Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр

© Mark Houston and diyAudioProjects.com

© Igor «Datagor» Kotov — авторский перевод
Мне захотелось построить усилитель со следующими параметрами: 1. Без ООС, так называемый вариант «0-NFB» (zero negative feed back) 2. Чистый класс А 3. Однотактный Нельсон Пасс (Nelson Pass) проделал огромную работу в этом направлении при строительстве своего усилителя «Zen», но я решил пойти еще дальше! Я построю «Усилитель Без Деталей» — Zero Component Amplifier (ZCA). Думаете, я пытался найти «Священный Грааль» в усилительной схемотехнике, этакий прямой кусок серебрянного провода, дающий чистое усиление без искажений?

↑ Class-A 2SK1058 MOSFET Amplifier

Несомненно, чтобы усилитель назывался усилителем, он должен содержать активные компоненты, обеспечивающие усиление. Меня всегда восхищали однотактные ламповые усилители. Как такое вообще возможно? Посмотрите, одна лампа, пара резисторов и выходной трансформатор. Поэтому я и решил создать усилитель на полевом транзисторе, придерживаясь такой же простоты дизайна.
Один канальный полевой униполярный МОП-транзистор, пригодный для аудио, парочка резисторов и конденсаторов, и конечно же умощненный хорошо «профильтрованный» блок питанния. Схема такого усилителя представлена на рис. 1.

Рис. 1: Схема однотактного усилителя класса A на MOSFET-е

Применен полевик 2SK1058 от Hitachi. Это N-канальный MOSFET. Внутренняя схема и распиновка для 2SK1058 представлена на рис. 2.

Рис. 2: Hitachi 2SK1058 N-Channel MOSFET

Я использовал конденсаторы Sprague Semiconductor Group во входных цепях и большие электролиты на выходе с «бутербродом» из полиэстерного конденсатора на 10 мф. Все резисторы, если не указано иначе, на 0,5 Ватт. Четыре 10-ти Ваттных проволочных резистора работают в качестве нагрузки. Внимание, эти резисторы рассеивают около 30 Ватт и становятся чрезвычайно горячими даже при простое усилителя.

Да, это класс А, а низкий КПД — расплата. Он съедает 60 Ватт, чтобы выдать ок. 5Вт! Мне пришлось использовать мощный и качественный радиатор с эффективным теплоотведением (0.784 °C/Ватт).

Фото 1: Печатная плата усилителя в сборе

Схема усилителя

В этой статье рассмотрим процесс сборки весьма необычного усилителя, работающего в классе «А» и содержащего всего 4 транзистора. Эта схема разработана ещё в 1969 году английским инженером Джоном Линсли Худом, несмотря на свою старость, она и по сей день остаётся актуальной.

В отличие от усилителей на микросхемах, транзисторные усилители требуют тщательной настройки и подбора транзисторов. Эта схема – не исключение, хоть она и выглядит предельно простой. Транзистор VT1 – входной, структуры PNP. Можно экспериментировать с различными маломощными PNP-транзисторами, в том числе и с германиевыми, например, МП42. Хорошо себя зарекомендовали в этой схеме в качестве VT1 такие транзисторы, как 2N3906, BC212, BC546, КТ361. Транзистор VT2 – структуры NPN, средней или малой мощности, сюда подойдут КТ801, КТ630, КТ602, 2N697, BD139, 2SC5707, 2SD2165. Особое внимание стоит уделить выходным транзисторам VT3 и VT4, а точнее, их коэффициенту усиления. Сюда хорошо подходят КТ805, 2SC5200, 2N3055, 2SC5198. Нужно отобрать два одинаковых транзистора с как можно более близким коэффициентом усиления, при этом он должен более 120. Если коэффициент усиления выходных транзисторов меньше 120, значит в драйверный каскад (VT2) нужно поставить транзистор с большим усилением (300 и более).

↑ Блок питания усилителя

Блок питания состоит из трансформатора мощностью 160 Ватт, нагруженного на 25-ти Амперный выпрямительный мост, и обеспечивает напряжени ок. 24 Вольт. Используется П-образный фильтр (конденсатор — дроссель — конденсатор) состоящий из электролитов на 10.000 Мф и 5-ти Амперных дросселей индуктивностью 10 мГн.

Рис. 3: Схема блока питания

Фото 2: Усилитель в сборе

Фото 3: Усилитель в сборе, вид сзади

↑ Звучание

Я прослушивал мой усилитель с ламповым предусилителем на 12AU7, т. к. он обеспечивает наиболее чистый звук. Я понятия не имею об коэффициентах искажений этого усилителя и т. п. цифрах, лишь скажу, что у него точная звукопередача и деликатно текстурированный тембральный окрас.
Для работы с усилителем требуется высокочувствительная, эффективная аккустика, т. к. он выдаёт ок. 5 Ватт RMS (и до 15 Ватт на пиках, что я ясно наблюдал на экране осциллографа). Передача басса оказалась значительно лучшей, чем можно было ожидать от такого решения. Усилитель с легкостью раскачивает мои 12-ти дюймовые трех-полосные колонки.

Ультралинейный усилитель класса «А»

Вариант усилителя на отечественных транзисторах

Автор: АКА КАСЬЯН

По сути я ничего нового не придумал, просто давно хотел собрать данный усилитель, но на многих ресурсах отзывы о нем были не очень хорошие.

К сожалению, мне не удалось найти фотографии доделанных усилителей. Как правило, на страницах форума были только обсуждения и мне не оставалось ничего, кроме как повторить конструкцию. О схеме очень мало отзывов, в основном только негативные. Жалобы в основном о малом потреблении тока, слишком искаженный выходной сигнал и т.п.

Сначала были найдены все оптимальные замены транзисторам. Все транзисторы использовались отечественного производства. Травить плату не было возможности, поэтому как всегда на помощь пришла макетка.

На плате была собрана вся схема, а выходные транзисторы через провода припаяны к основной плате. В начале для выходного каскада использовал транзисторы КТ805, затем 819 и остановился на КТ803А — самый лучший вариант для этой схемы.

Схема планировалась для стандартной колонки на 4 Ом, поэтому некоторые номиналы схемы нужно подобрать под свои нужды. Выходной конденсатор на 3300 мкФ с напряжением 16-50вольт, входной по вкусу (от 0,1 до 1мкФ). Для питания использовал аккумулятор от бесперебойника, с ним усилитель развивает до 8 ватт, это уже чистейшая мощность, без хрипов, искажений и гулов.

За свою практику собрал немало усилителей мощности. Еще год назад, эталоном звука для меня были микросхемы СТК, затем была повторена схема ланзара и она долго не уступала свои позиции, но несколько дней назад этот усилитель вышел на первое место, оставив позади знаменитого ланзара.

Широкий диапазон воспроизводящих частот — еще одно достоинство этой схемы, хотя частоты ниже 30 Гц усилитель не сможет воспроизвести. Усилитель предназначен для широкополосной акустики, и для качественного звучания в первую очередь нужны качественные колонки. Хотя многие могут не согласится, но очень советую использовать отечественные головки 5 — 10 ГДШ с бумажным или поролоновым подвесом. После чистого класса «А» даже музыкальный центр будет звучать не так хорошо, как раньше.

Выходные транзисторы усилителя греются не так страшно, как говорилось в некоторых форумах, лично у меня без теплоотвода они поработали 10 минут на максимальной громкости, температура не превышала 70-80 градусов.

Странно то, что усилитель настолько качественный, что без подачи входного сигнала в колонках нет никакого шума или гула, словно усилитель выключен и включается только при подаче сигнала на вход.

Не советуется поднимать напряжение питания более 20 вольт, при 18 вольт усилитель показал 14 ватт — чистой синусоидальной мощи, но потреблял при этом 60 ватт… для класса «А» это вполне нормально. В дальнейшем планируется собрать еще один канал, уж больно понравился этот усилитель, рядом с ним даже музыкальный центр дурно звучит.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
T1	Биполярный транзистор	КТ361Г	1	2N3906	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
T2	Биполярный транзистор	КТ801А	1	КТ630Д, КТ602А, 2N697	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Т3, Т4	Биполярный транзистор	КТ803А	2	MJ480	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С2	Конденсатор	0.22 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С3	Электролитический конденсатор	220 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С4	Электролитический конденсатор	470 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С5	Электролитический конденсатор	3300 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С6	Конденсатор	0. 1 мкФ	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	39 кОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Переменный резистор	100 кОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	100 кОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4	Резистор	220 Ом	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R5	Резистор	2.7 кОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6	Резистор	8.2 кОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7	Резистор	47 Ом	1	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R8	Резистор	180 Ом	1	1 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R9	Резистор	2. 2 кОм	1	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R10	Резистор	10 Ом	1	1 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

Прикрепленные файлы:

Теги:

↑ От редакции

• Чувствительность усилителя по входу низкая, около 2 Вольт. Если такого источника у вас нет, то предусилитель НЕОБХОДИМ. Любой, с выходом 1-2 Вольта.
• Используйте чувствительные АС 5-10 Вт с легкими (бумага, волокна и пр.) диффузорами, как для ламповых усилителей небольшой мощности.

• Оригинальный транзистор 2SK1058 найти нынче практически невозможно. У китайцев сейчас есть предложения по 2SK1058, вот только гарантий, как обычно, нет. Можно получить битые, перемаркированные, отбракованные или вполне здоровые. Можно и нужно пробовать, но на свой риск. Обратие внимание на корпус 2SK1058 (см. выше в статье), он очень своеобразный, часть объявлений по фоткам сразу можно исключить.

Пробуйте разные варианты

, сравнивая параметры в датащитах, ищите доступный транзистор с подобными параметрами. И даже пробуйте просто на слух. За неимением 2SK1058, по при большом желании, люди собирают на неподходящих IRF530, IRF540, IRF610 и пр.

Всем Доброй Удачи!

Игорь

Схема принципиальная УМЗЧ Power Follower 99c

Сразу хочу предостеречь — включать это чудо без мало-мальских приличных радиаторов — это 100% убийство полевых транзисторов! Греется схема как небольшой масляный обогреватель. Всё-ттаки чистый А-класс.

Все три транзистора IRFP150N в каждом канале закрепил на один радиатор (один радиатор — один канал). Для этой цели использовал недавно удачно приобретенного донора «Кумир-001». Радиаторы меньших размеров, думается мне, не будут достаточно охлаждать схему.

Включил: вроде ничего не взорвалось, выставил половину напряжения на предохранителе. Подключил нагрузку (колонки S30), сигнал на вход подал со звуковой карты компьютера… И расстроился: звук хороший, активный, насыщенный, но максимум 4 Ватта на слух.

Как это часто бывает сыграла невнимательность. Огромное спасибо другу Сергею, который изучив оригинальную статью на английском языке подсказал, что схема этого оконечного усилителя не что иное, как, цитирую «усилитель тока, и коэффициент усиления по напряжению у него равен 1. Именно поэтому к нему делают специальные ламповые предусилители или на транзисторах с высоким питающим напряжением», конец цитаты.

Транзисторный усилитель класса А своими руками / Хабр

На Хабре уже были публикации о DIY-ламповых усилителях, которые было очень интересно читать. Спору нет, звук у них чудесный, но для повседневного использования проще использовать устройство на транзисторах. Транзисторы удобнее, поскольку не требуют прогрева перед работой и долговечнее. Да и не каждый рискнёт начинать ламповую сагу с анодными потенциалами под 400 В, а трансформаторы под транзисторные пару десятков вольт намного безопаснее и просто доступнее.

В качестве схемы для воспроизведения я выбрал схему от John Linsley Hood 1969 года, взяв авторские параметры в расчёте на импеданс своих колонок 8 Ом.

Классическая схема от британского инженера, опубликованная почти 50 лет назад, до сих пор является одной из самых воспроизводимых и собирает о себе исключительно положительные отзывы. Этому есть множество объяснений:
— минимальное количество элементов упрощает монтаж. Также считается, что чем проще конструкция, тем лучше звук;

— несмотря на то, что выходных транзисторов два, их не надо перебирать в комплементарные пары;
— выходных 10 Ватт с запасом хватает для обычных человеческих жилищ, а входная чувствительность 0.5-1 Вольт очень хорошо согласуется с выходом большинства звуковых карт или проигрывателей;
— класс А — он и в Африке класс А, если мы говорим о хорошем звучании. О сравнении с другими классами будет чуть ниже.

Внутренний дизайн

Усилитель начинается с питания. Разделение двух каналов для стерео правильнее всего вести уже с двух разных трансформаторов, но я ограничился одним трансформатором с двумя вторичными обмотками. После этих обмоток каждый канал существует сам по себе, поэтому надо не забывать умножать на два всё упомянутое снизу. На макетке делаем мосты на диодах Шоттки для выпрямителя.

Можно и на обычных диодах или даже готовых мостах, но тогда их необходимо шунтировать конденсаторами, да и падение напряжения на них больше. После мостов идут CRC-фильтры из двух конденсаторов по 33000 мкф и между ними резистор 0.75 Ом. Если взять меньше и ёмкость, и резистор, то CRC-фильтр станет дешевле и меньше греться, но увеличатся пульсации, что не комильфо. Данные параметры, имхо, являются разумными с точки зрения цена-эффект. Резистор в фильтр нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3 Вт тепла, поэтому лучше взять с запасом на 5-10 Вт. Остальным резисторам в схеме мощности 2 Вт будет вполне достаточно.

Далее переходим к самой плате усилителя. В интернет-магазинах продаётся куча готовых китов, однако не меньше и жалоб на качество китайских компонентов или безграмотных разводок на платах. Поэтому лучше самому, под свою же «рассыпуху». Я сделал оба канала на единой макетке, чтобы потом прикрепить её ко дну корпуса. Запуск с тестовыми элементами:

Всё, кроме выходных транзисторов Tr1/Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторах, об этом чуть ниже. К авторской схеме из оригинальной статьи нужно сделать такие ремарки:

— не всё нужно сразу впаивать намертво. Резисторы R1, R2 и R6 лучше сначала поставить подстроечными, после всех регулировок выпаять, измерить их сопротивление и припаять окончательные постоянные резисторы с аналогичным сопротивлением. Настройка сводится к следующим операциям. Сначала с помощью R6 выставляется, чтобы напряжение между X и нулём было ровно половиной от напряжения +V и нулём. В одном из каналов мне не хватило 100 кОм, так что лучше брать эти подстроечники с запасом. Затем с помощью R1 и R2 (сохраняя их примерное соотношение!) выставляется ток покоя – ставим тестер на измерение постоянного тока и измеряем этот самый ток в точке входа плюса питания.

Мне пришлось ощутимо снизить сопротивление обоих резисторов для получения нужного тока покоя. Ток покоя усилителя в классе А максимальный и по сути, в отсутствие входного сигнала, весь уходит в тепловую энергию. Для 8-омных колонок этот ток, по рекомендации автора, должен быть 1.2 А при напряжении 27 Вольт, что означает 32.4 Ватта тепла на каждый канал. Поскольку выставление тока может занять несколько минут, то выходные транзисторы должны быть уже на охлаждающих радиаторах, иначе они быстро перегреются и умрут. Ибо греются в основном они.

— не исключено, что в порядке эксперимента захочется сравнить звучание разных транзисторов, поэтому для них тоже можно оставить возможность удобной замены. Я попробовал на входе 2N3906, КТ361 и BC557C, была небольшая разница в пользу последнего. В предвыходных пробовались КТ630, BD139 и КТ801, остановился на импортных. Хотя все вышеперечисленные транзисторы очень хороши, и разница может быть скорее субъективной. На выходе я поставил сразу 2N3055 (ST Microelectronics), поскольку они нравятся многим.

— при регулировке и занижении сопротивления усилителя может вырасти частота среза НЧ, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0.5 мкф, а 1 или даже 2 мкф в полимерной плёнке. По Сети ещё гуляет русская картинка-схема «Ультралинейный усилитель класса А», где этот конденсатор вообще предложен как 0.1 мкф, что чревато срезом всех басов под 90 Гц:

— пишут, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой Х и землёй ставится цепь Цобеля: R 10 Ом + С 0.1 мкф.
— предохранители, их можно и нужно ставить как на трансформатор, так и на силовой вход схемы.
— очень уместным будет использование термопасты для максимального контакта между транзистором и радиатором.

Слесарно-столярное

Теперь о традиционно самой сложной части в DIY — корпусе. Габариты корпуса задаются радиаторами, а они в классе А должны быть большими, помним про 30 Ватт тепла с каждой стороны. Сначала я недоучёл эту мощность и сделал корпус со средненькими радиаторами 800см² на канал. Однако при выставленном токе покоя 1.2А они нагрелись до 100°С уже за 5 минут, и стало ясно, что нужно нечто помощнее. То есть нужно либо ставить радиаторы побольше, либо использовать кулеры. Делать квадрокоптер мне не хотелось, поэтому были куплены гигантские красавцы HS 135-250 площадью 2500 см² на каждый транзистор. Как показала практика, такая мера оказалась немного избыточной, зато теперь усилитель спокойно можно трогать руками – температура равна лишь 40°С даже в режиме покоя. Некоторой проблемой стало сверление отверстий в радиаторах под крепления и транзисторы – изначально купленные китайские свёрла по металлу сверлили крайне медленно, на каждую дырку уходило бы не менее получаса. На помощь пришли кобальтовые свёрла с углом заточки 135° от известного немецкого производителя — каждое отверстие проходится за несколько секунд!

Сам корпус я сделал из оргстекла. Заказываем у стекольщиков сразу нарезанные прямоугольники, выполняем в них необходимые отверстия для креплений и красим с обратной стороны чёрной краской.

Покрашенное с обратной стороны оргстекло смотрится очень красиво. Теперь остаётся только всё собрать и наслаждаться музы… ах да, при окончательной сборке ещё важно для минимизации фона правильно развести землю. Как было выяснено за десятилетия до нас, C3 нужно присоединять к сигнальной земле, т.е. к минусу входа-входа, а все остальные минуса можно отправить на «звезду» возле конденсаторов фильтра. Если всё сделано правильно, то никакого фона не расслышать, даже если на максимальной громкости поднести ухо к колонке. Ещё одна «земляная» особенность, которая характерна для звуковых карт, не развязанных с компьютером гальванически – это помехи с материнки, которые могут пролезть через USB и RCA. Судя по интернету, проблема встречается часто: в колонках можно услышать звуки работы HDD, принтера, мышки и фон БП системника. В таком случае проще всего разорвать земляную петлю, заклеив изолентой заземление на вилке усилителя. Опасаться тут нечего, т.к. останется второй контур заземления через компьютер.

Регулятор громкости на усилителе я не стал делать, поскольку достать какой-нибудь качественный ALPS не удалось, а шуршание китайских потенциометров мне не понравилось. Вместо него был установлен обычный резистор 47 кОм между «землёй» и «сигналом» входа. Тем более регулятор у внешней звуковой карты всегда под рукой, да и в каждой программе тоже есть ползунок. Регулятора громкости нет только у винилового проигрывателя, поэтому для его прослушивания я приделал внешний потенциометр к соединительному кабелю.

Я угадаю этот контейнер за 5 секунд…

Наконец, можно приступать к прослушиванию. В качестве источника звука используется Foobar2000 → ASIO → внешняя Asus Xonar U7. Колонки Microlab Pro3. Главное достоинство этих колонок — это отдельный блок собственного усилителя на микросхеме LM4766, который можно сразу убрать куда-то подальше. Намного интереснее с этой акустикой звучали усилок от мини-системы Panasonic с гордой надписью Hi-Fi или усилитель советского проигрывателя Вега-109.

Оба вышеупомянутых аппарата работают в классе АВ. Представленный в статье JLH переиграл всех вышеперечисленных товарищей в одну калитку, по результатам слепого теста для 3 человек. Хотя разницу было слышно невооружённым ухом и без всяких тестов – звук явно детальнее и прозрачнее. Весьма легко, например, услышать различие между MP3 256kbps и FLAC. Раньше я думал, что эффект lossless больше как плацебо, но теперь мнение изменилось. Аналогичным образом гораздо приятнее стало слушать нескомпрессованые от loudness war файлы — dynamic range меньше 5 Дб вообще не айс. Линсли-Худ стоит затрат времени и денег, ибо аналогичный брендовый усилок будет стоить намного дороже.

Материальные затраты

Трансформатор 2200 р.

Выходные транзисторы (6 шт. с запасом) 900 р.

Конденсаторы фильтра (4 шт) 2700 р.

«Рассыпуха» (резисторы, мелкие конденсаторы и транзисторы, диоды) ~ 2000 р.

Радиаторы 1800 р.

Оргстекло 650 р.

Краска 250 р.

Разъёмы 600 р.

Платы, провода, серебряный припой и пр.

~1000 р.

ИТОГО ~12100 р.

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. систем «домашнего театра»). Это конкурент описанному в Минисправочнике «РХ» №3/99 (с.34) и Суперсабвуфере «РХ» №2/00 (с. = 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 62×73 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 62×73 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 62×73 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 2×50 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 2×50 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: admin@soundbarrel. ru     НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:               СТРОКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ПОИСКА

Схема усилителя класса Т

   Недавно прочел небольшую статью про усилители нового рода, хотя это трудно назвать статьей, поскольку было всего пару строк написано про данный тип усилителя. В просторах интернета не так уж и много информации про эти усилители, вот я решил для обозрения написать такую статью, хотя много информации предоставить не могу. Итак тема сегодня пойдет про микросхему TDA2500 — УНЧ класса «Т». В последнее время фирма tripath стала выпускать эту микросхемы, она не похожа на другие ранее знакомые нам микросхемы, более похожа на процессор, но не смотря на свои не очень большие размеры способна выдавать сумасшедшую мощность в 2. 200 ватт! Микросхема стереофоническая, по 1.100 ватт на канал. 

   По типу — это новый импульсный усилитель, выходные каскады которого работают в классе Т. Этот класс отделяется своими предшественниками относительно высокой мощностью, компактными размерами и высоким кпд, который достигает до 90%! В нем не так уж и много тепловых потерь, почти вся мощность источника питания превращается в полезную звуковую. 

   Схема включения такого чип-усилителя тоже достаточно проста, вопрос только в повышенном питании 200-240 вольт, но это нормально , поскольку выдаваемая усилителем мощность все-же не шуточная. Выход усилителя умощнен каскадом полевых транзисторов, при замене на более мощные, усилитель будет способен выдавать до 3.000 ватт на канал, представьте зверя на 6 квт.

   Взамен микросхема достаточно дешевая, можно сказать дешевле некуда! Стоит 100 долларов США, согласитесь, что для такой мощности это небольшие деньги. Хотя мощность усилителя позволяет давать концерты, но звуковые параметры не могут тягаться с усилителями класса АВ, но вот для сабвуфера в самый раз! Возможно найдутся меломаны, которые захотят увидеть такой усилитель у себя в машине, но пока думаю многие побояться схемы включения, поскольку ранее не публиковалась статья собранного усилителя.

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Схемотехника | Усилитель Класса А

Среди любителей лампового ренессанса гибридные однотактные усилители мощности класса «А» становятся всё более популярными, так как они обеспечивают более удачное, чем чисто ламповое, согласование с низкоомной нагрузкой. Такие усилители не охватываются обратными связями (ООС), и качество их звучания зависит от каждого элемента схемы. Общая принципиальная схемотехника однотактных гибридных усилителей класса «А» понятна без сложнотехнического объяснения, так как — это есть классическое включение радиолампы и транзистора. Однотактный усилитель — усилитель с одним усилительным плечом, нет разделения и обратного слияния сигнала. Вследствие этого отсутствуют переходные процессы и искажений звука свойственные разделению / слиянию. Этим объясняется повышенная достоверность / музыкальность звуковоспроизведения однотактников. Исключительно все однотактные усилители работают в чистом классе «А», что обеспечивает им высокую линейность + минимальные искажения сигнала. Недостаток схемы класса «А», это то, что большая часть энергии идёт на нагрев активных элементов схемы и только 20% на отдачу звуковой мощности — низкий коэффициент полезного действия (КПД). Вынужденное применение очень качественных — дорогостоящих компонентов, а также их кропотливый подбор + низкое КПД, это основные причины отталкивающие всех производителей, от построения полных гибридных однотактников. Усилительный каскад класса «А» может иметь максимальный КПД равный 50% при условии работы с трансформаторным выходом, когда амплитуда выходного напряжения (на обмотках трансформатора) достигает величины напряжения питания. У каскада с резистивной нагрузкой, где максимальная амплитуда выходного напряжения ограничена величиной, равной половине напряжения питания, максимальный КПД составляет 25%. Однотактные схемы Приводим основные однотактные схемы гибридных усилителей звука, в чистом классе «А», на MOSFET транзисторах. Ток выходных транзисторов термо стабилизирован на уровне 3-5а. Транзисторы — любые. Выходная мощность может дорастать до 35 ватт. Интегратор собран на операционном усилителе ОРА134. Возможно применение любого другого. Главное — у микросхемы вход на полевых транзисторах, что обеспечивает автоматическое удержание нулевого потенциала на выходе усилителя. Интегратор увеличивает глубину обратной связи (ООС) по постоянному току и на инфранизких частотах, где основные звуковые частоты не эмитируются обратной связью, что благоприятно влияет на коэффициент демпфирования. Схемы простые и не требуют заумного технического обоснования, хотя качество звучания на высоте и зависит исключительно от аудиофильных свойств применяемых компонентов. Можно и нужно удалить из схем все резисторы, микросхемы, MOSFET, электролиты, интеграторы и поднять качество звука до максимального предела, но в результате получится серийный усилитель «Grimmi». Однако — это сложно, хлопотно, дорого. Все радиосхемы имеют низкое выходное сопротивление 0.2 — 0.05ом, что принципиально отличает их, от чисто ламповых однотактных усилителей. Высокая верность воспроизведения и мощная динамическая активность (даже на малом уровне громкости) — отличительные звуковые качества этих схем. Самая первая — экспериментальная конструкция однотактного гибридного усилителя «Grimmi», выпущена в одном экземпляре в 2009 г. Отлично работает по настоящее время. Хотя качество звукоусиления уступает современному серийному образцу. Отличительная черта — стабилизаторы напряжения на варисторах, что является новым принципиальным схемотехническим решением в аудио. Убираем резисторы Разрабатывать и тестировать однотактную гибридную схемотехнику начали сразу после апгрейда лампового усилителя на триодах, так как звук «чистой» лампы нас не покорил. В представленной схеме показаны пути совершенствования (при наведении курсора) — как вместо резисторов установить активные элементы и достигнуть звукоусиления без ограничения. По этой методике не грех выкинуть все резисторы и получить самый новый — уникальный звук. Кроме усилителя «Grimmi» больше нет аудио изделий которые сориентированы на такой принцип построения, так как электросхема всегда будет возбуждается. Убрать возбуждение возможно только дополнительными резисторами, но мы применяем кропотливый метод подбора радиоэлементов, и в дополнительном сопротивлении по току не нуждаемся. Реальное звучание усилителя «Grimmi» Рабочие моменты. Моно запись (18 минут) сделана с мобильного телефона (объём 1.7гб) и сжата до 52 мб, по программе «Total Video Converter 3. 5″. Основополагающая схемотехника Grimmi Раздел: Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах класс: A, B, A/B, C, D

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.           Мы не создаём иллюзий,           Мы делаем звук живым! Земля — то, что всегда дорого | Разводка земельных шин | Схемотехника В промышленной радиоэлектронике, это ёмкое название нашей планеты доставляет множество хлопот. Теоретическая схемотехника, с техническими обоснованиями и новыми введениями ничего не стоит, если нет многократного практического подтверждения всей конструкции в корпусе. Радиоинженер-конструктор-технолог знает — ошибочная разводка земельных шин изменит изначальную схемотехнику до неузнаваемости и расположение компонентов в корпусе оказывает существенное влияние на построение схемы в целом. Но, проводить подобные эксперименты практически невозможно, так как материальная — затратная часть неизвестна. Ввиду этого, производители серийной High-End Audio продукции моделируют новые изделия на хорошо отработанных конструкциях, что ограничивает схемотехнические нововведения. Разводка земельных шин (звезда) частично балансирует схему — ликвидирует фон переменного тока и электровозбуждение. Это позволяет скорректировать схему построения — удалить местную ОС и антизвонные резисторы. Следовательно, возможны отступления от традиционной схемотехники. Где принято, организовывать напряжение смещения из общего питания, игнорируя, независимую подачу местного напряжения смещения. Имея ввиду, что изготовить отдельные блоки питания для каждого усилительного элемента и его управления дорого стоит, а их неумелое внедрение в общую конструкцию приведёт к всеобщему возбуждению. Убрать сверхвозбуждение возможно только резисторами и ОС. Итак, всё идёт по кругу — одно (возбуждение) убрал, другое (качество звука) упустил. Как быть дальше? Нет конструктивного ответа. Впрочем усилитель «Grimmi» построен по такому — малореальному принципу и производится серийно. Аналогов конструкции нет и никогда не будет — «чудовищно» дорого и конструктивно непонятно. Как, в таком относительно маленьком корпусе можно разместить гибридный однотактник мощностью более 30 ватт на канал, без резисторов, без обратных связей, без электролитов, с раздельным питанием активных элементов (16 силовых трансформаторов). Итого: экспериментируя с земельными проводниками и расположением элементов, частично убираем резисторы. Разводка земельных проводников «звездой» не всегда есть лучший вариант.

Схема простого Hi-Fi усилителя мощности » Паятель.Ру

Несмотря на простую схему при полном отсутствии микросхем, этот усилитель обладает достаточно высокими характеристиками аудиотехники Hi-Fi класса.
Усилитель сделан по трехкаскадной схеме, работающей в классе АВ. Гальваническая связь всех каскадов позволила охватить весь усилитель петлей широкополосной (начиная с нуля Герц) отрицательной последовательной обратной связи по напряжению, и обеспечить, тем самым, высокую стабильность режимов работы усилителя при значительных изменениях питающего напряжения и температуры окружающей среды.

Технические характеристики Hi-Fi усилителя:

1. Номинальная / максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом……16 Вт / 20 Вт.
2. Номинальная чувствительность…… 0,32В.
3. КНИ на частоте 1 кГц не более……….0,25%
4. Полоса пропускания при неравномерности характеристики не более 2 дб.. 20…20000 Гц.
5. Отношение сигнал/фон не менее….. 80 дб.

Напряжение обратной связи снимается с эмиттеров выходных транзисторов и через резистор R9 поступает на эмиттер транзистора VT1. Вторая петля ООС через резистор R10 введена для уменьшения влияния конденсатора С5 на выходное сопротивление усилителя. В тоже время, она дополнительно снижает КНИ и фон.

Напряжение смещения на базы выходных транзисторов поступает с диода VD2, включенного в цепь коллектора транзистора VT2. Нелинейность вольт-амперной характеристики диода и её зависимость от температуры окружающей среды используется для стабилизации температурного режима выходного каскада (на плате VD2 должен находится в тепловом контакте с радиаторами транзисторов VT3 и VT4).

Конденсатор С4 предотвращает самовозбуждение УМЗЧ на высоких частотах, резистор R11 предотвращает нарушение режима работы в случае обрыва в цепи нагрузки. Высокое быстродействие транзисторов и их малое количество способствует снижению динамических искажений.

Источник питания — не стабилизированный, однополярный. Транзистор КТ3102Г можно заменить на КТ3102Е или на КТ342Г. Транзистор КТ630 — на КТ807, он установлен на небольшой пластинчатый радиатор. Выходные транзисторы имеют радиаторы площадью поверхности не менее 100 см2 каждый.

Налаживание сводится к симметрированию проходной динамический характеристики путем подбора номиналов резисторов R1 и R2. При этом постоянное напряжение на эмиттерах выходных транзисторов должно установиться на уровне, равном половине напряжения питания. Кроме того, диод VD2 нужно подобрать таким образом, чтобы не нем падало 0,9В. В крайнем случае можно включить дополнительный резистор последовательно или параллельно этому диоду.

При снятии частотной характеристики за установочные берутся частоты — 40 Гц, 1000Гц и 20000 Гц.

Простой усилитель на транзисторах сделать самому своими руками. Усилитель на одном транзисторе: схема

Усилитель на транзисторах, несмотря на свою уже долгую историю, остается излюбленным предметом исследования как начинающих, так и маститых радиолюбителей. И это понятно. Он является непременной составной частью самых массовых радиолюбительских устройств: радиоприемников и усилителей низкой (звуковой) частоты. Мы рассмотрим, как строятся простейшие усилители низкой частоты на транзисторах.

Частотная характеристика усилителя

В любом теле- или радиоприемнике, в каждом музыкальном центре или усилителе звука можно найти транзисторные усилители звука (низкой частоты – НЧ). Разница между звуковыми транзисторными усилителями и другими видами заключается в их частотных характеристиках.

Звуковой усилитель на транзисторах имеет равномерную частотную характеристику в полосе частот от 15 Гц до 20 кГц. Это означает, что все входные сигналы с частотой внутри этого диапазона усилитель преобразует (усиливает) примерно одинаково. На рисунке ниже в координатах «коэффициент усиления усилителя Ку – частота входного сигнала» показана идеальная кривая частотной характеристики для звукового усилителя.

Эта кривая практически плоская с 15 Гц по 20 кГц. Это означает, применять такой усилитель следует именно для входных сигналов с частотами между 15 Гц и 20 кГц. Для входных сигналов с частотами выше 20 кГц или ниже 15 Гц эффективность и качество его работы быстро уменьшаются.

Вид частотной характеристики усилителя определяется электрорадиоэлементами (ЭРЭ) его схемы, и прежде всего самими транзисторами. Звуковой усилитель на транзисторах обычно собран на так называемых низко- и среднечастотных транзисторах с суммарной полосой пропускания входных сигналов от десятков и сотен Гц до 30 кГц.

Класс работы усилителя

Как известно, в зависимости от степени непрерывности протекания тока на протяжении его периода через транзисторный усилительный каскад (усилитель) различают следующие классы его работы: «А», «B», «AB», «C», «D».

В классе работы ток «А» через каскад протекает на протяжении 100 % периода входного сигнала. Работу каскада в этом классе иллюстрирует следующий рисунок.

В классе работы усилительного каскада «AB» ток через него протекает более чем 50 %, но менее чем 100 % периода входного сигнала (см. рисунок ниже).

В классе работы каскада «В» ток через него протекает ровно 50 % периода входного сигнала, как это иллюстрирует рисунок.

И наконец в классе работы каскада «C» ток через него протекает менее чем 50 % периода входного сигнала.

НЧ-усилитель на транзисторах: искажения в основных классах работы

В рабочей области транзисторный усилитель класса «А» обладает малым уровнем нелинейных искажений. Но если сигнал имеет импульсные выбросы по напряжению, приводящие к насыщению транзисторов, то вокруг каждой «штатной» гармоники выходного сигнала появляются высшие гармоники (вплоть до 11-й). Это вызывает феномен так называемого транзисторного, или металлического, звука.

Если НЧ-усилители мощности на транзисторах имеют нестабилизированное питание, то их выходные сигналы модулируются по амплитуде вблизи частоты сети. Это ведет к жёсткости звука на левом краю частотной характеристики. Различные же способы стабилизации напряжения делают конструкцию усилителя более сложной.

Типовой КПД однотактного усилителя класса А не превышает 20 % из-за постоянно открытого транзистора и непрерывного протекания постоянной составляющей тока. Можно выполнить усилитель класса А двухтактным, КПД несколько повысится, но полуволны сигнала станут более несимметричными. Перевод же каскада из класса работы «А» в класс работы «АВ» повышает вчетверо нелинейные искажения, хотя КПД его схемы при этом повышается.

В усилителях же классов «АВ» и «В» искажения нарастают по мере снижения уровня сигнала. Невольно хочется врубить такой усилитель погромче для полноты ощущений мощи и динамики музыки, но зачастую это мало помогает.

Промежуточные классы работы

У класса работы «А» имеется разновидность – класс «А+». При этом низковольтные входные транзисторы усилителя этого класса работают в классе «А», а высоковольтные выходные транзисторы усилителя при превышении их входными сигналами определенного уровня переходят в классы «В» или «АВ». Экономичность таких каскадов лучше, чем в чистом классе «А», а нелинейные искажения меньше (до 0,003 %). Однако звук у них также «металлический» из-за наличия высших гармоник в выходном сигнале.

У усилителей еще одного класса — «АА» степень нелинейных искажений еще ниже – около 0,0005 %, но высшие гармоники также присутствуют.

Возврат к транзисторному усилителю класса «А»?

Сегодня многие специалисты в области качественного звуковоспроизведения ратуют за возврат к ламповым усилителям, поскольку уровень нелинейных искажений и высших гармоник, вносимых ими в выходной сигнал, заведомо ниже, чем у транзисторов. Однако эти достоинства в немалой степени нивелируются необходимостью согласующего трансформатора между высокоомным ламповым выходным каскадом и низкоомными звуковыми колонками. Впрочем, с трансформаторным выходом может быть сделан и простой усилитель на транзисторах, что будет показано ниже.

Существует и точка зрения, что предельное качество звучания может обеспечить только гибридный лампово-транзисторный усилитель, все каскады которого являются однотактными, не охвачены отрицательными обратными связями и работают в классе «А». То есть такой повторитель мощности представляет собой усилитель на одном транзисторе. Схема его может иметь предельно достижимый КПД (в классе «А») не более 50 %. Но ни мощность, ни КПД усилителя не являются показателями качества звуковоспроизведения. При этом особое значение приобретают качество и линейность характеристик всех ЭРЭ в схеме.

Поскольку однотактные схемы получают такую перспективу, мы рассмотрим ниже их возможные варианты.

Однотактный усилитель на одном транзисторе

Схема его, выполненная с общим эмиттером и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А», приведена на рисунке ниже.

На ней показан транзистор Q1 структуры n-p-n. Его коллектор через токоограничивающий резистор R3 присоединен к положительному выводу +Vcc, а эмиттер — к -Vcc. Усилитель на транзисторе структуры p-n-p будет иметь такую же схему, но выводы источника питания поменяются местами.

C1 – разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vcc. При этом С1 не препятствует прохождению переменного входного тока через переход «база — эмиттер транзистора Q1». Резисторы R1 и R2 совместно с сопротивлением перехода «Э — Б» образуют делитель напряжения Vcc для выбора рабочей точки транзистора Q1 в статическом режиме. Типичной для этой схемы является величина R2 = 1 кОм, а положение рабочей точки — Vcc/2. R3 является нагрузочным резистором коллекторной цепи и служит для создания на коллекторе переменного напряжения выходного сигнала.

Предположим, что Vcc = 20 В, R2 = 1 кОм, а коэффициент усиления по току h = 150. Напряжение на эмиттере выбираем Ve = 9 В, а падение напряжения на переходе «Э — Б» принимаем равным Vbe = 0,7 В. Эта величина соответствует так называемому кремниевому транзистору. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то падение напряжения на открытом переходе «Э — Б» было бы равно Vbe = 0,3 В.

Ток эмиттера, примерно равный току коллектора

Ie = 9 B/1 кОм = 9 мА ≈ Ic.

Ток базы Ib = Ic/h = 9 мА/150 = 60 мкА.

Падение напряжения на резисторе R1

V(R1) = Vcc — Vb = Vcc – (Vbe + Ve) = 20 В – 9,7 В = 10,3 В,

R1 = V(R1)/Ib = 10,3 В/60 мкА = 172 кОм.

С2 нужен для создания цепи прохождения переменной составляющей тока эмиттера (фактически тока коллектора). Если бы его не было, то резистор R2 сильно ограничивал бы переменную составляющую, так что рассматриваемый усилитель на биполярном транзисторе имел бы низкий коэффициент усиления по току.

В наших расчетах мы принимали, что Ic = Ib h, где Ib – ток базы, втекающий в нее из эмиттера и возникающий при подаче на базу напряжения смещения. Однако через базу всегда (как при наличии смещения, так и без него) протекает еще и ток утечки из коллектора Icb0. Поэтому реальный ток коллектора равен Ic = Ib h + Icb0 h, т.е. ток утечки в схеме с ОЭ усиливается в 150 раз. Если бы мы рассматривали усилитель на германиевых транзисторах, то это обстоятельство нужно было бы учитывать при расчетах. Дело в том, что германиевые транзисторы имеют существенный Icb0 порядка нескольких мкА. У кремниевых же он на три порядка меньше (около нескольких нА), так что в расчетах им обычно пренебрегают.

Однотактный усилитель с МДП-транзистором

Как и любой усилитель на полевых транзисторах, рассматриваемая схема имеет свой аналог среди усилителей на биполярных транзисторах. Поэтому рассмотрим аналог предыдущей схемы с общим эмиттером. Она выполнена с общим истоком и R-C-связями по входному и выходному сигналам для работы в классе «А» и приведена на рисунке ниже.

Здесь C1 – такой же разделительный конденсатор, посредством которого источник переменного входного сигнала отделяется от источника постоянного напряжения Vdd. Как известно, любой усилитель на полевых транзисторах должен иметь потенциал затвора своих МДП-транзисторов ниже потенциалов их истоков. В данной схеме затвор заземлен резистором R1, имеющим, как правило, большое сопротивление (от 100 кОм до 1 Мом), чтобы он не шунтировал входной сигнал. Ток через R1 практически не проходит, поэтому потенциал затвора при отсутствии входного сигнала равен потенциалу земли. Потенциал же истока выше потенциала земли за счет падения напряжения на резисторе R2. Таким образом, потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока, что и нужно для нормальной работы Q1. Конденсатор C2 и резистор R3 имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме. Поскольку эта схема с общим истоком, то входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°.

Усилитель с трансформаторным выходом

Третий одноступенчатый простой усилитель на транзисторах, показанный на рисунке ниже, также выполнен по схеме с общим эмиттером для работы в классе «А», но с низкоомным динамиком он связан через согласующий трансформатор.

Первичная обмотка трансформатора T1 является нагрузкой коллекторной цепи транзистора Q1 и развивает выходной сигнал. T1 передает выходной сигнал на динамик и обеспечивает согласование выходного полного сопротивления транзистора с низким (порядка нескольких Ом) сопротивлением динамика.

Делитель напряжения коллекторного источника питания Vcc, собранный на резисторах R1 и R3, обеспечивает выбор рабочей точки транзистора Q1 (подачу напряжения смещения на его базу). Назначение остальных элементов усилителя такое же, как и в предыдущих схемах.

Двухтактный звуковой усилитель

Двухтактный НЧ-усилитель на двух транзисторах расщепляет входной сигнал звуковой частоты на две противофазные полуволны, каждая из которых усиливается своим собственным транзисторным каскадом. После выполнения такого усиления полуволны объединяются в целостный гармонический сигнал, который и передается на акустическую систему. Подобное преобразование НЧ-сигнала (расщепление и повторное слияние), естественно, вызывает в нем необратимые искажения, обусловленные различием частотных и динамических свойств двух транзисторов схемы. Эти искажения снижают качество звука на выходе усилителя.

Двухтактные усилители, работающие в классе «А», недостаточно хорошо воспроизводят сложные звуковые сигналы, так как в их плечах непрерывно протекает постоянный ток повышенной величины. Это приводит к несимметрии полуволн сигнала, фазовым искажениям и в конечном итоге к потере разборчивости звука. Нагреваясь, два мощных транзистора увеличивают вдвое искажения сигнала в области низких и инфранизких частот. Но все же основным достоинством двухтактной схемы является ее приемлемый КПД и повышенная выходная мощность.

Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах показана на рисунке.

Это усилитель для работы в классе «А», но может быть использован и класс «АВ», и даже «В».

Бестрансформаторный транзисторный усилитель мощности

Трансформаторы, несмотря на успехи в их миниатюризации, остаются все же самыми громоздкими, тяжелыми и дорогими ЭРЭ. Поэтому был найден путь устранения трансформатора из двухтактной схемы путем выполнения ее на двух мощных комплементарных транзисторах разных типов (n-p-n и p-n-p). Большинство современных усилителей мощности используют именно этот принцип и предназначены для работы в классе «В». Схема такого усилителя мощности показана на рисунке ниже.

Оба ее транзистора включены по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя). Поэтому схема передает входное напряжение на выход без усиления. Если входного сигнала нет, то оба транзистора находятся на границе включенного состояния, но при этом они выключены.

Когда гармонический сигнал подан на вход, его положительная полуволна открывает TR1, но переводит p-n-p транзистор TR2 полностью в режим отсечки. Таким образом, только положительная полуволна усиленного тока протекает через нагрузку. Отрицательная полуволна входного сигнала открывает только TR2 и запирает TR1, так что в нагрузку подается отрицательная полуволна усиленного тока. В результате на нагрузке выделяется полный усиленный по мощности (за счет усиления по току) синусоидальный сигнал.

Усилитель на одном транзисторе

Для усвоения вышеизложенного соберем простой усилитель на транзисторах своими руками и разберемся, как он работает.

В качестве нагрузки маломощного транзистора Т типа BC107 включим наушники с сопротивлением 2-3 кОм, напряжение смещения на базу подадим с высокоомного резистора R* величиной 1 МОм, развязывающий электролитический конденсатор C емкостью от 10 мкФ до 100 мкФ включим в базовую цепь Т. Питать схему будем от батареи 4,5 В/0,3 А.

Если резистор R* не подключен, то нет ни тока базы Ib, ни тока коллектора Ic. Если резистор подключен, то напряжение на базе поднимается до 0,7 В и через нее протекает ток Ib = 4 мкА. Коэффициент усиления транзистора по току равен 250, что дает Ic = 250Ib = 1 мА.

Собрав простой усилитель на транзисторах своими руками, можем теперь его испытать. Подключите наушники и поставьте палец на точку 1 схемы. Вы услышите шум. Ваше тело воспринимает излучение питающей сети на частоте 50 Гц. Шум, услышанный вами из наушников, и является этим излучением, только усиленным транзистором. Поясним этот процесс подробнее. Напряжение переменного тока с частотой 50 Гц подключено к базе транзистора через конденсатор С. Напряжение на базе теперь равно сумме постоянного напряжения смещения (приблизительно 0,7 В), приходящего с резистора R*, и напряжения переменного тока «от пальца». В результате ток коллектора получает переменную составляющую с частотой 50 Гц. Этот переменный ток используется для сдвига мембраны динамиков вперед-назад с той же частотой, а это означает, что мы сможем услышать тон 50 Гц на выходе.

Слушать уровень шума 50 Гц не очень интересно, поэтому можно подключить к точкам 1 и 2 низкочастотные источника сигнала (CD-плеер или микрофон) и слышать усиленную речь или музыку.

Простой усилитель класса А

Простой усилитель класса А

The Audio Pages

Elliott Sound Products

Простой усилитель класса А

На основе оригинальной статьи Джона Линсли-Худа

---

Основной индекс Указатель статей Зона усилителя класса А

---

Авторские права на эту статью принадлежат Mr. Linsley Hood and Electronics World (ранее Wireless World).Он перепечатан здесь в качестве службы для читателей, и ESP не претендует на какие-либо интеллектуальные права, за исключением редакционных комментариев. Он воспроизведен с использованием оригинального текста (или того, что мне удалось раздобыть), а описания принадлежат автору (исключая примечания редактора).

Следует отметить, что статья была первоначально опубликована где-то в 1969 году, и что транзисторы уже устарели. Большая часть описательного текста больше не действительна для новых конструкций, и комментарии к усилителям класса AB сегодня могут быть неприменимы.

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

---

Простой усилитель класса A

Конструкция A мощностью 10 Вт дает 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 был опубликован ряд отличных проектов бытовых аудиоусилителей. Однако некоторые из этих конструкций в настоящее время устарели из-за изменений в доступности компонентов, а другие предназначены для обеспечения уровней выходной мощности, превышающих требования обычной жилой комнаты. Кроме того, большинство конструкций имеют тенденцию быть довольно сложными.

В сложившихся обстоятельствах казалось целесообразным рассмотреть, насколько простой может быть конструкция, обеспечивающая достаточную выходную мощность вместе с безупречным стандартом производительности, и результатом этого исследования стала настоящая конструкция.

---

Выходная мощность и искажения

Ввиду огромной популярности лампового усилителя Mullard «5-10» выходная мощность 10 Вт была бы достаточной для обычного использования; действительно, когда два таких усилителя используются в качестве стереопары, общий выходной звук на полной мощности может быть весьма поразительным при использовании достаточно чувствительных динамиков.

* Для сегодняшних спикеров и ожиданий это явно не так. 10 Вт, вероятно, будет достаточно для твитеров в системе с триампером, однако, и это причина для публикации этой схемы.

Первоначальные стандарты гармонических искажений для звука были изложены Д. Т. Уильямсоном в серии статей, опубликованных в Wireless World в 1947 и 1949 годах; и предложенный им стандарт менее 0,1% общих гармонических искажений 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 сложности получения адекватных характеристик от выходного трансформатора, а современные технологии транзисторных схем позволяют проектировать усилители мощности без выходных трансформаторов, казалось возможным стремиться к несколько более высокому стандарту. , 0.05% общих гармонических искажений при полной выходной мощности в диапазоне 30 Гц-20 кГц. Это также означает, что выходная мощность будет постоянной в этом диапазоне частот.

---

Схема

Первая известная автору схема усилителя, в которой использовалась бестрансформаторная транзисторная конструкция для обеспечения стандарта производительности, приближающегося к усилителю «Вильямсон», была опубликована 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 значительной степени следовали принципам проектирования, изложенным в этой статье.

Основным преимуществом усилителей этого типа является очень низкое нормальное рассеивание статической мощности и высокая общая эффективность преобразования мощности. К сожалению, существуют также некоторые неотъемлемые недостатки из-за внутренней несхожести отклика 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, для минимизации последнего.

Дополнительная характеристика выходного каскада класса B заключается в том, что потребляемый ток выходных транзисторов увеличивается вместе с выходным сигналом, и это может снизить выходное напряжение и ухудшить сглаживание источника питания, если только это не продумано надлежащим образом. Кроме того, из-за увеличения тока возбуждения с выходной мощностью переходная перегрузка может привести выходные транзисторы в состояние теплового разгона, особенно при реактивных нагрузках, если не используется подходящая схема защиты.Эти требования в совокупности усложнили компоновку схемы, и хорошо спроектированный усилитель мощности класса B с малыми искажениями уже не является простым и недорогим в изготовлении.

* Упомянутый тепловой разгон теперь известен как вторичный пробой, при котором транзистор страдает от локального нагрева силиконовая матрица. Этот эффект очень быстрый и может привести к почти мгновенному разрушению транзистора. Это одна из причин, по которой 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 зависящих от сигнала изменений потребляемого тока источника питания. Однако она менее эффективна, чем схема класса B, и выходные транзисторы должны быть установлены на больших радиаторах.

Базовая конструкция класса А состоит из одного транзистора с подходящей нагрузкой коллектора. использование резистора, как на рис. 1(а), было бы практичным решением, но наилучший КПД преобразования мощности составил бы около 12 %. Дроссель НЧ, как показано на рис. 1(b), дал бы намного большую эффективность, но правильно спроектированный компонент был бы громоздким и дорогим и лишил бы многих преимуществ бестрансформаторной конструкции. Использование второго аналогичного транзистора в качестве коллекторной нагрузки, как показано на рис. 1(с), было бы более удобным с точки зрения размера и стоимости и позволило бы эффективно управлять нагрузкой в ​​двухтактном режиме, если входы из двух транзисторов были подходящей величины и противоположны по фазе.Это требование может быть выполнено, если драйверный транзистор подключен так, как показано на рис. 2.

Этот метод подключения также отвечает одному из наиболее важных требований к усилителю с низким уровнем искажений: базовая линейность усилителя должна быть хорошей даже при отсутствии обратной связи. Этому способствуют несколько факторов. Существует тенденция нелинейности Ic/Vb характеристик выходных транзисторов к устранению, так как в той части цикла, когда один транзистор приближается к отсечке, другой полностью открыт.Существует мера внутренней обратной связи вокруг контура Tr1 Tr2 Tr3 из-за влияния характеристик базового импеданса Tr1 на выходной ток Tr3. Кроме того, управляющий транзистор Tr3, который должен обеспечивать большой размах напряжения, работает в условиях, способствующих снижению гармонических искажений: низкий выходной импеданс нагрузки, высокий входной импеданс.

*  Потенциально полезным улучшением этой схемы является добавление резистора 0,1 Ом в цепь эмиттера Tr1.Этот применяет локальную обратную связь ко всему каскаду усиления, обеспечивая значительное снижение искажений. Если используется, это должна быть проволочная обмотка мощностью 5 Вт. тип, чтобы справиться с текущим.

* Верхний транзистор (Tr2) работает как источник тока, выходной ток которого модулируется. Это позволяет цепи работают примерно при половине тока покоя, который потребовался бы, если бы модуляция не применялась. Значения для R1 и R2 должны быть выбраны, исходя из выигрыша Tr2.Для источника питания 40 В, если бы Tr2 имел усиление 50 при 1 А, тогда …

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

Одна из проблем с этим подходом заключается в том, что ток, обеспечиваемый Tr2, зависит от температуры. Читатели, желающие поэкспериментировать с этим цепь должна обеспечивать проверку тока при нормальной рабочей температуре (т. е. ГОРЯЧЕЙ). В цепи нет механизма, предотвращающего тепловой разгон, за исключением использования достаточно большого радиатора. В какой-то момент схема должна стабилизировать ток покоя.Если это так нет (и ток продолжает увеличиваться), то радиатор маловат. Чтобы обеспечить срок службы транзисторов, они не должны работают при температуре выше 50°C, что в нормальных условиях вполне достижимо. Поскольку каждый транзистор работает на (или около) 25 Вт, теплоотвод каждого транзистора должен иметь теплоемкость около 1°С/Ватт. Лучший (т.е. больший) радиатор абсолютно бесполезен. вред, и обеспечит отсутствие 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 разомкнутой цепи составляет приблизительно 600 с типичными транзисторами. Коэффициент усиления замкнутого контура определяется на частотах, достаточно высоких для того, чтобы импеданс C3 был мал по сравнению с R4, соотношением (R3 + R4)/R4. Со значениями, указанными на рис. 3, это равно 13. Это дает коэффициент обратной связи около 160 мОм.

Поскольку схема имеет единичное усиление по постоянному току, из-за включения C3 в петлю обратной связи выходное напряжение Ve поддерживается на том же уровне, что и потенциал базы Tr4 плюс потенциал базы-эмиттера Tr4, и падение потенциала вдоль R3 за счет эмиттерного тока этого транзистора.Поскольку выходной транзистор Tr1 будет включать такой ток, какой необходим 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 путем небольших регулировок R5 и R6. Оптимальная производительность будет получена, когда оно равно половине напряжения питания. (половина вольта или около того в любом случае будет иметь лишь небольшую разницу в максимальной достижимой выходной мощности и в других характеристиках этого усилителя, поэтому нет необходимости в большой точности при настройке.)

* Не упоминается назначение C1 (вместе с R1 и R2). Этот конденсатор обеспечивает «самозагрузку», которая пытается поддерживать постоянное напряжение на резисторе R2. Если напряжение на резисторе остается постоянным, то ток через резистор должен также остаются постоянными. Производительность этой схемы будет сильно снижена, если значение C1 будет слишком маленьким, исходя из наименьшего значения. частота работы и параллельное значение R1 и R2. Для работы на частоте до 20 Гц (при сопротивлении R1 + R2 = 1000 Ом) конденсатор должен быть не менее 220 мкФ.

Аналогичным образом, реактивное сопротивление C1 должно быть низким по отношению к импедансу динамика (предпочтительно менее 1/2 импеданса динамика при самом низком уровне сопротивления). интересующая частота — предполагается 20 Гц). Получается около 2000 мкФ. Для всех рекомендуется рабочее напряжение не менее 50 В. электролитические конденсаторы, а для оптимальных в.ч. производительности, полиэстер 1 мкФ может быть подключен параллельно с каждым электро. По моему опыту это не нужен, но многие не согласятся, так что если хотите, добавляйте.

Повсюду используются планарные кремниевые транзисторы

, что обеспечивает хорошую термическую стабильность и низкий уровень шума.Кроме того, поскольку комплементарная симметрия не требуется, все силовые каскады могут использовать транзисторы n-p-n, которые в кремнии обеспечивают наилучшие характеристики и минимальную стоимость. Общая производительность на уровне выходной мощности 10 Вт или на любом более низком уровне более чем соответствует стандартам, установленным Williamson. Графики выходной мощности и усиления/частоты показаны на рис. 4 и 5, а взаимосвязь между выходной мощностью и общим гармоническим искажением показана на рис. 6. Поскольку усилитель представляет собой простую схему класса А, искажения уменьшаются линейно с выходным напряжением.(Это не обязательно имело бы место в системе класса B, если бы присутствовало какое-либо значительное количество перекрестных искажений.) Анализ компонентов искажения на уровнях порядка 0,05 % затруднен, но кажется, что уровень, на котором начинается отсечение, является преимущественно второй гармоникой.

---

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

в целом обладают отличными высокочастотными характеристиками, что способствует очень хорошей стабильности усилителя при реактивных нагрузках.Автор еще не нашел комбинации L и C, которая делает систему неустойчивой, хотя система легко станет колебательной с индуктивной нагрузкой, если резистор R3 шунтирован небольшим конденсатором, вызывающим спад на высоких частотах.

Схема, показанная на рис. 3, может использоваться с очень небольшим изменением номиналов компонентов для управления импедансом нагрузки в диапазоне 3–15 Ом. Однако выбранная выходная мощность представлена ​​разным соотношением ток/напряжение 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, которые необходимо умножить на 1,41, чтобы получить пиковые значения, и что измеренный размах напряжения представляет собой размах напряжения, который в два раза больше пикового значения.)

После выполнения этих расчетов размах напряжения для мощности 10 Вт на нагрузке 15 Ом оказался равным 34.8 вольт. Поскольку два выходных транзистора имеют минимальное напряжение около 0,6 вольт каждый, источник питания должен обеспечивать как минимум 36 вольт для питания этого выхода. Для нагрузок 8 и 3 Ом минимальная в. т. напряжение в сети должно быть 27В и 17В соответственно. Необходимые минимальные токи 0,9, 1,2 и 2,0 ампера. Рекомендуемые номиналы компонентов для работы с этими значениями импеданса нагрузки показаны в таблице 1. С3 и С1 вместе влияют на спад напряжения и мощности на низких звуковых частотах.4 и 5.

Поскольку задействованные напряжения питания и выходные токи приводят к рассеянию порядка 17 Вт на каждом выходном транзисторе, и поскольку нежелательно (для долговечности компонентов) допускать высокие рабочие температуры, для каждого транзистора необходимо предусмотреть достаточную площадь радиатора. Рекомендуется пара отдельно установленных ребристых радиаторов размером 125 мм на 100 мм (5 дюймов на 4 дюйма). Это, к сожалению, штраф, который приходится платить за операцию класса А.Для источников питания выше 30 В Tr1 и Tr2 должны быть Mj481s, а Tr3 — 2n1613.

Если выходное сопротивление предварительного усилителя превышает несколько тысяч Ом, входной каскад усилителя модифицируется для включения простого f. e.t. Схема истокового повторителя показана на рис. 8. Это увеличивает гармонические искажения примерно до 0,12 % и, следовательно, (теоретически) является менее привлекательным решением, чем лучший предварительный усилитель.

Спад высоких частот можно получить, если необходимо, подключив небольшой конденсатор между затвором f.е.т и отрицательная (земная) линия.

---

Подходящие транзисторы

Были проведены некоторые эксперименты, чтобы определить степень влияния на характеристики схемы типа и коэффициента усиления по току используемых транзисторов. Как и ожидалось, наилучшие характеристики были получены при использовании транзисторов с высоким коэффициентом усиления и когда в выходном каскаде использовалась согласованная пара. Неизвестно адекватной замены для типа 2N697/2N1613, используемого в драйверном каскаде, но примеры этого типа транзисторов от трех разных производителей использовались с явно идентичными результатами.Точно так же использование альтернативных типов входных транзисторов не привело к заметному изменению производительности, и Texas Instruments 2N4058 полностью взаимозаменяем с Motorola 2N3906, использованным в прототипе.

Наиболее заметные изменения производительности были обнаружены в характеристиках усиления по току пары выходных транзисторов, и для наименьших возможных искажений с любой парой напряжение в точке питания громкоговорителя должно быть отрегулировано так, чтобы оно было в пределах 0,25 вольта половины потенциала питающей сети.

В этих экспериментах использовались транзисторы Motorola MJ480/481, за одним исключением, в котором были опробованы устройства Texas 2S034. Главный вывод, который можно сделать из этого, заключается в том, что тип используемого транзистора может быть не очень важен, но если есть различия в коэффициентах усиления по току выходных транзисторов, необходимо использовать устройство с более высоким коэффициентом усиления. в положении Тр1.

Когда компоненты искажения были обнаружены до начала клиппирования сигнала, они почти полностью были связаны с наличием вторых гармоник.

---

Конструктивные примечания

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. контактная плата с четырьмя силовыми транзисторами, установленными на внешних радиаторах. Если не указано иное, номиналы компонентов не представляются особо критическими, и резисторы с допуском 10%, безусловно, можно использовать без вреда для здоровья. Однако самые низкие уровни шума будут получены при использовании компонентов хорошего качества и резисторов из углеродной пленки или оксида металла.

* Повсюду следует использовать металлопленочные резисторы, так как они во всех отношениях превосходят резисторы из углеродной пленки. Обычно это доступен только с допуском 1% или лучше, что не вызовет никаких проблем.

---

Блок питания

Предлагаемая форма блока питания показана на рис. 9(а). Поскольку ток, потребляемый усилителем, по существу, постоянен, можно использовать последовательную схему сглаживания транзисторов, в которой выходное напряжение источника питания можно регулировать путем выбора входного тока базы, обеспечиваемого эмиттерным повторителем Tr2 и потенциометром VR1. При значениях накопительного конденсатора, указанных в таблице 3, уровень пульсаций будет менее 10 мВ при номинальном выходном токе при условии, что коэффициент усиления по току последовательно включенного транзистора больше 40.  Для выходных токов до 2,5 А последовательный указанных транзисторов будет достаточно, если они установлены на радиаторах, соответствующих их нагрузке.

Однако при уровнях тока, необходимых для работы 3-омной версии усилителя в качестве стереопары, одного MJ480 уже будет недостаточно, и необходимо либо использовать более подходящий последовательный транзистор, например Mullard BDY20, например, с 2N1711 как Tr2 или с параллельным подключением, как показано на рис.9(б).

Общее 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. блок усилителя-тюнера может потребоваться добавить конденсатор 0,25 мкФ (160 В) на вторичные обмотки T1 для предотвращения переходного излучения. Указанные выпрямительные диоды представляют собой герметизированные мостовые диоды International Rectifier.

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

---

Ограничение тока

* Хотя в исходной статье об этом не упоминалось (и я успел на время «потерять» файл схемы), нынешний был включен ограничитель. Это гарантирует, что ток через выходные устройства не превысит заданного значения, хотя я считаю, что концепция ошибочна и имеет ограниченную ценность в этом общем замысле.

Схема выше показывает способ подключения ограничителя тока. Он не будет стабилизировать ток покоя (нет сигнала), а только способный гарантировать, что абсолютный максимальный ток не превышает значения, определяемого потенциометром 100 Ом. Чтобы быть полезным, ток необходим стабилизатор, который обеспечит постоянство рабочего тока при отсутствии сигнала независимо от температуры или напряжения питания вариации. Никакой информации для достижения этой цели не предоставляется.

---

Дополнительные примечания

Эта статья (с редакционными примечаниями) перепечатывается в качестве услуги читателям, которым напоминают о законах 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 в первую очередь представляет интерес и служит отправной точкой для других проектировщиков.

Исходной статье уже много лет, и некоторые из упомянутых типов транзисторов теперь заменены значительно лучшими конструкциями.Я оставлю читателям экспериментировать с типами устройств. В то время как большая часть дизайна по-прежнему весьма актуальна для нового дизайна, я думаю, что этот усилитель может показаться недостаточным по сравнению с более поздними тенденциями дизайна. В частности, система смещения не стабильна при изменении температуры, и будет очевиден дрейф постоянного тока. Кроме того, усиление без обратной связи очень низкое, поэтому обратная связь гораздо меньше, чем хотелось бы (хотя многие сочтут, что это хорошо!). Как упоминалось выше, дополнительная локальная обратная связь (0.Резистор 1 Ом в эмиттере Tr1) может уменьшить искажения без обратной связи, но еще больше уменьшит коэффициент усиления. Я предлагаю поэкспериментировать (пока что 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 конструкций (хотя DoZ использует тот же принцип), и биполярный (+/-) источник питания может быть предпочтительнее. В этом случае стабилизация постоянного тока становится серьезной проблемой, поскольку малые напряжения смещения постоянного тока могут стать катастрофой, в частности, для твитеров.

Схемы не очень высокого качества, а являются оригиналами с исходной WWW-страницы. Я не предлагаю перерисовывать их, так как этот дизайн предоставлен только для информации.

Автор
Джон Л. Линсли-Худ был плодовитым автором конструкций 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 аудио усилители были значительными. Это не значит, что я согласен или одобряю все его идеи или теории, но, по крайней мере, у него хватило смелости высказать то, что он думает, и у журнала тоже хватило смелости это напечатать.См. статью в Википедии для небольшого фона.

---

---

Основной индекс Указатель статей Место установки усилителя класса А

Смещение усилителя класса А

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• Причины смещения постоянного тока в усилителях.
• Преимущества и недостатки Смещение класса А.
• Простой фиксированный постоянный ток с общим эмиттером.
•   • Использование входных характеристик.
•   • Состояние покоя.
•   • Предотвращение искажения с помощью правильного смещения.
•   • Выходные характеристики.
•   • Грузовая линия.
•   • Основные расчеты фиксированного смещения.
• Стабилизация смещения.
•   • Смещение, полученное от коллектора.
•   • Базовые сети смещения.
•   • Стабилизация излучателя.
•   • Использование конденсаторов обхода эмиттера.
• Смещение полевого транзистора.

Общее соединение усилителя

Транзисторы в усилителях обычно используют один из трех основных способов подключения. Транзистор имеет три соединения (коллектор, база и эмиттер), в то время как вход и выход схемы усилителя требуют двух соединений, всего четыре соединения, 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, как транзистор смещается в режиме с общим эмиттером, наиболее часто используемом из трех режимов подключения для усилителей напряжения.

Смещение класса А

Усилители класса A

смещаются постоянным напряжением, приложенным к переходу база-эмиттер транзистора, так что их рабочая точка покоя (или отсутствия сигнала) находится на линейной части характеристики транзистора.Кроме того, форма сигнала, подаваемого на базу, не должна приводить транзистор ни к насыщению, ни к отсечке. Если бы это произошло, это привело бы к сглаживанию пиков формы сигнала, что вызвало бы искажение. 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 А составляет 50 %, но на практике этот показатель приближается к 25 %. В основном смещение класса А используется в маломощных аудио- и радиочастотных усилителях напряжения, где количество потерянной мощности менее значительно, чем основное преимущество усилителя, заключающееся в низком уровне искажений. Однако класс A также может использоваться для усилителей мощности с низким уровнем искажений в аудиосистемах Hi-Fi с питанием от сети (линии), где эффективность менее важна.

Фиксированное смещение с общим эмиттером

Рис. 1.2.1. Простое смещение с общим эмиттером.

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 с прогнозируемым усилением в определенной полосе частот с минимальными искажениями. Усилитель также должен быть стабильным и не склонным к колебаниям. Биполярные транзисторы PNP или NPN или полевые транзисторы могут использоваться в самых разных конструкциях в зависимости от их предполагаемого назначения.

Рассмотрим простой биполярный NPN-усилитель с общим эмиттером, 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. Чтобы сделать это, его условия покоя или отсутствия сигнала (DC) должны сначала быть правильными. Его выход может быть неискажен только в том случае, если его вход неискажен.

Использование входных характеристик.

Рис. 1.2.2 Входные характеристики.

На рис. 1.2.2 показана типичная кривая входной характеристики транзистора усилителя малого сигнала, где изменения базового напряжения V _b представлены в зависимости от результирующих изменений базового тока I _b .

Если изменения в сигнальном напряжении переменного тока (изменения в V _b ), подаваемые на базу, должны вызывать пропорциональные изменения в базовом переменном токе I _b , то необходимо использовать некоторое значение постоянного тока V _B , чтобы положительное и отрицательные выбросы напряжения сигнала происходят только на линейной части входной кривой (форма волны б на рис. 1.2.2). Это постоянное напряжение (0,7 В на рис. 1.2.2), приложенное к базе, называется напряжением смещения базы. Из рис. 1.2.2 видно, что если напряжение смещения недостаточно, то только положительные концы сигнала входного напряжения будут создавать базовый ток, и, следовательно, в сигнале базового тока будут возникать серьезные искажения a.

Также видно, что для этого транзистора постоянное напряжение смещения базы (R _B ) 0,7 В создает постоянный (постоянный) ток базы 40 мкА. Эти значения устанавливаются правильным выбором значения сопротивления для R _B (рис.1.2.1).

Установка условий выхода в состоянии покоя

Условия покоя на выходе также должны учитываться, так как ток покоя I _b создает ток коллектора покоя 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 будет создавать разность потенциалов на R _L , которая при вычитании из напряжения питания (V _cc ) дает значение коллектора транзистора/ эмиттерное напряжение (V _ce ).

Рис. 1.2.3 Неправильные условия смещения.

На рис. 1.2.3 показаны два экстремальных состояния для значений I _c и V _ce . В первом случае (рис. 1.2.3а) видно, что если ток коллектора I _C равен нулю, то из-за того, что базовое напряжение достаточно низко, чтобы отсечь базовый ток, напряжение, развивающееся на R _L будет равно нулю, и все V _cc будет вырабатываться на транзисторе, поэтому V _cc поднимется до напряжения питания V _cc .

Если сигнал подается в этих условиях (рис. 1.2.3а), положительные полупериоды выходного сигнала (который находится в противофазе с формой волны напряжения на базе) не могут увеличить V _ce больше, чем V _cc и поэтому положительные полупериоды коллекторного напряжения не будут воспроизводиться, вызывая серьезные искажения.

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

Использование выходных характеристик

Рис.1.2.4 Выходные характеристики и нагрузка.

В выходных характеристиках, показанных на рис. 1.2.4, изменения I _c представлены в зависимости от изменений V _ce для различных постоянных токов базы I _b .

На рис. 1.2.4 проведена «грузовая линия» между двумя крайними точками, описанными на рис. 1.2.3.

Точка P находится там, где V _CE = V _cc (что в данном случае равно 10 В), а I _c = ноль, и поскольку коллектор тока не течет, говорят, что транзистор «отключен».

Точка R является максимальным значением I _c (где I _c = V _{куб. см} ÷ R _L ), а V _ce равно нулю (поскольку практически все V _cc развито через R _л ). Это называется «насыщением», поскольку дальнейшее увеличение тока коллектора не происходит.

При проведении грузовой линии от P к R видно, что значение V _ce может быть выбрано посередине грузовой линии в точке Q, которая в данном случае совпадает с кривой для I _B .

Вертикальная линия, проецируемая вниз от Q, затем пересекает ось V _CE посередине между V _cc и нулем, а горизонтальная линия, проецируемая из Q, пересекает ось I _C , что дает значение тока 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

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

R _L = (10 − 5) ÷ 8 x 10 ⁻³ = 625 Ом

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

Пример:

Разработайте условия фиксированного смещения по постоянному току для простого усилителя с общим эмиттером класса А, показанного на рис. 1.2.1, при напряжении питания (V _cc ) 10 В с использованием транзистора с коэффициентом усиления по току с общим эмиттером (h _fe ) из 200.

Из входных характеристик (рис. 1.2.3) I _b должен быть 40 мкА, что означает, что значение для V _{должно быть} равным 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 базового резистора R _b будет выбрано таким образом, 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 ) в 8 мА достаточен для падения напряжения V _ce до 5 В (половина V _cc ), то 16 мА вызовут падение напряжения V _ce практически до нуля и насытит транзистор. Таким образом, 16 мА будет точкой R на линии нагрузки.

Поскольку напряжение покоя коллектора должно составлять 5 В (половина V _cc ), а напряжение на R _L также равно 5 В, можно рассчитать значение R _L , чтобы получить правильные условия в точке Вопрос:

R _L = В _RL ÷ I _c = 5 В ÷ 8 мА = 625 Ом

или приблизительно 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 минимального количества компонентов, для ее практического использования необходимо решить некоторые проблемы.

Если по какой-либо причине изменится напряжение питания или температура транзистора, изменится и напряжение смещения. Если напряжение смещения увеличится, то будет протекать больший ток базы, что приведет к увеличению тока коллектора. Это, в свою очередь, вызовет повышение температуры перехода внутри транзистора и, следовательно, дальнейшее увеличение тока. Затем 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 нагреваться все больше и больше, пока не разрушится. Хотя в современных мощных транзисторах тепловой разгон представляет собой гораздо меньшую проблему, в маломощных типах сигналов он по-прежнему представляет собой возможную опасность, которой следует избегать, встраивая некоторую форму стабилизации смещения в конструкцию усилителя.

Стабилизация постоянным током

Рис.1.2.5 Коллекторное смещение.

Рис. 1.2.6 Стабилизация излучателя

На рис. 1.2.5 показан простой способ улучшения температурной стабилизации усилителя с общим эмиттером. Вместо того, чтобы подавать ток 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 вершина R _L удерживается на постоянном уровне V _cc , напряжение коллектора V _ce при нижняя часть R _L должна опускаться. Это, в свою очередь, приведет к падению V _и и, таким образом, к уменьшению тока коллектора. Условия смещения в значительной степени саморегулируются и, как говорят, стабилизируются формой обратной связи по постоянному току.

Стабилизированное смещение эмиттера

В альтернативной и гораздо более распространенной схеме смещения, используемой в большинстве коммерческих схем, используется делитель потенциала, состоящий из двух резисторов (R ₁ и R ₂ на рис. 1.2.6), чтобы обеспечить постоянное значение V _до эмиттерный резистор R _и для обеспечения стабилизации обратной связью по постоянному току.

Если ток коллектора в этой цепи увеличивается, то увеличивается и ток эмиттера, что вызывает рост напряжения на эмиттере V _e . Это повышение по сравнению с установившимся базовым напряжением вызывает уменьшение напряжения база-эмиттер от V _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 транзистор h _fe ) могут измениться.

Однако резистор эмиттера также будет вызывать нежелательную обратную связь по переменному току, поскольку в условиях сигнала форма волны переменного тока, появляющаяся на эмиттере, будет находиться в фазе с базовой формой волны, и две формы волны, изменяющиеся вместе, будут иметь тенденцию уменьшать колебания напряжения база-эмиттер, вызывая существенное снижение выигрыша.Чтобы избежать этой проблемы, обычно эмиттерный стабилизирующий резистор R _e шунтируется (обычно) конденсатором большой емкости, подключенным к резистору 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 конструкциях, поскольку ток затвора (входной) не протекает. На рис. 1.2.7 показана типичная схема смещения JFET. (МОП-транзисторы также используют аналогичную схему смещения).

При использовании в режиме истощения затвор полевого транзистора должен быть более отрицательным, чем исток. Это достигается за счет удержания затвора при нулевом напряжении, в то время как ток стока/истока через R ₃ делает клемму истока положительной. Поскольку ток затвора в полевых транзисторах не течет, напряжение на R ₁ не может возникнуть, и затвор остается при нулевом напряжении. Использование очень высокого значения для R ₁ поддерживает очень высокий входной импеданс, что является полезным свойством усилителей на полевых транзисторах.

Сигнал переменного тока, подаваемый на затвор, вызывает небольшие колебания напряжения затвора выше и ниже нуля, что вызывает изменения переменного тока в токе сток-исток, которые, как в биполярном усилителе, преобразуются в изменения напряжения с помощью R ₂ . Резистор истока R ₃ выполняет стабилизацию по постоянному току так же, как резистор эмиттера в биполярном усилителе, и также обычно зашунтирован для предотвращения отрицательной обратной связи по переменному току.

 

Верх страницы

 

Электронные устройства: УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ [часть 1]

---

---

КОНТУР

—1 Усилитель мощности класса А [ на этой странице ниже]

—2 Двухтактные усилители класса B и класса AB [ на этой странице ниже]

—3 Усилитель класса C

—4 Устранение неполадок активности приложений

ЦЕЛИ

— Объяснить и проанализировать работу усилителей класса А

— Объяснить и проанализировать работу усилителей классов B и AB

— Объяснить и проанализировать работу усилителей класса C

— Устранение неполадок усилителей мощности

ТЕРМИНОЛОГИЯ

— Класс А

— Класс B

— Класс AB

— Класс С

— Двухтактный

— Прирост мощности

— Эффективность

ПРОСМОТР АКТИВНОСТИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Активность приложения в этом общедоступном адресе система. Напомним, что полная система включает в себя предусилитель, усилитель мощности и блок питания постоянного тока. Вы сосредоточитесь на усилителе мощности в этом разделе и завершите всю систему, объединение трех составных частей.

ВВЕДЕНИЕ

Усилители мощности — это усилители большого сигнала. Обычно это означает, что гораздо большая часть нагрузочной линии используется во время работы сигнала чем в усилителе слабого сигнала. В этом разделе мы рассмотрим четыре класса усилителей мощности: класс A, класс B, класс AB и класс C.Эти усилители классификации основаны на проценте входного цикла, для которого усилитель работает в своей линейной области. Каждый класс имеет уникальную схему конфигурации из-за того, как он должен работать. Акцент делается на усиление мощности.

Усилители мощности обычно используются в качестве конечного каскада приемник или передатчик для подачи мощности сигнала на динамики или на передающий антенна. BJT используются для иллюстрации принципов работы усилителя мощности.

—-

1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ КЛАССА А

Когда усилитель смещен таким образом, что он всегда работает в линейном область, где выходной сигнал является усиленной копией входного сигнала, это усилитель класса А. Обсуждение усилителей в предыдущем разделы относятся к операциям класса А. Усилители мощности — это усилители целью которых является подача питания на нагрузку. Это означает, что компоненты должны рассматриваться с точки зрения их способности рассеивать тепло.

После завершения этого раздела вы сможете:

— Объяснить и проанализировать работу усилителей класса А

— Обсудить тепловыделение транзистора

— Опишите назначение радиатора

— Обсудите важность центральной точки Q

— Опишите взаимосвязь линий нагрузки постоянного и переменного тока с Q-точкой

— Описать влияние нецентрированной точки Q на форму выходного сигнала

— Определить прирост мощности

— Определить мощность покоя постоянного тока

— Обсудите и определите мощность выходного сигнала

— Определение и определение эффективности усилителя мощности

—-

В усилителе слабого сигнала сигнал переменного тока перемещается на небольшой процент общей линии нагрузки переменного тока. Когда выходной сигнал больше и приближается пределы линии нагрузки переменного тока, усилитель является сильносигнальным типом. Оба Усилители большого и слабого сигнала относятся к классу А, если они работают в линейной области все время, как показано на фиг. 1.

Усилители мощности класса A

представляют собой усилители с большим сигналом, цель которых подачи мощности (а не напряжения) на нагрузку. Как правило большого пальца, усилитель может считаться усилителем мощности, если он рассчитан на более 1 Вт и необходимо учитывать проблему отвода тепла в компонентах.

РИС. 1 Базовая работа усилителя класса А. Выход показан на 180° не по фазе со входом (инвертированный).

Теплоотвод

Силовые транзисторы (и другие силовые устройства) должны рассеивать большое количество внутреннего тепла. Для мощных биполярных транзисторов коллектор терминал — критический узел; по этой причине корпус транзистора всегда подключен к терминалу коллектора. Корпус всех силовых транзисторов предназначен для обеспечения большой площади контакта между ним и внешним радиатор.Тепло от транзистора проходит через корпус к теплу. тонет, а затем рассеивается в окружающем воздухе. Радиаторы различаются по размеру, количество ребер и тип материала.

Их размер зависит от требований к рассеиванию тепла и максимального температура окружающей среды, в которой должен работать транзистор. В высокомощном приложений (несколько сотен ватт) может потребоваться охлаждающий вентилятор.

РИС. 2 Максимальный выходной сигнал класса A возникает, когда точка Q находится в центре линия нагрузки переменного тока.

РИС. 3 точки Q ближе к отсечке. (a) Амплитуда Vce и ​​Ic, ограниченная отсечкой (b) Транзистор переводится в режим отсечки дальнейшим увеличением входной амплитуды

Центрированная точка Q

Напомним, что линии нагрузки постоянного и переменного тока пересекаются в точке Q. Когда Точка Q находится в центре линии нагрузки переменного тока, максимальный сигнал класса А может быть получен. Вы можете увидеть эту концепцию, изучив график линия нагрузки для данного усилителя на фиг.2(а). На этом графике показана нагрузка переменного тока линия с точкой Q в ее центре. Ток коллектора может варьироваться от его значение Q-балла, ICQ, до его значения насыщения, Ic(sat), и до его пороговое значение равно нулю.

Аналогично, напряжение коллектор-эмиттер может колебаться от точки Q значение, VCEQ, до его значения отсечки, Vce(cutoff) и до его насыщения значение около нуля. Эта операция показана на фиг. 2(б). Пик значение коллекторного тока равно ICQ, а пиковое значение коллектор-эмиттер напряжение равно VCEQ в этом случае.Этот сигнал является максимальным, который может получить от усилителя класса А. На самом деле, вывод не совсем достигают насыщения или отсечки, поэтому практический максимум немного меньше.

Если точка Q не находится в центре линии нагрузки переменного тока, выходной сигнал ограничено. ИНЖИР. 3 показана линия нагрузки переменного тока с точкой Q, смещенной от центр к отсечке. Изменение выхода ограничено отсечкой в ​​этом кейс. Ток коллектора может упасть только до нуля и равной сумма выше аськи.Напряжение коллектор-эмиттер может колебаться только до его пороговое значение и на равную величину ниже VCEQ. Эту ситуацию иллюстрирует на фиг. 3(а). Если усилитель работает дальше, чем это, он будет «запираться» на отсечки, как показано на фиг. 3(б).

РИС. 4 показана линия нагрузки переменного тока с точкой Q, смещенной от центра к насыщенность. В этом случае выходное изменение ограничено насыщением. Ток коллектора может колебаться только до уровня, близкого к насыщению, и равного сумма ниже аськи.Напряжение коллектор-эмиттер может уменьшаться только до его значения насыщения и на равную величину выше VCEQ. Эта ситуация проиллюстрировано на фиг. 4(а). Если усилитель работает дальше, он будет «обрезаться» при насыщении, как показано на фиг. 4(б).

РИС. 4 Q-точка ближе к насыщению. (a) Амплитуда Vce и ​​Ic ограничена по насыщению (b) Транзистор приводится в насыщение за счет дальнейшего увеличения по входной амплитуде.

Усиление мощности

Усилитель мощности подает питание на нагрузку.Коэффициент усиления усилителя — отношение выходной мощности (мощности, подаваемой на нагрузку) к входной сила. В общем прирост мощности

[УРАВН. 1] Ap = P_L/P_in

, где Ap — коэффициент усиления по мощности, PL — мощность сигнала, подаваемого на нагрузку, Pin — мощность сигнала, подаваемая на усилитель.

Прирост мощности можно рассчитать по любой из нескольких формул в зависимости от что известно. Часто самый простой способ получить прирост мощности — это входное сопротивление, сопротивление нагрузки и коэффициент усиления по напряжению. 2v[Рин/Р_Л]

ЭКВН. 2

Вспомним из раздела 6, что для усилителя со смещением на делителе напряжения

Rin(tot) = R1 ||7 R2 || Рин(база)

и для усилителя CE или CC,

Rin(основание) = βac Re

ЭКВН. 2 видно, что коэффициент усиления по мощности усилителя равен коэффициенту усиления по напряжению. квадрат, умноженный на отношение входного сопротивления к выходному сопротивлению нагрузки. Формулу можно применить к любому усилителю. Например, предположим, что общий коллектор (СС) усилитель имеет входное сопротивление и сопротивление нагрузки С. усилитель CC имеет усиление по напряжению примерно 1, усиление по мощности:

Для усилителя CC Ap — это просто отношение входного сопротивления к выходное сопротивление нагрузки.

Источник питания постоянного тока

Рассеиваемая мощность транзистора без входного сигнала является произведением тока и напряжения в точке Q.

P_DQ = I_CQ V_CEQ

Единственный способ, которым усилитель мощности класса А может подавать питание на нагрузку, — это поддерживать ток покоя, который, по крайней мере, равен пиковому току Требования к току нагрузки.

Сигнал не увеличит мощность, рассеиваемую транзистором, но на самом деле приводит к рассеиванию меньшей общей мощности.Мощность покоя постоянного тока, дано в EQN. 3 — это максимальная мощность, с которой должен работать усилитель класса А. Номинальная мощность транзистора должна превышать это значение.

Выходная мощность

Обычно мощность выходного сигнала является произведением среднеквадратичного значения тока нагрузки. и среднеквадратичное напряжение нагрузки. Максимальный неограниченный сигнал переменного тока возникает, когда Точка Q центрирована на линии нагрузки переменного тока. Для усилителя СЕ с центрированным Q-точка, максимальный пиковый размах напряжения:

Vc(max) = ICQ Rc

Среднеквадратичное значение равно 0. 707 В постоянного тока (макс.).

Максимальный размах пикового тока равен

.

Ic(макс.) = V_CEQ/R_C

Среднеквадратичное значение равно 0,707Ic (макс.).

Чтобы найти максимальную выходную мощность сигнала, используйте среднеквадратичное значение максимального тока и напряжения. Максимальная выходная мощность усилителя класса А:

Pвых(макс.) = (0,707Ic)(0,707Vc)

Pвыход(макс.)= 0,5 ICQ VCEQ

ЭКВН. 4

————- ПРИМЕР 1

Определите коэффициент усиления по напряжению и коэффициент усиления по мощности усилителя мощности класса А. на фиг.5. Предположим, что βac = 200 для всех транзисторов.

РИС. 5

———————

Эффективность

КПД любого усилителя есть отношение мощности выходного сигнала подаваемой на нагрузку к полной мощности от источника постоянного тока. Максимальный выход мощность сигнала, которую можно получить, определяется EQN. 4. Средняя мощность ток питания, ICC, равен ICQ, а напряжение питания не менее 2VCEQ.Таким образом, общая мощность постоянного тока равна

.

PDC = ICC VCC = 2 ICQ VCEQ

Максимальный КПД усилителя класса А с емкостной связью:

Максимальный КПД усилителя класса А с емкостной связью не может быть выше 0,25, или 25%, и на практике обычно значительно меньше (около 10%). Хотя КПД можно повысить за счет трансформатора связи сигнала с нагрузкой, у трансформаторной связи есть недостатки. Эти недостатки включают размер и стоимость трансформаторов, а также потенциальное проблемы искажения, когда сердечник трансформатора начинает насыщаться.В целом, низкий КПД усилителей класса А ограничивает их полезность небольшими силовые приложения, которым обычно требуется менее 1 Вт.

———

РАЗДЕЛ 1 ПРОВЕРКА

1. Для чего нужен радиатор?

2. Какой провод биполярного транзистора подключен к корпусу?

3. Какие существуют два типа клиппинга с усилителем мощности класса А?

4. Каков максимальный КПД усилителя класса А?

5.Как можно выразить коэффициент усиления усилителя CC через соотношение сопротивлений?

———

———

2. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ КЛАССА B И AB

Когда усилитель смещен в точке отсечки так, что он работает в линейном область для входного цикла и находится в отсечке на 180°, это класс B усилитель. Усилители класса AB смещены, чтобы проводить немного больше чем 180°.

Основное преимущество усилителя класса B или класса AB над усилителем класса Усилитель заключается в том, что любой из них более эффективен, чем усилитель класса А; вы можете получить больше выходной мощности для заданного количества входной мощности.Недостаток класса B или класса AB заключается в том, что реализовать схему сложнее для того, чтобы получить линейное воспроизведение формы входного сигнала. Термин «тяни-толкай» относится к общему типу схемы усилителя класса B или класса AB, в которой два транзистора используются на чередующихся полупериодах для воспроизведения входного форма сигнала на выходе.

После завершения этого раздела вы сможете:

— Объяснить и проанализировать работу усилителей классов B и AB

— Описать операцию класса B

— Обсудить расположение Q-точки

— Опишите двухтактный режим класса B

— Обсудить трансформаторную связь — Объяснить транзисторы с комплементарной симметрией

— Объясните перекрестное искажение 180°.

— Двухтактный усилитель смещения для работы в классе AB

— Определить класс AB — Объяснить работу сигнала переменного тока класса AB

— Опишите двухтактный усилитель с однополярным питанием

— Обсудить мощность класса B/AB

— Расчет максимальной выходной мощности — Расчет входной мощности постоянного тока

— Определить эффективность

— Определить входное сопротивление переменного тока двухтактного усилителя

— Обсудить усилитель Darlington класса AB

— Определение входного сопротивления переменного тока

— Опишите усилитель Darlington/дополнительный Darlington класса AB

——

Класс B Эксплуатация

Операция класса B проиллюстрирована на фиг. 6, где форма выходного сигнала показан относительно входа в единицах времени (t).

Точка Q находится в точке отсечки

Усилитель класса B смещен в точке отсечки так, что ICQ = 0 и VCEQ = VCE(отсечка).

Выведен за пределы отсечки и работает в своей линейной области при входной сигнал переводит транзистор в проводимость. Это проиллюстрировано на фиг. 7 со схемой эмиттерного повторителя, где выход не является репликой ввода.

РИС. 6 Базовый режим работы усилителя класса B (неинвертирующий).

РИС. 7 Усилитель класса B с общим коллектором.

Двухтактный режим класса B

Как видите, схема на РИС. 7 проводит только для положительной половины цикла. Для усиления всего цикла необходимо добавить второй усилитель класса В, работающий на отрицательной половине цикла. То комбинация двух усилителей класса B, работающих вместе, называется двухтактной. операция.

Существует два распространенных подхода к использованию двухтактных усилителей для воспроизведения всю форму волны. Первый подход использует трансформаторную связь. То во втором используются два транзистора с комплементарной симметрией; это соответствие пара npn/pnp BJT.

Муфта трансформатора

Трансформаторная муфта

показана на РИС. 8. Входной трансформатор имеет вторичная обмотка с центральным отводом, соединенная с землей, образующая фазу в варианте одной стороны по отношению к другой.Входной трансформатор таким образом преобразует входной сигнал в два противофазных сигнала для транзисторов. Обратите внимание, что оба транзистора относятся к типу npn. Из-за инверсии сигнала Q1 будет проводить на положительной части цикла, а Q2 будет проводить на негативная часть. Выходной трансформатор объединяет сигналы, позволяя ток в обоих направлениях, хотя один транзистор всегда отключен. Положительный сигнал питания подключается к центральному отводу выходной трансформатор.

РИС. 8 двухтактных усилителей с трансформаторной связью. Q1 проводит во время положительный полупериод; Q2 проводит в течение отрицательного полупериода. Два половинки объединены выходным трансформатором.

Транзисторы с комплементарной симметрией

РИС. 9 показан один из самых популярных типов двухтактных усилителей класса B. с использованием двух эмиттерных повторителей и как положительного, так и отрицательного источников питания. Это комплементарный усилитель, потому что один эмиттерный повторитель использует npn-транзистор, а другой pnp-транзистор, которые проводят на противоположных чередованиях входного цикла.Обратите внимание, что базовое напряжение смещения постоянного тока отсутствует (VB = 0). Таким образом, только сигнальное напряжение приводит транзисторы в проводимость. Транзистор Q1 проводит в течение положительной половины входного цикла, и Q2 проводит в течение отрицательной половины.

РИС. 9 Двухтактный режим работы переменного тока класса B. а) в течение положительного полупериода б) Во время отрицательного полупериода.

Перекрестное искажение

Когда базовое напряжение постоянного тока равно нулю, оба транзистора закрыты, и вход напряжение сигнала должно превышать VBE, прежде чем транзистор откроется.Потому что это, есть временной интервал между положительными и отрицательными чередованиями входа, когда ни один из транзисторов не проводит, как показано на фиг. 10. Возникающее в результате искажение формы выходного сигнала называется перекрестным искажением.

РИС. 10 Иллюстрация кроссоверных искажений в двухтактном усилителе класса B. Транзисторы проводят только во время частей входа, обозначенных заштрихованные участки.

Смещение двухтактного усилителя для Класс AB Эксплуатация

Для преодоления перекрестного искажения смещение настраивается так, чтобы просто преодолевать VBE транзисторов; это приводит к модифицированной форме операции называется классом АВ. В режиме класса AB двухтактные ступени смещены. в небольшую проводимость, даже если входной сигнал отсутствует. Это может можно сделать с помощью делителя напряжения и диода, как показано на фиг. 11. Когда характеристики диодов D1 и D2 близки к характеристики перехода база-эмиттер транзистора, ток в диодах и ток в транзисторах одинаковые; это называется текущим зеркалом. Это текущее зеркало производит желаемый класс Работа AB и устраняет кроссоверные искажения.

РИС. 11 Смещение двухтактного усилителя с помощью токового зеркального диода для устранения перекрестных искажений. Транзисторы образуют комплементарную пара (один npn и один pnp).

В цепи смещения схемы на РИС. 11, R1 и R2 имеют одинаковое значение, как положительные и отрицательные напряжения питания. Это заставляет напряжение в точке А (между диодами) равным 0 В и устраняет необходимость входной разделительный конденсатор. Постоянное напряжение на выходе также равно 0 В. Предполагая, что оба диода и оба комплементарных транзистора идентичны, падение на D1 равно VBE Q1, а падение на D2 равно VBE Q2. Поскольку они согласованы, ток диода будет одинаковым как аська. Ток диода и ICQ можно найти, применив закон Ома к либо R1, либо R2 следующим образом:

ICQ = [VCC — 0,7 В]/ R1

Этот малый ток, необходимый для работы класса AB, устраняет перекрестный переход искажения, но имеет потенциал для тепловой нестабильности, если транзистор Падения VBE не соответствуют падениям на диодах или если диоды не тепловое равновесие с транзисторами.Нагрев силовых транзисторов уменьшает напряжение база-эмиттер и имеет тенденцию к увеличению тока. Если диоды прогреты на столько же, ток стабилизирован; но если диоды находятся в более прохладной среде, они вызывают еще большее увеличение ICQ. Больше тепла вырабатывается в безудержном цикле, известном как тепловой разгон. Чтобы этого не произошло, диоды должны иметь одинаковую тепловую среду. как транзисторы. В некоторых случаях небольшой резистор в эмиттере каждого транзистор может уменьшить тепловой разгон.

Кроссоверные искажения также возникают в усилителях с трансформаторной связью, таких как показанный на фиг. 8. Для его устранения в данном случае подается 0,7 В к вторичной обмотке входного трансформатора, которая просто смещает оба транзистора в проводимость. Напряжение смещения для создания этого падения может быть получено из источник питания с использованием одного диода, как показано на фиг. 12.

РИС. 12 Устранение кроссоверных искажений в двухтактном трансформаторе с трансформаторной связью усилитель.Смещенный диод компенсирует падение напряжения база-эмиттер. транзисторов и обеспечивает работу класса AB.

РИС. 13 Линии нагрузки для двухтактного усилителя с дополнительной симметрией. Показаны только линии нагрузки для транзистора npn.

Работа от переменного тока

. Рассмотрим линию нагрузки переменного тока для транзистора Q1 усилителя класса AB на рис. 11.

Точка Q немного выше отсечки. (В настоящем усилителе класса B Q-точка находится на отсечке.) Напряжение отсечки переменного тока для работы с двумя источниками питания находится в VCC с ICQ, как указано ранее. Переменный ток насыщения для работа от двух источников питания с двухтактным усилителем:

Ic(sat) = VCC/RL [ EQN. 5]

Линия нагрузки переменного тока для транзистора npn показана на РИС. 13. Постоянный ток Линию нагрузки можно найти, нарисовав линию, проходящую через VCEQ и постоянный ток насыщения, IC(sat).

Однако ток насыщения для постоянного тока — это ток, если коллектор эмиттер замкнут на обоих транзисторах! Это предполагалось коротким через источники питания, очевидно, вызовут максимальный ток от источников питания. и подразумевает, что линия нагрузки постоянного тока проходит почти вертикально через отсечку как показано. Работа вдоль линии нагрузки постоянного тока, например, из-за теплового разгона, может производить такой большой ток, что транзисторы разрушаются.

РИС. 14(a) показана линия нагрузки переменного тока для транзистора Q1 усилителя класса AB. на фиг. 14(б). В проиллюстрированном случае применяется сигнал, который качает над областью линии нагрузки переменного тока, показанной жирным шрифтом. В верхнем конце линия нагрузки переменного тока, напряжение на транзисторе (Vce) минимально, и выходное напряжение максимальное.

РИС. 14 (b) Цепь (a) Линия нагрузки переменного тока для Q1

В максимальных условиях транзисторы Q1 и Q2 управляются попеременно. от почти отсечки до почти насыщения. При положительном чередовании входной сигнал, эмиттер Q1 управляется от его значения Q-точки 0 почти до VCC, создавая положительное пиковое напряжение немного меньше, чем VCC. Аналогично, при отрицательном чередовании входного сигнала эмиттер Q2 изменяется от значения Q-точки, равного 0 В, почти до -VCC, создавая отрицательный пиковое напряжение почти равно –VCC. Хотя можно работать рядом к току насыщения, этот тип работы приводит к увеличению искажение сигнала.

Переменный ток насыщения (EQN. 5) также является пиковым выходным током. Каждый транзистор может по существу работать по всей линии нагрузки. Напомним, что в режиме класса А транзистор также может работать на всей нагрузке линии, но с существенной разницей. В работе класса A точка Q находится около середины и в транзисторах присутствует значительный ток даже без сигнала.В режиме класса B, когда нет сигнала, транзисторы имеют очень малый ток и поэтому рассеивают очень маленькая мощность. Таким образом, эффективность усилителя класса B может быть намного выше. чем усилитель класса А. Позже будет показано, что максимальная эффективность усилителя класса B составляет 79%.

РИС. 16 Однотактный двухтактный усилитель.

Двухтактный усилитель с однополярным питанием

Двухтактные усилители на транзисторах с комплементарной симметрией могут работать от одного источника напряжения, как показано на фиг. 16. Схема работы то же самое, что описано ранее, за исключением того, что смещение установлено на принудительное выходное напряжение эмиттера должно быть VCC 2 вместо нуля вольт, используемого с две поставки. Поскольку выход не смещен при нулевом вольте, емкостный связь по входу и выходу необходима для блокировки напряжения смещения от источника и нагрузочного резистора. В идеале выходное напряжение может качается от нуля до VCC, но на практике не совсем достигает этих идеальных ценности.

Мощность класса B/AB

Максимальная выходная мощность Вы видели, что идеальный максимальный пик выходной ток для двухтактных усилителей с двойным и однополярным питанием составляет приблизительно Ic(sat), а максимальное пиковое выходное напряжение составляет приблизительно V_CEQ. Таким образом, в идеале максимальная средняя выходная мощность составляет

Pвых = Iвых (среднеквадратичное значение) Vвых (среднеквадратичное значение)

С:

Iвых (среднеквадратичное) = 0,707Iвых (пиковое) = 0. 707Ic (сб)

…и:

Ввых (среднеквадратичное) = 0,707Ввых (пиковое) = 0,707VCEQ

…тогда:

Pвыход = 0,5Ic(нас) VCEQ

Заменяя VCC 2 на VCEQ, максимальная средняя выходная мощность составляет:

ПДК = ICC VCC

Pвых = 0,5Ic(sat)VCEQ Vвых (среднеквадратичное) = 0,707Vвых (пиковое) = 0,707VCEQ

Входная мощность постоянного тока

Входная мощность постоянного тока поступает от источника питания VCC и составляет

Поскольку каждый транзистор потребляет ток в течение полупериода, ток полуволновой сигнал со средним значением

Итак,

Эффективность Преимущество двухтактных усилителей класса B и класса AB по классу А гораздо выше КПД.Это преимущество обычно перевешивает сложность смещения двухтактного усилителя класса AB для устранения кроссоверное искажение. Напомним, что КПД определяется как отношение выходной мощности переменного тока к входной мощности постоянного тока.

Максимальный КПД для усилителя класса B (класс AB немного меньше) развивается следующим образом, начиная с EQN. 6.

или в процентах

эта макс = 79%

Напомним, что максимальный КПД для класса А равен 0.25 (25 процентов).

Входное сопротивление

Дополнительная двухтактная конфигурация, используемая в усилителях класса B/класса AB. по сути, это два эмиттерных повторителя. Входное сопротивление эмиттерного повторителя, где R1 и R2 — резисторы смещения, составляет:

Rin = бета-ac(r’e + RE) || Р1 || Р2

Поскольку RE = RL, формула:

Rin = бета-ac(r’e + RL) || Р1 || Р2

Дарлингтон Класс AB Усилитель

Во многих приложениях, где используется двухтактная конфигурация, нагрузка сопротивление относительно невелико.Например, 8-омный динамик является обычным нагрузка для двухтактного усилителя класса AB.

Как вы видели в предыдущем примере, двухтактные усилители могут представлять довольно низкое входное сопротивление предшествующего усилителя, который управляет им. В зависимости на выходном сопротивлении предыдущего усилителя низкий двухтактный входное сопротивление может сильно нагрузить его и значительно снизить напряжение усиление. Например, если каждый резистор смещения равен 1 кОм, а дополнительный транзисторы в двухтактном усилителе имеют бета-коэффициент переменного тока 50, а нагрузка сопротивление 8 Ом, входное сопротивление (при условии, что r’ e = 1 Ом) равно:

Если сопротивление коллектора усилителя возбуждения составляет, например, входное сопротивление двухтактного усилителя уменьшает эффективный коллектор сопротивление усилителя возбуждения (при условии, что с общим эмиттером) к Rc = РК || Рин = 1.0 к || 236 Ом = 190 Ом.

Это резко снижает коэффициент усиления по напряжению усилителя возбуждения, потому что его коэффициент усиления Rc/r’ e.

В некоторых приложениях с низкоомными нагрузками двухтактный усилитель с помощью транзисторов Дарлингтона можно увеличить входное сопротивление подаются на усилитель возбуждения и избегают резкого снижения напряжения усиление. Общий бета-акцент пары Дарлингтона обычно превышает тысяча. Кроме того, резисторы смещения могут быть больше, потому что меньший базовый ток требуется.

В предыдущем случае, например, если для каждого транзистора в Дарлингтоне пара, общая бета-версия переменного тока составляет […]

Если используются резисторы смещения, входное сопротивление значительно увеличивается, т.к. показывает следующий расчет.

Двухтактный усилитель Darlington класса AB показан на фиг. 19. Четыре диода необходимы в цепи смещения для согласования четырех переходов база-эмиттер из двух пар Дарлингтона.

РИС. 19 Двухтактный усилитель Дарлингтона класса AB.

Дарлингтон/дополнительный усилитель Darlington класса AB

Была введена дополнительная пара Дарлингтона, также известная как пара Шиклаи. в разделе 6.

Напомним, что он похож на традиционную пару Дарлингтона, за исключением того, что использует комплементарные транзисторы (один npn и один pnp). Дополнительный Дарлингтон используется, когда установлено, что выходные силовые транзисторы следует использовать один и тот же тип (оба npn или оба pnp).ИНЖИР. 20 показывает двухтактный усилитель класса AB с двумя выходными силовыми транзисторами npn (Q2 и Q4). Верхняя часть двухтактной конфигурации представляет собой традиционную Дарлингтон, а нижняя часть является дополнительным Дарлингтоном.

РИС. 20-амперный двухтактный усилитель Darlington/дополнительный Darlington класса AB.

———-

РАЗДЕЛ 2 ПРОВЕРКА

1. Где находится точка Q для усилителя класса B?

2.Что вызывает кроссоверные искажения?

3. Каков максимальный КПД двухтактного усилителя класса B?

4. Объясните назначение двухтактной конфигурации для класса B.

5. Чем усилитель класса AB отличается от усилителя класса B?

———

продолжение к части 2 >>

Похожие статьи

Как работает усилитель класса А?

Транзистор

используется почти в каждом электронном приборе или гаджете, который вы видите или мечтаете иметь в ближайшем будущем.Прямо с этого мобильного телефона, которым так гордится этот молодой студент колледжа, так как он делает его жизнь невероятно легкой, до крошечного чипа MCU внутри ноутбука, который помогает мотивационному спикеру создавать свои видео на YouTube для передачи своих с трудом заработанных жизненных навыков. У широкой публики есть одна общая черта – старый добрый транзистор.

Транзистор

также является основным компонентом или, можно сказать, сердцем усилителя класса А. В этом учебном пособии давайте рассмотрим, как работает усилитель класса А, увлекательным, простым и интересным способом.

Работа транзистора

Для этого нам нужно понять принцип работы транзистора при использовании в схемах усилителя.

На приведенной выше схеме показаны различные компоненты внутри и снаружи NPN-транзистора. В левом верхнем углу у нас есть три типа токов I (B), показанные красным цветом, I (C), показанные синим цветом, и I (E), показанные зеленым цветом. Клемма базы показана как большая красная буква B, а клеммы коллектора и эмиттера показаны как большая синяя буква C и большая зеленая буква E соответственно.Рядом с терминалом коллектора есть большие синие ворота, которые автоматически открываются, когда мы открываем маленькие розовые ворота рядом с базовым терминалом. Таким образом, маленькие ворота в основании могут поднять большие ворота на коллекторе. V(CE) — это разница в напряжении между клеммами коллектора и эмиттера, а V(BE) — это разница в напряжении между клеммами базы и эмиттера. Черная стрелка слева от зеленой клеммы эмиттера указывает на то, что это транзистор типа NPN.

Как показано выше, небольшой ток I(B) на базовой клемме вызывает открытие маленького розового затвора, который, 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, ток базы I(B) и I(C) объединяется, чтобы сформировать ток эмиттера I(E), который в конечном итоге проходит на клемму эмиттера.

Работа транзисторного усилителя

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

Когда розовый и синий затворы поднимаются, это напрямую вызывает большое изменение тока коллектора I(C).Поток I(C) вызывает изменение разности напряжений между клеммами коллектора и эмиттера, что в конечном итоге изменяет составляющую V(CE).

Таким образом, небольшой вход на базе усиливается как большой выход на коллекторе-эмиттере. Это усиливающее действие транзистора полностью используется в усилителе класса А.

Эмиттерный переход работает как диод

Переход эмиттер-база транзистора, смещенного в прямом направлении, фактически работает как ДИОД и обеспечивает небольшое сопротивление переменному току для входного сигнала.

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

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

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

I(E) — постоянный ток эмиттера.

Все становится проще, когда при анализе усилителя с общим эмиттером эмиттерный диод рассматривается как небольшое сопротивление.Делая это, мы фактически упрощаем расчет коэффициента усиления по напряжению и входного импеданса позже.

Работа усилителя

На рисунке выше показан CE усилитель с общим эмиттером. Этот усилитель имеет два типа входных сигналов, один из которых представляет собой входной сигнал переменного тока, а другой — входной сигнал постоянного тока. Основным или наиболее важным компонентом здесь является NPN-транзистор. Целью этого усилителя является усиление входного переменного тока, который подается на него. Это достигается смещением базы транзистора с помощью резисторов R1 и R2. Это смещение осуществляется с помощью входного сигнала постоянного тока. Вы можете спросить, зачем нам 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 будем изучать линию нагрузки в следующих параграфах). Как только желаемая точка Q установлена, становится возможным иметь правильные изменения токов базы и коллектора, когда вход переменного тока подается на усилитель, что в конечном итоге делает усиление возможным и реальным.

Функция конденсатора связи

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

Функция обходного конденсатора

Функция байпасного конденсатора заключается в обеспечении пути с очень низким импедансом для сигналов переменного тока между эмиттером и землей цепи. Он удерживает эмиттер при постоянном значении напряжения.Таким образом, изменения базового напряжения вызывают прямые изменения V(BE) на переходе база-эмиттер транзистора.

Эффект синусоидальной волны на входе переменного тока

База транзистора, который питается от источника переменного тока, вызывает синусоидальные колебания I(B) или тока базы. В результате этого мы наблюдаем изменения коллекторного тока I(C). Во время положительной половины входной синусоиды увеличивается прямое смещение 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, показывающий, как перемещается точка Q или точка смещения постоянного тока и в каком диапазоне, когда вход переменного тока подается на схему усилителя.

На приведенном выше графике, который на самом деле представляет собой трехмерную картонную модель, оранжевая горизонтальная полоса со стрелкой представляет собой 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 маленькую черную стрелку, которая помогает ей соответствовать значениям I(C). На приведенном выше рисунке красная буква Q находится в самом верхнем крайнем положении, а на рисунке ниже — в самом нижнем. Этот диапазон между нижним и верхним экстремумами равен вариациям базового тока I(B). Так что в основном Q танцует внутри показанного розового квадрата.Применяемый входной сигнал переменного тока не должен быть очень большим, что может сильно повлиять на мгновенную рабочую точку или точку Q и привести к насыщению или отсечке. Из обоих рисунков видно, что I(C) обратно пропорциональна V(CE), поскольку при уменьшении I(C) V(CE) увеличивается, и наоборот. Этот факт доказывает и модель транзистора, описанная ранее в этой статье. Кроме того, входное напряжение переменного тока, когда оно положительное, вызывает увеличение I(C), а когда отрицательное, вызывает уменьшение I(C). Все это является причиной фазового сдвига на 180 градусов между входом и выходом (усиленным) схемы усилителя. Другими словами, можно сказать, что входное и выходное напряжения переменного тока не совпадают по фазе на 180 градусов. Только усилитель с общим эмиттером дает фазовый сдвиг на 180 градусов.

Коэффициент усиления по переменному току транзистора

Определяется по формуле
Бета = i(c)/i(b)

Где Beta — коэффициент усиления по переменному току, а i(c) и i(b) — переменные значения токов коллектора и базы соответственно.

Коэффициент усиления по напряжению транзисторного усилителя

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

Где V(out) и V(in) — 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 создает увеличенное выходное напряжение переменного тока на коллекторе.

Усилители мощности

Усилитель мощности

— это, по сути, тип электронной схемы, которая может выдавать большое количество энергии при нагрузке типа 1 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 одни работают в активной области больше, чем другие, в течение одной и той же части входного цикла переменного тока.

Работа усилителя класса А

Энергоэффективность и искажения в сигнале определяются классом схемы усилителя. На рисунке ниже показаны формы сигналов для усилителя класса А. Первая волна, показанная ниже, представляет собой вход, который фактически управляет базой транзистора, в то время как вторая волна представляет собой ток коллектора I(c), который протекает в результате входа.

Ось Y или линия горизонтальной оси представляет собой 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 КПД усилителя класса А очень низкий, примерно от 25 до 30 процентов. Однако по этой причине коэффициент усиления такого усилителя высок. Усилитель класса А служит линейным усилителем, так как выходной сигнал является копией (точнее, усиленной копией) входного сигнала.Однако следует отметить, что работа транзистора никогда не должна доводиться до насыщения или отсечки 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 класса А с общим эмиттером. Ага! так что вы можете связать его с обычным усилителем, работу которого вы уже поняли в начале этой статьи. Да, это почти то же самое с небольшими изменениями, которые я сейчас опишу.В первую очередь смещающие резисторы R1 и R2 заменяются одним переменным резистором R(b). R3 переименовывается в R(c). R4 и шунтирующий конденсатор уволены с работы и здесь не работают. Принцип работы такой же, как и у обычного усилителя, который уже подробно описан ранее. Точка Q, которая в противном случае скользит по линии нагрузки, устанавливается в ее центр путем регулировки R(b).

Модель выше показывает грузовую линию с точкой Q в центре. V(CEQ) почти такой же, как V(CE) с точки зрения его поведения, с той лишь разницей, что это скорее конкретный тип значения, а не диапазон значений.То же верно и для I(CQ) и I(C).

Характеристики усилителя класса А

Это усилитель с низким уровнем искажений, имеющий очень низкий КПД, но высокий коэффициент усиления. Когда в транзисторе есть отсечка, область коллектор-эмиттер ведет себя как открытая, а в случае насыщения та же область коллектор-эмиттер ведет себя как замкнутая.

Расчеты усилителя класса А

Базовый ток смещения определяется по формуле
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 А в реальных условиях

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

---

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

Усилители BJT класса A Рабочий лист

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

Примечания:

По моему опыту, ученикам требуется много практики в анализе цепей, чтобы стать профессионалом.С этой целью преподаватели обычно дают своим ученикам множество практических задач для решения и дают ответы, чтобы студенты могли проверить свою работу. Хотя этот подход позволяет учащимся хорошо разбираться в теории цепей, он не дает им полного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические занятия по построению схем и использованию тестового оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: студенты 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, которые они не получили бы, просто решая уравнения.

Другая причина для следования этому методу практики состоит в том, чтобы научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем выполнения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки устранения неполадок, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схемы.

Потратьте несколько минут вместе с классом на изучение некоторых «правил» построения схем до того, как они начнутся.Обсудите эти вопросы со своими учениками в той же сократовской манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы из рабочих листов, а не просто говорите им, что они должны и не должны делать. Я не перестаю удивляться тому, как плохо студенты усваивают инструкции, представленные в формате типичной лекции (монолога инструктора)!

Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потерянное впустую» время, необходимое для того, чтобы студенты строили реальные схемы, а не просто математически анализировали теоретические схемы:

С какой целью студенты изучают ваш курс?

Если ваши учащиеся будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах.Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то обязательно придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планирует, чтобы наши ученики делали что-то в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потерянное» время, потраченное на построение реальных схем, окупится огромными дивидендами, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, когда студенты создают свои собственные практические задачи, они узнают, как выполнять первичные исследования , что дает им возможность самостоятельно продолжить свое образование в области электротехники/электроники.

В большинстве наук реалистичные эксперименты гораздо сложнее и дороже поставить, чем электрические цепи. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их студенты применяли передовую математику в реальных экспериментах, не представляющих угрозы безопасности и стоящих меньше, чем учебник. Они не могут, а вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставите своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

Усилитель класса А с трансформаторной связью

Усилитель класса А с трансформаторной связью:

Цепь класса A – Вместо емкостной связи можно использовать усилитель класса A с трансформаторной связью для соединения каскадов усилителя по переменному току, обеспечивая при этом изоляцию по постоянному току между каскадами.Сопротивление обмоток трансформатора обычно очень мало, так что это не влияет на условия смещения транзистора.

На рис. 18-1 показано сопротивление нагрузки (R _L ), соединенное трансформатором с коллектором транзистора. Низкое сопротивление первичной обмотки трансформатора позволяет протекать коллекторному току любого желаемого уровня (постоянного тока), в то время как сердечник трансформатора соединяет все варианты I _C с R _L через вторичную обмотку. Эта схема представляет собой схему смещения тока эмиттера с резисторами делителя напряжения R ₁ и R ₂ , определяющими базовое напряжение транзистора (V _B ), и резистором R _E , задающим уровень тока эмиттера.

Схема на рис. 18-1 называется усилителем класса А, который определяется как усилитель, имеющий точку Q (точку смещения) примерно в центре линии нагрузки переменного тока. Это позволяет схеме производить максимально равные положительные и отрицательные изменения в V _CE .

Нагрузки постоянного и переменного тока:

Общая нагрузка по постоянному току для транзистора Q ₁ в схеме на рис. 18-1 представляет собой сумму эмиттерного резистора (R _E ) и сопротивления первичной обмотки трансформатора (R _py ).

Рассмотрим трансформатор, показанный на рис. 18-2. N ₁ — количество витков первичной обмотки, а N ₂ — количество витков вторичной. Первичное переменное напряжение и ток равны v ₁ и i ₁ , а вторичные величины равны v ₂ и i ₂ . Сопротивление (вторичной) нагрузки можно рассчитать как

.

Сопротивление нагрузки переменного тока, измеренное на первичных клеммах трансформатора (r _L ), рассчитывается как

Из основ теории трансформаторов,

Эти уравнения дают,

Замена v ₁ и i ₁ в уравнении для r _L ,

Рассчитанное таким образом сопротивление нагрузки называется отраженной нагрузкой или приведенной нагрузкой; это означает, что R _L отражается или упоминается от вторичной обмотки трансформатора к первичной как r _L . Суммарная нагрузка переменного тока на коллекторе транзистора представляет собой сумму приведенной нагрузки и сопротивления первичной обмотки трансформатора,

.

Размах напряжения коллектора:

Линия нагрузки переменного тока показана на рис. 18-5, чтобы показать влияние входного сигнала. Когда на входе I _B увеличивается с 50 мкА (при I _BQ ) до 90 мкА, ток и напряжение становятся I _C ≈ 9 мА, а V _CE ≈ 1,6 В (точка C на линия нагрузки переменного тока). Изменения следующие: ΔI _C  = +4 мА, а ΔV _CE  = -6.4 В. Когда вход заставляет I _B уменьшаться (с I _BQ ) до 10 мкА, I _C изменяется с 5 мА до 1 мА, а V _CE изменяется с 8 В до 14,4 В, (точка Д). Изменения тока и напряжения теперь следующие: ΔI _C  = -4 мА и ΔV _CE  = +6,4 В.

Видно, что изменение I _B на ±40 мкА приводит к изменению ±4 мА I _C и изменению V _CE на ±6,4 В. Вариант V _CE появляется в первичной обмотке трансформатора T ₁ , а вариант I _C  протекает в первичной обмотке.

Обратите внимание, что, хотя V _CC = 13 В, транзистор V _CE фактически может работать до 16 В. Это связано с индуктивным эффектом первичной обмотки трансформатора. Транзистор, используемый в схеме такого типа, должен иметь минимальное напряжение пробоя, примерно равное 2 В _CC .

Эффективность усилителя класса А:

Питание подается на усилитель от источника постоянного тока. Усилитель преобразует мощность do в мощность переменного тока, поступающую в нагрузку (см.18-6). Часть входной мощности рассеивается в транзисторе или других компонентах. Это зря потраченная сила. Эффективность (η) усилителя мощности является мерой того, насколько хорошо усилитель преобразует входную (питанную) мощность постоянного тока (P _i ) в выходную мощность переменного тока (P _o ), рассеиваемую в нагрузке.

Мощность источника питания,

случай усилителя класса А, I _ave  = I _CQ .

Снова обратитесь к схеме класса А на рис.18-6, и предположим, что V _E ≪ V _CC . В этом случае V _CEQ приблизительно равно V _CC , а пиковое напряжение, развиваемое на первичной обмотке трансформатора, приближается к ±V _CC , если транзистор работает в режиме отсечки и насыщения. Кроме того, пиковый ток, развиваемый в обмотках трансформатора, приближается к ±I _CQ . Таким образом, максимальная мощность переменного тока, подаваемая на первичную обмотку трансформатора, может быть рассчитана как

.

Используя максимально возможные уровни тока и напряжения и предполагая, что трансформатор имеет КПД 100%,

Максимальный теоретический КПД усилителя мощности с трансформаторной связью класса А теперь можно определить как

.

В практической схеме усилителя мощности класса А с трансформаторной связью КПД никогда не приближается к 50%.Любой практический расчет КПД усилителя мощности должен учитывать КПД выходного трансформатора (η _t ).

Типовой КПД трансформатора может составлять 80 %. Также имеет место рассеивание мощности в эмиттерном резисторе транзистора и в цепи смещения. Практический максимальный КПД усилителя мощности класса А обычно составляет около 25%. Это означает, например, что для подачи 1 Вт выходной мощности переменного тока на нагрузку необходимо обеспечить 4 Вт мощности постоянного тока.

Схемы усилителей

Усилитель — это устройство, которое позволяет входному сигналу управлять выходным сигналом. Выходной сигнал имеет некоторые или все характеристики входного сигнала, но обычно имеет большую величину, чем входной сигнал с точки зрения напряжения, тока или мощности. Усиление — основная функция всех усилителей. Из-за этого усиления мы можем ожидать, что выходной сигнал будет больше, чем входной сигнал. Например, если у нас есть входной сигнал 1 вольт и выходной сигнал 10 вольт, то коэффициент усиления может быть определен как:

Коэффициент усиления по напряжению обычно используется для описания работы усилителя с малым коэффициентом усиления.В этом типе усилителя напряжение выходного сигнала больше, чем напряжение входного сигнала. Коэффициент усиления по мощности, с другой стороны, обычно используется для описания работы больших усилителей сигнала. В случае усилителей усиления мощности усиление основано не на напряжении, а на ваттах. Усилитель мощности — это усилитель, в котором мощность выходного сигнала больше мощности входного сигнала. Большинство усилителей мощности используются в качестве конечного каскада усиления и управляют устройством вывода. Выходным устройством может быть громкоговоритель в кабине экипажа или в салоне, индикатор или антенна.Каким бы ни было устройство, мощность, обеспечивающая его работу, исходит от конечной стадии усиления. Драйверы сервоприводов автопилота иногда содержатся в сменных блоках (LRU), называемых усилителями автопилота. Эти блоки принимают команды низкого уровня сигнала от системы управления полетом и усиливают сигналы до уровня, пригодного для управления серводвигателями.

Классификация

Классификация схемы транзисторного усилителя определяется процентом времени, в течение которого ток протекает через выходную цепь по отношению к входному сигналу.Существует четыре классификации операций: A, AB, B и C. Каждый класс операций имеет определенное применение и характеристики. Ни один отдельный класс усилителей не считается лучшим. Наилучшее использование усилителя зависит от его правильного выбора для конкретной операции.

Класс A

В режиме класса A ток в транзисторе течет на 100% или 360° входного сигнала. [Рис. 12-238]Рис. 12-238. Упрощенная схема усилителя класса А.

Операция класса А наименее эффективна, но обеспечивает наилучшую точность. Верность просто означает, что выходной сигнал хорошо воспроизводит входной сигнал во всех отношениях, кроме амплитуды, которая усиливается. В некоторых случаях может быть некоторый фазовый сдвиг между входным сигналом и выходным сигналом. Обычно разность фаз составляет 180°. Если выходной сигнал не является хорошим воспроизведением входного сигнала, говорят, что сигнал искажен.Искажение — это любое нежелательное изменение сигнала от входа к выходу.

КПД усилителя относится к мощности, подаваемой на выход, по сравнению с мощностью, подаваемой в цепь. Каждое устройство в цепи потребляет энергию для работы. Если усилитель работает на 360° входного сигнала, то он потребляет больше энергии, чем если бы он использовал только 180° входного сигнала. Чем больше мощности потребляет усилитель, тем меньше ее остается для выходного сигнала.Обычно усилитель класса А используется там, где эффективность не имеет большого значения и где требуется точность воспроизведения.

Класс AB

В режиме класса AB ток транзистора составляет более 50%, но менее 100% входного сигнала. [Рис. 12-239]Рис. 12-239. Упрощенная схема усилителя класса AB.

В отличие от усилителя класса А, выходной сигнал искажен. Часть выходной цепи кажется усеченной.Это связано с отсутствием тока через транзистор в этот момент работы. Когда эмиттер в этом случае становится достаточно положительным, транзистор не может проводить, потому что переход база-эмиттер больше не смещен в прямом направлении. Входной сигнал, становящийся положительным после этой точки, не производит никакого дальнейшего выхода, и выход остается на одном уровне. Усилитель класса AB имеет лучшую эффективность и более низкую точность воспроизведения, чем усилитель класса A. Эти усилители используются, когда точное воспроизведение входного сигнала не требуется, но на выходе должны быть доступны как положительные, так и отрицательные части входных сигналов.

Класс B

В режиме класса B ток транзистора протекает только для 50 процентов входного сигнала. [Рис. 12-240]Рис. 12-240. Упрощенная схема усилителя класса B.

На этом рисунке смещение база-эмиттер не позволяет транзистору работать, когда входной сигнал больше нуля. В этом случае воспроизводится только отрицательная часть входного сигнала. В отличие от выпрямителя, усилитель класса В не только воспроизводит половину входного сигнала, но и усиливает его.Усилители класса B в два раза эффективнее усилителей класса A, потому что усилительное устройство использует мощность только для половины входного сигнала.

Класс C

В режимах класса C ток транзистора составляет менее 50% входного сигнала. [Рис. 12-241]Рис. 12-241. Упрощенная схема усилителя класса C.

Этот класс операций является наиболее эффективным. Поскольку транзистор не проводит ток, за исключением небольшой части входного сигнала, это самый эффективный класс усилителей.Искажения усилителя класса C больше (плохая точность), чем усилители классов A, AB и B, потому что небольшая часть входного сигнала воспроизводится на выходе. Усилители класса C используются, когда выходной сигнал используется только в течение небольших промежутков времени.

Методы связи

Связь используется для передачи сигнала с одного каскада усилителя на другой каскад. Независимо от того, является ли усилитель одноступенчатым или представляет собой серию каскадов, должен существовать метод для входа и выхода сигнала из схемы.Связь – это процесс передачи энергии между цепями. Существует несколько способов осуществления такого переноса, и подробное обсуждение этих методов выходит за рамки данного текста. Однако ниже перечислены четыре метода с кратким описанием их работы.

Прямая связь

Прямая связь – это прямое подключение выхода одной ступени к входу следующей ступени. Прямая связь обеспечивает хорошую частотную характеристику, поскольку не используются частотно-чувствительные компоненты, такие как конденсаторы и катушки индуктивности.Тем не менее, этот метод используется не очень часто из-за сложных требований к источнику питания и проблем согласования импедансов.

Резистивно-емкостная связь

Резистивно-емкостная связь является наиболее распространенным методом связи и использует конденсатор связи и резисторы формирования сигнала. [Рис. 12-242] В этой схеме резистор R1 действует как нагрузочный резистор для транзистора Q1 и формирует выходной сигнал для этого каскада. Конденсатор C1 блокирует сигнал смещения постоянного тока и пропускает выходной сигнал переменного тока. Затем R2 становится нагрузкой, через которую проходит сигнал переменного тока, который вырабатывается как входной сигнал базы Q2.Такое расположение позволяет блокировать напряжение смещения каждого каскада, в то время как сигнал переменного тока передается на следующий каскад.

Рисунок 12-242. Упрощенная RC-цепь связи.

Импедансная связь

Импедансная связь использует катушку в качестве нагрузки для первой ступени, но в остальном работает как резистивно-емкостная связь. [Рис. 12-243]Рис. 12-243. Упрощенная схема связи импеданса.

Этот метод аналогичен методу соединения RC. Разница в том, что R1 заменен катушкой индуктивности L1 в качестве выходной нагрузки.Величина сигнала, развиваемого на выходной нагрузке, зависит от индуктивного сопротивления катушки. Чтобы индуктивное сопротивление было высоким, индуктивность должна быть большой; частота должна быть высокой или и той, и другой. Поэтому нагрузочные катушки индуктивности должны иметь относительно большую индуктивность и наиболее эффективны на высоких частотах.

Трансформаторная связь

Трансформаторная связь использует трансформатор для передачи сигнала от одного каскада к другому. [Рис. 12-244]Рис. 12-244.Упрощенная схема трансформаторной связи.

Действие трансформатора T1 связывает сигнал с первого каскада на второй каскад. Первичная обмотка T1 действует как нагрузка для выхода первой ступени, а вторичная обмотка действует как формирующий импеданс для второй ступени Q2. Трансформаторная связь очень эффективна, и трансформатор может помочь в согласовании импеданса.

Обратная связь

Обратная связь возникает, когда небольшая часть выходного сигнала возвращается к входному сигналу усилителя.В усилителях есть два типа обратной связи:

1. Положительная (регенеративная)
2. Отрицательная (дегенеративная)

сигнал.

Когда обратная связь положительная, сигнал, возвращаемый на вход, находится в фазе с входным сигналом и, таким образом, создает конструктивную интерференцию. Рисунок 12-245 иллюстрирует применение этой концепции в схеме усилителя с помощью блок-схемы.Обратите внимание, что сигнал обратной связи находится в фазе с входным сигналом, который восстанавливает входной сигнал. Это приводит к выходному сигналу с большей амплитудой, чем он был бы без конструктивной положительной обратной связи. Именно этот тип положительной обратной связи заставляет аудиосистему визжать.

Рисунок 12-245. Обратная связь.

На рис. 12-245 также показана блок-схема возникновения отрицательной или дегенеративной обратной связи. В этом случае сигнал обратной связи не совпадает по фазе с входным сигналом.Это вызывает деструктивные помехи и ухудшает входной сигнал. В результате выходной сигнал имеет меньшую амплитуду, чем был бы без обратной связи.

Операционные усилители (ОУ)

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для использования с другими компонентами схемы и выполняет либо вычислительные функции, либо фильтрацию. [Рис. 12-246] Операционные усилители обычно представляют собой усилители с высоким коэффициентом усиления, в которых степень усиления определяется величиной обратной связи.

Рис. 12-246.Схематическое обозначение операционного усилителя.

Операционные усилители изначально были разработаны для аналоговых компьютеров и использовались для выполнения математических функций. Сегодня многие устройства используют операционный усилитель для усилителей постоянного тока, усилителей переменного тока, компараторов, генераторов и схем фильтров. Широкое использование связано с тем, что ОУ — это универсальное устройство, маленькое и недорогое. Встроенный в интегральную микросхему операционный усилитель используется в качестве основного строительного блока более крупных схем.

Операционный усилитель имеет два входа, инвертирующий (-) и неинвертирующий (+), и один выход. Полярность сигнала, подаваемого на инвертирующий вход (-), на выходе меняется на противоположную. Сигнал, подаваемый на неинвертирующий (+) вход, сохраняет свою полярность на выходе.