора сотен.
В ситуациях, когда проблема экономии не стоит так остро, то в конструкции выходного каскада используется транзистор с более высокими мощностными показаниями.
Качественность работы усилителя определяют несколько параметров, но максимально точное представление можно получить по: данным о выходной мощности (Р вых), чувствительности и частотной характеристике.
Измерить ток покоя выходного транзистора
Током покоя называют коллекторный ток, который проходит по транзисторам выходных каскадов при условии, что сигнал отсутствует. В условно-идеальных (невозможных на самом деле) условиях значение такого тока должно находиться на нулевой отметке. На деле это не совсем так, собственная температура и характерные различия разнотипных транзисторов влияют на данный показатель. В наихудшем случае возможен перегрев, который станет причиной теплового пробоя транзистора.
Кроме того, существует ещё один показатель — напряжение покоя. Он демонстрирует значение напряжения соединительной точки транзисторов. Если питание у каскада двухполярное, то напряжение будет равно нулю, а если однополярное, тогда напряжение составляет 1/2 питающего напряжения.
Оба эти показателя должны быть стабилизированы и для этого в качестве первоочередной меры следует озаботиться о контроле температурного режима.
На роль стабилизатора обычно берётся дополнительный транзистор, которые в качестве балласта подсоединяется к базовым цепям (наиболее часто он при этом оказывается прямо на радиаторе, максимально близко к выходным транзисторам).
Чтобы выявить, каков ток покоя выходных транзисторов или каскадов, необходимо при помощи мультиметра измерить данные по падению напряжения для его эммитерных резисторов (значения обычно выражаются в милливольтах), а потом, опираясь на закон Ома и данные по реальному сопротивлению, можно будет вычислить нужный показатель: значение падения напряжения разделить на значение реального сопротивления — значения тока покоя для данного выходного транзистора.
Все замеры необходимо производить весьма осторожно, иначе придётся производить замену транзистора .
Есть ещё один способ, гораздо менее травмоопасный. Взамен предохранителей потребуется установить сопротивление в 100 Ом и минимальную мощность в 0,5 Ватт для каждого канала. При отсутствии предохранителей сопротивление подсоединяется к разрыву питания. После осуществляется подача питания усилителю, производятся замеры показаний по падению напряжения на приведённом выше уровне сопротивления. Дальнейшая математика до крайности проста: падению напряжения в 1 В соответствует ток покоя величиной в 10мА. Аналогичным образом при 3,5 В получится 35 мА и так далее.
Классификация выходных каскадов
Есть несколько методов сборки выходного каскада:
- Из транзисторов, имеющих различную проводимость. Для этих целей чаще всего используют «комплементарные» (близкие по параметрам) транзисторы.
- Из транзисторов, имеющих одинаковую проводимость.
- Из транзисторов составного типа.
- Из полевых транзисторов.
Работа усилителя, сконструированного, при помощи комплементарных транзисторов, отличается простотой: положительная сигнальная полуволна запускает работу одного транзистора, а отрицательная — другого. Необходимо, чтобы плечи (транзисторы) работали в одинаковых режимах и для реализации этого используется базовое смещение.
Если усилитель использует в работе одинаковые транзисторы, то никаких принципиальных отличий от первого варианта это не имеет. За исключением того факта, что для подобных транзисторов сигнал отличаться не должен.
При работе с остальными разновидностями усилителей необходимо помнить, что отрицательное напряжение для p-n-p транзисторов, и положительное — для n-p-n транзисторов.
Обычно звание усилителя мощности принадлежит именно оконечному каскаду, поскольку он работает с самыми большими величинами, хотя с технической точки зрения так можно называть и предварительные каскады. К числу основных показателей усилителя можно отнести: полезную, отдаваемую в нагрузку мощность, КПД, полосу усиливаемых частот, коэффициент нелинейных искажений. На эти показатели весьма сильно влияет выходная характеристика транзистора. При создании усилителя напряжения может быть использована однотактная и двутактная схемы. В первом случае режим работы усилителя линейный (класс А). Данная ситуация характеризуется тем, что протекание тока по транзистору длится до тех пор пока не окончится период входного сигнала.
Однотактный усилитель отличается высокими показателями по линейности. Однако эти качества могут искажаться при намагничивании сердечника. Для предотвращения подобной ситуации необходимо озаботиться наличием цепи трансформатора с высоким уровнем индуктивности для первичной цепи. Это отразится на размерах трансформатора. К тому же, ввиду принципа его работы, он обладает достаточно низким КПД.
В сравнении с ним данные по двутактному усилителю (класс B) куда выше. Данный режим позволяет искажать форму транзисторного тока на выходе. Это увеличивает результат отношения переменного и постоянного токов, снижая вместе с тем уровень потребляемой мощности, это и считается самым главным плюсом применения двутактных усилителей. Их работа обеспечивается подачей двух равных по значению, но фазно противоположных напряжений. Если отсутствует трансформатор со средней точкой, то можно воспользоваться фазоинверсным каскадом, который снимет противоположные по фазе напряжения с соответственных резисторов цепей коллектора и эмиттера.
Существует двухтактная схема, не включающая в себя выходной трансформатор. Для этого потребуются разнотипные транзисторы, работающие как эмиттерные повторители. Если оказывать воздействие двуполярным входным сигналом, то будет происходить поочерёдное открытие транзисторов, и расхождение токов по противоположным направлениям.
Замена транзисторов
Поскольку УНЧ (усилители низких частот) становятся всё популярнее, то совершенно не лишним будет узнать, что делать, если такой прибор выйдет из строя.
В случае, если греется выходной транзистор, то велика вероятность, что он сломался или перегорел. В такой ситуации необходимо:
- Удостовериться в целостности всех прочих диодов и транзисторов, входящих в усилитель;
- Когда будет производиться ремонт очень желательно подсоединять усилитель к сети через лампочку в 40-100 В, это поможет сберечь оставшиеся целыми транзисторы при любых обстоятельствах;
- В первую очередь перемыкается участок эмиттер-база и транзисторы, потом осуществляется первичная диагностика УНЧ (любые изменения и реакции легко регистрируются при помощи свечения лампы);
- Основным показателем рабочего состояния и адекватной настройки транзистора можно считать данные по напряжению для участка база-эмиттер.
- Выявлять данные по напряжению межу корпусом и отдельными участками схемы — занятие практически бесполезное, никаких сведений о возможной поломке оно не даёт.
Даже наиболее упрощённый вариант проверки (до и после того как замена выходных транзисторов была произведена) обязательно должен включать в себя несколько пунктов:
- К базе и эмиттеру выходного транзистора подать минимальное напряжение, чтобы установился ток покоя;
- Проверить результативность своих действий по звуку или при помощи осциллографа («ступенька» и искажения сигнала при мощностном минимуме должны отсутствовать);
- При помощи осциллографа выявить симметрию по ограничениям на резисторы при максимальной мощности работы усилителя.
- Удостовериться, что «паспортная» и действительная мощности усилителя совпадают.
- Обязательно требуется проверить рабочее состояние токоограничительных цепей, при наличии таковых на оконечном каскаде. Здесь не обойтись без регулируемого нагрузочного резистора.
Первое включение после того как ремонтные работы были произведены:
- Нежелательно сразу же устанавливать выходные транзисторы, для начала прибор задействуется только с предварительным каскадом (каскадами), и лишь после этого подсоединять оконечный. В ситуациях, когда осуществить включение без выходного транзистора технически невозможно, следует заменить резисторы на имеющие номинальное значение в 5-10 Ом. Это исключит вероятность перегорания транзистора.
- Перед тем как осуществлять каждое повторное включение усилителя потребуется разрядка электролитических конденсаторов питания УНЧ.
- Проконтролировать данные по току покоя в условиях низкой и высокой температуры радиатора. Разница при соотношении должна быть не более двух раз. В противном случае придётся заняться термостабилизатором УНЧ.
Усилитель класса А.
Работает в линейном режиме: оба транзистора работают в одинаковых режимах. Это обеспечивает минимум искажений , но вследствии этого низкий кпд (15-30%), т.е. данный класс неэкономичный в смысле расходования энергии и нагрева. Потребляемая мощность не зависит от величины выходной мощности.
Усилитель класса В
К этому классу в основном относятся усилители с выходными транзисторами одинаковой проводимости. Каждый из транзисторов работает в ключевом режиме, т.е. усиливает только свою полуволну сигнала в линейном режиме (например положительную если применены транзисторы с N-P-N проводимостью). Для того чтобы усиливалась и отрицательная полуволна сигнала применяется фазоинветор еще на одном транзисторе. Это похоже на два отдельных класса А (для каждой полуволны свой). У усилителя такого класса высокий КПД (порядка 70%). Потребляемая мощность усилителя пропорциональна выходной мощности, при отсутствии сигнала на входе она равна нулю. Усилители такого класса редко встречаются среди современных усилителей.
Усилитель класса AB
Наиболее распространенный вид усилителей. В этом классе объединены качества усилителей А и В класса, т.е. высокий КПД класса B и низкий уровень нелинейных искажений класса А. Здесь используется угол отсечки более 90 градусов, т.е. рабочая точка выбирается в начале линейного участка вольт-амперной характеристики. За счет этого при отсутствии сигнала на входе усилительные элементы не запираются, и через них протекает некоторый ток (так называемый "ток покоя") , иногда значительный. И здесь возникает необходимость в регулировке и стабилизации этого тока таким образом чтобы транзисторы работали в одинаковых режимах не перегружая друг- друга. Неправильная установка тока покоя приведет к перегреву транзисторов и выходу их из строя.
Итак: для выходного каскада существуют два очень важных параметра (и особенно для класса АВ):
ток покоя и напряжение покоя
Если- бы транзисторы имели идеальную характеристику (чего на самом деле не бывает), то ток покоя можно было- бы считать равным нулю. Реально- же ток коллектора может увеличиваться как и из-за разброса характеристик транзисторов так и от их температуры. Более того: повышение температуры может привести к лавинообразному перегреву и тепловому пробою транзистора. Дело в том что при увеличении температуры ток коллектора только увеличивается, а следовательно возрастает и нагрев транзистора.
напряжение покоя: постоянное напряжение в точке соединения транзисторов(выход на нагрузку). Оно должно быть равно "0" при двухполярном питании выходного каскада или половине напряжения питания при однополярном питании. Другими словами: оба транзистора выходного каскада должны иметь одинаковое базовое смещение, то есть открыты равномерно, компенсируя друг-друга.
Эти два параметра необходимо стабилизировать, и в первую очередь исключить их температурную зависимость.
Для этой цели в усилителях используется дополнительный транзистор, включенный баластным образом в базовые цепи выходных транзисторов.(причем чаще всего он размещается непосредственно на радиаторе рядом с выходными транзисторами тем самым контролируя их температуру).