Усилитель a класса схема: Ультралинейный усилитель класса «А»

Содержание

Качественный усилитель класса B | AUDIO-CXEM.RU

Как известно, усилители звуковой частоты класса B имеют довольно серьезные искажения, которые связаны с отсутствием смещения на базах выходных транзисторах. То есть, без этого смещения, для открытия кремниевого транзистора, необходимо, чтобы сигнал превысил 0.6-0.7В, и пока сигнал на базе не достиг такого уровня, на выходе усилителя горизонтальная полка (сигнала нет). Каждый раз при прохождении сигнала через нулевой потенциал в базах транзисторов выходного каскада, сигнал на выходе усилителя класса B искажается в виде «ступеньки».

Но почему любители собирают усилители класса B невзирая на искажения? Дело в том, что на противоположной чаше весов лежат такие особенности как высокий коэффициент полезного действия, хорошая термостабильность и высокая мощность при простоте схемы.

Также они являются более экономичными, так как при отсутствии входного сигнала транзисторы выходного каскада усилителей класса B обычно холодные, ведь их ток покоя практически равен нулю (из-за отсутствия смещения на базах), в отличие от класса AB и тем более класса A. Это важно при питании от автономных источников, хотя для этого лучше использовать класс D, но все же.

Схема из журнала

Данная схема усилителя класса B была опубликована в журнале «Радио №3 1991» в статье «Режим B в усилителях мощности ЗЧ». В сети эта схема более известна как «Усилитель Дорофеева» и была повторена любителями электроники тысячи раз.

Адаптированная схема

В адаптированной схеме применена современная элементарная база и сохранены все порядковые номера элементов. Добавлен разделительный конденсатор Cin. Убран конденсатор положительной обратной связи C2. Увеличены емкости C5 и C7. Изменено сопротивление резисторов R10 и R12, ограничивающих ток стабилитронов VD1 и VD2.

Усилитель прост, дешев, не требует сложной наладки, достаточно громкий и поэтому я рекомендую его к сборке. Он хорошо подойдет для работы в качестве сабвуфера или УНЧ автомобиля, но меня он устраивает и для домашнего прослушивания.

Основные характеристики

Напряжение питания ………. ±25В

Сопротивление нагрузки ………. 4Ома

Выходная мощность, номинальная (Rout=4Ома) ………. 40Вт

Выходная мощность, максимальная (Rout=4Ома) ………. 60Вт

Входное сопротивление ………. 10кОм

Входное напряжение ………. 750мВ

КНИ (Pном., f=1кГц) ……….0.08%

КНИ (Pном., f=20кГц) ……….0.15%

Остальные характеристики можно посмотреть в оригинальной статье.

В журнале автор описывает особенность схемы, которая заключается во включении транзисторов VT1 и VT2 как усилителей тока для баз транзисторов выходного каскада VT3 и VT4. То есть, транзисторы выходного каскада открываются не напряжением, а током, усиленным транзисторами VT1 и VT2. Такое включение дает возможность устранения искажения в виде «ступеньки», без смещения на базах транзисторов VT3 и VT4, то есть, сохранив режим класса B.

Схему можно собирать, как на советской элементарной базе, так и на импортной. Я собирал на импортных компонентах.

Операционный усилитель включен в инвертирующем варианте с отрицательной обратной связью через резистор R1. Операционный усилитель усиливает напряжение, а VT1 и VT2 усиливают ток, усиленный ими ток полностью уходит в базы транзисторов VT3 и VT4. Последние транзисторы также усиливают ток, который протекает через нагрузочный резистор R11. На этом резисторе образуется падение напряжения, пропорциональное току, протекающему через него. Это падение и есть усиленное напряжение, хотя все транзисторы работают в режиме усиления тока.

На базах VT1 и VT2 задано смещение с помощью резисторного делителя напряжения R6-R9. Смещение задается таким образом, чтобы при температуре транзисторов до 600C напряжение на базах было 0.4-0.5В, то есть они еще закрыты, но еще немного (0.1-0.2В) и они откроются. Автор схемы объясняет это уменьшением их порога срабатывания.

Стабилитроны VD5 и VD7 и резисторы R10 и R12 обеспечивают напряжением питания (±15В) операционный усилитель.

Компоненты

Транзисторы TIP41 и TIP42 можно заменить на BD911 и BD912, или на КТ818, КТ819, но у последних другое расположение выводов. Будьте внимательны! Печатная плата разведена именно под КТ818, КТ819.

Автор схемы пишет в своей статье, что подбирать транзисторы в пары по их параметрам не нужно.

Операционный усилитель TL071 можно заменить на TL081.

Конденсаторы Cin и C6 пленочные.

Все резисторы мощностью 0.25Вт, за исключением R11 – 1Вт.

Стабилитроны VD1 и VD2 на напряжение 15В.

Охлаждение

Транзисторы выходного каскада должны быть установлены на одном теплоотводе, а транзисторы предвыходного каскада каждый на своем радиаторе. Если не соблюсти данную рекомендацию, то усилитель может стать не стабилен и при нагреве VT1 и VT2 может пойти в «разнос».

Теплоотводы для BD139 и BD140 должны быть площадью поверхности 60см2 каждый. Теплоотвод для TIP41 и TIP42 должен иметь площадь поверхности 600см2.

Для наладки усилителя я установил все транзисторы на один радиатор, но при установке в корпус теплоотводы будут разъединены.

Фланцы VT3 и VT4 я не изолировал от теплоотвода, так как их коллекторы соединены по схеме, но если корпус усилителя металлический, то необходимо их изолировать.

Питание нашего усилителя класса B должно быть двуполярным ±25В. Его можно обеспечить с помощью импульсного источника питания или линейного источника.

При использовании линейного блока питания, напряжение вторичных обмоток трансформатора не должно превышать 18+18 Вольт переменного тока, так как после выпрямления, на накопительном конденсаторе напряжение будет в 1.41 раз больше, то есть ±25В. Рекомендуемый ток вторичных обмоток (на один канал) не менее 1.5А.

Емкость накопительных конденсаторов (для одного канала) должна составлять 4700-6800мкФ в каждом плече, а их напряжение не менее 35В.

Налаживание усилителя

Наладка производится путем подбора резисторов R7 и R8 до достижения на базах VT1 и VT2 напряжения постоянного тока в диапазоне 0.4-0.5В. В моем случае подбирать ничего не пришлось, все в допуске. Одним щупом касаемся средней точки (GND), вторым щупом базы VT1, а потом базы VT2.

Если сборка производилась по схеме из журнала, с применением советского ОУ, то далее вращением ротора подстроечного резистора R5 добиваемся нулевого напряжения на выходе усилителя. Для TL071 данная операция не выполняется, так как ею на выходе обеспечивается нулевое напряжение.

После прогрева усилителя рекомендуется повторить его наладку.

После наладки я нагрузил усилитель резистором с сопротивлением 4Ома.

На вход подал синусоидальный сигнал с частотой 1кГц. На экране моего осциллографа С1-94 искажений в виде «ступеньки» на выходе усилителя я не увидел.

Печатная плата (разводка от AKA KASYAN) СКАЧАТЬ

Усилители класса АВ

   Режим работы усилителей класса АВ занимает промежуточное положение между режимами А и В. Напряжение смещения на управляющем электроде транзистора выбирают меньше, чем в усилителе класса В, но больше, чем в усилителе класса А. В результате усиление слабых сигналов в этом режиме происходит в классе А, а сильных - в классе В. Нелинейные искажения в усилителе режима АВ немного выше искажений в режиме А, а к.п.д. значительно больше, особенно при больших амплитудах усиливаемого сигнала. Режим АВ используется обычно в двухтактных усилителях. В режиме АВ ток покоя выходного каскада усилителя стараются уменьшить лишь до определенного предела, выбирая соответствующее ненулевое напряжение смещения база-эмиттер. Поэтому, расплатой за качественное звучание УНЧ класса АВ является их повышенное энергопотребление в режиме покоя, когда напряжение усиливаемого сигнала на его входе равно нулю.

   Транзистор в режиме АВ открыт один полупериод полностью и часть другого полупериода. Это наиболее известный класс усилителей мощности низкой частоты. Работа выходного каскада в режиме АВ обеспечивает достаточно высокий КПД, минимальные искажения. За эти основные достоинства, данный класс активно стал применяться во многих бытовых и автомобильных аудио системах. Именно в этом режиме работают многие известные схемы усилителей, такие как схема ЛИЧА, ЛАНЗАРА, ХОЛТОНА. Качественный усилитель класса АВ в симметричном исполнении звучит ничем не хуже чистого А класса. Для получения полностью симметричной схемы, часто используют пары транзисторов , с максимально близкими параметрами. Во время самостоятельной сборки усилителей этого класса, тщательно подобрать транзисторы усилителей по току, по напряжению и выходного каскада. Также следует обратить особое внимание на пары дифференциальных каскадов, поскольку звук приобретает "очертание" именно в этом этапе. 

   КПД данного класса позволяет сократить площади используемых теплоотводов, хотя в усилителях повышенной мощности используются достаточно большие радиаторы. Практика доказывает, что наилучшее звучание обеспечивает симметричная схема, с комплементарными парами (если усилитель на транзисторах). Рекомендую использовать транзисторы от известных производителей, например ТОШИБА и т.п.. С таким режимом работы можно построить очень качественные усилители низкой частоты с мощностью в несколько киловатт, в отдельных случаях, когда нужна высокая мощность (для концертной акустики) возможны построения схем до несколько десятков киловатт. Как правило такие мощные схемы используют для стадионов и открытых концертах, одним словом там, где нужен качественный и мощный звук. 
Понравилась схема - лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усилители мощности класса AB и класса C

Рассмотренный выше усилитель класса A и класса B имеет несколько ограничений. Давайте теперь попробуем объединить эти два, чтобы получить новую схему, которая имела бы все преимущества как усилителей класса A, так и класса B без их неэффективности. Перед этим давайте также рассмотрим еще одну важную проблему, называемую перекрёстным искажением , с которым сталкивается выход класса B.

Перекрёстное искажение

В двухтактной конфигурации два идентичных транзистора входят в проводимость, один за другим, и получаемый выходной сигнал будет комбинацией обоих.

Когда сигнал изменяется или переходит от одного транзистора к другому в точке нулевого напряжения, он вызывает искажения формы выходной волны. Для транзистора, чтобы провести, соединение эмиттера базы должно пересечь 0.7v, напряжение отключения. Время, необходимое транзистору для включения из состояния ВЫКЛ или для выключения из состояния ВКЛ, называется переходным периодом .

В точке нулевого напряжения переходный период переключения транзисторов с одного на другой оказывает свое влияние, что приводит к случаям, когда оба транзистора отключаются одновременно. Такие экземпляры можно назвать Плоским пятном или Мертвой зоной на форме выходной волны.

На приведенном выше рисунке четко показано перекрестное искажение, характерное для выходного сигнала. Это главный недостаток. Этот эффект перекрестного искажения также уменьшает общее пиковое значение выходного сигнала, что, в свою очередь, уменьшает максимальную выходную мощность. Это может быть более ясно понято через нелинейную характеристику формы волны, как показано ниже.

Понятно, что это перекрестное искажение менее выражено для больших входных сигналов, поскольку оно вызывает серьезные помехи для малых входных сигналов. Это перекрёстное искажение может быть устранено, если проводимость усилителя составляет более половины полупериода, так что оба транзистора не будут отключены одновременно.

Эта идея приводит к изобретению усилителя класса AB, который представляет собой комбинацию усилителей класса A и класса B, как описано ниже.

Усилитель мощности класса AB

Как следует из названия, класс AB является комбинацией усилителей класса A и класса B. Поскольку у класса A есть проблема низкой эффективности, а у класса B — проблема искажения, этот класс AB появился, чтобы устранить эти две проблемы, используя преимущества обоих классов.

Перекрестное искажение — это проблема, которая возникает, когда оба транзистора выключены в один и тот же момент в течение переходного периода. Чтобы устранить это, условие должно быть выбрано для более чем половины цикла. Следовательно, другой транзистор попадает в проводимость до того, как рабочий транзистор переключается в отключенное состояние. Это достигается только при использовании конфигурации класса AB, как показано на следующей принципиальной схеме.

Следовательно, в конструкции усилителя класса AB каждый из двухтактных транзисторов проводит чуть больше, чем половину цикла проводимости в классе B, но намного меньше, чем полный цикл проводимости класса A.

Угол проводимости усилителя класса AB составляет от 180 o до 360 o в зависимости от выбранной рабочей точки. Это понятно с помощью рисунка ниже.

Небольшое напряжение смещения, заданное с использованием диодов D 1 и D 2 , как показано на рисунке выше, помогает рабочей точке быть выше точки среза. Следовательно, выходная форма волны класса AB получается, как показано на рисунке выше. Перекрестное искажение, создаваемое классом B, преодолевается этим классом AB, а также неэффективность классов A и B не влияет на схему.

Таким образом, класс AB является хорошим компромиссом между классом A и классом B с точки зрения эффективности и линейности, с эффективностью, достигающей от 50% до 60%. Усилители классов A, B и AB называются линейными усилителями, поскольку амплитуда и фаза выходного сигнала линейно связаны с амплитудой и фазой входного сигнала.

Усилитель мощности класса C

Когда ток коллектора протекает менее половины цикла входного сигнала, усилитель мощности известен как усилитель мощности класса C.

Эффективность усилителя класса C высока, а линейность низкая. Угол проводимости для класса С составляет менее 180 o . Обычно оно составляет около 90 o , что означает, что транзистор остается бездействующим в течение более половины входного сигнала. Таким образом, выходной ток будет подаваться в течение меньшего времени по сравнению с приложением входного сигнала.

На следующем рисунке показана рабочая точка и выход усилителя класса C.

Этот вид смещения дает значительно улучшенную эффективность усилителя примерно на 80%, но вносит сильные искажения в выходной сигнал. Используя усилитель класса C, импульсы, генерируемые на его выходе, могут быть преобразованы в синусоидальную волну определенной частоты с помощью LC-цепей в его цепи коллектора.

Усилитель класса В | Микросхема

Давненько не публиковали схем усилителей звуковой частоты. И вот буквально на днях один из радиолюбителей своим комментарием напомнил о таком замечательном транзисторном, биполярном усилителе класса В.

Надо сказать, что он отлично зарекомендовал себя и по мощности, и по качеству звука (хотя и класса В), т.к. основан на разработках фирмы Philips в области звукотехники начала 70-х гг. прошлого столетия. И вот в 1981 году один из британских журналов по практической электронике опубликовал концепцию усилителя. Сразу же у него появилось много последователей из-за неоспоримых достоинств. Радиолюбители оценили простоту сборки, доступность радиодеталей, неприхотливость как в номиналах компонентов, так и при эксплуатации, дешевизну, высокую мощность, качество звучания. Также многих радиолюбителей опубликованная схема усилителя подтолкнула к дальнейшим его модификациям.

Итак, с 1981 по 1986 гг. было проведено много доработок, модернизаций, что, естественно, сопровождалось испытаниями в домашних и полевых условиях. В конечном счете на базе того усилителя класса B была спроектирована новая схема усилителя с обратной связью. После небольших доработок заметно повысилась надежность и качественные показатели.

Схема усилителя класса В с обратной связью

Сегодня мы хотим предложить вам, уважаемые радиолюбители, для повторения эту схему усилителя класса В с обратной связью. Возможно, кто-то уже видел, слышал или даже изготавливал его. Хочется, конечно, услышать ваше мнение в комментариях. Тем, кто еще не собирал, но есть желание спаять достойный усилитель мощности – рекомендуем обратить внимание.

Отлично воспроизводит низкие частоты при высокой выходной мощности. Поэтому при использовании фильтра низких частот и регулятора фазы усилитель идеально подходит для сабвуферов. Но этим не ограничивается его применение. Усилитель универсален. Кристально чистое воспроизведение средних и высоких частот позволяет использовать его в любом канале широкополосной акустической системы.

Мифы о классе B

Вообще не стоит думать, что от усилителей В класса не получить качественного звучания. В звукотехнике давно известно, что нелинейные искажения динамика превалируют над коэффициентом нелинейных искажений усилителя мощности. Данное правило особенно актуально при воспроизведении НЧ. Особенно если сабвуфер открытого, фазоинверторного типа. Знаете, что такое экскурсия конуса динамика? Это максимально возможное его линейное перемещение относительно магнита из своего покоя. Так вот глубокое воспроизведение низких частот требует от диафрагмы перемещения больших объемов воздуха. Если конус превышает максимально возможное перемещение, то наблюдается overexcursion, т.е. выскальзывание катушки из магнитного зазора. Чем меньше эта самая экскурсия, тем меньше вносимые динамиком искажения. Поэтому мощные сабвуферные динамики имеют относительно небольшие пределы перемещения диафрагмы и/или довольно жесткую подвеску, удерживающую ее и не позволяющую значительно колебаться без высокой мощности.

Из сказанного можно сделать вывод, что при желании получить качественный глубокий бас от сабвуфера фазоинверторного типа обязательно проектируйте и собирайте его правильно. Тщательно высчитывайте размеры корпуса и правильно подбирайте динамик, чтобы свести к минимуму неминуемые искажения.

Между прочим, покупные малобюджетные сабвуферы, которые красуются на витринах гипермаркетов, в массе своей, совершенно не отвечают предъявляемым требованиям. Вообще кажется, что их не проектируют, внутренности штампуют на коленке и лишь придают красивый внешний вид. Недаром сейчас на рынке труда востребованы всевозможные дизайнеры, нежели инженеры (извините за лир. отступление - AndReas).

Всех тонкостей звукотехники в нашей коротенькой (хотя уже среднего размера) статье не опишешь. Да перед нами и не стоит такой задачи. Об этом в Интернете очень много публикаций. Мы лишь хотим показать, что усилители класса В, как наиболее производительные, рекомендуются для подключения к сабвуферам. В итоге вносимый ими шум при КНИ, допустим, 0,1% получается ничтожным по сравнению с КНИ саба, варьирующимся, в лучшем случае, от 3 до 50% в зависимости от громкости.

Описание усилителя мощности

В представленном усилителе мощности обратная связь и нужна как раз для снижения искажений, вносимых динамиком. Потому как любое изменение индуктивности катушки мгновенно корректируется цепью ОС. Получается, что ток, протекающий через динамик, пропорционален экскурсии конуса и может быть скорректирован обратной связью.

Синусоидальная (RMS) выходная мощность усилителя 40 ватт при коэффициенте нелинейных искажений

Усилители класса В обычно питаются от однополярного источника питания. В нашем случае напряжение 56 вольт.

Обратная связь реализована через резистор 470 Ом. Налаживание усилителя сводится к установке в точке соединения двух резисторов 0,47 Ом напряжения, равного половине напряжения питания. Достигается путем изменения сопротивления резистора 39К при отсутствии входного сигнала. При тестовом включении вместо него можно установить переменный 100К и добиться необходимого напряжения (28 вольт в нашем случае). Ток покоя через выходные транзисторы может быть отрегулирован за счет изменения сопротивления резистора, включенного последовательно с двумя диодами 1N4007. Номинал резистора лежит в пределах 15…33 Ом. Необходимо добиться тока в 50 мА при питании от 56 В. Резистор 0,47 Ом на 2 Вт, 56 Ом на 0,5 Вт, а все остальные на 0,25 Вт.

Транзисторы BD139 и BD140 необходимо установить на небольшие радиаторы (например, алюминиевый лист с размерами 60мм х 25мм толщиной 1 мм), а выходные 2N3055 требуют усиленного отвода тепла, возможно, даже с применением вентилятора и/или термопасты. 2N3055 можно заменить на TIP41B.

Как и в предыдущем варианте усилителя, конденсаторы 220 мкФ и 47 пФ отвечают за воспроизводимость усилителем НЧ и ВЧ соответственно. Чем больше емкость первого, тем лучше низкие частоты; чем больше второго, тем тише высокие. Возможные замены транзисторов прописаны в предыдущей статье, но ими не ограничены.

Предусилитель с активным фильтром

Для рассмотренного усилителя В класса хорошим предусилителем с фильтром НЧ и ВЧ может послужить следующая схема:

Этот простой активный фильтр имеет частоту среза 50 Гц для низких и 10 кГц для высоких частот. В дополнение частоты среза могут регулироваться переменными резисторами R7 и R10. Транзистор Q1 (BC109) и связанные с ним компоненты (R1, R2 и R3) образуют эмиттерный повторитель, который является входным каскадом. Входное сопротивление около 225 кОм. Далее сигнал через конденсатор C1 проходит пассивную цепь регулятора частот и поступает на выходной каскад на транзисторе Q2 (BC109), который обеспечивает общий коэффициент усиления по напряжению >3. При питании его от 50 вольт необходимо увеличить сопротивление резистора R14 до 12 кОм. Ток потребления небольшой – около 3 мА. Вместо BC109 можно использовать BC546 или PN2222.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: сабвуфер, темброблок, УНЧ, фильтр НЧ

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

УНЧ 900 Вт - Класс D
Hi-Fi усилитель ЗЧ на TDA2052

cxema.org - Самый качественный усилитель звука

Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС - основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США - такая цена уж точно не по карману многим.

Возникает вопрос - можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем ? ответ будет в конце статьи.

Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.

Первая версия такого усилителя была представлена на нашем сайте. Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.

Особенности схемы

Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..

Именно питание - особо важный фактор - крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.

Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.

Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.

 Поскольку оригинальных транзисторов схемы не удалось найти, пришлось использовать аналоги. Вся база - отечественная. Первый транзистор (где собственно формируется звук) поставил германиевый, на слух он звучит лучше. Можно использовать любые П-Н-П германиевые транзисторы малой мощности МП25 и ему подобные. Транзистор при желании можно заменить на КТ361 или не менее шумные.

Второй - предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.

В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости - КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами - КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные - КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.

Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.

Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.

Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.

Сама плата - макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.

Настройка - проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.

Ток покоя усилителя составляет 0,5-0,7А и это вполне нормально для класса А. КПД схемы - не более 25%, вся основная мощность источника питания превращается в ненужное тепло, которое выделяется транзисторами выходного каскада, поэтому им нужно интенсивное охлаждение, возможно понадобиться и кулер.

Все электролитические конденсаторы подбираются на 25 Вольт, хотя можно и на 16.

О звучании.

Ну, что тут сказать, чище звука еще не слышал, даже от некоторых ламповых усилителей, максимальная детальность каждой ноты, кажется, что играет живой оркестр, божественно чистый - и этим все сказано. Однозначно, эта схема может звучать лучше, чем многие ламповые усилители. Без подачи сигнала на вход из акустики нет никаких писков и шумов, даже очень тихих, а любой известный мне усилитель не способен на такой. Сравнивал звук с LM1875, с тда 2030, даже с STK412-010 и схемой ланзара - линсли худ на много лучше и чище.

В дальнейшем планируется собрать стильный корпус для этого усилителя, но об этом в другой раз.

Печатная плата

С уважением - АКА КАСЬЯН

Схема усилителя мощности класса D

 

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ СТРАНИЦЫ:
ПОДБОРКА СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ КЛАССА D

МЕНЮ

 

 

РЕКЛАМА

 

 

 

 

 

 

  ПОИСК ПО САЙТУ

СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ КЛАССА D

      Небольшой обзор способов построения усилителей мощности звуковой частоты класса D с использованием микросхем на различную мощность и различные технические характеристики.
На странице используются материалы журналов:
      "Радиохобби" №5 за 2000г.
      "Радиохобби" №1 за 2004г.
      "Радиохобби" №3 за 199г. 

УМЗЧ усилители класса D усилители мощности ШИМ цифровые усилители мощности звуковой частоты класса D интегральные усилители мощности класса D УМЗЧ УМНЧ УНЧ класса D

      ИМС TPA005D14 фирмы Texas Instruments (ориент. цена $4,4) содержит (блок-схема на рис. 1) 2 мостовых УМЗЧ класса D с балансными входами (LINP/LINN, RINP/RINN), развивающих на 4-омной нагрузке по 2 Вт (до 5 Вт пиковой; LOUTN/LOUTP, ROUTN/ROUTP) при коэффициенте гармоник до 0.4%, а также 2 УМЗЧ класса АВ для головных телефонов (входы HPLIN/HPRIN, выходы HPLOUT/ HPROUT), развивающих по 50 мВт на нагрузке 32 Ома при коэффициенте гармоник до 0,05%. Все характеристики гарантируются при напряжении питания 5 В, что делает ИМС очень привлекательной для устройств с автономным питанием. На рис.2 дано сравнение потребляемого тока в функции выходной мощности для ТРА005 (нижний график) и аналогичного по мощности усилителя класса АВ (ИМС ТРА0202, верхний график), из которого видно, что при мощности 1-2 Вт срок жизни батарей продлевается в 2-3 раза. График зависимости КПД от выходной мощности приведен на рис.3. Встроенный задающий генератор RAMP GENERATOR (рис.1 ) рабо-тает на частоте 150 - 450 кГц (задается внешним конденсатором на выводе 48 - Cose), обычные 400 для современных здо ИМС УМЗЧ системы защиты от перегрева и перегрузки системой отключения при снижении питающего напряжения.
            Рекомендуемая схема включения приведена на рис.4. Если нет необходимости применять балансные входы, то LINN и RINN можно оставить «в воздухе». Низкий ло-гически и уровень на вхо-дах MUTE и SHUTDOWN приводит соответственно к приглушению и отключению (в последнем случае потребляемый ток снижается до 0,2 мкА). Напряжение на входе MODE управляет включением основного усилителя (MODE = 0) с одновременным приглушением телефонного и наоборот (MODE =1). Логические уровни на выводах FAULT можно использовать для диагностики: FAULTO=FAULT1=1 со-ответствуют нормальной работе, FAULTO=FAULT1=0-TepMo-защита включена, FAULTO=0/FAULT1=1 - напряжение пита-ния ниже допустимого, FAULTO=1/FAULT1=0 - перегузка вы-хода по току. Входное сопротивление основного усилителя (LINP/LINN, RINP/RINN) 10 кОм, телефонного (HPLIN/HPRIN) 1 МОм, динамический диапазон соответственно 70 дБ и 90 дБ, диапазон усиливаемых частот 20-20000 Гц (-3 дБ) у обо-их, коэффициент передачи 20 дБ. Максимальный выходной ток основного усилителя - 5А. ИМС выполнена в корпусе TSSOP48

      ИМС 10-ваттного УМЗЧ SGS-Thomson TDA7480 (цена около $1,4) выполнена в 20-выводном корпусе DIP20 (шаг 2,54 мм), также не требует внешнего радиатора и очень удобна для применения в телевизорах. Типовая схема включения приведена на рис.6, а рисунок печатной платы - на рис.7. Частота встроенного опорного генератора задается в пределах от 100 до 200 кГц резистором R4 (диапазон изменения его сопротивления - от 7 кОм для максимальной частоты до 14 кОм для минимальной).

      При максимальной выходной мощности 10 Вт на корпусе микросхемы рассеивается 1,8 Вт, что при тепловом сопротивлении 80 °С/Вт может привести к перегреву. Для предотвращения этого при постоянной работе в режиме с максимальной мощностью ИМС рекомендуется монтировать с тепловым контактом нижней поверхности корпуса и фольги печатной платы. При этом тепловое сопротивление снижается в зависимости от площади фольгированного участка в соответствии с графиком рис.8 и тепловой режим значительно облегчается (достаточна площать фольги 12 см2). Типовый коэффициент гармоник 0,1%, КПД 85%, диапазон напряжений питания ±10. ..±13 В, максимальный выходной ток 5 А, ток потребления в паузе 30 мА (в режиме Stand-By не более 3 мА; для перевода в Stand-By потенциал вывода 12 должен быть не выше 0,7 В). Входное сопротивление 30 кОм, коэффициент передачи 30 дБ, приведенное ко входу напряжение собственных шумов <12 мкВ (<8 мкВ взвеш. по кривой «МЭК-А»). Встроенный стабилизатор подавляет пульсации питающих напряжений не менее чем на 60 дБ. Встроенная термозащита срабатывает при температуре корпуса 150 °С.
      Технологические модификации описанной ИМС в корпусе Multiwatt15 (тепловое сопротивление кристалл-корпус -2,5 °С/Вт, двухрядное расположение выводов с шагом 1.27 мм) выпускаются под названием TDA7481 (выход-
      ная мощность 18 Вт) и TDA7482 (вых. мощность 25 Вт, цена около $2,5). Рекомендуемая схема включения приведена на рис.9, а рисунок печатной платы - на рис. 10.
      Напряжение питания TDA7481/82 повышены до ±25 В, а КПД 87%, ток потребления в паузе 30 мА, остальные характеристики повторяют TDA7480. Применение этих ИМС оправдано в тяжелых климатических условиях (при монтаже ИМС на радиаторах).

УМЗЧ усилители класса D усилители мощности ШИМ цифровые усилители мощности звуковой частоты класса D интегральные усилители мощности класса D УМЗЧ УМНЧ УНЧ класса D

      Двухчиповое решение УМЗЧ класса D на паре LM4651N (драйвер) + LM4652TF (4 мощных МОП-ключа) разработано в 2000 году фирмой National Semiconductor специально для мощных высококачественных сабвуферов (Dolby Digital, THX и др.= A/2/(2reRC1) выбирается в диапазоне 60-180 Гц под конкретную акустику.

      При изменении сопротивления резистора Rose (вывод 16 LM4651) от 0 до 15 кОм частота встроенного опорного генератора изменяется примерно от 225 до 75 кГц, fosc = 109/(4000 + Rose). Для повышения КПД частоту генератора следует выбирать поменьше (это решение оптимально для сабвуферов, верхняя граница полосы которых составляет несколько сотен Гц), а для получения линейной АЧХ вплоть до 20 кГц - побольше.
      Резистором RSCKT задается порог срабатывания защиты от к.з. выхода (10 А мин.). Конденсатор CSTRT задает время «мягкого» старта ШИМ-системы (рис. 13) при подаче питания: tSTART = 8,4 х 104 CSTRT , где емкость и время имеют размерности соответственно Ф и с.
      Выходная мостовая ступень LM4652 охвачена общей аналоговой линеаризующей ООС через ФНЧ RFLCFL (фильтрует полезный сигнал из ШИМ) и через инструментальный усилитель Feedback Instrumentation Amp с единичным усилением (преобразует парафазный сигнал в однофазный).
      В дополнение к стандартным системам защиты от к.з., токовых перегрузок и перегрева, LM4651 снабжена системами мягкого отключения при снижении напряжения питания (ниже порога ±10,5 В), а также системой защиты от ШИМ-перемо-дуляции, которая ограничивает минимальную длительность импульсов ШИМ-последовательности и предотвращает «жесткое» ограничение (рис. 14). Ее действие близко в аналоговым системам мягкого ограничения «soft clipping» и благоприятно отражается не только на надежности устройства, но и на качестве звука.

      Коэффициент передачи устройства определяется выражением
      Ки = [(Rf /R1 )х (VCC /1.75)]/{1 + [(Rf /R1 )х (Rf /R2 ) х (Rfl2 / (RfM +Rfl2 ))x (VCC /7)]}, с указанными на схеме номиналами он составляет 7,5 (17,5 дБ), что при номинальном выходном напряжении 22,4 В (мощность 125 Вт на нагрузке 4 Ома) задает номинальное входное напряжение 3 В (без учета дополнительного усиления на 20 дБ фильтром рис.12).
      Система термозащиты состоит из датчика температуры, встроенного в подложку LM4652 и выдающего напряжение высокого логического уровня на выводе 4 при достижении предельной температуры 150 °С. Этот сигнал поступает на вывод 12 LM4651, прекращая генерирование управляющего ШИМ-напряжения до прекращения термоперегрузки.
      Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ома достигает 170 Вт, на нагрузке 8 Ом - 90 Вт, КПД 85%, ток потребления в паузе 125 мА, в режиме STDBY17 (переключатель S1) мА. Рассеиваемая на обеих микросхемах мощность в самом неблагоприятном режиме не превышает 22 Вт, что позволяет обойтись небольшим радиатором. Типовый коэффициент гармоник 0,3 %.Напряжение питания ±11...±22 В.

      На рис. 15 показаны конструктивные размеры (в дюймах и в скобках - в миллиметрах) обеих ИМС - LM4651N (сверху) + LM4652TF (снизу).
      На рисунках приведены типовые зависимости максимальной выходной мощности от напряжения питания (рис. 16), коэффициента гармоник от выходной мощности (рис. 17, слева для нагрузки 4 Ома, справа - 8 Ом), рассеиваемой мощности и КПД от выходной мощности (рис. 18), максимальной мощности и КПД от частоты опорного генератора (рис.19), тока котребления в паузе от частоты опорного генератора (рис.20).

усилители класса D усилители мощности ШИМ цифровые усилители мощности звуковой частоты класса D интегральные усилители мощности класса D УМЗЧ УМНЧ

ЕЩЕ ОДИН ВАРИАНТ УСИЛИТЕЛЯ КЛАССА D ОТ "КИТов"

Ниже приведенный материал был взят с сайта "МАСТЕР КИТ"

      Предлагаемый набор позволит радиолюбителю собрать надежный мощный усилитель НЧ работающий в классе D (с ШИМ модуляцией несущей воспроизводимой фонограммой). Усилитель может работать как в стереофоническом режиме, обеспечивая выходную мощность 80 Вт в каждом из двух каналов, так и в мостовом – при этом на нагрузке максимальная мощность составит 140 Вт. Усилитель хорошо зарекомендовал себя как УНЧ для сабвуфера.

Технические характеристики

Напряжение питания (двуполярное)

+/-15...30 В

Типовое

+/- 25 В

Пиковое значение выходного тока

8 А

Ток в режиме покоя

50 мА

Ток в режиме ST-BY

0,5 мА

Максимальная электрическая выходная мощность (стерео)
при Кг=0.5%, Uп= +/-27 В, Rн=4 Ом

65 Вт

Максимальная электрическая выходная мощность (стерео)
при Кг=10%, Uп= +/-27 В, Rн=4 Ом

80 Вт

Максимальная электрическая выходная мощность (мост)
при Кг=0.5%, Uп=+/- 25 В, Rн=8 Ом

120 Вт

Максимальная электрическая выходная мощность (мост)
при Кг=10%, Uп=+/- 25 В, Rн=8 Ом

140 Вт

Коэффициент усиления (стерео), Au

30 дБ

Коэффициент усиления (мост), Au

36 дБ

КПД

94 %

Диапазон воспроизводимых частот

20-20000 Гц

Размеры печатной платы

62x73 мм

 

Описание работы модуля

      Принцип работы усилителя класса D (DIGITAL) состоит не в прямом усилении музыкального сигнала, а в усилении импульсного сигнала прямоугольной формы (на несущей частоте), ширина импульсов которого промодулирована воспроизводимой фонограммой (широтно-импульсная модуляция - ШИМ). При усилении импульсного сигнала оконечный мощный каскад можно построить с использованием полевых транзисторов, работающих в ключевом режиме. Это позволяет поднять КПД всего УМ до 95% и максимально снизить тепловые потери. Далее, усиленный промодулированный сигнал поступает на демодулирующий LC фильтр, где несущая отфильтровывается, а звуковой сигнал подается на головку громкоговорителя.

      Двухканальный усилитель НЧ состоит из трех конструктивно объединенных блоков – микросхемы контроллера (DA1), микросхемы мощного оконечного каскада (DA2) и пары демодулирующих LC фильтров второго порядка (L5, C36 и L6, C37). Микросхема контроллера (DA1) предназначена для формирования ШИМ сигнала на рабочей частоте Fраб = 360 кГц с использованием входного музыкального сигнала. Микросхема DA1 содержит два идентичных канала формирования сигнала, генератор рабочей частоты и цепи управления мощным оконечным каскадом на DA2.

      Двуполярное напряжение питания подается на контакты Х1 (+), Х2 (общий) и Х3 (-).

      В стереофоническом режиме источник сигнала подключается к Х1 (-IN1), Х2 (+IN1) и Х3 (-IN2), Х4 (+IN2). Нагрузка подключается к Х5 (-OUT2), Х6 (+OUT2) и Х7 (-OUT1), Х8 (+OUT1).

      В мостовом моно режиме источник сигнала подключается к Х1 (-IN), Х2 (+IN) или Х3 (-IN), Х4 (+IN). Нагрузка подключается к Х8 (+OUT) и Х5 (-OUT).

      Для выбора стереофонического режима работы перемычки J1 и J4 необходимо замкнуть, а перемычки J2 и J3 должны находится в разомкнутом состоянии.

      Для выбора мостового режима работы перемычки J1 и J4 необходимо разомкнуть, а перемычки J2 и J3 необходимо замкнуть между собой так, чтобы замкнулись ножки микросхемы DA1 4-8 и 5-9. Это делается при помощи самостоятельно изготовленного шлейфа.

      Переключатель SW1 предназначен для управления режимом работы усилителя (ON/MUTE/OFF). При установке перемычки в положение “1” усилитель переходит в состояние ON (Вкл), в положение “2” – в состояние MUTE (Пауза) и при “3” – в состояние OFF (Выкл).

Конструкция

      Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с размерами 62x73 мм. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, для этого имеются монтажные отверстия по краям платы под винты диаметром 2,5 мм.

      Микросхему оконечного усилителя (DA2) при необходимости можно установить на теплоотвод (в комплект набора не входит). Поскольку КПД УМ составляет 94 % - тепловые потери минимальны даже на максимальной мощности. Площадь и конструкция радиатора подбирается пользователем самостоятельно. При монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту типа КТП-8, для повышения надежности работы ИМС. Между корпусом микросхемы и радиатором необходимо установить диэлектрическую теплоизоляционную прокладку.

УМЗЧ усилители класса D усилители мощности ШИМ цифровые усилители мощности звуковой частоты класса D интегральные усилители мощности класса D УМЗЧ УМНЧ УНЧ класса D

      При самостоятельной сборке рекомендуется воспользоваться печатными платами, черетежи которых приведены ниже, поскольку усилитель весьма капризен к разводке проводников.

ОПИСАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ В РАДИОХОББИ №1 за 2004г.

Григорий Ганичев

г. Москва

Мощный УНЧ класса “D” 140 Вт или 2х80 Вт

      Эта статья посвящена мощному усилителю НЧ работающему в классе D (с ШИМ модуляцией несущей воспроизводимой фонограммой). Усилитель может работать как в стереофоническом режиме обеспечивая выходную мощность 80 Вт (4 Ом) в каждом из двух каналов, так и в мостовом – при этом на нагрузке максимальная мощность составит 140 Вт (8 Ом). Усилитель хорошо зарекомендовал себя как УНЧ для сабвуфера. УМ обладает высокими эксплуатационными характеристиками, высокой надежностью, простотой в изготовлении/подключении и оптимальным соотношением цена/качество, что на сегодняшний день является немаловажным фактором. Собрать устройство можно из набора МАСТЕР КИТ NM2045 .

      Принцип работы усилителя класса “D” (DIGITAL) состоит не в прямом усилении музыкального сигнала, а в усилении импульсного сигнала прямоугольной формы (на несущей частоте) ширина импульсов которого промодулирована воспроизводимой фонограммой (широтно-импульсная модуляция - ШИМ). При усилении импульсного сигнала оконечный мощный каскад можно построить с использованием ПТ работающих в ключевом режиме, что позволяет поднять КПД всего УМ до 95% и максимально снизить тепловые потери. Далее, усиленный промодулированный сигнал поступает на демодулирующий LC фильтр, где несущая отфильтровывается, а звуковой сигнал подается на головку громкоговорителя. Блок-схема такого устройства приведена на рис.1.

Рисунок 1. Блок-схема усилителя класса “D”

      Фирма Philips выпустила набор микросхем, позволяющих реализовать данный схемотехнический принцип и построить высококачественную усилительную систему класса “D”. Этот набор состоит из двух ИМС – микросхемы драйвера (TDA8929T) и микросхемы мощного ключевого оконечного каскада (TDA8927J). Микросхема драйвера выпускается только в корпусе с планарными выводами и содержит два идентичных канала формирования ШИМ сигнала, генератор несущей частоты и цепи управления мощным оконечным каскадом. Микросхема оконечного каскада выпускается в выводном корпусе типа DBS17P и содержит два идентичных ключевых УМ. Эту ИМС при умеренных нагрузках совсем не обязательно устанавливать на радиатор – поскольку КПД всей системы составляет около 95% и выделяемая тепловая мощность крайне мала. Используя эти микросхемы можно построить двухканальный УМ развивающий мощность 80Вт в каждом канале на нагрузке 4 Ом, или мостовой одноканальный усилитель. При этом мощность на нагрузке возрастет в 4 раза.

      Перед специалистами МАСТЕР КИТ была поставлена, и успешно решена задача по подготовке технической документации и выпуску такого УНЧ для использования в Hi-Fi звуковой технике.

      Радиолюбители сами могут развести печатную плату, однако нужно учитывать, что это очень ответственная и серьезная работа. Не все знают, что, например, неправильная трассировка печатных проводников в мощном усилителе, может в десятки раз увеличить уровень его нелинейных искажений или даже сделать вообще неработоспособным. Поэтому для разработки печатных плат привлекались профессиональные конструкторы, специализирующиеся в этой области.

Таблица 1. Технические характеристики

Напряжение питания (двуполярное)

+/- 15 - 30 В

Напряжение питания (двуполярное) типовое

+/- 25 В

Пиковое значение выходного тока

8 А

Ток в режиме покоя

50 мА

Ток в режиме ST-BY

0,5 мА

Выходная мощность (стерео) при Кг = 0.5%, Uп = +/- 27 В, Rн = 4 Ом

65 Вт

Выходная мощность (стерео) при Кг = 10%, Uп = +/- 27 В, Rн = 4 Ом, мост

80 Вт

Выходная мощность (стерео) при Кг = 0.5%, Uп = +/- 25 В, Rн = 8 Ом

120 Вт

Выходная мощность (стерео) при Кг = 10%, Uп = +/- 25 В, Rн = 8 Ом

140 Вт

Коэффициент усиления, Au

30 дБ (стерео)

Коэффициент усиления, Au

36 дБ (мост)

КПД, %

94

Диапазон воспроизводимых частот

20 - 20000 Гц

Размеры печатной платы

62x73 мм

Описание работы

      Принципиальная электрическая цифрового усилителя показана на рис.2. Перечень элементов дан в табл.1.

      Двухканальный усилитель НЧ состоит из трех конструктивно объединенных блоков – микросхемы контроллера (DA1), микросхемы мощного оконечного каскада (DA2) и пары демодулирующих LC фильтров второго порядка (L5, C36 и L6, C37). Микросхема контроллера (DA1) предназначена для формирования ШИМ сигнала на рабочей частоте Fраб=360 кГц с использованием входного музыкального сигнала. Микросхема содержит два идентичных канала формирования, генератор рабочей частоты и цепи управления мощным оконечным ключевым каскадом на DA2.

      Двуполярное напряжение питания подается на контакты Х1(+), Х2(общий) и Х3(-).

      В стереофоническом режиме источник сигнала подключается к Х4(-IN1), Х5(+IN1) и Х6(-IN2), Х7(+IN2). Нагрузка подключается к Х10(-OUT1), Х11(+OUT1) и Х8(-OUT2), Х7(+OUT2).

      В мостовом моно режиме источник сигнала подключается к Х4(-IN), Х5(+IN) или Х6(-IN), Х7(+IN). Нагрузка подключается к Х11(+OUT) и Х8(-OUT).

      Для выбора стереофонического режима работы перемычки J1 и J4 необходимо замкнуть. А перемычки J2 и J3 должны находится в разомкнутом состоянии.

      Для выбора мостового режима работы перемычки J1 и J4 необходимо разомкнуть. А перемычки J2 и J3 необходимо замкнуть между собой так, чтобы замкнулись ножки DA1 4-8 и 5-9. Это делается при помощи самостоятельно изготовленного шлейфа.

      Переключатель SW1 предназначен для управления режимом ON/MUTE/OFF усилителя. При установке перемычки в положение “1” усилитель переходит в состояние ON (Вкл), в положение “2” – в состояние MUTE (Пауза) и при “3” – в состояние OFF (Выкл).

Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная усилителя

Таблица 2. Перечень элементов усилителя

 

Конструкция

      Внешний вид устройства показан на рис.3, печатная плата на рис.4, расположение элементов на рис.5.

      Конструктивно усилитель выполнен на двусторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, для этого предусмотрены монтажные отверстия по краям платы под винты 2.5 мм.

      Микросхему оконечного усилителя (DA2) при необходимости можно установить на теплоотвод. Поскольку КПД УМ составляет 94% - тепловые потери минимальны даже на умеренной мощности. Площадь и конструкция радиатора подбирается пользователем самостоятельно. При монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту типа КТП-8, для повышения надежности работы ИМС.

Рисунок 3. Внешний вид усилителя

Рисунок 4. Печатная плата усилителя

Рисунок 5. Расположение элементов на печатной плате усилителя


Позиция

Номинал

Кол.

С1*…C4*, С7*…C10*, С23*…C25*, С27*, C29*, C32*

0,22 мкФ, SMD элемент, размер 0805

14

С5, С6

2200 мкФ/50 B

2

С11, С12

47 мкФ/35 B

2

С13, С15, С16, С22, С36, С37

0,47 мкФ

6

С14, С19, С40, С41

1000 пФ

4

С17, С18, С38, С39

0,22 мкФ

4

С20, С21

330 пФ

2

С26

180 пФ

1

С28*, С30*

0,015 мкФ

2

С31, С33, С34, С35

560 пФ

4

DA1

TDA8929T

1

DA2

TDA8927J

1

DA1

7805

1

L1…L4

Murata BL01RN1-A68

4

L5, L6

30 мкГн

2

R1, R2, R4, R6, R8, R9

10 кОм

6

R3, R5

39 кОм

2

R7

27 кОм

1

R10

1 кОм

1

R11

200 кОм

1

R12…R15

5,6 Ом

4

R16, R17

24 Ом

2

VD1

5,6 В

1

VD2

7,5 В

1

Клеммный зажим

двойной

4

Клеммный зажим

тройной

1

Штыревой разъем

двойной

1

Штыревой разъем

тройной двухрядный

1

Перемычка

съемная

3

      Не хочу показаться сильно умным, но на лицо явное противоречие - в начале статьи красиво изъясняется почему DA2 не надо на теплоотвод, а в конце - подробности о том как это надо делать. В моем понимании, то дело обстоит так: если завод-изготовитель предусмотрел теплоотводящий флянец на микросхеме, то это совсем не потому что у них медь девать некуда, следовательно теплоотвод нужен обязательно и легенды о том, что при 94% КПД он не нужен пусть останутся для делитантов. А вот о размере теплоотвода можно и поумничать, типа действительно для таких мощностей площадь охлаждения очень крохотная.
   
   

Мощный 2x50 Вт импульсный УНЧ класса D
Philips TDA8920

      TDA8920 содержит два независимых УНЧ мощностью по 50 Вт, отличающихся высоким КПД (не менее 90%), низкими нелинейными искажениями и потребляемым током. ИМС может быть сконфигурирована как:
      • монофонический мостовой УНЧ с максимальной выходной мощностью 190 Вт, рис. 1
      • стереоусилитель мощностью 2x50 Вт, рис.2.
В обоих случаях подразумевается нагрузка 8 Ом. Каждый из усилителей имеет дифференциальные входы.
Усилители могут работать в трех режимах, управляемых потенциалом U|7 на выводе 17 относительно общего провода (MODE):
      • энергосберагающем (Standby, 0< UI7<1B). Типовый потребляемый ток в этом режиме 0,2 мкА
      • приглушение (Mute, 2В < UI7 < 3В). Усилитель в рабочем состоянии, но звуковой сигнал на выходе отсутствует. Типовый потребляемый ток совпадает с током в режиме молчания и не превышает 50 мА
      • нормальная работа (On, 4В < U|7 < 5,5В).
Для исключения «хлопка» при включении усилитель принудительно удерживается примерно 500 мс в режиме приглушения, в течение этого времени все переходные процессы заряда конденсаторов заканчиваются.
      На выходе ИМС формируется ШИМ-напря-жение с частотой повторения 500 кГц, среднее значение которого соответствует аналоговому звуковому сигналу. Пассивные LC ФНЧ второго порядка подавляют несущую частоту таким образом, что на акустическую систему приходит уже практически чистое звуковое напряжение. Частота генерации задается внешним резистором R05C, включенным между выводами OSC и SGND и может быть оценена по формуле Fosc = 5 • 103/ROSC- Предусмотрена синхронная работа нескольких микросхем на одной частоте, для этого достаточно соединить выводы OSC всех параллельно работающих ИМС (на них присутствует напряжение амплитудой 1,75 В от пика до пика).

      ИМС имеет три встроенные системы защиты
      • от перегрева (при температуре перехода Tj > 150 °С автоматически переходит в режим приглушения до охлаждения)
      • от статического электричества (модель «человека» - 3000 В) защищены все выводы
      • от перегрузки по току и КЗ выхода. Максимальный выходной ток «по умолчанию» равен 7А и может быть уменьшен до значения lo,ma = 7 • 104/(Ю4+ RL|M), [А] внешним резистором RL|M (см. рис.1 и рис.2).
Основные параметры;
      • напряжения питания ±15...±30 В
      • коэффициент усиления 36 дБ (моно-мостовой), 30 дБ (стерео)
      • входное сопротивление > 80 кОм
      • напряжение шума на выходе < 100 мкВ
      • коэффициент подавления пульсаций питающих напряжений > 60 дБ
      • разделение между каналами > 50 дБ
      • максимальная рассеиваемая мощность 60 Вт
      • напряжение смещения нуля на выходе < 50 мВ
      • коэффициент гармоник 0,1% (1 кГц), 0,2% (10 кГц, 1 Вт)
      TDA8920 выпускается в двух конструктивных вариантах - 17-вы-водном SOT243 (TDA8920J, рис.3) и 20-выводном SOT418 (TDA8920TH, рис.4) для монтажа на поверхности, оба изображены справа в натуральную величину. Рекомендуемые области применения - УНЧ высококачественных телевизоров, систем Домашнего Театра, а также мультимедийные системы.

            Кстати сказать, Турута говорит, что в двухканальном варианте она может на 4Ома работать. Теоретически вроде как мысль верная, однако на практике мы еще не пробовали. А Вы?

Микросхема TDA8920 выпускается в двух корпусах:

Рисунок 3

Рисунок 4

   
   
Адрес администрации сайта: [email protected]
   

НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:

              СТРОКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ПОИСКА

 

 

 

Схема усилителя класса A » Вот схема!


Усилители класса "А" обеспечивают наиболее линейное усиления с минимальными искажениями, объясняется это тем, что в классе "А" транзистор работает с большим током покоя, при этом он постоянно открыт, в результате поступающий на вход сигнал усиливается в линейном участке характеристики. При этом обеспечивается полностью симметричное усиление обеих полуволн, без отсечки и коммутационных искажений.

Но чистый класс А в конструкциях усилителей встречается редко. Дело в том, что работа с высокими коллекторными токами неизбежно ведет к уменьшению КПД усилителя и трудностям с отводом тепла от выходных транзисторов. К тому же необходимо обеспечить стабилизацию тока покоя, увеличение которого в процессе работы может вызвать выход из строя транзисторов выходного каскада.

Характеристики усилителя

1. Номинальное входное напряжение 1 В.
2. Номинальная выходная мощность 12 Вт.
3. Сопротивление нагрузки 8 ом.
4 Диапазон частот при неравномерности не более 3 дб - 5...160000 Гц
5. КНИ в диапазоне частот 5...20000 Гц не более 0.015%
6. Уровень шума не более -103дб
7. Скорость нарастания выходного напряжения 10 В/мкс

Данный усилитель имеет небольшую выходную мощность и следящую систему стабилизации тока покоя выходных транзисторов. Однако широкий диапазон частот и отсутствие коммутационных искажений обеспечивают качество звучания, близкое к характеристикам ламповых усилителей.

Принципиальная схема показана на рисунке 1. Особенность схемы в использовании в каждом плече составного транзистора и операционного усилителя. Оба плеча охвачены ООС. Для снижения искажений коэффициенты усиления обеих плеч должны быть равными, что обеспечивается соотношением R2/R1=R3/R4.

Ток покоя стабилизируется следящим устройством на операционном усилителе А4. Работает система так. Любое колебание тока, протекающего через выходные транзисторы, вызывает изменение падения напряжения на резисторах R22 и R23 которое усиливается этим ОУ и поступает на вход ОУ А2, и через инвертор A3 на ОУ А1 В результате режим работы плеч компенсируется.

Для исключение влияния системы на изменение токов транзисторов в процессе усиления сигнала служат цепи R19C3 и R20C11, которые представляют собой фильтры нижних частот, пропускающие на входы А4 только самые низкочастотные изменения.

Значение тока покоя устанавливается резистором R26, затем он автоматически поддерживается на этом уровне.

Питается усилитель мощности от источника, схема которого показана на рисунке 2. Он вырабатывает двухполярное нестабилизированное напряжение +-15В для выходных транзисторов и стабилизированное двухполярное +/- 18В для операционных усилителей и системы стабилизации тока покоя.

Для трансформатора используется каркас с сердечником от силового трансформатора ТС 180 от старых ламповых ч/б телевизоров. Сетевая обмотка 1-1" содержит 400+400 витков провода ПЭВ-2 0,61, обмотки 3-3' и 5-5' одинаковые содержат по 22+22 витков провода ПЭВ-2 1,08, обмотки 11-11' и 13-13' тоже одинаковые, по 45+45 витков провода ПЭВ-2 0,31.

Роль радиаторов для выходных транзисторов выполняют боковые панели корпуса размерами 80x320мм, сделанные в виде ребристых радиаторов.

Ток покоя выходного каскада усилителя 400 mА, устанавливается резистором R26.

Simple Class A Amplifier

Simple Class A Усилитель
The Audio Pages
Elliott Sound Products Простой усилитель класса A

На основе оригинальной статьи Джона Линсли-Гуда


Основной индекс
Указатель статей
Указатель сайта усилителя класса A

Авторские права на эту статью являются собственностью Mr.Linsley Hood и Electronics World (ранее Wireless World). Он перепечатан здесь как услуга для читателей, и ESP не претендует на какие-либо права интеллектуальной собственности, за исключением редакционных комментариев. Он воспроизводится с использованием оригинального текста (или того количества, которое мне удалось получить), а описания принадлежат автору (за исключением примечаний редактора).

Следует отметить, что статья была первоначально опубликована где-то в 1969 году, и что транзисторы в настоящее время устарели. Большая часть описательного текста больше не подходит для новых разработок, и комментарии по усилителям класса AB могут быть неприменимы сегодня.

Оригинальные статьи Джона Линсли Гуда и другие материалы можно найти на сайте усилителя класса A (TCAAS).


Простой усилитель класса A

Конструкция 10 Вт, дающая субъективно лучшие результаты, чем транзисторные усилители класса B

от J. L. Linsley Hood, M.I.E.E.

* Примечания редактора Рода Эллиотта

За последние несколько лет было опубликовано несколько отличных разработок домашних усилителей звука.Однако некоторые из этих конструкций в настоящее время устаревают из-за изменений в доступности компонентов, а другие предназначены для обеспечения уровней выходной мощности, превышающих требования обычной гостиной. Кроме того, большинство дизайнов имели тенденцию быть довольно сложными.

В сложившихся обстоятельствах казалось целесообразным подумать о том, насколько простой может быть конструкция, которая дала бы адекватную выходную мощность вместе со стандартом безупречных характеристик, и результатом этого исследования стала настоящая конструкция.


Выходная мощность и искажения

Принимая во внимание огромную популярность лампового усилителя Mullard "5-10", казалось, что выходная мощность 10 Вт будет достаточной для нормального использования; действительно, когда два таких усилителя используются в качестве стереопары, общий вывод звука при полной мощности может быть весьма удивительным при использовании достаточно чувствительных динамиков.

* Для сегодняшних ораторов и ожиданий это явно не так. Однако 10 Вт, вероятно, будет достаточно для твитеров в триампированной системе, и это причина публикации данной схемы.

Первоначальные стандарты гармонических искажений для звука были установлены Д. Т. Уильямсоном в серии статей, опубликованных в Wireless World в 1947 и 1949 годах; и предложенный им стандарт для общего гармонического искажения менее 0,1% при полной номинальной выходной мощности был общепринятым в качестве целевого показателя для высококачественных усилителей мощности звука. Поскольку основная проблема при проектировании ламповых усилителей звука заключается в трудности получения адекватных характеристик выходного трансформатора, и поскольку современные методы транзисторных схем позволяют проектировать усилители мощности без выходных трансформаторов, казалось возможным стремиться к несколько более высокому стандарту. , 0.Общий коэффициент гармонических искажений 05% при полной выходной мощности в диапазоне 30 Гц - 20 кГц. Это также означает, что выходная мощность будет постоянной в этом диапазоне частот.


Схема

Первой известной автору схемой усилителя, в которой использовалась конструкция бестрансформаторного транзистора для получения стандарта производительности, приближающегося к таковому у усилителя «Вильямсон», была схема, опубликованная в Wireless World в 1961 году Тоби и Динсдейлом. В нем использовался выходной каскад класса B с последовательно соединенными транзисторами с квазикомплементарной симметрией.Последующие высококачественные транзисторные усилители мощности в основном следовали принципам конструкции, изложенным в этой статье.

Основным преимуществом усилителей этого типа является то, что нормальное статическое рассеивание мощности очень низкое, а общая эффективность преобразования мощности высока. К сожалению, есть также некоторые неотъемлемые недостатки из-за внутреннего несходства в отклике двух половин двухтактной пары (если комплементарные транзисторы используются в асимметричной схеме) вместе с некоторым перекрестным искажением из-за I c / V b характеристики.Многое было сделано, особенно Бейли, чтобы свести к минимуму последнее.

Дополнительной характеристикой выходного каскада класса B является то, что потребность в токе выходных транзисторов увеличивается вместе с выходным сигналом, и это может снизить выходное напряжение и ухудшить сглаживание источника питания, если это не спроектировано должным образом. Кроме того, из-за увеличения тока возбуждения с выходной мощностью возможна переходная перегрузка, которая переводит выходные транзисторы в состояние теплового разгона, особенно при реактивных нагрузках, если не используется подходящая схема защиты.Эти требования объединились, чтобы увеличить сложность схемы, и хорошо спроектированный усилитель мощности класса B с низким уровнем искажений больше не является простой или недорогой конструкцией.

* Термический пробой, о котором идет речь, теперь известен как вторичный пробой, когда транзистор испытывает локальный нагрев на кремниевый кристалл. Этот эффект очень быстр и может привести к почти мгновенному разрушению транзистора. Это одна из причин того, что полевые МОП-транзисторы предпочитают многие разработчики усилителей.

Альтернативный подход к конструкции транзисторного усилителя мощности, сочетающий хорошие характеристики с простой конструкцией, заключается в использовании выходных транзисторов в конфигурации класса А. Это позволяет избежать проблем асимметрии в квазикомплементарных схемах, теплового разгона при переходной перегрузке, перекрестных искажений и зависимых от сигнала изменений в потребляемом токе источника питания. Однако он менее эффективен, чем схема класса B, и выходные транзисторы должны быть установлены на больших радиаторах.

Базовая конструкция класса A состоит из одного транзистора с подходящей коллекторной нагрузкой. использование резистора, как на рис. 1 (а), было бы практическим решением, но наилучший КПД преобразования мощности будет около 12%. Дроссель НН, как показано на рис. 1 (b), даст гораздо больший КПД, но правильно спроектированный компонент будет громоздким и дорогим и лишит многих преимуществ бестрансформаторной конструкции. Использование второго аналогичного транзистора в качестве нагрузки коллектора, как показано на рис.1 (c), было бы более удобным с точки зрения размера и стоимости, и позволило бы эффективно управлять нагрузкой в ​​двухтактном режиме, если бы входы из двух транзисторов были подходящей величины и противоположны по фазе.Это требование может быть выполнено, если транзистор драйвера подключен, как показано на рис. 2.

Этот метод подключения также отвечает одному из наиболее важных требований к усилителю с низким уровнем искажений: - что основная линейность усилителя должна быть хорошей даже при отсутствии обратной связи. Этому способствует несколько факторов. Нелинейность Ic / Vb характеристик выходных транзисторов имеет тенденцию к устранению, потому что в течение той части цикла, в которой один транзистор приближается к отсечке, другой полностью включен.Существует мера внутренней обратной связи вокруг контура Tr1 Tr2 Tr3 из-за влияния, которое характеристики базового импеданса Tr1 оказывают на выходной ток Tr3. Кроме того, задающий транзистор Tr3, который должен обеспечивать большой размах напряжения, работает в условиях, благоприятствующих низким гармоническим искажениям: - низкое выходное сопротивление нагрузки, высокое входное сопротивление.

* Потенциально стоящим усовершенствованием этой схемы является добавление резистора 0,1 Ом в цепь эмиттера Tr1.Этот применяет локальную обратную связь ко всему каскаду усиления, обеспечивая значительное уменьшение искажений. Если используется, это должен быть 5-ваттный провод с обмоткой. тип для обработки тока.

* Верхний транзистор (Tr2) работает как источник тока, выходной ток которого модулируется. Это позволяет схеме работают при примерно половине тока покоя, который потребовался бы, если бы модуляция не применялась. Необходимо выбрать значения для R1 и R2, на основе усиления Тр2.Для источника питания 40 В, если Tr2 должен иметь усиление 50 при 1 А, тогда ...

(R1 + R2) = 20 В / 20 мА (базовый ток) = 1000 Ом.

Одна проблема с этим подходом заключается в том, что ток, обеспечиваемый Tr2, будет изменяться в зависимости от температуры. Читатели, желающие поэкспериментировать с этим Схема должна гарантировать, что ток проверяется при нормальной рабочей температуре (т.е.ГОРЯЧЕЙ). В схеме нет механизма для предотвращения теплового разгона, за исключением использования радиатора подходящего размера. В какой-то момент схема должна стабилизировать ток покоя.Если это так нет (а ток продолжает расти), значит радиатор маловат. Чтобы обеспечить срок службы транзисторов, они не должны работают при температуре выше 50 ° C, что в нормальных условиях должно быть вполне достижимым. Поскольку каждый транзистор работает на (или около) 25 Вт, радиатор каждого транзистора должен иметь теплоемкость около 1 ° C / Вт. Радиатор лучше (то есть большего размера) совершенно не годится вреда, и обеспечит защиту от теплового разгона.

Есть и более новая версия этого усилителя, но я не планирую ее переиздавать.Больше можно найти на Сайт усилителя класса A (TCAAS).

Коэффициент усиления разомкнутого контура схемы составляет приблизительно 600 с типичными транзисторами. Коэффициент усиления замкнутого контура определяется на частотах, достаточно высоких для того, чтобы импеданс C3 был небольшим по сравнению с R4, соотношением (R3 + R4) / R4. Для значений, указанных на рис. 3, это 13. Это дает коэффициент обратной связи около 160 миллиом.

Поскольку схема имеет единичное усиление на постоянном токе, из-за включения C3 в контур обратной связи выходное напряжение Ve поддерживается на том же уровне, что и база Tr4, плюс потенциал эмиттера базы Tr4 и падение потенциала вдоль R3 из-за эмиттерного тока этого транзистора.Поскольку выходной транзистор Tr1 будет включать столько тока, сколько необходимо для снижения Ve до этого значения, резистор R2, который вместе с R1 регулирует ток коллектора Tr2, можно использовать для установки статического тока выходных каскадов усилителя. . Также будет очевидно, что Ve можно установить на любое желаемое значение небольшими корректировками R5 и R6. Оптимальная производительность будет достигнута, когда оно будет равно половине напряжения питания. (Полвольта или около того в любом случае будет лишь незначительно отличаться от максимальной достижимой выходной мощности и других характеристик этого усилителя, поэтому нет необходимости в большой точности при настройке.)

* Не упоминается назначение C1 (вместе с R1 и R2). Этот конденсатор обеспечивает "начальную загрузку", которая пытается поддерживать постоянное напряжение на R2. Если напряжение на резисторе остается постоянным, значит, ток через резистор должен также остаются постоянными. Если значение C1 слишком мало, исходя из самого низкого значения, производительность этой схемы будет сильно снижена. частота срабатывания и параллельное значение R1 и R2. Для работы до 20 Гц (при условии, что R1 + R2 = 1000 Ом) конденсатор должен быть не менее 220 мкФ.

Аналогичным образом, реактивное сопротивление C1 должно быть низким по сравнению с импедансом динамика (предпочтительно менее 1/2 импеданса динамика на самом низком уровне). интересующая частота - предполагается 20 Гц). Это примерно 2000 мкФ. Рекомендуется рабочее напряжение не менее 50В для всех электролитические конденсаторы, а также для оптимальной ВЧ. производительность, полиэстер емкостью 1 мкФ может использоваться параллельно с каждым электроприводом. По моему опыту это не нужен, но многие не согласятся, поэтому, если хотите, добавьте.

Повсюду используются кремниевые планарные транзисторы

, что обеспечивает хорошую термическую стабильность и низкий уровень шума.Кроме того, поскольку нет необходимости в дополнительной симметрии, все силовые каскады могут использовать транзисторы n-p-n, которые в кремнии обеспечивают лучшую производительность и самую низкую стоимость. Общая производительность при выходной мощности 10 Вт или на любом более низком уровне больше, чем соответствует стандартам, установленным Williamson. Графики выходной мощности и коэффициента усиления / частоты показаны на рис. 4 и 5, а соотношение между выходной мощностью и полным гармоническим искажением показано на рис. 6. Поскольку усилитель представляет собой прямую схему класса A, искажение линейно уменьшается с выходным напряжением.(Это не обязательно будет иметь место в системе класса B, если присутствует какое-либо значительное количество перекрестных искажений.) Анализ компонентов искажения на уровнях порядка 0,05% затруднен, но кажется, что остаточное искажение ниже Уровень, на котором начинается отсечение, - это преимущественно вторая гармоника.


Стабильность, выходная мощность и сопротивление нагрузки Кремниевые планарные NPN-транзисторы

в целом имеют отличные высокочастотные характеристики, что способствует очень хорошей стабильности усилителя при реактивных нагрузках.Автор еще не нашел комбинацию L и C, которая делает систему нестабильной, хотя система легко станет колебательной с индуктивной нагрузкой, если R3 шунтируется небольшим конденсатором, чтобы вызвать спад на высоких частотах.

Схема, показанная на рис. 3, может использоваться, с очень небольшими изменениями в значениях компонентов, для управления импедансом нагрузки в диапазоне 3-15 Ом. Однако выбранная выходная мощность представлена ​​различным соотношением тока / напряжения в каждом случае, и поэтому ток через выходные транзисторы и размах выходного напряжения будут разными.Размах пикового напряжения и средний выходной ток можно довольно просто вычислить из хорошо известного соотношения W = I 2 R и V = IR, где символы имеют свое обычное значение. (однако следует помнить, что расчет выходной мощности основан на среднеквадратичных значениях тока и напряжения, что их необходимо умножить на 1,41, чтобы получить пиковые значения, и что измеренный размах напряжения представляет собой размах напряжения от пика до пика, который вдвое больше пикового значения.)

Когда эти расчеты были произведены, размах напряжения от пика до пика для мощности 10 Вт на нагрузке 15 Ом оказался равным 34.8 вольт. Поскольку два выходных транзистора имеют нижнее напряжение около 0,6 вольт каждый, источник питания должен обеспечивать минимум 36 вольт для обеспечения этого выхода. Для нагрузок 8 и 3 Ом минимальное значение h.t. напряжение в сети должно быть 27 В и 17 В соответственно. Необходимые минимальные токи - 0,9, 1,2 и 2,0 ампер. Предлагаемые значения компонентов для работы с этими импедансами нагрузки показаны в таблице 1. C3 и C1 вместе влияют на напряжение и спад мощности на низких звуковых частотах, желательно, чем показано на фиг.4 и 5.

Поскольку соответствующие напряжения питания и выходные токи приводят к рассеянию порядка 17 Вт в каждом выходном транзисторе, и поскольку нежелательно (для долговечности компонентов) допускать высокие рабочие температуры, для каждого транзистора должна быть предусмотрена соответствующая площадь радиатора. Предлагается пара отдельно установленных радиаторов с оребрением 125 мм на 100 мм (5 дюймов на 4 дюйма). К сожалению, это штраф, который должен быть уплачен за операцию класса А.Для источников питания выше 30 В Tr1 и Tr2 должны иметь значение Mj481s, а Tr3 - 2n1613.

Если выходное сопротивление предусилителя превышает несколько тысяч Ом, входной каскад усилителя модифицируется, чтобы включить простой f.e.t. Схема повторителя источника, показанная на рис. 8. Это увеличивает гармонические искажения примерно до 0,12% и поэтому (теоретически) является менее привлекательным решением, чем лучший предварительный усилитель.

Высокочастотный спад может быть получен, если необходимо, подключив небольшой конденсатор между затвором f.e.t и отрицательная (земная) линия.


Подходящие транзисторы

Было проведено несколько экспериментов, чтобы определить, в какой степени на характеристики схемы влияют тип и коэффициент усиления по току используемых транзисторов. Как и ожидалось, лучшая производительность была получена при использовании транзисторов с высоким коэффициентом усиления и когда в выходном каскаде использовалась согласованная пара. Неизвестно никакой адекватной замены для типа 2N697 / 2N1613, используемого в каскаде драйвера, но примеры этого типа транзистора от трех разных производителей использовались с явно идентичными результатами.Аналогичным образом, использование альтернативных типов входных транзисторов не привело к заметным изменениям производительности, и Texas Instruments 2N4058 полностью взаимозаменяема с Motorola 2N3906, использованной в прототипе.

Наиболее заметные изменения в производительности были обнаружены в характеристиках усиления по току пары выходных транзисторов, и для минимально возможных искажений с любой парой напряжение в точке подачи от громкоговорителя должно быть отрегулировано так, чтобы оно находилось в пределах 0,25 В. половины потенциала линии питания.

В этих экспериментах использовались транзисторы Motorola MJ480 / 481, за одним исключением, в котором были опробованы устройства Texas 2S034. Основной вывод, который можно сделать из этого, заключается в том, что тип используемого транзистора может не иметь большого значения, но что если есть различия в текущих коэффициентах усиления выходных транзисторов, необходимо использовать устройство с более высоким коэффициентом усиления. в позиции Tr1.

Когда компоненты искажения были обнаружены до начала ограничения формы сигнала, они почти полностью были вызваны наличием вторых гармоник.


Конструктивные указания

Усилитель

Компоненты, необходимые для пары стереоусилителей мощностью 10 + 10 Вт, могут быть удобно собраны на стандартном «Lektrokit» 4 "X 4,75" s.r.b.p. штыревой плате с четырьмя силовыми транзисторами, установленными на внешних радиаторах. Если не указано иное, значения компонентов не являются особо критическими, и резисторы с допуском 10%, безусловно, могут быть использованы без вреда для здоровья. Однако самый низкий уровень шума будет достигнут при использовании компонентов хорошего качества и резисторов из углеродной пленки или оксида металла.

* Во всем следует использовать резисторы с металлической пленкой, так как они превосходят типы с углеродной пленкой по всем параметрам. Это обычно доступен только с допуском 1% или выше, что не вызовет никаких проблем.

Блок питания

Предлагаемая форма блока питания показана на рис. 9 (а). Поскольку потребность в токе усилителя по существу постоянна, может использоваться схема последовательного транзистора сглаживания, в которой выходное напряжение источника питания может регулироваться путем выбора входного тока базы, обеспечиваемого эмиттерным повторителем Tr2 и потенциометром VR1.При значениях емкости накопительного конденсатора, приведенных в таблице 3, уровень пульсаций будет меньше 10 мВ при номинальном выходном токе, при условии, что коэффициент усиления по току последовательного транзистора больше 40. Для выходных токов до 2,5 А последовательно Указанные транзисторы будут подходящими при условии, что они установлены на радиаторах, соответствующих их нагрузке.

Однако при текущих уровнях, необходимых для работы 3-омной версии усилителя в качестве стереопары, одного MJ480 больше не будет достаточно, и необходимо использовать более подходящий последовательный транзистор, такой как Mullard BDY20, с, например, 2N1711 как Tr2, или с параллельной компоновкой, как показано на рис.9 (б).

Суммарное сопротивление в «первичной» цепи выпрямителя, включая вторичную обмотку трансформатора, должно быть не менее 0,25 Ом. Когда источник питания, с усилителем или без него, должен использоваться с ВЧ. блока усилителя-тюнера может потребоваться добавить конденсатор 0,25 мкФ (160 В) во вторичные обмотки T1 для предотвращения переходного излучения. Указанные выпрямительные диоды представляют собой герметизированные мосты International Rectifier.

* Этот источник питания не является регулируемым, а представляет собой простой умножитель емкости.Для более полного описания лучшей схемы см. Фильтр источника питания умножителя емкости на этих страницах.

Ограничение тока
* Хотя в исходной статье об этом не упоминалось (и мне удалось на время «потерять» файл схемы), текущий ограничитель был включен. Это гарантирует, что ток через устройства вывода не превысит заданное значение, хотя я считаю, что концепция ошибочна и имеет ограниченную ценность в этом общем дизайне.

Схема выше показывает способ подключения ограничителя тока. Он не стабилизирует ток покоя (без сигнала), а только способен гарантировать, что абсолютный максимальный ток не превышает значения, определяемого потенциометром 100 Ом. Чтобы быть полезным, ток необходим стабилизатор, который обеспечит постоянство рабочего тока в режиме отсутствия сигнала независимо от температуры или напряжения питания. вариации. Информация для достижения этой цели не предоставляется.

Дополнительные примечания

Эта статья (с редакционными примечаниями) перепечатывается в качестве услуги для читателей, которым напоминаются законы об авторском праве, которые могут ограничивать права читателей на воспроизведение, коммерческое производство и т. Д. Представленная информация не предназначена для использования в качестве руководства по строительству, а предназначена, прежде всего, для представления интереса и может служить отправной точкой для других проектировщиков.

Оригинальному изделию уже много лет, и некоторые из упомянутых типов транзисторов заменены значительно лучшими конструкциями.Я оставляю читателям экспериментировать с типами устройств. Хотя большая часть дизайна по-прежнему актуальна для нового дизайна, я думаю, что этого усилителя может не хватать по сравнению с более поздними тенденциями дизайна. В частности, система смещения нестабильна с температурой, и дрейф постоянного тока будет очевиден. Кроме того, коэффициент усиления разомкнутого контура очень низок, поэтому обратная связь намного меньше, чем хотелось бы (хотя многие сочтут это хорошо!). Как упоминалось выше, дополнительная локальная обратная связь (0.Резистор 1 Ом в эмиттере Tr1) может уменьшить искажения разомкнутого контура, но еще больше снижает коэффициент усиления. Я предлагаю поэкспериментировать (пока я провел лишь несколько компьютерных симуляций) и буду признателен за отзывы всех, кто попробует эту схему.

Я бы также предположил, что усилитель мощности с одним источником питания на самом деле не является предложением для новых разработок (хотя DoZ использует тот же принцип), и биполярный (+/-) источник питания может быть предпочтительнее. В этом случае стабилизация постоянного тока становится серьезной проблемой, поскольку небольшие напряжения смещения постоянного тока могут оказаться катастрофой, в частности, для высокочастотных динамиков.

Схемы невысокого качества, но являются оригиналами с исходной WWW-страницы. Я не предлагаю их перерисовывать, так как этот дизайн предоставляется только для информации.

Автор
Джон Л. Линсли-Худ был плодовитым автором проектов усилителей и представлял новые идеи и схемы в британском журнале Electronics World (ранее Wireless World) вплоть до своей смерти в 2004 году. Его влияние на дизайн качественного звука усилителей было немало. Это не значит, что я согласен со всеми его идеями или теориями или поддерживаю их, но, по крайней мере, у него хватило смелости сказать то, что он думает, и у журнала тоже хватило смелости напечатать это.См. Статью в Википедии, чтобы узнать немного об этом.



Основной индекс
Указатель статей
Указатель сайта усилителя класса A

Рабочий лист усилителей BJT класса A

Пусть электроны сами дадут вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»!

Заметки:

По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу.Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить свои собственные «практические задачи» с реальными компонентами и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока. Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения.

Еще одна причина для использования этого метода практики - научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем.

Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся. Обсудите эти вопросы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать.Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!

Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое ученикам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, посещающих ваш курс?

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах.Если ваша цель - обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планируют, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, когда студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичное исследование , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.

В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их ученики применяли высшую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

Усилитель класса A смещения

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • Причины смещения постоянного тока в усилителях.
  • Преимущества и недостатки Смещение класса А.
  • Простой общий эмиттер с фиксированным смещением постоянного тока.
  • • Использование входных характеристик.
  • • Условия покоя.
  • • Предотвращение искажения с помощью правильного смещения.
  • • Выходные характеристики.
  • • Грузовая марка.
  • • Основные расчеты фиксированного смещения.
  • Стабилизация смещения.
  • • Смещение коллектора.
  • • Базовые сети смещения.
  • • Стабилизация излучателя.
  • • Использование эмиттерных байпасных конденсаторов.
  • Смещение полевого транзистора.

Общее соединение усилителя

Транзисторы

в усилителях обычно используют один из трех основных режимов подключения. Транзистор имеет три соединения (коллектор, база и эмиттер), в то время как для входа и выхода схемы усилителя требуется по два соединения, всего четыре, поэтому одно из трех соединений транзистора должно быть общим для входа и выхода.Выбор коллектора, базы или эмиттера как общего для входа и выхода оказывает заметное влияние на работу транзисторного усилителя. В этом разделе описывается смещение транзистора в режиме общего эмиттера, наиболее часто используемом из трех режимов подключения усилителей напряжения.

Смещение класса A

Усилители

класса A смещены напряжением постоянного тока, приложенным к переходу база-эмиттер транзистора, так что их рабочая точка покоя (или отсутствия сигнала) находится на линейной части характеристик транзистора.Кроме того, форма сигнала, подаваемого на базу, не должна приводить транзистор к насыщению или отключению. Если бы это произошло, это привело бы к сглаживанию пиков формы волны, вызывая искажения. При смещении класса A напряжение коллектора поддерживается примерно на уровне половины напряжения питания, однако это означает, что транзистор постоянно пропускает ток коллектора, даже когда сигнал не подается, поэтому мощность тратится впустую, и хотя класс A обеспечивает очень низкий искажения, он также относительно неэффективен в использовании мощности.

Теоретический максимальный КПД усилителя класса A составляет 50%, но на практике этот показатель будет ближе к 25%. Основное применение смещения класса A - это маломощные усилители звукового и радиочастотного напряжения, где потери мощности менее значительны, чем основное преимущество усилителя - низкий уровень искажений. Однако класс A может также использоваться для усилителей мощности с низким уровнем искажений в аудиосистемах Hi-Fi с питанием от сети (от сети), где эффективность менее важна.

Фиксированное смещение общего эмиттера

Рис 1.2.1 Простое смещение общего эмиттера.

Усилители необходимы в большинстве единиц электронного оборудования не только для воспроизведения звука и изображения, но также в системах управления и связи. Конструкция усилителей направлена ​​на создание схемы, которая имеет прогнозируемый коэффициент усиления в определенной полосе частот с минимальными искажениями. Усилитель также должен быть устойчивым и не подверженным колебаниям. Биполярные транзисторы PNP или NPN или полевые транзисторы могут использоваться в самых разных конструкциях в зависимости от их предполагаемого назначения.

Рассмотрим простой биполярный усилитель с общим эмиттером NPN, показанный на рис. 1.2.1, состоящий из транзистора и двух резисторов. Для правильной работы усилитель должен выдавать на своем выходе усиленную версию сигнала на входе без искажений. Для этого сначала должны быть правильными его условия покоя или отсутствия сигнала (DC). Его выход может быть неискаженным, только если его вход неискажен.

Использование входных характеристик.

Рис. 1.2.2 Входные характеристики.

На рис. 1.2.2 показана типичная кривая входных характеристик для транзистора усилителя небольшого сигнала, где изменения базового напряжения V b нанесены на график в зависимости от результирующих изменений базового тока I b .

Если изменения в сигнальном напряжении переменного тока (изменения в V b ), приложенные к базе, должны произвести пропорциональные изменения в базовом переменном токе I b , то необходимо использовать некоторое значение постоянного тока V B , чтобы положительное и отрицательные отклонения напряжения сигнала возникают только на линейной части входной кривой (форма сигнала b на рис.1.2.2). Это постоянное напряжение (0,7 В на рис. 1.2.2), приложенное к базе, называется напряжением смещения базы. Из рисунка 1.2.2 видно, что при недостаточном напряжении смещения только положительные выводы формы волны входного напряжения будут производить базовый ток, и, следовательно, в форме волны базового тока a будут возникать серьезные искажения.

Также можно увидеть, что для этого транзистора напряжение смещения базы постоянного тока (R B ) 0,7 В создает ток покоя (постоянный ток) в 40 мкА. Эти значения устанавливаются правильным выбором значения сопротивления для R B (рис.1.2.1).

Установка выходных условий покоя

Необходимо также учитывать условия покоя на выходе , так как базовый ток покоя I b будет производить ток покоя коллектора I c , который будет зависеть от значения I b и коэффициента усиления по току h fe транзистора. Кроме того, поскольку I c протекает через нагрузочный резистор (R L ), он создает разность потенциалов на R L , которая при вычитании из напряжения питания (V cc ) дает значение коллектора транзистора / напряжение эмиттера ( вэ В).

Рис. 1.2.3 Неправильные условия смещения.

На рис. 1.2.3 показаны два экстремальных условия для значений I c и V ce . В первом случае (рис. 1.2.3a) можно увидеть, что если ток коллектора I C равен нулю, из-за того, что базовое напряжение достаточно низкое, чтобы отключить базовый ток, напряжение возникает на R L . будет равно нулю, и весь V cc будет развиваться через транзистор, поэтому V ce повысится до напряжения питания V cc .

Если сигнал подается в этих условиях (рис. 1.2.3a), положительные полупериоды выходного сигнала (который находится в противофазе к форме волны напряжения на базе) не могут заставить V ce подняться больше, чем V cc , поэтому положительные полупериоды напряжения коллектора не будут воспроизводиться, вызывая серьезные искажения.

В качестве альтернативы, если I c очень высокое (рис. 1.2.3b) из-за чрезмерного смещения базы, транзистор будет в состоянии насыщения, и V ce упадет почти до нуля.Поскольку напряжение коллектора не может упасть ниже 0 В, отрицательные полупериоды выходного сигнала будут потеряны. Отсюда следует, что для воспроизведения полной формы волны на коллекторе идеальное значение покоя для V ce будет примерно посередине между V cc и нулевым вольт. Это позволит воспроизводить максимальные амплитуды как положительных, так и отрицательных полупериодов выходной волны без искажений.

Использование выходных характеристик

Рис.1.2.4 Выходные характеристики и нагрузка.

В выходных характеристиках, показанных на рис. 1.2.4, изменения I c нанесены на график в зависимости от изменений V ce для различных постоянных базовых токов I b .

«Линия нагрузки» проведена на рис. 1.2.4 между двумя крайними точками, описанными на рис. 1.2.3.

Точка P - это где V CE = V cc (что в данном случае равно 10 В) и I c = ноль, и поскольку ток через коллектор не течет, транзистор называется «отключенным».

Точка R - это максимальное значение I c (где I c = V cc ÷ R L ), а V ce равно нулю (потому что практически весь V cc развивается через R L ). Это называется «насыщением», поскольку дальнейшего увеличения тока коллектора не произойдет.

Если линия нагрузки проведена от P к R, можно увидеть, что значение V ce может быть выбрано посередине вдоль линии нагрузки в точке Q, которая в этом случае совпадает с кривой для I B .

Вертикальная линия, проецируемая вниз от Q, затем пересекает ось V CE на полпути между V cc и нулем, а горизонтальная линия, проецируемая из Q, пересекает ось I C , давая значение покоя 8 мА.

Из указанных значений V Cce и IC теперь можно рассчитать значение для R L , используя:

R L = (V cc - V ce ) ÷ I c

Итак, используя линию нагрузки в точке Q (или любой другой точке с другими парами значений):

R L = (10-5) ÷ 8 x10 −3 = 625 Ом

Смещение усилителя так, чтобы рабочая точка находилась в центре линейной части характеристических кривых транзистора, называется «смещением класса А».

Пример:

Разработайте условия фиксированного смещения постоянного тока для простого усилителя с общим эмиттером класса A, показанного на рис. 1.2.1, при условии напряжения питания (V cc ) 10 В с использованием транзистора с общим коэффициентом усиления по току эмиттера (h fe ) из 200.

Исходя из входных характеристик (рис. 1.2.3) I b должен быть 40 мкА, что указывает на значение для V , равное 0,7 В.

Следовательно:

R b = (V cc - V be ) ÷ I b

= (10-0.7) ÷ 40 мкА = 232,5 кОм

Потому что в практической схеме ближайшее предпочтительное значение для базового резистора R b будет выбрано так, чтобы R b = 220 кОм.

Поскольку выбран базовый ток 40 мкА, а транзистор h fe равен 200:

I C = I b x h fe = 40 мкА x 200 = 8 мА

Если ток коллектора (I c ) 8 мА достаточен для падения напряжения V ce до 5 В (половина от V cc ), то 16 мА приведет к падению напряжения V ce практически до нуля и насыщению транзистора.Следовательно, 16 мА будет точкой R на линии нагрузки.

Поскольку напряжение покоя коллектора должно составлять 5 В (половина от куб. См В), а напряжение на R L также составляет 5 В, можно рассчитать значение R L , чтобы получить правильные условия в точке. Вопрос:

R L = V RL ÷ I c = 5V ÷ 8mA = 625 Ом

или примерно 680 Ом (следующее более высокое предпочтительное значение резистора).

Проблемы с конструкцией с фиксированным смещением.

Хотя конструкция, описанная на рис. 1.2.1, проста и требует минимума компонентов, существуют некоторые проблемы, которые необходимо преодолеть для практического использования.

Если по какой-либо причине изменится напряжение питания или температура транзистора, напряжение смещения также изменится. Если напряжение смещения увеличивается, то будет протекать больший базовый ток, что приведет к увеличению тока коллектора. Это, в свою очередь, вызовет повышение температуры перехода внутри транзистора и, следовательно, дальнейшее увеличение тока.Тогда транзистор будет пропускать еще больший ток, вызывая дальнейшее повышение температуры и так далее.

Конечным результатом этого процесса, называемого «тепловым разгоном», является то, что транзистор будет становиться все горячее и горячее, пока не будет разрушен. Несмотря на то, что для современных силовых транзисторов тепловой разгон представляет собой гораздо меньшую проблему, для малых типов сигналов он все же представляет собой возможную опасность, которую следует избегать, встраивая в конструкцию усилителя некоторую форму стабилизации смещения.

Стабилизация постоянного тока

Рис.1.2.5 Смещение коллектора.

Рис. 1.2.6 Стабилизация излучателя

На рис. 1.2.5 показан простой метод улучшения температурной стабилизации усилителя с общим эмиттером. Вместо подачи тока смещения от V cc он подается от конца коллектора R L .

При таком расположении любое увеличение тока коллектора вызовет увеличение разности потенциалов на R L , и, поскольку верхняя часть R L удерживается стабильно с помощью V cc , напряжение коллектора V ce при низ R L должен упасть.Это, в свою очередь, приведет к падению V на и, таким образом, уменьшит ток коллектора. Условия смещения в значительной степени регулируются автоматически и, как говорят, стабилизируются с помощью обратной связи по постоянному току.

Стабилизированное смещение эмиттера

Альтернативная и гораздо более распространенная схема смещения, используемая в большинстве коммерческих схем, использует делитель потенциала, состоящий из двух резисторов (R 1 и R 2 на рис. 1.2.6), чтобы обеспечить постоянное значение V на и эмиттерный резистор R e для обеспечения стабилизации с помощью обратной связи по постоянному току.

Если ток коллектора в этой цепи увеличивается, то увеличивается и ток эмиттера, что вызывает повышение напряжения эмиттера V e . Это повышение по сравнению с установившимся напряжением базы вызывает уменьшение напряжения V база-эмиттер до и последующее падение тока коллектора. Обратная связь по постоянному току с использованием стабилизирующего резистора эмиттера поддерживает стабильные условия схемы, когда другие условия (например, температура или температура транзистора h fe ) могут измениться.

Однако резистор эмиттера также вызовет нежелательную обратную связь по переменному току, потому что в условиях сигнала форма волны переменного тока, появляющаяся на эмиттере, будет синфазна с формой волны базы, и две формы волны, изменяющиеся вместе, будут иметь тенденцию уменьшать изменения напряжения база-эмиттер, вызывая существенное снижение прироста.Чтобы избежать этой проблемы, обычно стабилизирующий резистор эмиттера R e шунтируется (обычно) конденсатором большой емкости, подключенным к R E , который формирует путь с очень низким импедансом для любого присутствующего сигнала переменного тока, предотвращая любой переменный ток. появляется на эмиттере, но без изменения каких-либо условий постоянного тока.

Смещение полевого транзистора

Рис. 1.2.7 Смещение полевого транзистора.

Смещение полевых транзисторов проще, чем в биполярных схемах, поскольку ток затвора (входной) не течет.На рис. 1.2.7 показана типичная схема смещения полевого транзистора. (МОП-транзисторы также используют аналогичную схему смещения).

При использовании в режиме истощения затвор полевого транзистора должен быть более отрицательным, чем источник. Это достигается поддержанием нулевого напряжения на затворе, в то время как ток стока / истока через резистор R 3 делает вывод истока положительным. Поскольку ток затвора не протекает в полевых транзисторах, напряжение на резисторе R 1 не может развиваться, а на затворе остается нулевое напряжение. Использование очень высокого значения для R 1 поддерживает очень высокий входной импеданс, который является полезным свойством усилителей на полевых транзисторах.

Сигнал переменного тока, приложенный к затвору, вызовет небольшие изменения напряжения затвора выше и ниже нуля, что вызовет изменения переменного тока в токе сток-исток, и, как в биполярном усилителе, они преобразуются в изменения напряжения с помощью R 2 . Истоковый резистор R 3 выполняет стабилизацию по постоянному току так же, как эмиттерный резистор в биполярном усилителе, и также обычно шунтируется, чтобы предотвратить отрицательную обратную связь по переменному току.

Верх страницы

Схема усилителя

класса A и применение

Мы уже обсуждали классы и классификации усилителей мощности в наших предыдущих статьях.Цепи усилителя мощности используются для передачи высокой мощности для управления нагрузками, такими как громкоговорители. Усилители мощности классифицируются на основе их режима работы, то есть части входного цикла, во время которой ожидается протекание тока коллектора. Исходя из этого, усилители мощности классифицируются, как указано ниже. В этой статье мы подробно обсудим усилитель класса А.

Обычно усилители мощности (большой сигнал) используются в выходных каскадах системы аудиоусилителей для управления нагрузкой громкоговорителей.Типичный громкоговоритель имеет импеданс от 4 Ом до 8 Ом, поэтому усилитель мощности должен обеспечивать высокие пиковые токи, необходимые для управления громкоговорителем с низким сопротивлением.


Усилитель мощности класса A

В усилителе класса A, если ток коллектора течет все время в течение полного цикла входного сигнала, усилитель мощности известен как усилитель мощности класса A. Он меньше используется для выходных каскадов более высокой мощности, так как имеет низкий КПД.

Назначение смещения класса A состоит в том, чтобы сделать усилитель относительно свободным от шума, сделав форму сигнала вне диапазона от 0 В до 0.6В, где входная характеристика транзистора нелинейна.

Усилитель класса A дает хороший линейный усилитель, но большая часть мощности, производимой усилителем, теряется в виде тепла. Поскольку транзисторы в усилителе класса A все время смещены в прямом направлении, через них будет протекать небольшой ток, даже если нет входного сигнала, и это основная причина его низкой эффективности. Принципиальная схема усилителя мощности класса A с прямой связью показана на рисунке ниже.

Усилитель класса A с трансформаторной связью

Показанная выше схема представляет собой усилитель класса A с прямым подключением. Усилитель, в котором нагрузка подключена к выходу транзистора с помощью трансформатора, называется усилителем с прямой связью.

Используя метод трансформаторной связи, можно значительно повысить эффективность усилителя. Трансформатор связи обеспечивает хорошее согласование импеданса между нагрузкой и выходом, и это основная причина повышения эффективности.

Обычно ток протекает через резистивную нагрузку коллектора, что приводит к потере мощности постоянного тока в нем. В результате эта мощность постоянного тока рассеивается в нагрузке в виде тепла и не вносит никакой выходной мощности переменного тока.

Следовательно, не рекомендуется пропускать ток напрямую через выходное устройство (например, громкоговоритель).

По этой причине используется специальное устройство с использованием подходящего трансформатора для подключения нагрузки к усилителю, как показано в приведенной выше схеме.

Схема имеет резисторы делителя потенциала R1 и R2, резистор смещения и резистор обхода эмиттера Re, используемые для стабилизации схемы. Перепускной конденсатор эмиттера CE и эмиттерный резистор Re подключены параллельно для предотвращения напряжения переменного тока.

Входной конденсатор Cin (конденсатор связи), используемый для передачи напряжения входного сигнала переменного тока на базу транзистора и блокирования постоянного тока из предыдущего каскада.

Понижающий трансформатор с подходящим передаточным числом для подключения коллектора с высоким сопротивлением к нагрузке с низким сопротивлением.

Согласование импеданса усилителя класса A

Согласование импеданса можно выполнить, сделав выходное сопротивление усилителя равным входному сопротивлению нагрузки. Это важный принцип передачи максимальной мощности (в соответствии с теоремой о передаче максимальной мощности).

Здесь согласование импеданса может быть достигнуто путем выбора количества витков первичной обмотки таким образом, чтобы ее чистый импеданс был равен выходному сопротивлению транзистора, и выбора количества витков вторичной обмотки так, чтобы ее чистый импеданс был равен входному сопротивлению громкоговорителя. сопротивление.

Выходные характеристики усилителя мощности класса A

Из рисунка ниже видно, что точка Q расположена точно в центре линии нагрузки переменного тока, а транзистор проводит ток в каждой точке входной волны. Теоретический максимальный КПД усилителя мощности класса A составляет 50%.

Выходные характеристики усилителя мощности класса A - Линия нагрузки переменного тока

На практике при емкостной связи и индуктивных нагрузках (громкоговорители) КПД может снизиться до 25%.Это означает, что 75% мощности, потребляемой усилителем от линии питания, тратится впустую.

Большая часть потерянной мощности теряется в виде тепла на активных элементах (транзисторе). В результате даже для усилителя мощности класса A средней мощности требуется большой блок питания и большой радиатор.

Преимущества и недостатки усилителя класса A с прямой связью

Мы используем усилители мощности для различных целей в зависимости от ограничений. Каждый усилитель мощности класса имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения надежности и эффективности.

Преимущества усилителя класса A
  • Он имеет высокую точность воспроизведения благодаря точной копии входного сигнала на выходе.
  • Он имеет улучшенный высокочастотный отклик, потому что активное устройство постоянно включено, т. Е. Не требуется времени для включения устройства.
  • Разделительного искажения нет, потому что активное устройство проводит весь цикл входного сигнала.
  • Несимметричная конфигурация может быть легко и практически реализована в усилителе класса А.
Недостатки усилителя класса A
  • Из-за большого блока питания и радиатора усилитель класса A является дорогостоящим и громоздким.
  • Низкая эффективность.
  • Из-за трансформаторной связи частотная характеристика не так хороша.
Применение усилителя класса A
  • Усилитель класса A больше подходит для уличных музыкальных систем, поскольку транзистор воспроизводит всю звуковую волну без отключения.В результате звук очень чистый и более линейный, то есть содержит гораздо более низкие уровни искажений.
  • Обычно они очень большие, тяжелые и производят около 4-5 Вт тепловой энергии на 1 Вт мощности. Поэтому они сильно нагреваются и нуждаются в хорошей вентиляции. Так что они совсем не идеальны для автомобиля и редко подходят для дома.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья. По любым вопросам, предложениям или информации о последних электронных проектах, пожалуйста, оставьте комментарий ниже.Мы всегда ценим ваши предложения.

Как работает усилитель класса А?

Транзистор

используется практически во всех электронных устройствах или гаджетах, которые вы видите или мечтаете о приобретении в ближайшем будущем. Прямо с этого мобильного телефона, которым молодой студент колледжа так гордится, поскольку он делает его жизнь сверхлегкой, к тому крошечному микроконтроллеру внутри ноутбука, который помогает мотивирующему выступающему создавать свои видеоролики на YouTube, чтобы передать свои с трудом заработанные жизненные навыки людям. широкую публику объединяет одно - старый добрый транзистор.

Транзистор

также является основным компонентом, или мы можем назвать его сердцем усилителя класса А. В этом руководстве давайте разберемся, как работает усилитель класса A, в увлекательной, простой и увлекательной форме.

Работа транзистора

Для этого нам нужно понять основы работы транзистора, когда он используется в схемах усилителя.

На приведенной выше диаграмме показаны различные компоненты, которые присутствуют внутри и снаружи NPN-транзистора. В верхнем левом углу у нас есть три типа токов: I (B), показанные красным, I (C), показанные синим, и I (E), показанные зеленым.Базовый вывод показан как большой красный B, а выводы коллектора и эмиттера показаны как большой синий C и большой зеленый E соответственно. Рядом с терминалом коллектора есть большие синие ворота, которые автоматически открываются, когда мы открываем маленькие розовые ворота, расположенные рядом с базовым терминалом. Таким образом, небольшие ворота у основания могут поднять большие ворота у коллектора. V (CE) - это разница напряжений между клеммами коллектора и эмиттера, а V (BE) - это разница напряжений между клеммами базы и эмиттера.Черная стрелка слева от зеленой клеммы эмиттера указывает на то, что это транзистор типа NPN.

Как показано выше, небольшой минутный ток I (B) на клемме базы вызывает открытие маленького розового затвора, что, в свою очередь, вызывает открытие большого синего затвора. Когда этот больший затвор открывается, он позволяет большому току I (C) течь от коллектора к выводу эмиттера.

Как показано выше, базовый ток I (B) и I (C) объединяются, чтобы сформировать ток эмиттера I (E), который в конечном итоге проходит на вывод эмиттера.

Действие усилителя транзистора

Как показано на приведенном выше рисунке, небольшое изменение V (BE) вызывает изменение I (B), которое затем поднимает как розовые, так и синие ворота.

Когда розовые и синие затворы поднимаются, это непосредственно вызывает большое изменение тока коллектора I (C). Поток I (C) вызывает изменение разницы в напряжении между выводами коллектора и эмиттера, что в конечном итоге изменяет компонент V (CE).

Таким образом, малый входной сигнал на базе усиливается как большой выход на коллектор-эмиттер.Это усилительное действие транзистора полностью используется в усилителе класса А.

Эмиттерный переход

работает как диод

Переход эмиттер-база транзистора с прямым смещением фактически работает как диод и обеспечивает небольшое сопротивление переменному току входному сигналу.

На рисунке выше (C), (B) и (E) показаны клеммы коллектора, базы и эмиттера соответственно.

R (C) и R (E) - сопротивления коллектора и эмиттера соответственно.

r (e) ’- это сопротивление переменному току эмиттерного диода транзистора (здесь самое важное)
и равно 25 мВ / л (E)

I (E) - постоянный ток эмиттера.

Все становится проще, если при анализе усилителя с общим эмиттером эмиттерный диод рассматривается как небольшое сопротивление. Поступая так, мы фактически упрощаем вычисление коэффициента усиления по напряжению и входного импеданса позже.

Работа усилителя

На рисунке выше показан усилитель с общим эмиттером CE.Усилитель имеет два типа входных сигналов, один из которых является входным сигналом переменного тока, а другой - входным сигналом постоянного тока. Первичным или наиболее важным компонентом здесь является транзистор NPN. Назначение этого усилителя - усилить входной переменный ток, который на него подается. Это достигается смещением базы транзистора с помощью резисторов R1 и R2. Это смещение осуществляется с помощью входного сигнала постоянного тока. Вы можете спросить, для чего нам нужна предвзятость. Ответ на этот вопрос заключается в том, что только благодаря смещению постоянного тока мы можем достичь желаемой точки Q (подробнее об этом, когда мы изучим линию нагрузки в следующих параграфах).После того, как желаемая точка Q установлена, становится возможным иметь правильные изменения в базовых и коллекторных токах, когда на усилитель подается переменный ток, что в конечном итоге делает усиление возможным и реальным.

Функция конденсатора связи

Используемый здесь конденсатор связи играет особую роль. Это гарантирует, что внутреннее сопротивление входного генератора переменного тока не влияет на смещение постоянного тока транзисторной цепи. Это становится возможным, поскольку конденсатор связи блокирует постоянный ток.

Функция байпасного конденсатора

Функция байпасного конденсатора заключается в обеспечении тракта с очень низким импедансом для сигналов переменного тока между эмиттером и землей цепи. Он удерживает на эмиттере постоянное значение напряжения. Таким образом, вариации напряжения базы вызывают прямые изменения V (BE) на переходе база-эмиттер транзистора.

Влияние синусоидального сигнала на входе переменного тока

База транзистора, управляемая источником переменного тока, вызывает синусоидальные изменения I (B) или тока базы.В результате этого мы наблюдаем изменения тока коллектора I (C). Во время положительной половины входной синусоидальной волны происходит увеличение прямого смещения транзистора, что приводит к увеличению I (B) и I (C). Однако во время отрицательной половины входного сигнала все три компонента схемы, то есть прямое смещение, I (B) и I (C), уменьшаются.

Линия нагрузки постоянного тока, точка Q и фазовый сдвиг

Линия нагрузки

постоянного тока представляет собой график, который демонстрирует, как перемещается точка Q или точка смещения постоянного тока и в каком диапазоне, когда вход переменного тока подается на схему усилителя.

На графике выше, который фактически представляет собой трехмерную картонную модель, оранжевая горизонтальная полоса со стрелкой представляет ось X и V (CE). Зеленая вертикальная полоса со стрелкой представляет ось Y и I (C). Синяя полоса представляет собой линию нагрузки, по которой скользит красная точка Q или точка смещения. Буква Q имеет небольшую черную стрелку, которая помогает ей настраиваться на значения I (C). На приведенном выше рисунке красный Q находится в самом верхнем крайнем положении, а на рисунке ниже - в самом нижнем крайнем положении.Этот диапазон между нижним и верхним крайними значениями равен вариациям базового тока I (B). Итак, в основном Q танцуют внутри показанного розового квадрата. Применяемый входной сигнал переменного тока не должен быть очень большим, что может плохо повлиять на мгновенную рабочую точку или точку Q и привести к насыщению или отсечке. Из обоих рисунков видно, что I (C) обратно пропорционально V (CE), потому что, когда I (C) уменьшается, V (CE) увеличивается, и наоборот. Этот факт также подтверждается моделью транзистора, описанной ранее в этой статье.Кроме того, входное напряжение переменного тока, когда оно положительное, вызывает увеличение I (C), а когда оно отрицательное, вызывает уменьшение I (C). Все это является причиной сдвига фазы на 180 градусов между входом и выходом (усиленным) схемы усилителя. Другими словами, можно сказать, что входное и выходное напряжение переменного тока смещены по фазе на 180 градусов. Только усилитель с общим эмиттером обеспечивает сдвиг фазы на 180 градусов.

Коэффициент усиления переменного тока транзистора

Дается формулой
Бета = i (c) / i (b)

Где Beta - коэффициент усиления по переменному току, а i (c) и i (b) - значения переменного тока для тока коллектора и базы соответственно.

Коэффициент усиления транзисторного усилителя

Вычисляется по формуле
A (v) = V (out) / V (in)

Где V (выход) и V (вход) - размах выходного и входного напряжения соответственно.

Действие усилителя

Обратите внимание, как незначительное входное напряжение переменного тока на переходе BE (база-эмиттер) вызывает очень большое изменение тока коллектора I (C). В конечном итоге это приводит к увеличению выходного переменного напряжения на коллекторе.

Усилители мощности

Усилитель мощности - это тип электронной схемы, которая может выдавать большое количество энергии при нагрузке первого типа с низким импедансом.

Усилитель мощности может принадлежать к любому из трех классов, то есть к классу A, B или C. Разница между этими тремя классами заключается в том, что некоторые из них работают в активной области больше, чем другие, в течение одной и той же части входного цикла переменного тока.

Работа усилителя класса A

Эффективность мощности и искажение сигнала определяются классом схемы усилителя. На рисунке ниже показаны формы сигналов для усилителя класса А. Первая волна, показанная ниже, является входом, который фактически управляет базой транзистора, а вторая волна - это волна тока коллектора I (c), которая течет в результате входа.

Ось Y или горизонтальная ось представляет угол проводимости на приведенном выше рисунке. Из приведенного выше рисунка ясно видно, что ток коллектора I (c) течет на 360 градусов входного сигнала. Таким образом, усилитель всегда находится во включенном состоянии, в результате чего эффективность усилителя класса A очень низкая, примерно от 25 до 30 процентов. Однако по этой причине коэффициент усиления такого усилителя велик. Усилитель класса A служит линейным усилителем, поскольку выходной сигнал является копией (точнее, усиленной копией) входного сигнала.Однако следует отметить, что работающий транзистор никогда не должен приближаться к насыщению или отключению из-за входного сигнала. Если это произойдет по какой-либо причине, вы получите выходной сигнал с плоскими пиками.

Схема, показанная на рисунке выше, представляет собой схему усилителя с общим эмиттером класса A. Ага! так что вы можете связать его с обычным усилителем, работа которого вы уже поняли в начале этой статьи. Да, почти то же самое с некоторыми незначительными изменениями, которые я сейчас опишу.Прежде всего, резисторы смещения R1 и R2 заменяются одним переменным резистором R (b). R3 переименован в R (c). R4 и байпасный конденсатор уволены с работы и здесь не работают. Принцип работы такой же, как и у обычного усилителя, уже хорошо объясненный ранее. Точка Q, которая скользит по линии нагрузки, в противном случае перемещается в ее центр, регулируя R (b).

Модель выше показывает линию нагрузки с точкой Q в центре. V (CEQ) во многом аналогичен V (CE) с точки зрения его поведения, с той лишь разницей, что это скорее конкретный вид значения, чем диапазон значений.То же верно и для I (CQ), и для I (C).

Характеристики усилителя класса А

Это усилитель с низким уровнем искажений, очень низким КПД, но высоким коэффициентом усиления. Когда в транзисторе есть отсечка, область коллектор-эмиттер ведет себя как открытая, в то время как в случае насыщения та же область коллектор-эмиттер ведет себя как короткая.

Расчеты в усилителе класса А

Базовый ток смещения определяется формулой
I (B) = (Входное напряжение постоянного тока - V (BE)) / R (b)

I (C) = I (B) × усиление постоянного тока

В (CE) = входное напряжение постоянного тока - (I (C) × R (c))

Коэффициент усиления по напряжению = В (выход) / В (вход)

Применение усилителя класса A в реальном мире

  1. Усилитель напряжения.
  2. Усилитель тока.
  3. Усилитель мощности.

Танмай Дасгупта работает внештатным техническим создателем видео YouTube и блоггером в EFY Group. Он твердо убежден в том, что технологии должны быть полезны и должны помогать в решении человеческих проблем или задач. Он увлечен базовой электроникой, робототехникой и картонным моделированием.

Проектирование и изготовление аудиоусилителя класса AB

В течение длительного периода времени только усилители классов A и AB были совместимы с высококачественными аудиосистемами.Это связано с тем, что лампы были единственным активным устройством, а усилители класса B генерировали массу искажений, что делало их практически неприемлемыми для многих целей. Создание усилителей класса AB начато для преодоления искажений перехода через нуль в усилителях класса B, обычно называемых кроссоверными искажениями. Чтобы разработать усилитель с низким уровнем искажений конфигурации класса A вместе с высокоэффективным выходом конфигурации класса B, необходимо построить схему усилителя, которая представляет собой комбинацию двух предыдущих классов, что приводит к усовершенствованному типу усилителя, называемому классом AB. усилитель звука.В этом документе описывается конструкция аудиоусилителя класса AB. Предлагаемый подход изложен в общих чертах, а проблемы, возникшие при разработке хорошо спроектированной схемы в этом проекте, рассматриваются в этом отчете [10]. Хотя усилитель не работает в конце проекта, масса знаний и навыков достигается в течение семестра 1 и семестра 2. Например, базовые навыки использования лабораторных инструментов, таких как осциллограф, мультиметр, генератор сигналов. и т. д., а также проектирование и моделирование схем в различных программах моделирования, таких как LTSpice, PSpice и т. д.Также получены знания о чтении схемных схем и построении простой схемы на макетной плате.

Содержание

Декларация академической честности

Абстрактные

1 Введение

1.1 Усилители мощности

1.2 Классификация усилителей

1.3 Работа усилителя класса AB

2 Промышленное соответствие

2.1 Анализ рынка

2.2 Целевые приложения

2.2.1 Головка и агрегаты автомобильные

2.2.2 Автомобильное активное шумоподавление

2.2.3 Домашний кинотеатр

2.2.4 Система звукоусиления (SR)

2.2.5 Система громкой связи (PA)

2.2.6 Портативные и домашние док-станции

3 Теоретические основы

3.1 Основные рабочие характеристики

3.1.1 Выходная мощность

3.2 Основы биполярного переходного транзистора (BJT)

3.3 Кроссовер искажения

3.3.1 Коэффициент усиления по току

3.Смещение усилителя 4 класса AB

3.4.1 Смещение напряжения

3.4.2 Смещение резистора

3.4.3 Регулируемое смещение

3.4.4 Смещение диода

4 Модель

4.1 Резистор подмагничивания

4.1.1 Рабочая точка

4.1.2 Резисторы смещения

4.1.3 Входная мощность

4.1.4 Выходная мощность

4.1.5 Коэффициент усиления

4.1.6 Максимальная выходная мощность

4.1.7 Энергоэффективность

4.2 Усилитель класса AB со смещающими диодами

4.2.1 Подмагничивающие резисторы

5 Экспериментальный метод

6 Результаты и обсуждение

7 Выводы

Справочный лист

Книги

Периодические и научные журналы Статьи

Интернет-материалы

Приложения

Приложение 1: Форма спецификации проекта

Приложение 2: Диаграмма Ганта

Приложение 3: Оценка рисков безопасности проекта

Приложение 4: Анкета этического утверждения

Список рисунков

Рисунок 1‑1: Блок-схема усилителя мощности …………………….

Рисунок 1-2: КПД усилителей классов …………………………

Рисунок 1‑3: Форма выходного сигнала класса AB …………………………

Рисунок 1-4: Основные операции усилителя класса AB ………………… ..

Рисунок 2‑1: Головное устройство ……………………………………….

Рисунок 2‑2: Блок внутри багажника ………………………………………

Рисунок 2‑3: Расположение активного шумоподавителя ……………………

Рисунок 2-4: Процесс активного шумоподавления …………………….

Рисунок 2‑5: Типичная система домашнего кинотеатра ………………………..

Рисунок 2‑6: Система SR, обычно используемая в живых выступлениях ………… ..

Рисунок 2-7: Оборудование системы громкой связи ……………………………….

Рисунок 2-8: Портативная и бытовая док-станция …………………….

Рисунок 3‑1: Разделительные искажения усилителя класса B …………………

Рисунок 4‑1: Усилитель класса AB с резистивным смещением …………………

Рисунок 4‑2: Отсечка точки Q класса AB ………………………………

Рисунок 4‑3: Усилитель класса AB с диодным смещением ……………………

Рисунок 4‑4: Моделирование выходного сигнала LTSpice ………………….

Рисунок 6-1: LTspice Моделирование опорного тока, Iref ............... ..

Рисунок 6‑2: Моделирование LTSpice положительного и отрицательного бокового сигнала

Рисунок 6‑3: Моделирование LTSpice входного аудиосигнала по сравнению с выходным сигналом.

Список таблиц

Таблица 1: Классы усилителей …………………………………………

Этот отчет охватывает области аналоговой электроники и технологической плазмы. Основная цель проекта - спроектировать и построить усилитель мощности, построенный с использованием мощных полупроводников в топологии класса AB.Усилитель объединен с динамиком в качестве выхода. Схема включает комбинацию усилителей мощности класса A и класса B с каскадом смещения, подключенным к базе дополнительных транзисторов. Транзисторы почти не включаются из-за смещения базы транзисторов NPN и PNP с достаточным напряжением. Существует несколько методов смещения для достижения наиболее эффективного усилителя, которые кратко обсуждаются ниже. В этом отчете рассматриваются неудачные попытки и проблемы, возникшие на этапах проекта.

1.1 Усилители мощности

По крайней мере, один усилитель реализован почти во всех электронных устройствах сегодня, независимо от существования нескольких классов усилителей. Усилители классифицируются по их функциям, которые подразумевают, является ли устройство усилителем напряжения или усилителем мощности, а также его частотные характеристики. Рабочее описание усилителя подтверждается при условии, что установлены классификации функций и частотных характеристик.Тем не менее, каждый тип усилителей не описан. Этот отчет в основном посвящен топологии усилителей класса AB. Класс AB в основном используется в качестве усилителей мощности звука. Усилители мощности - это усилители большого сигнала. Обычно мощность выходного сигнала усилителя увеличивается по сравнению с мощностью входного сигнала. Подавляющее большинство усилителей мощности обычно используются в качестве заключительного каскада усиления для управления нагрузкой громкоговорителя.

Рисунок 1‑1: Блок-схема усилителя мощности

1.2 Классификация усилителей

Классы усилителей обозначаются суммой выходных сигналов, расходящихся в схеме усилителя в течение одного цикла процесса, когда-то представленного синусоидальным входным сигналом. Классификация усилителей варьируется исключительно на основе их линейной работы, но с гораздо большей эффективностью, в то время как остальные представляют собой компромисс между линейностью и эффективностью. Усилители в основном делятся на два класса. Первые - это классически организованные усилители угла проводимости, развивающие обычные классы усилителей A, B, AB и C, которые описываются диапазоном их положения проводимости по определенному соотношению формы выходного сигнала, так что работа транзистора выходного каскада находится где-то внутри быть насыщенным и отрезанным.Цифровые схемы и широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используются во второй группе усилителей для непрерывного смещения формы входного сигнала между состояниями «полностью включено» и «полностью выключено», что приводит к тому, что выходной сигнал четко попадает в области насыщения и отсечки транзисторов. Эти новейшие «переключающие» усилители относятся к классам D, E, F, G, S и T.

Усилители

классов A, B, C и AB в основном строятся как усилители звука по сравнению со второй группой переключаемых усилителей. На рисунке 1-1 ниже показаны четыре типа усилителей и их эффективность.Каждый класс операций имеет определенные обычаи и особенности. Ни один класс работы не превосходит любой другой класс. Выбор наилучшего класса работы решается с помощью схемы усиления в зависимости от целевого приложения. Например, самый высокий класс работы проигрывателя виниловых пластинок может быть не лучшим классом радиопередатчика.

Рисунок 1-2: КПД усилителей классов

Эти усилители различаются от почти линейного выхода с низким КПД до нелинейного выхода с высоким КПД.Характеристики каждого типа усилителя приведены в Таблице 1-1 ниже;

Таблица 1‑1: Классификация усилителей

Класс А В С AB
Угол проводимости 360 180 Менее 90 180–360
Положение точки Q Центральная точка грузовой марки Точно по оси X Ниже оси X Между осью X и центральной линией нагрузки
Общий КПД Плохо

25% - 30%

Лучше

70% - 80%

Более 80% Больше А, но меньше В 50% - 70%
Искажение сигнала Нет при правильном смещении В точке пересечения оси X Большой Малый

1.3 Работа усилителя класса AB

Рисунок 1‑3: Форма выходного сигнала класса AB

Как упоминалось в предыдущем разделе, класс AB не является собственно отдельным классом, а представляет собой комбинацию классов A и B. Выходной каскад усилителя класса AB объединяет в себе преимущества усилителя класса A и класса B, уменьшая при этом проблемы. низкого КПД и коррелированных с ними искажений. Класс A хорошо известен своей самой высокой линейностью из всех других классов усилителей, и его работа означает, что ток коллектора никогда не отключается ни в какой части цикла.В нем есть транзистор, на который подается напряжение, чтобы он работал все время. Этот единственный транзистор работает как с положительной, так и с отрицательной формой волны.

С другой стороны, усилитель класса B был создан как ключевое решение проблем нагрева и повышения эффективности, связанных с предыдущим усилителем класса A. Работа транзисторного усилителя класса B подразумевает, что ток коллектора отключается на половину цикла (180 градусов) по обе стороны от цикла входного сигнала.Класс B - это двухтактный усилитель, в котором используются два транзистора. Транзистор NPN включен с положительной стороны и выключен с отрицательной стороны. Напротив, транзистор PNP включен с отрицательной стороны и выключен с положительной стороны. В нулевой точке кроссовера возникают искажения. Причина этого в том, что ничего не включается до 0,7 В, поэтому ни один из транзисторов не включается, пока оно не станет больше 0,7 В на положительной или отрицательной стороне, чтобы заставить биполярный транзистор начать проводить.Чтобы преодолеть это искажение перехода через нуль в усилителях класса B, обычно называемых кроссоверными искажениями, вводится класс AB [10].

Рисунок 1‑4: Основные операции усилителя класса AB

В настоящее время класс AB, несомненно, является наиболее распространенным классом усилителей, используемых в домашних стереосистемах и подобных усилителях. Он обеспечивает выдающееся качество звука топологии класса A с высокой эффективностью класса B. На рисунках 1-3 и 1-4 поясняется его основная работа.Класс AB использует пару транзисторов; оба слегка смещены в положение ON, что гарантирует, что искажения вокруг точки кроссовера, связанные с предыдущими усилителями класса B, в основном устранены. Транзисторы не выходят в полный диапазон отключения. Это достигается за счет реализации в схеме двух диодов. У усилителей AB искажение наихудшее, когда сигнал имеет минимальное значение. Парадоксально, но искажения минимальны, когда сигнал достигает точки отсечки. Когда класс AB получит свою сторону формы волны, они войдут в свое полное насыщение, включатся и проведут, в результате чего выходной сигнал будет выводиться через динамик [10].

2.1 Анализ рынка

Промышленная значимость этого проекта огромна, и прогнозируются многочисленные положительные результаты. В настоящее время усилители мощности звука экономически важны и, по сути, являются товаром. История развития усилителей восходит к 1920-м годам [2]. Ожидания в отношении этого изобретения развиваются на протяжении десятилетий. Более высокая мощность, меньший вес, более чистый звук, меньшее нагревание и повышенная надежность - все это при меньших затратах и ​​меньшем весе на ватт [11].Они обычно используются в бытовых электронных устройствах, таких как высококачественные аудиоплееры, смартфоны и планшеты.

Усилители

класса AB преимущественно монополизируют торговлю усилителями мощности звука, поскольку они предлагают адекватный компромисс между линейностью и эффективностью, и они имитируют лучшие усилители класса A по качеству звука. Несмотря на то, что усилители класса A наименее практичны и стоят дороже, они действительно обладают лучшим звуком. В то же время, класс AB потребляет меньше энергии, чем класс A, недорогой и может быть легче, холоднее и меньше.Теоретический максимальный КПД этого класса усилителей составляет примерно 78,5% и имеет гораздо лучшее соотношение, чем теоретический максимальный КПД усилителей класса А. 25%. «Реальный» максимальный КПД, вероятно, составит около 70% и зависит от топологии выходного каскада и смещения выходного каскада. В типичных условиях прослушивания (около 30% от полной мощности) КПД усилителя по мощности будет около 35% [12]

На рынке усилителей мощности доминируют новые технологии и высокий уровень внедрения этих высококачественных продуктов во всем мире.Целевая аудитория этого рынка - в основном производители усилителей, поставщики усилителей, производители и дистрибьюторы смартфонов, производственные компании, производители и поставщики бытовой электроники и, наконец, аудиофилы, сами потребители электронных товаров. Мировой рынок усилителей мощности был оценен в 976 миллионов долларов США в 2015 году, который увеличивается со среднегодовым темпом роста (CAGR) на 16% с 2016 по 2022 год и, по оценкам, вырастет до 2,8 миллиарда долларов США к концу прогнозируемого периода [21].Тем временем Азиатско-Тихоокеанский регион является лидером рынка с общей долей 63%. Растущая экономика азиатских стран, таких как Китай и Индия, включая устойчивое присутствие обрабатывающей промышленности в регионах Китая и Индонезии, также поддерживает индустрию усилителей мощности [21].

2.2 Целевые приложения

Применение этого высокопроизводительного устройства в обширной электронной промышленности сегодня безгранично. Вклад усилителей класса AB для каждого целевого приложения кратко поясняется ниже;

2.2.1 Головка и агрегаты автомобильные

Рисунок 2‑1: Головное устройство

Рисунок 2‑2: Блок в багажнике

Усилители

класса AB обладают лучшими в своем классе характеристиками, особенно в части автомобильных запчастей, в первую очередь для автомобильных радиоприемников (головные устройства) и многоканальных звуковых систем (в багажнике). Эти детали обычно продаются производителями оригинального оборудования (OEM) и автомобильным послепродажным обслуживанием. В Соединенных Штатах продажи через Интернет и послепродажные автомобильные аксессуары продемонстрировали рост по сравнению с аналогичным периодом прошлого года по сравнению с обычными магазинами из кирпича и раствора.Фактически, согласно Hedges & Company, «Продажи автозапчастей и аксессуаров продолжали расти в 2016 году и сохранят тенденцию в 2017 году, достигнув 8,9 миллиарда долларов США, что на 16% больше, чем в 2016 году [20].

2.2.2 Автомобильное активное шумоподавление

Рисунок 2‑3: Расположение активного шумоподавителя

Рисунок 2‑4: Процесс активного шумоподавления

Активное шумоподавление (ANC) изобретено для эффективного снижения низкочастотного шума в салоне автомобиля.Независимо от того, включается или выключается аудиосистема, работа системы не нарушится при любом движении автомобиля [23].

Низкочастотная трансмиссия (система в транспортном средстве, которая соединяет трансмиссию с ведущими осями), входящие в салон частоты улавливаются двумя микрофонами в зоне кабины, и сигнал передается на блок ANC. Точно синхронизированный аудиосигнал с обращенной фазой генерируется блоком управления перед подачей на усилитель.Дверные динамики и сабвуфер, расположенные на задней полке, получают питание от усилителя. Как следствие, происходит заметное снижение уровня внешнего шума, такого как звук двигателя.

2.2.3 Система домашнего кинотеатра

Рисунок 2‑5: Типичная система домашнего кинотеатра

Домашний кинотеатр - это развлекательная система, состоящая из комбинации телевизора любого типа с видеокомпонентами и аудиосистемой, обеспечивающей объемный звук с многочисленными динамиками.Домашние кинотеатры обычно создаются для имитации качества просмотра медиафайлов в кинотеатрах и предназначены для большинства людей, которые сегодня, очевидно, предпочитают играть в свои видеоигры и мелодии, а также смотреть свои любимые фильмы, телешоу и сериалы в комфорте своих частных резиденций. . Стоимость установки домашнего кинотеатра, состоящего из светодиодного телевизора, кабельного телевидения и аудиоустройства, оценивается как минимальная стоимость в 199 долларов США и в среднем составляет около 1 300 долларов США в зависимости от потребностей потребителей.И наоборот, система премиум-класса с калибровкой телевизора, нестандартной мебелью, аудиосистемой и стойками для колонок, среди прочего, может стоить до 16 500 долларов США.

2.2.4 Система звукоусиления (SR)

Рисунок 2‑6: Система SR, обычно используемая в живых выступлениях

Система из микрофонов, сигнальных процессоров, усилителей и громкоговорителей, установленных вместе в корпусах громкоговорителей, называется системой звукоусиления. Система SR питается и управляется звуковой микшерной панелью, которая улучшает и изменяет звуки, делает живые или предварительно записанные звуки громче и четче и широко используется во время масштабных концертов и живых выступлений для распространения этих звуков на более крупные или изолированные или удаленные объекты. аудитория.Например, человек, выступающий на сцене, может быть плохо слышен в задней части большого зала. Звуковая система может использоваться, чтобы сделать звук более отчетливым и улучшить слуховые способности людей. В этом случае цель состоит в том, чтобы голос в задней части зала звучал так же громко, как (не громче), когда он слышен с близкого расстояния. В художественных целях усиление звуковой системой дает аудитории более грандиозное музыкальное воздействие, заставляя ее казаться «больше, чем жизнь».

2.2.5 Система громкой связи (PA)

Рисунок 2-7: Оборудование системы громкой связи

Система оповещения

позволяет одному человеку общаться с толпой людей и широко используется для объявлений в общественных, институциональных и коммерческих зданиях и местах, например университетах, церквях, спортивных аренах и огромных пассажирских самолетах.Система громкой связи помогает людям слышать звуки в изолированных местах, таких как семинары или собрания, которые иногда собирают больше людей, чем вместимость конференц-зала. Таким образом, избыточная толпа может слышать речи и обсуждения во второй комнате. Система звукоусиления и система оповещения могут использовать определенные идентичные компоненты, но с разными целевыми приложениями. Система SR предназначена для живого искусства или музыкального исполнения, тогда как система PA в первую очередь предназначена для воспроизведения речи.

2.2.6 Портативные и домашние док-станции

Рисунок 2-8: Портативная и домашняя док-станция

Док-станция для аудио - идеальный выбор для аудиофилов для воспроизведения своей коллекции цифровой музыки, поскольку она позволяет воспроизводить музыку с электронных устройств, таких как смартфоны, iPod и mp3-плееры, помимо зарядки аккумулятора устройства. Базовая автономная док-станция стоит недорого по сравнению с аналогами, что делает их идеальным выбором для людей с ограниченным бюджетом с ценами от 10 до 40 фунтов стерлингов.Соответственно, они часто идеально подходят для путешествий или для людей, которые хотят слушать музыку на улице, поскольку они склонны иметь высокую мобильность и возможность выбора заряда аккумулятора или Bluetooth. Между тем, комбинированные доки могут стоить от 20 до 200 фунтов стерлингов. В настоящее время устаревшие громоздкие театральные системы Hi-Fi постепенно заменяются этим удобным продуктом в домашнем хозяйстве из-за их легкости, миниатюрных размеров и множества функций.

В связи с постоянно растущими требованиями и требованиями к производительности на рынке аудио существует множество других целевых приложений, а также бесчисленные достижения в топологиях аудиоусилителей [10].Как и во всех аудиосистемах, для получения непревзойденных характеристик системы требуется огромное внимание ко всем аспектам усилителей класса AB. Очень маловероятно, что энтузиасты Hi-Fi исчезнут в будущем, поскольку они действительно являются существующим братством, которое склонно вкладывать значительные средства в создание отличительного опыта у себя дома, на работе или в автомобиле. Следовательно, знание классов звуковых усилителей, доступных на рынке, и функций, связанных с каждым из них, имеет решающее значение при выборе лучшего звукового усилителя для надлежащего применения [18, 10].

В этой главе подробно описывается архитектура базового усилителя мощности класса AB. Первоначально обсуждается несколько материалов, касающихся транзисторов, и проводится прямой анализ основных принципов построения блоков, которые неизбежно используются при построении всей схемы усилителя. Постепенно создается прочная основа для всестороннего изучения простого усилителя, по которому идет след. Затем в главе 4 мы переходим к рассмотрению конструкции усилителя, где конструкция совершенствуется и оценивается по мере улучшения ее характеристик.Конструктивные соображения жизненно важны для обеспечения непревзойденной производительности усилителя. Основные характеристики производительности обсуждаются ниже;

3.1 Выходная мощность

Каждое выходное устройство имеет предел устойчивости к тепловому рассеянию. Эта предельная точка, когда устройство не может выдерживать тепло, определяется как выходная мощность. Максимальная выходная мощность обычно оценивается при нагрузке на громкоговорители 8 и 4, которые часто используются в приложениях Hi-Fi.Когда определенное напряжение подается на нагрузку 4 is, генерируется двойной ток. Следовательно, и выходная мощность увеличивается вдвое.

3.2 Биполярный переходной транзистор (BJT)

Рисунок 3‑1: Биполярные переходные транзисторы

Наиболее важной иллюстрацией активного компонента является транзистор. Это устройство усиливает и генерирует выходной сигнал с большей мощностью, чем входной. Дополнительная мощность поступает от внешнего источника питания.Ключевым компонентом практически всех усилителей мощности звука, представленных сегодня на рынке, является биполярный переходный транзистор (BJT). В этом разделе кратко объясняются адекватные знания о характеристиках схем транзисторного усилителя и его ограничениях.

3.3 Кроссовер искажения

Рисунок 3‑2: Разделительные искажения в усилителе класса B

Дополнительные транзисторы NPN и PNP отключаются, когда базовое напряжение постоянного тока становится равным нулю.Одновременно требуется, чтобы напряжение входного сигнала превысило напряжение базового эмиттера, V BE , прежде чем какой-либо транзистор по очереди проведет свои сигналы положительного и отрицательного цикла. Основная причина, по которой это искажение обычно возникает в усилителе класса B, заключается в наличии временного промежутка между положительным и отрицательным циклами входного сигнала каждый раз, когда транзисторы выключены, как показано на рисунке 3-1 выше. Из-за этого возникает кроссоверное искажение.

3.4 Смещение усилителя класса AB

В целях устранения перекрестных искажений вводится усилитель класса AB, а смещение регулируется таким образом, чтобы оно превышало напряжение базового эмиттера V BE комплементарных транзисторов в этом типе усилителя. Усилитель класса AB создается путем смещения напряжения обоих переключающих транзисторов до слабой проводимости в обычном двухтактном каскадном усилителе класса B, независимо от наличия входного сигнала. Проводимость обоих транзисторов одновременно гарантируется минимальным смещением.Мертвая зона от 0,6 до 0,7 В, которая создается при возникновении кроссоверных искажений в усилителях класса B, значительно уменьшается за счет применения приемлемого смещения. Доступно несколько методов предварительного смещения транзисторных устройств, таких как реализация схемы делителя напряжения, токового зеркала (последовательно соединенных диодных устройств) и предварительно установленного смещения напряжения. Таким образом, усилитель класса AB в основном рассматривается как усилитель класса B с «смещением».

Прямое смещение - это транзисторы с диодным соединением, идентичные транзисторам NPN и PNP.Они образуют зеркала с токами покоя I Q , задаваемыми согласованными резисторами, которые обычно называют токовыми зеркалами. В этой схеме характеристики диода и транзисторного перехода эмиттер-база близко совпадают, поэтому ток в диодах и транзисторе равен. В цепи смещения оба резистора имеют одинаковое значение.

Здесь обсуждаются конструктивные особенности усилителя класса AB. Проведен исследовательский анализ и выбрано несколько подходящих схемных решений.

4.1 Смещение резистора

Как показано на рисунке ниже, в схеме используется пара дополнительных (NPN и PNP) транзисторов. Выбранные транзисторы: 2N3904 NPN с максимальным напряжением коллектор-эмиттер, V CEO 40 В и 2N3906 PNP с аналогичным максимальным значением V CEO 40 В. Эта схема питается от напряжения питания CC В 9 В, а полное сопротивление динамика Z L равно 8. Транзистор NPN смещен немного выше нуля.Барьерный потенциал 7 В резисторами R 1 и R 2 . PNP-транзистор смещен резисторами R 3 и R 4 соответственно, как и NPN-транзистор. Резисторы R 1 , R 2 , R 3 и R 4 идентифицируются как резисторы смещения, а резистор R L является резистором нагрузки со значением 1 кОм. В этой конструкции реализованы входные конденсаторы связи C 2 и C 3 , включая выходной конденсатор связи C 4 .Выполняется несколько симуляций схем, и полученная форма выходного сигнала отображается ниже;

Рисунок 4‑1: Усилитель класса AB с резистивным смещением

4.1.1 Рабочая точка

Переход база-эмиттер двух комплементарных транзисторов слегка смещен в прямом направлении. Ожидается, что точка покоя будет располагаться немного выше порогового значения V CE . Точка Q показана на Рисунке 3-1 ниже.

Рисунок 4‑2: Отсечка точки Q класса AB

Значение напряжения точки Q, В CEQ уменьшает вдвое напряжение источника питания, В CC .Ток насыщения I C (sat) вычисляется путем деления V CEQ на R L . Транзисторы имеют прямое смещение с током точки Q, I CQ , который, по оценкам, составляет от 1% до 5% от I C (sat) .

4.1.2 Резисторы смещения

На основе схемы, представленной на рисунке, значения резистора получены путем выполнения расчетов, как показано ниже;

Предположим, что R = R 1 = R 2 = R 3 = R 4 ,

2 × Ibias × R = VCC

Где

R = VCC2 × Ibias

Так как I смещение = I CQ ,

R = VCC2 × ICQ

R = 0.25 × VCCICQ

Предположим, что I CQ = 0,04 I C (насыщ.) , затем

R = 0,25 × VCC0,04 × IC (насыщ.)

Так как V CEQ = V CC /2 и I C (нас.) = V CEQ / R L ,

IC (насыщенный) = VCC2 × RL

Подставьте I C (sat) в уравнение R, чтобы получить

IC (насыщ.) = 0,25 × 2 × RL0,04

Так как R L = 1 k, то

R = 0,5 × 10000,04 = 12500  = 12,5 кг

Итак, R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 12.5 к

Значение резисторов смещения получено для преодоления барьерного потенциала 0,7 В. Впоследствии добавляются входные и выходные резисторы связи. Это необходимо для обеспечения прохождения входного сигнала с частотой 1 кГц от базы транзисторов к каскаду усилителя и, наконец, до выходного каскада R L .

4.1.3 Входная мощность

Формула для входной мощности переменного тока, P в ;

Pin = Vin (пик-пик) 2ZL × Zin (этап)

Сигнал положительного цикла NPN-транзистора, Z в (ступень) ;

Zinstage = R1 || R2 || Zinbase

Где

Цин (основание) = β × RL

Цин (основание) = 170 × 1 k = 170 k

Следовательно

Цин (стадия) = 12.5 к || 12,5 к || 170 к = 6 к

Поскольку имеется два входных каскада NPN и PNP,

Zin EQ (стадия) = Zin (стадия) 2 = 6 k2 = 3 k

Подставьте V в = 2 В, Z в EQ (стадия) = 3 кОм и Z L = 8 = в уравнение входной мощности, P в , чтобы получить

Pin = Vin (пик-пик) 2ZL × Zin (ступень) = 228 × 3 k = 0,16 мВт

4.1.4 Выходная мощность

Формула для выходной мощности переменного тока, P out ;

Pout = Vout (пик-пик) 2ZL × RL228 × 1 k = 0.5 мВт

4.1.5 Коэффициент усиления

Формула усиления мощности, A P ;

AP = PoutPin = 0,5 м 0,16 м = 3

4.1.6 Максимальная выходная мощность

Формула максимальной выходной мощности P out (max) ;

Pout (макс.) = VCC2ZL × RL = 928 × 1 k = 10 мВт

4.1.7 Энергоэффективность

Формула энергоэффективности,;

КПД, η = Pout (макс.) PDC × 100%

Величина мощности постоянного тока, P DC ;

PDC = VCC × IDC

Где

IDC = Ibias + IC (нас.) Π

IDC = Ibias + IC (нас.) Π

Подставьте I C (sat) = V CC / (2R L ) в уравнение I DC , чтобы получить

IDC = Ibias + VCC2 × RL × π = 0.18 м + 92 × 1 k × π = 0,18 м + 1,43 м = 1,61 мА

Следовательно,

PDC = 9 × 1,61 м = 14,5 мВт

Начиная с максимальной выходной мощности, P out (max) = 10 мВт, а P DC = 14,5 мВт, таким образом,

КПД, η = Pout (макс.) PDC × 100% = КПД = 10 м 14,5 м × 100% = 68,96%

С учетом всех вышеперечисленных расчетов усилитель класса AB разработан и доведен до стадии производства.

4.2 Усилитель класса AB со смещающими диодами

На основании рисунка ниже в схеме заменена пара диодов в качестве улучшения и более подходящей альтернативы, чем два простых резистора в качестве ступени смещения.Диоды обычно лучше справляются с изменением температуры, когда дополнительные транзисторы смещены незначительно за пределы области отсечки.

Рисунок 4‑3: Усилитель класса AB с диодным смещением

На приведенной выше принципиальной схеме показано сходство с предыдущей конструкцией с дополнительными транзисторами NPN 2N3904 и PNP 2N3906. Однако каскад смещения заменен двумя обычно используемыми малосигнальными быстросменными диодами 1N4448. Эти диоды включены последовательно вместе с двумя резисторами смещения R 1 и R 4 .Выходной каскад оснащен нагрузочным резистором R L номиналом 8 Ом. Подключен сигнал переменного тока с частотой 1 кГц и 100 мВ пик-пик , который обеспечивается генератором сигналов, доступным в лаборатории.

Резисторы

R 1 и R 4 рассчитываются для определения соответствующего значения смещения транзисторов. Расчеты должны быть проще, если предполагается, что оба резистора имеют одинаковые номиналы.

4.2.1 Резисторы смещения

Предположим, R = R 1 = R 4 , затем

VCC = (2 × RIbias) + (2 × VBE)

R = VCC- (2 × VBE) 2 × Ibias

Где ток смещения I bias , протекающий через диоды и резисторы, равен I CQ (ток коллектора точки Q), а напряжение база-эмиттер V BE транзистора равно 0.7 В.

В этом случае доступны два резистора и два транзистора. Перекрестные искажения, обычно возникающие в усилителе класса B, уменьшаются путем настройки I CQ примерно от 1% до 5% от I C (sat) .

Предположим, что смещение I = I CQ = 0,02 I C (насыщ.) , где I C (насыщ.) = V CC / (2R L )

Подставьте V CC = 9 В и R L = 8  в уравнение I C (sat) , чтобы получить

IC (насыщ.) = VCC2 × RL = 92 × 8 = 0.56 А

Если I C (sat) = 0,56 A, то

Ibias = ICQ = 0,02 × IC (насыщ.) = 0,02 × 0,56 = 11,2 мА

Следовательно

R1 = R4 = R = VCC- (2 × VBE) 2 × Ibias = 9- (2 × 0,7) 2 × 11,2 м = 7,622,4 м = 340 

В конструкцию усилителя помещены оба резистора на 340 Ом. Значения входных и выходных конденсаторов связи оцениваются путем определения значений входного импеданса Z IN и выходного сопротивления Z OUT . Наличие кроссоверных искажений в выходном сигнале наблюдается при подключении усилителя к осциллографу.Экран дисплея прибора показан на Рисунке 3-4 ниже;

Рисунок 4‑4: Моделирование выходного сигнала LTSpice

Для достижения ожидаемых результатов выполняется несколько подходов. В этой главе указаны инструменты и материалы, необходимые для проектирования схемы и испытаний.

Необходимые лабораторные приборы и электронные компоненты:

  • Блок питания
  • Цифровой мультиметр
  • Генератор функциональных сигналов
  • Осциллограф
  • Макетная плата
  • Зажимы под крокодил
  • Перемычки проволочные
  • 8  Динамик
  • Радиатор
  • 1N4148 Диоды
  • 1 NPN Q2N3904 Транзистор
  • 1 PNP Q2N3906 Транзистор
  • Многозначные резисторы
  • Конденсаторы многозначные

Процедура:

Рисунок 6-1: LTspice Моделирование опорного тока, Iref

На рисунке 6-1 выше показано напряжение база-эмиттер.V BE транзистора NPN (положительный полупериод) и транзистора PNP (отрицательный полупериод) составляет соответственно 0,7 В.

Рисунок 6‑2: Моделирование LTSpice положительного и отрицательного бокового сигнала

Рисунок 6‑3: Моделирование LTSpice входного аудиосигнала по сравнению с выходным сигналом

Усиление сигнала неудачно, как показано на Рисунке 6-3 выше. При подключении к 8-дюймовому динамику отображается обрезка, и аудиовыход не слышен.

Обзор различных классов усилителей звука, часто используемых в современных конструкциях, кратко описан в этом отчете.В целях разработки усилителя с низким уровнем искажений конфигурации класса A вместе с высокоэффективным выходом конфигурации класса B необходимо построить схему усилителя, которая представляет собой комбинацию двух предыдущих классов. Многие схемы стимуляции выполняются с использованием программ PSpice и LTSpice для оценки производительности нескольких схем. В этом проекте безуспешно работает усилитель. Ожидаемые результаты не достигаются и согласуются с симуляцией схем на LT Spice.Отсутствует звук на выходе, когда усилитель подключен к динамику с сопротивлением 8 Ом. Первоначально предполагается, что проект будет эффективно продвигаться в соответствии с графиком. Однако на разных этапах проекта возникает несколько неожиданных проблем и задержек. Недостаток понимания основных принципов работы транзисторов, топологии класса AB, включая правильное использование основных лабораторных приборов, являются основными причинами провала проекта. Много времени тратится на поиск подходящих конструкций из бесчисленных материалов для чтения и ресурсов, доступных для наиболее эффективной схемы.Выявлены ошибки в проектных расчетах, поэтому этап строительства усилителя откладывается. Дополнительные исследования простых схемных расчетов и переоценки проектных соображений, моделирования схем и испытаний должны были быть выполнены, чтобы укрепить индивидуальное понимание основной области этого проекта. Тем не менее, область для улучшения технических характеристик усилителя постоянно доступна в бесчисленных справочниках и онлайн-материалах, которые во всем мире обогащают образ жизни потребителей сегодня.Очевидно, необходимо уделить внимание выбору топологии аудиоусилителя, подходящей для приложения, при разработке звуковой схемы для любого типа устройства.

Книги

[1] Дж. Дуайт, «Транзисторные усилители звука». США: John Wiley & Sons, Inc., 1968, ISBN 047144720X

[2] С. Дуглас, «Аудио усилитель мощности и руководство по проектированию». Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2006, ISBN 9780750680721

[3] К. Боб, «Проектирование усилителей мощности звука». США: McGraw Hill, 2011, ISBN 9780071640251

[4] Г.Стэн, «Руководство для начинающих по чтению схем». США: McGraw Hill, 2014, ISBN 9780071827799

[5] Л. Микко, «Проектирование и компенсация высокопроизводительных усилителей класса AB». Оулу, Финляндия: Acta Univ. Оул. C 356, 2010, ISBN 9789514261763

[6] Дж. Морган, «Клапанные усилители». Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2012, ISBN 9780080966403

[7] П. Горовиц, В. Хилл, «Искусство электроники». Нью-Йорк, США: Cambridge University Press, 2015, ISBN 9780521809269

Периодические и академические журналы Статьи

[8] Т.Фанг, Л. Шипинг, В. Бо, «Усилитель мощности звука класса AB с динамической компенсацией крутизны в процессе 55 нм CMOS», Cir.Sys. том 67, вып. 9, сентябрь 2016 г., DOI 10.1109 / TCSI.2016.2586199

[9] А. Кемп, «Практическая сторона переключения усилителей мощности звука», Материалы Международной конференции по ИС, Тайбэй, июнь 1999 г.

[10] Д. Яапари, «Предварительный отчет: проектирование и создание усилителя класса AB», Проект последнего года Ливерпульского университета, 2016 г.

Интернет-материалы

[11] AspenCore Inc.(2016) Электронные учебники [онлайн]. Доступно: http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/class-ab-amplifier.html (по состоянию на 26 сентября)

[12] К. Эрик. Узнайте об электронике [онлайн]. Доступно: http://www.learnabout-electronics.org/Amplifiers/amplifiers10.php (по состоянию на 26 сентября)

[13] Р. Тони. Учебное пособие по транзисторам [онлайн]. Доступно: http://www.sentex.ca/~mec1995/tutorial/xtor/xtor4/xtor4.html (по состоянию на 26 сентября 2016 г.)

[14] С. Дин.(2011, август) Hack A Week: DIY Projects [онлайн]. Доступно: http://hackaweek.com/hacks/?p=332 (по состоянию на 26 сентября 2016 г.)

[15] Пенсильванский университет. (Ноябрь 2012 г.) Введение в микроэлектронику [онлайн]. Доступно: http://www.seas.upenn.edu/~ese319/Lecture_Notes/Lec_22_ClassAB_Amplifier_12.pdf (по состоянию на 3 октября 2016 г.)

[16] Н. Роберт. (2015) Максим Интегрированный [онлайн]. Доступно: https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5590 (по состоянию на 12 октября 2016 г.)

[17] Технологический университет.Усилители мощности [онлайн]. Доступно: http://www.uotechnology.edu.iq/dep-eee/lectures/3rd/Electronic/Analog%20electronic/5.pdf (по состоянию на 12 октября)

[18] S. Neil. (Июль 2012 г.) Pro Sound Web [онлайн]. Доступно: http://www.prosoundweb.com/article/an_early_history_of_modern_power_amplifiers/studyhall (по состоянию на 12 октября 2016 г.)

[19] B. Neidorff. Окончательный центр обучения и ресурсов [онлайн]. Доступно: http://stason.org/TULARC/entertainment/audio/general/11-18-What-is-Amplifier-Class-A-What-is-Class-B-What-is-Cl.html # ixzz4dwZg2mOE (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[20] NXP Semiconductors. Класс AB (автомобильное радио) [онлайн]. Доступно: http://www.nxp.com/products/media-and-audio-processing/audio-amplifiers/class-ab-car-radio:MC_55974 (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[21] Mouser Electronics. Аудио приложения [онлайн]. http://www.mouser.co.uk/applications/audio-amplifier-selection/

(по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[22] Компания Hedges. Маркетинг автозапчастей: продажи запчастей через Интернет достигают 8 долларов.9 миллиардов в 2017 г. [онлайн] https://hedgescompany.com/blog/2017/02/auto-parts-industry-trends-online-parts-sales-8-9-billion-2017/ (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[23] Маркетинговые исследования будущего. Отчет об исследовании мирового рынка усилителей мощности - прогноз на 2022 год [онлайн]. https://www.marketresearchfuture.com/reports/power-amplifier-market (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[24] Хонда. Активное шумоподавление (ANC) [онлайн]. https://www.honda.co.nz/technology/driving/anc/ (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

[25] Т.Агарвал. Классы и классификация усилителей и их применение [онлайн]. https://www.elprocus.com/classification-of-amplifiers-classes-its-applications/ (по состоянию на 15 апреля 2017 г.)

Приложение 1: Форма спецификации проекта

Приложение 2: Диаграмма Ганта

Приложение 3: Оценка рисков безопасности проекта

Приложение 4: Анкета этического утверждения

Усилитель

класса A - SoundBridge

Что такое усилитель класса А?

Наиболее часто используемый тип конфигурации усилителя мощности - это усилитель класса А.Усилитель класса A - это простейшая форма усилителя мощности. Он использует один переключающий транзистор в стандартной конфигурации схемы с общим эмиттером, как было показано ранее, для создания инвертированного выхода. Транзистор всегда смещен в положение «ВКЛ», так что он проводит в течение одного полного цикла формы входного сигнала. Он производит минимальные искажения и максимальную амплитуду выходного сигнала. Это означает, что конфигурация усилителя класса A является идеальной рабочей моделью. Это связано с тем, что не может быть кроссовера или искажения при выключении выходного сигнала даже во время отрицательной половины цикла.Выходные каскады усилителя мощности класса A могут использовать один силовой транзистор или пары транзисторов, подключенных для разделения высокого тока нагрузки.

Входной сигнал

Усилитель

класса A использует 100% входного сигнала (угол проводимости Θ = 360 °). Активный элемент остается вести все время. Усиливающие устройства, работающие в классе А, работают во всем диапазоне входного цикла. Усилитель класса A отличается тем, что устройства выходного каскада смещены для работы класса A.Подкласс A2 иногда относится к каскадам класса A на электронных лампах, которые управляют сеткой слегка положительно на пиках сигнала для немного большей мощности, чем стандартный класс A (A1, где сетка всегда отрицательна). Однако это приводит к более сильным искажениям сигнала.

Дизайн

Конструкции

класса A могут быть проще, чем конструкции других классов. Конструкции класса -AB и -B требуют наличия двух подключенных устройств в цепи (двухтактный выход), каждое из которых обрабатывает половину сигнала.Напротив, класс A может использовать одно устройство (несимметричное). Усиливающий элемент смещен, поэтому устройство всегда проводит, ток коллектора (для транзисторов; ток стока для полевых транзисторов или ток анода / пластины для электронных ламп) близок к наиболее линейной части его кривой крутизны .

Поскольку устройство никогда не «выключается», нет времени «включения», нет проблем с хранением заряда. Как правило, лучше высокочастотные характеристики и стабильность контура обратной связи (и обычно меньше высших гармоник).Точка, в которой устройство приближается к «выключению», не соответствует «нулевому сигналу». Таким образом, проблема кроссоверных искажений, связанная с конструкциями классов AB и B, не существует. Это лучше всего подходит для радиоприемников с низким уровнем сигнала из-за низкого уровня искажений.

Недостатки

Усилители

Class-A неэффективны. Максимальный теоретический КПД 25% достигается при использовании обычных конфигураций. Однако 50% - это максимум для трансформатора или конфигурации с индуктивной связью.В усилителе мощности это не только тратит впустую энергию и ограничивает работу с батареями. Но это увеличивает эксплуатационные расходы и требует более мощных устройств вывода. Неэффективность возникает из-за постоянного тока, который должен составлять примерно половину максимального выходного тока, и большая часть напряжения источника питания присутствует на выходном устройстве при низких уровнях сигнала. Если цепи класса A требуется большая выходная мощность, источник питания и сопутствующее тепло становятся значительными. На каждый ватт, подаваемый на нагрузку, сам усилитель в лучшем случае использует дополнительный ватт.Для усилителей большой мощности это означает огромные и дорогие блоки питания и радиаторы.

Поскольку выходные устройства постоянно работают на полную мощность (в отличие от усилителя класса A / B), у них не будет такого длительного срока службы, если только усилитель не будет специально разработан с учетом этого, что увеличивает стоимость обслуживания или проектирование усилителя.

Исходные тексты

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_amplifier_classes?fbclid=IwAR1DdxZGKjcEA_jLe4gdRz6ABafG0CVecs2je-_97cdnRoIzXQZM3yMDM1w

.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *