Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Выходные каскады усилителей Назначение выходных каскадов. Выходной каскад предназначен для отдачи в нагрузку заданной мощности сигнала при высоком кпд и минимальном уровне нелинейных и частотных искажений. Основными эксплуатационными показателями выходного каскада являются отдаваемая в нагрузку полезная мощность и кпд, качест­венными — уровень нелинейных искажений и полоса пропускания. Нелинейные искажения и кпд каскада зависят от выбора рабочей точки транзистора (электронной лампы). При большой величине сигнала нелинейные искажения в выходных каскадах на транзи­сторах возникают из-за нелинейности входных и выходных характе­ристик. При жестких требованиях к уровню нелинейных искаже­ний выходной каскад используют в режиме А, для получения высо­кого кпд — в режимах АВ и В.

Способы подключения нагрузки. По способу подключения нагруз­ки различают выходные каскады

  • с непосредственным включением нагрузки
  • резисторные
  • трансформаторные
  • дроссельные.

При непосредственном включении нагрузки в выходную цепь усилительного элемента без выходного устройства уп­рощается схема усилителя, отсутствуют дополнительные потери, а также нелинейные и частотные искажения, которые вносятся вы­ходным устройством. Недостатками непосредственного включения нагрузки являются прохождение через нагрузку постоянной состав­ляющей тока питания и невысокий кпд схемы (около 20 % в тран­зисторах и 10:% в ламповых схемах усиления).

В резисторных выходных каскадах нагрузка включа в выходную цепь через резисторно-емкостное — выходное уст­ройство. Ток питания через нагрузку не проходит, в схеме отсутству­ют дорогие громоздкие детали; обеспечивается пропускание широ­кой полосы рабочих частот. При включении нагрузки через RС-эле-менты кпд схемы мал (порядка 5 — 6 % на транзисторах и еще меньше в ламповых каскадах), поэтому такое включение целесооб­разно лишь при небольшой выходной мощности.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Трансформаторные и дроссельные выходные каскады позволяю т получить в нагрузке наибольшую неискаженную мощ­ность. При трансформаторном подключении нагрузки постоянная составляющая выходного тока не проходит через сопротивление на­грузки, поэтому .уменьшается расход потребляемой мощности пи­тания и повышается кпд. Трансформаторный каскад может обес­печить относительно высокий кпд при различных нагрузках.

Схемы выходных каскадов. Выходные каскады могут быть

  • однотактными
  • двухтактными.

Однотактные каскады используются при относительна малых выходных мощностях, двухтактные — при больших. В однотактных схемах транзисторы работают в режиме А, в двухтактных — в режимах А, АВ или В. Наиболее экономичной является двухтактная схема выходного каскада, работающая в ре­жиме В.

В зависимости от требований к отдаваемой мощности и уровню нелинейных искажений-транзисторы в выходных каскадах могут работать с ОЭ или ОБ. Электронные лампы в выходных каскадах обычно включают с общим катодом, что позволяет осуществить возбуждение сигналов с малой амплитудой. Схема с ОЭ обеспечи­вает наибольшее усиление по мощности, однако в ней возрастают нелинейные искажения, а также неэкономичны по потреблению энергии цепи стабилизации режима. В схеме с ОБ транзисторы мо­гут работать с большим напряжением на коллекторе и иметь срав­нительно линейную переходную характеристику. Схема с ОБ поз­воляет получить меньший коэффициент нелинейных искажений и стабильный режим работы каскада при изменениях температуры, напряжения питания и замене транзистора. В схеме с ОБ велик входной ток сигнала, что требует отдачи большей мощности пред­варительным каскадам и заставляет выполнять их с транформаторным выходом.

Однотактные выходные каскады. Схемы однотактных выходных каскадов с трансформаторным включением нагрузки с ОЭ и ОБ  могут быть использованы лишь в режиме А. Для уменьшения коллекторного тока, вызванного изменениями режима, в схемы введены элементы Rэ, Сэ эмиттерной стабилизации.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики В схеме с ОБ  сопротивлением эмиттерной стабилизации является активное сопротивление вторичной обмотки трансформа­тора Tpl; если его недостаточно, в цепь эмиттера дополнительно включают резистор Rэ и шунтируют по переменному току конден­сатором Сэ.

Обычно оптимальное сопротивление нагрузки выходной цепи для транзисторов составляет десятки — сотни омов, для электрон­ных ламп — единицы килоомов, а сопротивление внешней нагрузки усилителя — единицы — десятки омов (например, сопротивление звуковой катушки головки динамического громкоговорителя 3 — 10 Ом). Непосредственное включение низкоомного сопротивления нагрузки в выходную цепь усилительного элемента вызовет умень­шение мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, а также рост нелинейных искажений. Трансформаторное включение нагрузки обеспечивает согласование фактической нагрузки усилителя с оп­тимальной нагрузкой выходной цепи усилительного элемента.

Однотактные выходные каскады имеют малый кпд. Использова­ние в схеме более мощных транзисторов позволяет повышать от­даваемую неискаженную мощность. Однако кпд при этом не по­вышается, а наличие большого подмагничивающего тока в первич­ной обмотке трансформатора снижает индуктивность и тем самым ухудшает передачу низших частот. Лучшие показатели можно по­лучить от выходного каскада, выполненного по двухтактной схеме.

Двухтактные выходные каскады. Двухтактные трансформатор­ные усилители (ДТУ) позволяют получить большую выходную мощность полезного сигнала. Выходная мощность каскада опреде­ляется типом усилительных приборов и режимом их работы; кпд зависит только от режима работы.

Схема ДТУ состоит из двух идентичных однотактных усилите­лей (плеч) на транзисторах или электронных лампах» работающих на общую нагрузку. Плечи электрически симметричны (имеют одинаковые параметры усилительных элемен­тов и режимы их питания).

При подаче на входной трансформатор ТрГ усилителя пере­менного синусоидального напряжения снимают с его вторичных полуобмоток равные, но противофазные (сдвинуты на 180°) напряжения UBX1 и UBX2 которые действуют .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики в Каждом плече между базой и эмиттером транзисторов VI и V2. Токи iK1 и iк2 в коллекторной цепи каждого транзистора в схеме с ОЭ противоположны по фазе управляющим напряжениям на базе (см. рис. 88, а, б), поэтому сдвиг фаз между токами iк1 и шK2 соста­вит также 180°

Через первичную обмотку выходного трансформатора Тр2 кол­лекторные токи транзисторов VI и V2 проходят в противоположи ных направлениях, поэтому магнит­ные потоки, создаваемые ими в сер­дечнике трансформатора, будут иметь результирующий сдвиг по фазе 360° (на 180° они сдвинуты за счет сдвига напряжений на базах и еще на 180° из-за прохождения токов iK1 и t*K2 в противоположных направле­ниях). Переменный магнитный поток в сердечнике и ток вторичной обмот­ки Тр2 (ток нагрузки) пропорцио­нальны разности токов: Ф=KПр(iк1 — ikz) = Дпр(Iок1+Iк1т Sin wt —> Iок2 +Iк2т sin wt), где Kпр — коэффици­ент пропорциональности. При идентичности плеч постоян­ные составляющие коллекторного то­ка равны Iок1=Iок2. Эти токи прохо­дят по первичной обмотке выходного трансформатора Тр2 в противополож­ных направлениях, поэтому намагни­чивающие силы этих токов взаимно компенсируются вследствие чего вы­ходной трансформатор работает без постоянного подмагничивания.

Поскольку Iк1т=Iк2т=Iкт, переменный магнитный поток Ф= Кпр(1к1т Sin wt + Iк2т sin wt) = 2KПрIкт sin wt.

Во вторичной обмотке выходного трансформатора под действи­ем этого потока будет индуктироваться эдс, пропорциональная удвоенной амплитуде переменного коллекторного тока. В резуль­тате мощность, отдаваемая двухтактным усилителем, будет вдвое больше мощности, отдаваемой транзистором каждого плеча каскада.

В Двухтактной схеме Компенсируются четные гармоники усили­ваемого тока. Гармоники совпадают по фазе, но проходят в-проти­воположных направлениях по полуобмоткам трансформатора Тр2$ вследствие чего компенсируются их магнитные потоки и уменьша­ются нелинейные искажения усилителя. Уровень нелинейных иска­жений возрастает при несимметрии схемы (неидентичности пара­метров транзисторов или ламп в плечах схемы).Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Двухтактные выходные каскады допускают использование ре­жимов А, АВ и В. Наиболее часто они работают в режиме В, при котором рабочая точка выбирается в области отсечки коллекторного токаВ исходном состоянии в этом режиме тран­зисторы закрыты. При подаче даже слабого сигнала один из тран­зисторов открывается. Смена состояний транзисторов будет проис­ходить через половину периода усиливаемых колебаний.

Графики физических процессов в ДТУ, работающем в режиме В, Для более эффективного использования транзисторов выбирают напряжения UKm=EK, Iкт=Iк.макс, т. е. на­пряжение питания и амплитуду выходного тока ограничивают зна­чениями Eк<Uк.макс; Iкт+Iк.мин<Iк.макс. Поскольку плечи работают поочередно, каждое плечо отдает мощность Р’ = Р» = Pн/2n. Мощность, отдаваемая всем каскадом, Р=Рн/nтр=0,5 IктUкт,

где Iкт = Iк.макс — Iк.мин; Uкт = Eк — (Uк.мин+АEк). Мощность, потребляемая от источника питания обоими тран­зисторами Ро = 2Eк(Iк.ср + Iк.мин), где 1«.ср = 1кт1п — постоянная составляющая полусинусоидального импульса выходного тока с ам­плитудой Iкт. Электрический кпд каскада (без учета потерь в трансформа­торе) здесь Uкт/Eк=Е — коэффициент использования коллекторного ис­точника. При Iкт>пIк.мин кпд nв~пз/4; при полном использовании коллекторного источника (з=1) кпд nв=nмакс=п/4=0,786, т.; е. 78,6%. Мощность, выделяемая на коллекторах обоих транзисторов, 2РК=Р0 — P=PI(nв — Р)=Р(1 — nв)/nв. Чтобы избежать перегрузки транзисторов, мощность, отдаваемая нагрузке двухтактным выход­ным каскадом в режиме В, Рк.макс> (0,25-0,3) РН/nТР. При большом уровне входного сигнала транзисторы большую часть полуперио­да работают в режиме насыщения с верхней отсечкой коллекторного тока, форма выходного сигнала приближается к прямоугольной.

При этом кпд может достигать 90 — 95 %, а мощность в нагрузке в 10 — 20 раз превышает мощность рассеивания на коллекторе. К преимуществам двухтактных схем относят: уменьшение не­линейных искажений по сравнению с однотактными схемами при одинаковой полезной мощности; отсутствие подмагничивания сер­дечника выходного трансформатора, что облегчает его конструкцию; меньшую чувствительность к пульсациям питающего напряжения, фону вследствие компенсации магнитных потоков, возбуждаемых противофазными коллекторными токами; снижение влияния на каскады предварительного усиления через источники питания из-за компенсации токов сигнала в питающих проводах, что позволяет упростить развязывающие фильтры.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Бестрансформаторные выходные каскады. Эти каскады выпол­няются на транзисторах с одинаковыми параметрами, но с различ­ным типом проводимости (со структурами р-n-р и n-р-n. При этом отпадает потребность во входном трансформаторе, ин­вертирующем сигнал на входе каскада. В такой схеме из-за различ­ной проводимости транзисторы будут работать поочередно при по­даче на вход переменного напряжения от обычного .усилительного каскада. Небольшое напряжение питания позволяет исключить и выходной трансформатор.

Бестрансформаторные каскады просты в исполнении, высоко­стабильны, малогабаритны, однако имеют меньший коэффициент |усиления по мощности, значительные нелинейные искажения, потреб­ляют большую мощность предоконечных каскадов. Нелинейные ис­кажения можно скомпенсировать введением более глубокой ООС.

Схемы бестрансформаторных выходных каскадов на составных транзисторах с различным типом проводимости обеспе­чивают более высокую чувствительность (за счет большего усиления по мощности) и меньшие нелинейные искажения.

Выходной каскад усилителя мощности — AudioKiller’s site

Статья опубликована в журнале Радио №12 за 2018 год.

В «классической» литературе по конструированию усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) схемотехнике выходного каскада уделяется большое внимание. Однако там рассматривается главным образом структура каскада и использование как комплементарных транзисторов, так и транзисторов одинаковой проводимости, а вот проблема влияния количества транзисторов на работу каскада вообще не ставится. Но количество транзисторов в выходном каскаде и способы их соединения весьма важны для конструирования высококачественных устройств. Попробуем восполнить этот пробел.

Структурная схема УМЗЧ по наиболее распространенной топологии Лина (Lin H. M.) показана на рисунке 1.

Рис. 1. Структура усилителя

Усилитель имеет трехкаскадную структуру. Первый каскад – дифференциальный (ДК). Он работает как преобразователь напряжения в ток (ИТУН – источник тока, управляемый напряжением), кроме того, он является воспринимающим узлом отрицательной обратной связи (ООС): из входного сигнала, поступающего на базу транзистора VT1, вычитается сигнал ООС, поступающий с выхода усилителя на базу транзистора VT2 через делитель напряжения R4, R3.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Второй каскад усилителя на транзисторе VT3 осуществляет основное усиление по напряжению, поэтому он называется каскад усиления напряжения (КУН), или проще – усилитель напряжения. Этот каскад работает как преобразователь тока в напряжение (ИНУТ). Важной особенностью является высокое выходное сопротивление как самого каскада, так и его нагрузки, которое определяет не только коэффициент усиления каскада, но и его линейность.

На этом следует остановиться подробнее. Коэффициент преобразования каскада на транзисторе VT3 (зависимость выходного – коллекторного – напряжения от входного тока базы) вычисляется по формуле:

Здесь ( R ВЫХ VT3 || R J2 || R ВХ ВК ) – это суммарное сопротивление параллельно соединенных элементов: выходного сопротивления самого транзистора КУН VT3, внутреннее сопротивление источника тока J2, нагружающего транзистор VT3, и входное сопротивление следующего каскада – выходного каскада усилителя на транзисторах VT4, VT5. Чтобы обеспечить требуемое высокое усиление КУН (десятки тысяч раз), все сопротивления, входящие в формулу (1) должны иметь значения в сотни килоом и больше. Важным фактом является то, что входное сопротивление выходного каскада не просто влияет на работу КУН, а определяет его свойства.

Последний, третий каскад усилителя – выходной каскад (ВК). Он выполнен по схеме повторителя напряжения, так как его функция – передача напряжения с выхода КУН в нагрузку (ИНУН). При этом каскад должен иметь высокое входное и низкое выходное сопротивления, а также быть способным отдавать в нагрузку значительный по величине ток. Вот этот каскад нас и будет интересовать в плане его оптимальной конфигурации для наилучшей работы как самого по себе, так и во взаимодействии с предыдущим каскадом (КУН).

Взаимодействие с КУН проявляется двумя факторами. Во-первых, ток в базы транзисторов выходного каскада поступает с коллектора транзистора КУН, который этот ток должен обеспечить. Во-вторых, величина входного сопротивления ВК влияет на коэффициент преобразования КУН (в дальнейшем для простоты будем называть этот параметр коэффициентом усиления).Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики В нашем случае важно, что нелинейность входного сопротивления ВК, которая характерна для биполярных транзисторов, будет транслироваться в коэффициент усиления КУН и сделает этот каскад также нелинейным. В результате искажения, вносимые в сигнал каскадом усиления напряжения, заметно возрастут.

Обычно главным требованием, предъявляемым к выходному каскаду, является достаточно высокий коэффициент передачи тока. Это важно вот по какой причине. Выходной ток усилителя Iвых (он же является выходным током ВК) может достигать больших значений. Например, выходной мощности 200 Вт на нагрузке 4 ома соответствует выходной ток десять ампер. Входной ток ВК – это ток базы транзисторов VT4, VT5 вычисляется по формуле:

И этот ток базы потребляется из коллекторной цепи предыдущего каскада – КУН, который должен обеспечить требуемое значение тока. То есть ток покоя КУН должен быть заведомо больше максимально возможного тока базы ВК, иначе в выходном каскаде возникнет токовое голодание и произойдет ограничение выходного сигнала. Так что с точки зрения выходного каскада ток покоя КУН должен быть достаточно большим. Учитывая, что коэффициент передачи тока h31э мощных транзисторов невелик, и заметно снижается при больших токах, то требуемый ток покоя транзистора КУН для одной пары выходных транзисторов, как на рис.1, оказывается слишком большим. Принимая максимальный выходной ток Iвых равным десяти амперам, и учитывая коэффициент передачи тока современных мощных транзисторов ВК в схеме на рис. 1 равным при таком токе 20…50, получаем ток покоя VT3 лежащим в пределах 0,2…0,5 ампер. Это нереально ни с точки зрения тепловых процессов, ни с точки зрения нормальной работы усилителя. Кроме того, входное сопротивление ВК, определяемое по формуле:

и являющееся сопротивлением нагрузки КУН, оказывается слишком низким: при сопротивлении нагрузки 4 ома получается Rвх ВК = 80…200 ом.

Проблема решается применением составного эмиттерного повторителя в ВК. То есть сам выходной каскад УМЗЧ становится многокаскадным, а название «выходной каскад» относится в этом случае не к конкретному усилительному каскаду на том или ином транзисторе, а к определенному структурному звену усилителя.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики У составного эмиттерного повторителя общий коэффициент передачи тока h31э намного больше, чем у одиночного транзистора – он является произведением коэффициентов передачи каждого из транзисторов. При этом следует учитывать, что и при малых, и при больших токах коллектора величина h31э каждого из транзисторов сильно снижается, поэтому общий коэффициент передачи тока получается заметно меньше, чем хотелось бы.

Наиболее популярными являются схемы выходного каскада, использующие составные транзисторы Дарлингтона и двухкаскадного эмиттерного повторителя, рисунок 2 а, б. Именно двухкаскадная схема выходного повторителя описана в литературе и применяется наиболее широко. Гораздо реже используется трехкаскадная схема, рис. 2в. Такая схема применялась в конце ХХ века с мощными транзисторами предыдущего поколения, которые имели довольно низкий собственный коэффициент передачи тока h31э, поэтому приходилось использовать три транзистора для получения приемлемого усиления по току и входного сопротивления.

Рис. 2. Варианты выходного каскада усилителя.

Давайте рассмотрим работу каждой из схем, представленных на рисунке 2, и сравним их свойства. В данном случае нас интересуют влияние выходного каскада на предыдущий каскад – КУН, которое проявляется в потреблении от него тока баз транзисторов ВК, а также величине и линейности входного сопротивления ВК, влияющих на коэффициент усиления КУН и вносимые им искажения. Исследование будем проводить на модели (программа Multisim ). Как известно, симуляторы не идеально моделируют работу транзисторов и иногда имеют довольно большую погрешность, особенно в «тонких» аспектах их работы. Однако в данном случае погрешность будет мала, так как задействованы более точные низкочастотные модели транзисторов, в которых используются в основном входные характеристики и зависимости коэффициента передачи от тока коллектора, а эти свойства транзисторов как раз довольно хорошо моделируются современными симуляторами. Для моделирования использовались схемы, показанные на рисунке 2.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Для начала рассмотрим величину общего коэффициента передачи тока, получившегося у выходного каскада каждой структуры, рисунок 3. Из рисунка хорошо видно, что коэффициент передачи тока очень сильно зависит от выходного тока. И если снижением значения h31 при малых токах можно пренебречь (так как и выходной ток в числителе формулы (2) становится маленьким), то при больших токах снижение коэффициента передачи весьма неприятно. Коэффициенты передачи тока в ВК на составных транзисторах Дарлингтона и двухкаскадном довольно близки, при больших токах они становятся практически равными, и их величина составляет примерно 20000 раз. Этого явно недостаточно, поскольку по формулам (2) и (3) получаем: Iб=0,5 мА; Rвх ВК = 80 кОм. То есть входной ток ВК будет составлять порядка десяти процентов от тока покоя ВК, что заметно повлияет на работу последнего. А входное сопротивление ВК будет самым минимальным из тех сопротивлений, которые входят в формулу (1), следовательно, его влияние на коэффициент усиления КУН наибольшее и нелинейность входного сопротивления ВК заметно увеличит нелинейность КУН.

Рис. 3. Коэффициент передачи выходного каскада усилителя.

С трехкаскадной схемой дело обстоит намного лучше. Поскольку его коэффициент передачи при токе десять ампер равен 225000 раз, то Iб ~ 50 мкА; Rвх ВК=900 кОм. Ток баз транзисторов ВК достаточно мал, чтобы не влиять на режим работы транзистора КУН, а входное сопротивление ВК намного больше остальных сопротивлений, входящих в формулу (1), и его влиянием можно пренебречь. По этой причине нелинейность входного сопротивления ВК практически не скажется на работе КУН. Таким образом, трехкаскадный ВК выглядит более предпочтительным.

Однако приведенные выше рассуждения могут оказаться довольно приблизительными. Тем более что в двухкаскадном ВК ток базы транзисторов VT1, VT2 (рис. 2б) определяется не только током, отдаваемым в базы транзисторов VT3, VT4, но и их собственным током покоя. Использование симулятора позволяет определить величины токов и искажений транзисторов непосредственно.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Токи баз транзисторов ВК (суммарный входной ток ВК) при синусоидальном входном сигнале для всех типов схем приведены на рисунке 4. Там же показан и график напряжения на входе ВК, чтобы сделать нагляднее нелинейность входного тока.

Рис. 4. Форма сигнала выходного каскада усилителя.

Графики на рисунке 4 подтверждают сделанные ранее предположения. Двойная амплитуда (пик-пик) входного тока ВК по схеме Дарлингтона и двухкаскадного примерно составляет один миллиампер. Также хорошо видна нелинейность этого тока, проявляющаяся в отличие графика тока от синусоидального графика напряжения. Графики тока несимметричны относительно оси времени и имеют заметную разницу амплитуд для положительной и отрицательной полуволн. Это означает наличие второй, а возможно и других четных гармоник значительной величины. Сами полуволны тока значительно более узкие, чем полуволны синусоиды входного напряжения. Это говорит о наличии значительных нечетных гармоник в спектре. Кроме того, форма тока аналогична форме сигнала при значительных искажениях типа «ступенька», несмотря на довольно большую величину тока покоя выходных транзисторов, равную примерно 200 миллиампер, что также указывает о значительные нелинейные искажения. Искажения типа «ступенька» проявляются несмотря на то, что параметры всех схем подобраны таким образом, чтобы в режиме класса АВ работали только выходные транзисторы ( VT3, VT4 на рис. 2б и VT5, VT6 на рис. 2в). На самом деле это не классические искажения «ступенька», возникающие при работе в режиме класса В, но похожие на них, поэтому для краткости я их буду так называть. Остальные транзисторы схемы в режим отсечки коллекторного тока не входят (т.е. работают в классе А). Это не относится к составным транзисторам Дарлингтона, у которых выходной транзистор открывается и закрывается вместе со своими внутренними элементами. На вид нелинейность двухкаскадного ВК несколько выше, чем у схемы Дарлингтона. Входной ток трехтранзисторной схемы ВК намного меньше, чем у остальных схем, и на первый взгляд более линеен.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

О поведении ВК, содержащего три пары транзисторов судить по рисунку 4 сложно – уж очень мала амплитуда входного тока этого каскада. Поэтому тот же график показан на рисунке 5, но у него масштаб по оси тока в десять раз выше. Поведение трехкаскадного ВК также согласуется с приведенными выше рассуждениями. Амплитуда тока в этой схеме в десять раз меньше, чем у ВК с двумя парами транзисторов, а линейность заметно выше – график тока практически совпадает с синусоидой входного напряжения, и «ступенька» практически отсутствует. Следовательно, выходной каскад с тремя парами транзисторов действительно практически не влияет на работу КУН, не снижает его усиления и не повышает его нелинейность.

Рис. 5. Форма сигнала выходного каскада усилителя (растянуто).

В заключение давайте рассмотрим непосредственно нелинейные искажения, вносимые выходными каскадами разных типов. Выходной каскад – источник наибольших искажений, поэтому проблема их снижения является важной. Я твердо убежден, что даже при использовании глубокой общей отрицательной обратной связи (ООС), линеаризующей усилитель, необходимо добиваться максимальной линейности изначального усилителя при разомкнутой петле ООС. Прежде чем рассматривать нелинейные искажения, вносимые каждым из выходных каскадов, необходимо вспомнить, что входной сигнал на ВК поступает с выхода КУН, который является высокоомным. Поэтому на рисунке 6 показан коэффициент гармоник каждого из выходных каскадов при различном сопротивлении источника сигнала. Если источник сигнала является источником напряжения, и его внутреннее сопротивление близко к нулю, то искажения трехкаскадного ВК максимальны – сказывается три нелинейных входных характеристики на пути сигнала. Однако при повышении выходного сопротивления источника сигнала искажения выходного каскада начинают определяться нелинейностью его входного тока, и трехкаскадная схема демонстрирует почти вдесятеро лучшую линейность, по сравнению с двумя другими. Именно в таком режиме и работает реальный ВК.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

Рис. 6. Искажения выходного каскада усилителя.

Рисунок 6 показывает искажения непосредственно ВК, но на самом деле влияние выходного каскада на сигнал усилителя является комплексным – он влияет также на режим работы КУН (отбирая у него ток), а значит и на линейность последнего; влияет на усиление и линейность КУН через входное сопротивление ВК, а также имеет собственную нелинейность. Поэтому необходимо оценить также и влияние схемотехники выходного каскада на усилитель в целом. Искажения усилителя в целом при использовании выходных каскадов различных типов показаны на рисунке 7. На рисунке изображены графики зависимости коэффициента гармоник УМЗЧ без общей ООС (чтобы ООС не снижала искажения и не нивелировала различия в типах ВК) от типа выходного каскада на разных частотах. Необходимость учета частоты вызвана тем, что каскад усиления напряжения охвачен местной частотнозависимой ООС (через конденсатор С на рис. 1), которая с ростом частоты снижает его выходное сопротивление. А величина выходного сопротивления КУН сказывается на величине искажений ВК. На низких и средних частотах нелинейные искажения усилителя с выходным каскадом, содержащим три пары транзисторов, почти в десять раз ниже, чем в традиционной двухтранзисторной схеме. На высоких частотах – ниже в полтора-два раза.

Рис. 7. Влияние типа выходного каскада на искажения усилителя в целом.

Выводы

1. Усилители, оснащенные выходным каскадом различных типов, имеет значительно различающиеся величины нелинейных искажений. Наименьшими искажениями обладает усилитель с выходным каскадом на трех парах транзисторов (рис. 2в). Это подтверждается как исследованием свойств каскадов и особенностей их работы, так и непосредственными измерениями. В настоящее время такой выходной каскад употребляется большей частью в усилителях без общей ООС, как раз из-за его высокой линейности.

2. Наихудшей в плане линейности является схема ВК с двумя парами транзисторов (рис. 2б). Схема, содержащая составные транзисторы Дарлингтона, имеет несколько более высокую линейность.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Обратите внимание, что разница между этими каскадами маленькая. А параметры выходных транзисторов разных типов сильно различаются, так что может быть с какими-то транзисторами двухкаскадная схема окажется лучше, чем транзисторы Дарлингтона. Да и симулятор вносит некоторую погрешность в результат, вот только неизвестно, в чью пользу. Так что утверждать наверняка о том, что схема Дарлингтона всегда имеет преимущество перед двухкаскадной, я бы не стал.

3. Соотношения линейностей разных типов выходных каскадов «лучший-средний-худший» сохраняются для всех сторон работы как ВК отдельно, так и совместно с остальными каскадами усилителя. Следовательно, эти свойства закономерны и являются следствиями различий в схемотехнике выходных каскадов, независимо от типов применяемых транзисторов и режимов их работы.

Рекомендации

1. При охвате усилителя глубокой общей ООС, его искажения заметно снижаются. Поэтому разница в применении выходных каскадов различных типов будет мала. Тем более что на средних и особенно низких частотах, где различие линейных свойств ВК наибольшее, глубина ООС максимальна, и в наибольшей степени сглаживает различия в типах ВК. Таким образом, в бюджетных решениях с глубокой общей ООС можно рекомендовать схему на рисунке 2б, как наиболее простую и дешевую. Скорее всего, наиболее широкое применение этой схемы вызвано именно экономическими причинами (она применяется и в дорогих Hi-End усилитлелях — несмотря на заявления производителей о их бесконечной заботе о звуке, на самом деле они заботятся о прибылях, и экономят на всем, в том числе и на транзисторах ВК).

2. Выходной каскад на составных транзисторах Дарлингтона (рис. 2а) обладает чуть лучшей линейностью, чем схема с двумя парами транзисторов. Но при работе в режиме класса АВ в таком каскаде будут наибольшие проблемы, вызванные наличием неуправляемых токов транзистора из-а рассасывания неосновных носителей при его запирании. Это вызывает появление так называемых коммутационных искажений, которые в наибольшей степени проявляются именно в составных транзисторах Дарлингтона.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики В моем моделировании коммутационные искажения не учитывались. Так что такая схема может быть рекомендована лишь для супербюджетных или очень малогабаритных конструкций.

3. Наилучшей линейностью, заметно превосходящей конкурентов, обладает схема выходного каскада с тремя парами транзисторов (рис. 2в). Именно ее необходимо использовать для построения действительно высококачественных УМЗЧ. Тем более что она не намного сложнее других схем – дополнительно появляются всего два маломощных транзистора и один резистор, так что ее соотношение цена/качество этой схемы заметно лучше, чем у остальных. Тот факт, что глубокая общая ООС нивелирует разницу в работе выходных каскадов не следует принимать во внимание при разработке высококачественной звукотехники, поскольку здесь возникает ряд «тонких моментов», и наилучшей ситуацией является такая, когда исходный усилитель максимально линеен еще до охвата его цепью ООС . Именно игнорирование этого принципа приводит к тому, что субъективные оценки звучания усилителя получаются низкими и делаются заявления о «вреде» общей ООС.

19.04.2019

Total Page Visits: 1496 — Today Page Visits: 7

Схемотехника выходных каскадов усилителей мощности.

СХЕМОТЕХНИКА ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Выходные каскады на базе »
двоек »

    В качестве источника сигнала будем использовать
генератор переменного тока с перестраиваемым выходным сопротивлением
( от 100 Ом до 10,1 кОм ) с шагом 2 кОм ( рис . 3 ). Таким
образом, при испытаниях ВК при максимальном выходном сопротивлении генератора (10,1 кОм ) мы в какой — то степени приблизим
режим работы испытуемых ВК к схеме с разомкнутой ООС , а в
другом (100 Ом ) — к схеме с замкнутой ООС .

    Основные типы составных биполярных
транзисторов ( БТ ) показаны на рис .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики 4. Наиболее часто в
ВК используется со ставной транзистор Дарлингтона ( рис
. 4 а ) на базе двух транзисторов одной проводимости (» двойка
» Дарлингтона ), реже — составной транзистор Шиклаи ( рис
. 4б ) из двух транзисторов разной проводимости с токовой
отрицательной ОС , и еще реже — составной транзистор Брайстона
( Bryston , рис . 4 в ).
    » Алмазный » транзистор — разновидность
составного транзистора Шиклаи — показан на рис . 4 г . В
отличие от транзистора Шиклаи , в этом транзисторе благодаря » токовому зеркалу » ток коллекторов обоих транзисторов VT 2 и VT 3 практически одинаков . Иногда транзистор Шиклаи
используют с коэффициентом передачи больше 1 ( рис . 4 д
). В этом случае K П =1+ R 2/ R 1. Аналогичные схемы можно
получить и на полевых транзисторах ( ПТ ).

    1.1. Выходные каскады на базе » двоек
«. » Двойка » — это двухтактный выходной каскад с транзисторами
, включенными по схеме Дарлингтона , Шиклаи или их комбинации
( квазикомлементарный каскад , Bryston и др .). Типовой
двухтактный выходной каскад на » двойке » Дарлингтона показан
на рис . 5. Если эмиттерные резисторы R3, R4 ( рис . 10)
входных транзисторов VT 1, VT 2 подключить к противоположным
шинам питания , то эти транзисторы будут работать без отсечки
тока , т . е . в режиме класса А .

    Посмотрим , что даст спаривание выходных
транзисторов для двойки » Дарлингт она ( рис . 13).

    На рис . 15 приведена схема ВК , использованная
в одном из професс и ональных усилителей .

    Менее популярна в ВК схема Шиклаи (
рис .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики 18) . На первых порах развития схемотехники транзисторных
УМЗЧ были популярны квазикомплементарные выходные каскады
, когда верхнее плечо выполнялось по схеме Дарлингтона ,
а нижнее — по схеме Шиклаи . Однако в первоначальной версии
входное сопротивление плеч ВК несимметрично , что приводит
к дополнительным искажениям . Модифицированный вариант такого ВК с диодом Баксандалла , в качестве которого использован
базо — эмиттерный переход транзистора VT 3, показан на рис
. 20.

    Кроме рассмотренных » двоек «, есть
модификация ВК Bryston , в которой входные транзисторы эмиттерным
током управляют транзисторами одной проводимости , а коллекторным током — транзисторами другой проводимости ( рис .
22). Аналогичный каскад может быть реализован и на полевых
транзисторах , например , Lateral MOSFET ( рис . 24) .

    Гибридный выходной каскад по схеме Шиклаи
с полевыми транзисторами в качестве выходных показан на
рис. 28 . Рассмотрим схему параллельного усилителя на полевых
транзисторах ( рис . 30).

    В качестве эффективного способа повышения
и стабилизации входного сопротивления » двойки » предлагается
использовать на ее входе буфер , например , эмиттерный повторитель
с генератором тока в цепи эмиттера ( рис . 32 ).

    Из рассмотренных » двоек » наихудшим
по девиации фазы и полосе пропускания оказался ВК Шиклаи .
Посмотрим , что может дать для такого каскада применение
буфера .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Если вместо одного буфера использовать два на транзисторах
разной проводимости , включенных параллельно ( рис . 35)
, то можно ожидать дальнейшего улучшения пара метров и повышения
входного сопротивления . Из всех рассмотренных двухкаскадных схем наилучшим образом по нелинейным искажениям показала
себя схема Шиклаи с полевыми транзисторами . Посмотрим , что
даст установка параллельного буфера на ее входе ( рис .
37 ).

    Параметры исследованных вы ходных каскадов
сведены в табл . 1 .

        Анализ таблицы
позволяет сделать следующие выводы :
    — любой ВК из » двоек » на БТ как нагрузка
УН плохо подходит для работы в УМЗЧ высокой верности ;
    — характеристики ВК с ПТ на вы ходе мало
зависят от сопротивления источника сигнала ;
    — буферный каскад на входе любой из
» двоек » на БТ повышает входное сопротивление , снижает индуктивную
составляющую выхода , расширяет полосу пропускания и делает
параметры независимыми от выходного сопротивления источника
сигнала ;
    — ВК Шиклаи с ПТ на выходе и параллельным
буфером на входе ( рис . 37 ) имеет самые высокие характеристики
( минимальные искажения , максимальную полосу пропускания
, нулевую девиацию фазы в звуковом диапазоне ).

Выходные каскады на базе »
троек »

    В высококачественных УМЗЧ чаще используются трехкаскадные
структуры : » тройки » Дарлингтона , Шиклаи с выходными
транзисторами Дарлинг тона , Шиклаи с выходными транзис торами
Bryston и другие комбинации .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Одним из самых популярных вы
ходных каскадов в настоящее вре мя является ВК на базе составно
го транзис тора Дарлингтона из трех транзисторов ( рис . 39).
На рис . 41 показан ВК с разветвлением каскадов : входные
повторители одновременно работают на два каскада , которые
, в свою очередь , также работают на два каскада каждый ,
а третья ступень включена на общий выход . В результате ,
на выходе такого ВК работают счетверенные транзисторы .

    Схема ВК , в которой в качестве выходных
транзисторов использованы составные транзисторы Дарлингтона
, изображена на рис . 43. Параметры ВК на рис .43 можно существенно
улучшить , если включить на его входе хорошо зарекомендовавший
себя с » двойками » параллельный буферный каскад ( рис .
44).

    Вариант ВК Шиклаи по схеме на рис .
4 г с применением составных транзисторов Bryston показан
на рис . 46 . На рис . 48 показан вариан т ВК на транзисторах
Шиклаи ( рис .4 д ) с коэффициентом передачи около 5, в котором
входные транзисторы работают в классе А ( цепи термоста билизации
не показаны ).

    На рис . 51 показан ВК по структуре
предыдущей схемы только с единичным коэффициентом передачи
. Обзор будет неполным , если не остановиться на схеме выходного
каскада с коррекцией нелинейности Хауксфорда ( Hawksford
), приведенной на рис . 53 . Транзисторы VT 5 и VT 6 — составные
транзисторы Дарлингтона .

    С целью устранения отмеченных выше
недостатков схемы рис.Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики 54 и упрощения схемы заменим входной
эмиттерный повторитель параллельным повторителем , а резисторы
R 1 ( рис . 53) разобьем на 2 резистора ( рис . 55). В точки
соединения резисторов ( R 5, R 8 и R 6, R 9) подключим генераторы
тока (9 мА ) н а транзисторах VT 1, VT 4. и получим схему
изображенную на рисунке .

    Заменим выходные транзисторы на полевые
транзисторы типа Lateral ( рис . 57

      По вышению надежности усилите
лей за счет исключения сквозных то ков , которые особенно
опасны при кли пировании высокочастотных сиг налов , способствуют
схемы антинасыщения выходных транзисторов . Варианты таких
решений показаны на рис . 58. Через верхние диоды происходит
сброс лишнего тока базы в коллектор транзистора при прибли
жении к напряжению насы щен ия . На пряжение насыщения мощных
транзисторов обычно находится в пределах 0,5…1,5 В ,
что примерно совпадает с падением напряжения на базо-эмиттерном
переходе . В первом варианте ( рис . 58 а ) за счет дополнительного диода в цепи базы напряжение эмитте р — коллектор
не доходит до напряжения насыщения пример но на 0,6 В ( падение
напряжения на диоде ). Вторая схема ( рис . 58б) требует подбора
резисторов R 1 и R 2. Нижние диоды в схемах предназначены
для быстрого выключения транзисторов при импульсных сигналах
. Аналогичные решения применяются и в силовых ключах .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики

    Часто для повышения качества в УМЗЧ
делают раздельное питание, повышенное , на 10…15 В для
входного каскада и усилителя на пряжения и пониженное для
вы ходного каскада . В этом случае во избежание выхода из
строя выходных транзисторов и снижения перегрузки предвыходных
необходимо использовать защитные диоды . Рассмотрим этот
вариант на примере модификации схемы на рис . 39. В случае
повышения входного напряжения выше на пряжения питания выходных транзисторов открываются дополнительные диоды VD 1,
VD 2 ( рис . 59 ), и лишний ток базы транзисторов VT 1, VT
2 сбрасывается на шины питания оконечных транзисторов .
При этом не допускается повышения входного на пряжения
выше уровней питания для выходной ступени ВК и снижается ток
коллектора транзисторов VT 1, VT 2.

Схемы смещения

    Ранее , с целью упрощения , вместо
схемы смещения в УМЗЧ использовался отдельный источник напряжения . Многие из рассмотренных схем , в частности , выходные
каскады с параллельным повторителем на входе , не нуждаются
в схемах смещения , что является их дополнительным достоинством
. Теперь рассмотрим типовые схе мы смещения , которые представлены на рис . 60 , 61 .

    Генераторы стабильного тока. В современных
УМЗЧ широко используется ряд типовых схем : диф ференциальный
каскад ( ДК ), отражатель тока (» токовое зеркало «), схема
сдвига уровня , каскод ( с последова тельным и параллельным
питанием , последний также называют » лома ным каскодом
«), генератор стабильного тока ( ГСТ ) и др . Их правильное
применение позволяет значительно повысить технические характеристики УМЗЧ .Выходной каскад мощности усилителя: Выходные каскады усилителей | Основы электроакустики Оценку параметров основных схем ГСТ ( рис.
62 — 6 6 ) сделаем с помощью моделирования . Будем исходить
из того , что ГСТ является нагрузкой УН и включенпараллельно
ВК . Исследуем его свойства с помощью методики , аналогичной
исследованиям ВК .

Отражатели тока

    Рассмотренные схемы ГСТ — , это вариант
динамической нагрузки для однотактного УН . В УМЗЧ с одним
дифференциальным каскадом ( ДК ) для организации встречной
динамической нагрузки в УН используют структуру » токового
зеркала » или , как его еще называют , » отражателя тока »
( ОТ ). Эта структура УМЗЧ была характерна для усилителей
Холтона , Хафлера и др . Основные схемы отражателей тока приведены
на рис . 67 . Они могут быть как с единичным коэффициентом
передачи ( точнее , близким к 1), так и с большим или меньшим
единицы ( масштабные отражатели тока ). В усилителе напряжения
ток ОТ находится в пределах 3…20 мА : Поэтому испытаем все
ОТ при токе , например , около 10 мА по схеме рис . 68.

    Результаты испытаний приве дены в табл
. 3 .

    В качестве примера реального усилителя
предлагается схема усилителя мощности S. BOCK , опубликованная
в журнале Радиомир, 201 1 , № 1, с. 5 — 7; № 2, с. 5 — 7 Radiotechnika
№№ 11, 12/06

    Целью автора было построение усилителя
мощности , пригодного как для озвучивания » пространства »
во время прадничных мероприятий , так и для дискотек . Конечно
, хотелось , чтобы он умещался в корпусе сравнительно небольших
габаритов и легко транспортировался . Еще одно требование
к нему — легкодоступность комплектующих . Стремясь достичь
качества Hi — Fi , я выбрал комплементарно — симметричную
схему выходного каскада . Максимальная выходная мощность усилителя
была задана на уровне 300 Вт ( на нагрузке 4 Ом ). При таком
мощности выходное напряжение составляет примерно 35 В . Следовательно
для УМЗЧ необходимо двухполярное питающее напряжение в пределах
2×60 В . Схема усилителя приведена на рис . 1 . УМЗЧ имеет
асимметричный вход . Входной каскад образуют два дифференциальных
усилителя .

А. ПЕТРОВ , Радиомир, 201 1 , №№ 4 — 12



Адрес администрации сайта: [email protected]

Выходные каскады транзисторных усилителей мощности



На заметку разработчику — Двухтактные и однотактные выходные каскады УМЗЧ
на биполярных и полевых транзисторах.



Выходные каскады транзисторных усилителей мощности могут быть реализованы в соответствии с несколькими схемотехническими решениями.
Давайте рассмотрим наиболее распространённые из них, а также порассуждаем об основных плюсах и минусах того или иного построения.

1. Выходные каскады на биполярных транзисторах.



Рис.1

Каскад ОЭ-ОК на 3-ёх транзисторах одной структуры (Рис.1, слева), по большому счёту, можно исключить из рассмотрения по причине
некоторой его архаичности.
Подобная схемотехника выходных каскадов УНЧ применялась достаточно широко, но давно, и имела
смысл лишь в условиях полного отсутствия либо дефицита мощных комплементарных транзисторов.

По своим характеристикам и свойствам данный тип выходных каскадов практически полностью аналогичен двухтранзисторному построению ОЭ-ОЭ
(Рис.1, 2-ой слева).

Одним из главных преимуществ перед выходным каскадом ОК-ОК является то, что конфигурация ОЭ-ОЭ обладает усилительными свойствами
не только по току, но и по напряжению, что снижает требования к предшествующим каскадам усиления и, как следствие, упрощает схемотехнику
УМЗЧ. Источники тока в базовых цепях задают коллекторный ток покоя транзисторов. При положительной полуволне входного сигнала
в усилении участвует нижний транзистор T2, который приоткрывается и тянет уровень выходного сигнала вниз (к минусу), а верхний транзистор
T1 наоборот подзапирается. При отрицательной полуволне сигнала поведение транзисторов обратное.

Легко заметить, что данный выходной каскад (ОЭ-ОЭ) является инвертирующим, а его коэффициент усиления как по току, так и по напряжению
определяется исключительно параметрами применяемых транзисторов и сопротивлением нагрузки.

Выходной каскад ОК-ОК (Рис.1, 3-ий слева) является неинвертирующим и осуществляет усиление сигнала только по току. Здесь
при положительной полуволне сигнала в усилении участвует, на этот раз, верхний транзистор T1, а транзистор T2 закрывается.
При отрицательной полуволне сигнала опять-таки — поведение транзисторов обратное.

Режимы работы усилительных элементов в перечисленных выше каскадах выбираются: A либо B, но чаще — AB.

Однотактный выходной каскад с трансформаторным включением нагрузки (Рис.1, справа) в современной транзисторном УНЧ-строении
применяется крайне редко. Поэтому — не будем тратить на него своё драгоценное время, а сразу перейдём к сравнительному анализу
двухтактных схем ОЭ-ОЭ и ОК-ОК.

А, учитывая то, что в последнее время биполярные транзисторы в НЧ усилителях также потеряли практическую актуальность и почти
полностью уступили свои позиции полевикам, то и рассматривать мы будем каскады, построенные на мощных комплементарных полевых
транзисторах.

1. Выходные каскады на полевых транзисторах.



Рис.2

На Рис.2 слева приведён каскад ОИ-ОИ (аналог выходного каскада ОЭ-ОЭ), посередине — ОС-ОС (аналог ОК-ОК), справа — однотактный
каскад ОИ с источником тока в цепи нагрузки, главным идеологом которого является руководитель лаборатории «Pass Labs» Нельсон Пасс.

Наиболее часто используемой схемой при построении выходного каскада УМЗЧ является схема ОС-ОС.

А почему, собственно? Ведь мы помним, что данное построение осуществляет усиление сигнала только по току и имеет единичное усиление
по напряжению, в отличие, скажем, от схемы ОИ-ОИ.

Для того, чтобы разобраться в этом вопросе — уровняем условия работы каскадов и переведём их посредством внешних цепей в
состояние единичного Кu.

Далее измерим коэффициент нелинейных искажений двухтактных каскадов при выходной мощности 25Вт. Получаем следующие результаты:

1. Каскад ОИ-ОИ Кг = 1,3%,

2. Каскад ОС-ОС Кг = 0,9%.

Казалось бы — вот оно объяснение выбора большинства разработчиков. Однако торопиться не надо. Мы же читали статью
(ссылка на страницу) и помним, что не столь важен общий
коэффициент нелинейных искажений УНЧ (в ламповых Hi-End системах он составляет довольно значительную величину), сколь спектр
гармоник этих искажений.

«Покажите мне график зависимости коэффициента искажений от частоты, и я скажу, как будет звучать усилитель», — написал Владимир Ламм,
основатель и идеолог американской компании, занимающейся разработкой и выпуском звукового оборудования «Lamm Industries».


Ну что ж, давайте посмотрим на спектр гармоник:



Рис.3

На рисунке синим цветом изображён спектр гармоник каскада ОС-ОС (при подаче сигнала частотой 1кГц), красным — каскада ОИ-ОИ.
Что мы имеем в сухом остатке?


1. Каскад ОС-ОС. Наибольший уровень имеет 2-ая гармоника, однако и 3-яя, вносящая наибольший диссонанс в звучание усилителя, хотя (в отличие
от аналога на биполярниках) и меньше 2-ой, но всё равно — имеет значительную величину.

2. Каскад ОИ-ОИ, хоть изначально и имеет более высокое значение Кг, определяемое в значительной степени
амплитудой 2-ой гармоники, однако уровень 3-ей — не только значительно меньше, чем у 2-ой, но и имеет более низкую величину, чем у каскада
ОС-ОС.

К тому же возможность получить от данного каскада усиление не только по току, но и по напряжению позволяет ограничиться всего одним
дополнительным каскадом усиления, охваченным вместе с оконечником общей цепью ООС, что с одной стороны, упрощает схему,
а с другой, позволяет проще избавиться от пресловутого эффекта «транзисторного звучания».

Что касается однотактника Нельсона Пасса (Рис.2, справа), то здесь вообще всё очень красиво: 3-яя гармоника на 16дБ ниже 2-ой, 4-ая —
ещё на 10дБ ниже, все остальные — находятся на уровне шумов и в учёт могут не приниматься. Всё в лучших традициях однотактных ламповых
конструкций!

3.4. Выходные каскады

Задачей
выходных каскадов является обеспечение заданной мощности в нагрузке. Коэффициент
усиления напряжения является для выходных каскадов второстепенным параметром;
-для них наиболее важными являются коэффициент полезного действия и коэффициент
нелинейных искажений при обеспечении заданной мощности.

Выходные
каскады обычно потребляют основную часть мощности усилителя, поэтому высокий
КПД имеет существенное значение. Это особенно важно для интегральных схем,
в которых мощность, рассеиваемая кристаллом, ограничена. Что касается коэффициента
нелинейных искажений, то для выходных каскадов он имеет немаловажное значение,
поскольку в таких каскадах усиливаемые сигналы максимальны.

Коэффициент
полезного действия определяется как отношение выходной мощности каскада к
мощности, отбираемой от источника питания Ucc: КПД=и„1„,/2и„1,р, где U„,,
!„ — амплитуды выходного тока и напряжения; Icp — среднее значение потребляемого
каскадом тока.

Коэффициент
нелинейных искажений характеризует отличие формы выходного сигнала от формы
входного, что обусловлено нелинейностью передаточной характеристики каскада.
Нелинейные искажения характеризуются появлением в выходном сигнале новых гармоник,
отсутствующих во входном сигнале. Характеристикой нелинейных искажений является
отношение суммарной мощности высших гармоник, начиная со второй, к мощности
первой гармоники (на частоте входного сигнала).

Допустимое
значение коэффициента нелинейных искажений определяется конкретными требованиями
к той или иной аппаратуре. Например, при воспроизведении звука в аппаратуре
среднего качества допускаются искажения 2…3%, в измерительных устройствах
и усилителях высокого класса его значения существенно меньше.

Как
отмечалось выше, имеется несколько типов режимов работы выходных каскадов.

Класс
А характеризуется минимальными нелинейными искажениями и малым КПД. Класс
В характеризуется тем, что рабочая точка в режиме покоя расположена на границе
квазилинейного участка, которая соответствует запертому состоянию транзистора.
Очевидно, что в этом случае усиливаются только положительные полуволны входного
сигнала. Поэтому выходное напряжение оказывается существенно несинусоидальным,
т.е. содержит большое число гармоник. Анализ показывает, что коэффициент нелинейных
искажений в классе В независимо от амплитуды сигнала составляет около 70%,
что в большинстве случаях неприемлемо. Режим класса В реализуется в так называемой
двухтактной схеме, состоящей по существу из двух усилителей, один из которых
усиливает положительную полуволну сигнала, а другой — отрицательную. В нагрузке
эти полуволны складываются и образуют полную синусоиду.

На
рис. 7.13, а показана наиболее простая двухтактная схема класса В, выполненная
на коплементарных транзисторах (транзисторах разной проводимости). Нагрузка
Rn включена в эмиттерную цепь транзисторов, работающих в режиме повторителей
напряжения. В режиме покоя оба транзистора заперты, поскольку напряжения на
эмиттерных переходах равны нулю. Во время положительной полуволны входного
сигнала Ui открывается транзистор VT1, а во время отрицательной полуволны
— транзистор VT2. Коэффициент усиления мощности близок к отношению эмиттерного
и базового токов, т.е. равен В+1.

При
очевидной простоте схемы на рис. 7.13, а ей свойственны сравнительно большие
нелинейные искажения, что связано с наличием так называемой «пятки»
на входной ВАХ биполярных транзисторов. Очевидно, что такие искажения будут
особенно существенны при малых входных сигналах с амплитудой, сравнимой с
напряжением база—эмиттер в рабочей точке. Для устранения этого недостатка
используют раздельные схемы подачи смещения на базы транзисторов (рис. 7.13,
б), что обеспечивает режим класса АВ.

При
построении выходного каскада на однотипных транзисторах используется схема
на рис. 7.13, в. В ней транзистор VT2 открыт в течение обоих полупериодов.
В режиме покоя ток транзистора выбирается так, чтобы потенциал коллектора
VT2 был равен нулю. При этом диод VD и транзистор VT1 заперты; ток в нагрузке
отсутствует. Во время положительной полуволны входного сигнала потенциал коллектора
VT2 уменьшается, при этом открывается диод VD и через нагрузку начинает протекать
ток. Транзистор VT1 остается закрытым, так как прямое напряжение Е на диоде
создает на эмиттерном переходе обратное смещение. Во время отрицательной полуволны
потенциал коллектора VT2 повышается, отпирается транзистор VT1 и через нагрузку
протекает ток, обусловленный транзистором VT1. При этом диод заперт, так как
прямое напряжение Е на эмиттерном переходе создает на диоде обратное смещение.

Для того чтобы открылся
диод VD (при положительной полуволне) или транзистор VT1 (при отрицательной
полуволне), потенциал коллектора VT2 должен измениться на величину ±Е (напряжение
база—эмиттер в статическом режиме) по сравнению с потенциалом покоя. Следовательно,
минимальная амплитуда входного сигнала, на которую реагирует рассматриваемый
каскад, составляет Е/К, где К — коэффициент усиления каскада на транзисторе
VT2. Для исследования каскада на рис. 7.13, в используется схема на рис. 7.14.

Рис.
7.14. Схема для исследования выходного каскада

Рис.
7.15. Выходной двухтактный каскад с однополярным питанием

Возможны и другие схемы
выполнения выходных каскадов, в том числе и с однополярным питанием. Одна
из них приведена на рис. 7.15. Ее особенностью является то, что конденсатор
Ск, включенный последовательно с нагрузкой Rn, после его зарядки
до напряжения Е, равного напряжению на эмиттерах транзисторов в статическом
режиме, работает в течение одного из полупериодов как источник питания.

В
мощных выходных каскадах на базе эмиттерных повторителей короткое замыкание
на выходе, как правило, приводит к выходу транзисторов из строя из-за превышения
коллекторным током допустимого значения. Для защиты от коротких замыканий
в эмиттерные цепи мощных выходных транзисторов включают небольшие ограничивающие
ток сопротивления (несколько ом) или вводят дополнительные транзисторы, которые
открываются только при больших токах нагрузки и, шунтируя входную цепь, ограничивают
выходной ток на безопасном уровне. Одна из возможных схем защиты с помощью
дополнительных транзисторов показана на рис. 7.16.

Рис.
7.16. Выходной каскад с защитой от коротких замыканий

Схема
защиты работает следующим образом. При коротком замыкании в нагрузке ток через
сопротивление Ro увеличивается и создает падение напряжения, открывающее в
соответствующие полупериоды транзисторы VT5, VT6. Оказываясь в режиме насыщения,
они шунтируют входную цепь мощного усилительного каскада. В итоге входное
напряжение ограничивается сопротивлением Ri и токи транзисторов VT3, VT4 не
превышают значений, при которых они работают в номинальном режиме. Подобная
защита имеет высокое быстродействие и обеспечивает надежную работу мощных
усилительных каскадов. При ее введении обязательно наличие дополнительного
резистора Ri, сопротивление которого выбирается, исходя из минимально допустимого
значения сопротивления нагрузки предварительного усилителя, к которому подключается
выходной каскад.

Контрольное
задание

1.
Путем подбора сопротивления RI в схеме на рис. 7.14 установите зафиксированный
приборами статический режим при R2=Rn=100 Ом. Определите коэффициент усиления
каскада и максимальный входной сигнал, при котором он передается на выход
без искажений (определяется визуально).

2. Составьте схему исследования
выходного каскада (рис. 7.15) и проведите ее моделирование.

РадиоКот :: Усилители мощности. Начало

Усилители мощности. Начало

Ну, точнее, не совсем начало, а скорее конец, поскольку, как настоящие
индейцы, мы с Котом (Мяу! – здесь и далее примечания Кота) решили начать эту сагу об УМ с выходных каскадов.

Собственно говоря, мне придется отдуваться за двоих, поскольку Коту
совершенно непонятно, за коей собакой нам, людям потребовались такие штуковины, как усилители мощности.
Ну, им, котам, этого не понять – они и так весьма мощно орут, когда кто то наступит им на хвост.
(МЯААААУУ!) Да, да. Извини, я не со зла.

Ну что же, не будем тянуть кота за хвост и начнем.

Что же представляет из себя Усилитель Мощности – далее, для краткости
будем называть его УМ. Условно, его структурную схему можно разделить на три части:

Все эти три части выполняют одну задачу – увеличить мощность выходного
сигнала до такого уровня, чтобы можно было раскачать нагрузку с низким сопротивлением -
динамическую головку или наушники. Как они это делают? Очень просто – берется постоянный ток питания
УМ и преобразуется в переменный, но так, что форма сигнала на выходе повторяет форму входного сигнала.

Это как раз продемонстрировано на рисунке. На входе у нас маленький ( мяу! )
сигнал, на выходе большой (МЯУ!). При этом его форма ( мяу! -МЯУ!) совершенно не поменялась. Спасибо Кот.

Но, к сожалению, все хорошо бывает только в теории. На практике же,
при конструировании радиоаппаратуры мы применяем неидеальные резисторы, конденсаторы, и в особенности транзисторы.
Поэтому форма выходного сигнала может весьма серьезно отличаться от входного и такая беда называется
искажения . Свои пять копеек в порчу сигнала вносят все каскады усилителя, но львиную его долю –
я бы сказал, целый рубль мелочью, вносит оконечный каскад при его неправильном построении или расчете.

Почему искажения – это плохо? Ну, чтобы не заниматься демагогией,
просто вырежьте из этой статьи, скажем, каждое пятое слово. Что получилось? Нет, смысл, конечно,
все равно понятен, но уже несколько не то, правда? Таким же образом получается и со звуком.

Итак, давайте рассмотрим различные способы построения оконечных
каскадов УМ, которые также называются классами (или режимами работы) усилителей.
Слышали наверное – усилитель класса А, усилитель класса АВ – вот это оно и есть.

Начнем с того, что посмотрим на общую принципиальную схему выходного каскада УМ.

Это двухтактный выходной каскад на комплементарных транзисторах.
Как видно, в базовые цепи транзисторов включены источники напряжения, формирующие начальное
смещение рабочей точки каждого из транзисторов. Так вот как раз от величины этого напряжения и
зависит в каком режиме (классе) будет работать тот или иной выходной каскад.

Ну, начнем по порядку – режим А .

Этот режим получится у нас при довольно большом напряжении смещения
, таком, что

где I0 – ток покоя каскада.
Таким образом, оба транзистора находятся в активной зоне и по мере спада коллекторного
тока одного транзистора, увеличивается ток другого. В результате всех этих плясок мы
получаем практически идеальную линейность каскада и полное отсутствие нелинейных искажений.
НО. Всегда есть некое НО, вы заметили? Во-первых, мощность, потребляемая от источника питания,
равна удвоенной мощности выходного сигнала и является величиной постоянной, не зависящей от
входного сигнала. То есть, если усилитель развивает максимальную выходную мощность 100 ватт, то
потребляемая от источника питания мощность составит 200 ватт, причем, не важно с какой громкостью
вы будете слушать музыку. А если усилитель двухканальный, то есть стерео? А если это домашний кинотеатр?
Дальше. Выходные транзисторы, как вы знаете имеют дурную привычку греться. То есть, рассеивают некоторую мощность.
В случае режима А, рассеиваемая мощность для одного транзистора равна следующему:

где a – размах напряжения на выходе.

Что у нас получается? Еще одна особенность класса А –
мощность рассеяния транзисторов тем больше, чем меньше входной сигнал. То есть, если
вы оставите работающий усилитель без входного сигнала, он будет греться как печка, так
как в отсутствие входного сигнала мощность рассеяния транзистора равна максимальной
выходной мощности усилителя. Кстати, хочу сказать, что это проверено на практике – мой
Technics A 900 Reference и в самом деле греется сильнее в том случае, если на его вход
не подается никакого сигнала – я в свое время очень удивлялся этому обстоятельству и
даже хотел тащить его в ремонт. Еще один немаловажный параметр усилителя – КПД. Ну, сами
понимаете – с таким нагревом транзисторов никакого человеческого (Мяу!) или кошачьего КПД мы не получим.

КПД считается так:

гда a , как и в прошлой формуле – размах выходного напряжения.
Таким образом, КПД не постоянен и увеличивается по мере нарастания входного сигнала, а значит и
выходной мощности и максимально достигает значения 50%. ( Хотите выпить бутылку пива?
Мяу, ничего не получится – половину бутылки выливаем в унитаз, оставшуюся половину выпиваем и
бежим снова за целой.) Да, примерно так и есть, но надо заметить, что пиво это будет просто превосходное.
Правда, тем обиднее будет выкидывать половину.

Итак, подытожим – чем же хорош класс А? Прежде всего отличной линейностью и
отсутствием искажений – форма сигнала на выходе остается такой же, какой она была на входе.
Но за это нам приходится платить убийственной потребляемой мощностью и чрезвычайно низким КПД усилителя.
Пойти на такие жертвы могут далеко не все и такой режим работы усилителей применяется только в
очень качественных системах класса Hi — End , стоимость которых начинается от 1000 утоптанных енотов
и выглядят они при этом форменными гробами.

Следующий класс усилителей – класс В

Так же как и в прошлый раз, рассмотрим двухтактный каскад на комплементарных транзисторах.

Схема немножко упростилась в связи со спецификой работы усилителя в этом режиме.
Как можно увидеть – смещения тут нет совсем никакого, то есть транзисторы открываются исключительно
от входного сигнала. Таким образом, особенность этого режима заключается в том, что при отсутствии
входного сигнала оба транзистора закрыты, и каскад не потребляет от источника питания совершенно
ничего – I0 =0. При наличии входного сигнала транзисторы работаю поочередно –
для положительных полуволн работает транзистор Т1, а для отрицательных Т2. Давайте посмотрим,
как у нас обстоит дело с потребляемой мощностью, КПД, и нагревом транзисторов.

Для начала введем некий коэффициент а – так называемый, коэффициент использования.

то бишь отношение выходного напряжения в данный момент к
максимальному выходному напряжению. Если сказать человеческим языком, то эта цифирька
показывает загруженность усилителя работой в данный момент – или он электроны ведрами
таскает с бешенной скоростью – а=1, или вообще дрыхнет – а=0.

Итак, выходная мощность считается по следующей формуле:

;

мощность рассеяния рабочего транзистора:

потребляемая мощность:

Ну в общем, в случае режима В все по-честному –
потребляемая мощность возрастает по мере роста входного сигнала и соответственно, выходной мощности.
Максимальная потребляемая мощность при а=1 достигает

КПД также прирастает с ростом уровня сигнала и достигает 78,5%.
Ну совсем другое дело. (Мяу! Ну да – вылить 20% пива – это не 50%.)

Так, что то мы пропустили, кажется. Ну точно – про искажения то забыли.
А все Кот со своим пивом. Отвлекает.

Так вот, посмотрим на искажения.

Уууу… вот тут то мы и попали – смотрите, что творится.
В чистом классе В нас поджидает очень большая ммм… (Мяу! Задница!) ну да, что то в этом роде -
нелинейные или, как их еще называют –
переходные искажения 1-го рода . Видите – на графике – вместо того,
чтобы синусоиде плавно переходить через ноль, как она это делает во входном сигнале,
у нас получается вообще провал некоторой ширины – то есть момент, когда сигнал исчезает вообще – нету его.
Почему же это происходит? Все дело в том, что транзистору, чтобы открыться и начать работать нужно некоторое
пороговое напряжение, подаваемое на базу – для кремниевых биполярных транзисторов оно равно 0,7 вольта.

То есть, что мы получаем. Допустим, величина положительной полуволны начинает убывать.
Транзистор Т1 начинает закрываться. И наступает такой момент, когда величина первой полуволны падает ниже
0,7 вольта и Т1 закрывается, но ведь Т2 то еще не открылся, а откроется он только тогда,
когда сигнал перейдет в отрицательную полуволну и её величина достигнет напряжения –0,7 вольт.
Таким образом, мы получаем дырку в сигнале шириной в 1,4 вольта. Ай ай ай, что же нам делать то теперь, а?
(Пиво пить, выливая 20% в унитаз, мяу!)

Ну, чтобы не заканчивать эту часть на грустной ноте,
забегу вперед и скажу, что решение этой проблемы найдено, найдено давно и называется оно режим
АВ . Некий компромисс между качеством сигнала и мощностными параметрами.
Но это мы уже рассмотрим в следующей части. (А еще мы будем рассматривать класс D – цифровой усилитель, мяу!)

ЦЫЦ зараза! Ну вот, все секреты разболтал, ну ладно, что ж с ним сделаешь,
пойду покормлю.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Вход Усилитель. Обратная связь

Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью () называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Электронный усилитель — устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы. По функциональному

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема: Интегральные усилители 1 Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

Рисунок 1 Структурная схема усилителя

Лекция 5 Тема: Усилительные устройства Основные определения Устройства, с помощью которых путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно большей, называют усилителями.

Подробнее

Усилители мощности (УПТ)

Электроника и МПТ Усилители мощности (УПТ) Усилитель мощности усилительный каскад, предназначенный для передачи в нагрузку заданной либо максимально возможной мощности при максимально возможном КПД и минимальных

Подробнее

6.3. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

6.3. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ Двухтактные УМ могут быть трансформаторными и бестрансформаторными. Двухтактный трансформаторный УМ представляет собой два однотактных каскада с общими цепями нулевого

Подробнее

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5.1. ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных

Подробнее

Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители

Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми и импульсными величинами

Подробнее

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. Рисунок 1. Рисунок 2

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Методические указания по темам курса Изучение данного раздела целесообразно проводить, базируясь на курсе физики и руководствуясь программой курса. Усилители на биполярных транзисторах

Подробнее

Усилители УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Усилители УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Обратная связь находит широкое использование в разнообразных устройствах полупроводниковой электроники. В усилителях введение обратной связи призвано улучшить ряд

Подробнее

Усилители постоянного тока (УПТ)

Электроника Усилители постоянного тока (УПТ) Назначение: усиление медленно меняющихся во времени сигналов, включая постоянную составляющую. В УПТ нельзя использовать в качестве элементов связи элементы,

Подробнее

Глава 5. Дифференциальные усилители

Глава 5. Дифференциальные усилители 5. Дифференциальные усилители Дифференциальный усилитель это симметричный усилитель с двумя входами и двумя выходами, использующийся для усиления разности напряжений

Подробнее

Лабораторная работа 3

Лабораторная работа 3 Определение статических — параметров биполярных транзисторов по характеристикам Цель работы: Научиться работать со справочными материалами и определять статические параметры транзистора

Подробнее

Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

84 Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План 1. Введение 2. Параметрические стабилизаторы 3. Компенсационные стабилизаторы 4. Интегральные стабилизаторы напряжения 5. Выводы 1. Введение Для работы электронных

Подробнее

представить прерывной функцией времени u (t)

ТЕСТЫ по дисциплине «Основы радиоэлектроники» Для студентов специальности -3 4 Физика (по направлениям) -3 4-2 Физика (производственная деятельность) Какое из определений сигналов приведено не верно? Электрические

Подробнее

ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» ОСНОВЫ РАДОЛЕКРОНК ОБУЧАЮЩЕ ЕСЫ Для студентов специальности -3 04 03

Подробнее

ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска корины» ОНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ПРОВЕРОЧНЫЕ ТЕТЫ -3 4 Физика (по направлениям)

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

Биполярные транзисторы

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЭЛ 2 НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра радиофизики Биполярные

Подробнее

8. Интегральные логические элементы

8. Интегральные логические элементы Введение В логических элементах биполярные транзисторы могут использоваться в трёх режимах: режим отсечки оба p-n перехода транзистора закрыты, режим насыщения оба p-n

Подробнее

Лекция 29. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

97 Лекция 9. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ План. Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).. Элементы КМОП-логики. 3. Основные параметры логических элементов. 4. Выводы.. Элементы транзисторно-транзисторной

Подробнее

Глава 3. Биполярные транзисторы

Глава 3. Биполярные транзисторы 3.. Определение транзистора. ВАХ транзистора. Выбор рабочей точки. Транзистор это трёхэлектродный полупроводниковый прибор, служащий для усиления или переключения сигналов.

Подробнее

Одновибраторы на дискретных элементах.

11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей

Подробнее

11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ Мультивибраторы применяются для генерирования прямоугольных импульсов в тех случаях, когда нет жестких требований к их длительности и частоте повторения. Мультивибраторы на дискретных

Подробнее

АПЕРИОДИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» (ННГУ) Радиофизический

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Амплитудные детекторы

1 Искажения при детектировании амплитудно-модулированных колебаний Кафедра РЭИС. Доцент Никитин Никита Петрович. 2009 2 Нелинейные искажения при детектировании амплитудномодулированных колебаний Пусть

Подробнее

Раздел 2. Усиление слабых сигналов.

Раздел 2. Усиление слабых сигналов. Глава 4. Принципы построения усилительных схем 4.1. Схемы подачи питания и стабилизации Постоянные токи и напряжения в цепях УЭ, соответствующие состоянию покоя, т.е.

Подробнее

Исследование биполярного транзистора

ГУАП ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Исследование биполярного транзистора по курсу: ЭЛЕКТРОНИКА РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

Подробнее

Выходные каскады усилителя

[Analog Devices Wiki]

Цель:

Исследовать простой двухтактный усилитель выходных каскадов (класса B и AB).

Фон:

Роль выходного каскада — обеспечить прирост мощности. Он должен иметь высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Очевидным выбором для этого каскада является эмиттерный повторитель. Однако, чтобы обеспечить возможности как источника тока, так и потребителя, необходимы два дополнительных ведомых устройства: тип NPN для источника и тип PNP для приема тока.Результат известен как двухтактная конфигурация, простая конфигурация которой показана на рисунке 1. Здесь R 1 и R 2 используются для определения токов коллектора Q 1 и Q 2 , а также для ограничения этих токов в случае перегрузки выхода.

Материалы:

ADALM2000 Active Learning Module
Макетная плата без пайки
Перемычки
2 резистора 100 Ом
1 резистор 2,2 кОм
2 резистора 10 кОм
2 — малосигнальные NPN-транзисторы (SSM2212 с согласованием В BE предпочтительно)
2 — малосигнальные PNP-транзисторы (SSM2220 с согласованием В Предпочтительно BE )

Направление:

Перед запуском убедитесь, что блоки питания ADALM2000 выключены.Схема и подключения к лабораторному оборудованию показаны на рисунке 1. Вход осциллографа 1+ должен быть подключен к стыку баз Q 1 и Q 2 . Вход осциллографа 2+ необходимо подключить к стыку излучателей Q 1 и Q 2 .

Рисунок 1 Двухтактный выходной каскад

Настройка оборудования:

Первый канал осциллографа должен быть подключен для отображения выходного сигнала первого генератора, а оба канала осциллографа 1 и 2 должны быть настроены на отображение 1 В на деление.Соединения макетной платы показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 Схема макетной платы двухтактного выходного каскада

Процедура:

Генератор сигналов W1 должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с размахом амплитуды 6,0 В и смещением 0. Используйте канал осциллографа 1 для наблюдения за входом на W1 и канал осциллографа 2 для наблюдения за выходом усилителя на R L .

Рис.3 Формы сигналов двухтактного выходного каскада

Затем подайте питание и настройте генератор сигналов так, чтобы W1 представлял собой треугольную волну 100 Гц со смещением 0 В и 3.0 В размах амплитуды. Используйте осциллограф в режиме x-y, чтобы наблюдать кривую передачи напряжения цепи.

Рисунок 4 Кривая передачи напряжения

Вопросы:

Запишите кривую на бумаге, пометьте все контрольные точки, наклоны и уровни насыщения и выровняйте их с точки зрения работы схемы и заданных значений компонентов.

Переключите осциллограф только в режим отображения времени и настройте генератор сигналов так, чтобы W1 представлял собой синусоидальную волну 1 кГц с амплитудой = 0 В .

• Начиная с амплитуды = 0 В , постепенно увеличивайте ее до тех пор, пока на выходе не появится сигнал на канале 2 осциллографа. Для какого диапазона значений амплитуды W1 можно сказать, что оба BJT отключены? Подтвердите это, наблюдая за напряжениями токовых резисторов R 1 и R 2 .

• Увеличьте размах амплитуды W1 до 6,0 В и запишите амплитуду выходного сигнала, а также коллекторные токи BJT, которые можно найти с помощью закона Ома из напряжений на R 1 и R . 2 , и обоснуйте свои выводы с точки зрения работы схемы и приведенных значений компонентов.

• Повторите, но с W1 увеличьте размах амплитуды 10,0 В; и комментарий.

Смоделируйте схему на рисунке 1 с помощью QUCS, сравните с результатами своей лаборатории и обоснуйте любые различия.

Большое количество искажений в точках пересечения нуля в базовой двухтактной ступени на рисунке 1 является результатом мертвой зоны, когда эмиттерные повторители NPN и PNP выключены. Мертвая зона сигнала в точках пересечения нуля значительно уменьшается, если мы предварительно смещаем BJT с помощью двух падений V BE , как показано на рисунке 2.Здесь функция предварительного смещения обеспечивается подключенными диодом NPN Q 1 и PNP Q 3 . Резисторы R 1 и R 2 обеспечивают ток смещения и задают ток холостого хода, протекающий в выходных устройствах Q 2 и Q 4 .

Направление:

При выключенном питании соберите схему, показанную на рисунке 5, стараясь сделать выводы как можно более короткими и аккуратными. Транзисторы NPN Q 1 и Q 2 , транзисторы PNP Q 3 и Q 4 следует выбирать из доступных устройств с наилучшим согласованием В BE .Транзисторы, изготовленные в одном корпусе, такие как SSM2212 или CA3046, как правило, гораздо лучше подходят друг другу, чем отдельные устройства.

Рис. 5 Двухтактный выходной каскад с устранением искажений при переходе через ноль.

Если мы рассмотрим на рисунке 5 петлю, образованную напряжениями базового эмиттера Q 1 , Q 2 , Q 3 и Q 4 , мы узнаем, что сумма падений напряжения вокруг петли должна составлять до нуля. Таким образом, если Q 1 идентичен Q 2 и Q 3 идентичен Q 4 , напряжение вокруг контура будет равно нулю только тогда, когда ток в Q 1 идентичен току в Q 2 и ток в 3 квартала идентичен току в 4 квартала.Таким образом, когда на выходе находится нулевое напряжение , то есть , в R L нет тока, вход также должен быть нулевым вольт.

Настройка оборудования:

Первый канал осциллографа должен быть подключен для отображения выходного сигнала первого генератора, а оба канала осциллографа 1 и 2 должны быть настроены на отображение 1 В на деление. Соединения макетной платы показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 Двухтактный выходной каскад с устранением искажений при переходе через нуль Макетная схема

Процедура:

Генератор сигналов W1 должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с 6.Размах амплитуды 0 вольт и смещение 0. Используйте канал осциллографа 1 для наблюдения за входом на W1 и канал осциллографа 2 для наблюдения за выходом усилителя на R L .

Рисунок 7 Двухтактный выходной каскад с устранением искажений при переходе через нуль.

Вопросы:

• Отобразите передаточную кривую ввода / вывода схемы на рисунке 5, запишите ее на бумаге, пометьте все точки останова, наклоны и уровни насыщения и подтвердите их с точки зрения работы схемы и заданных значений компонентов.

• Подайте синусоидальную волну 1- кГц со смещением 0 В, и различными амплитудами и убедитесь, что схема дает Vout? Vin вплоть до малых амплитуд. Каков верхний предел амплитуды W1 до того, как схема начнет искажаться? Обоснуйте количественно с точки зрения только что наблюдаемой кривой переноса.

Используя входные данные осциллографа, измерьте Vout, а также напряжение на R 3 и R 4 для следующих значений постоянного тока Vin: -5 В , -4 В , -3 В ,… 0 В ,…, +4 В , +5 В .Затем занесите в таблицу Vout и ток в R L , а также токи коллектора Q 2 и Q 4 и прокомментируйте. Используйте смещение генератора сигналов, чтобы установить значение постоянного тока с амплитудой, установленной на 0 В.

Измерьте входной импеданс, вставив резистор 10 кОм? резистор, включенный последовательно с генератором сигнала (между W1 и эмиттерами Q 1 и Q 3 ), и подключение дифференциальных входов осциллографа канала 1, 1+, 1- через 10K? резистор.Захватите входной ток в зависимости от входного напряжения и рассчитайте входное сопротивление по наклону кривой. Обоснуйте свои результаты на основе значений компонентов, используемых в схеме.

Смоделируйте схему на рисунке 5 с помощью QUCS, сравните с результатами своей лаборатории и обоснуйте любые различия.

Вспоминая контур, образованный напряжениями базового эмиттера Q 1 , Q 2 , Q 3 и Q 4 , мы также знаем, что порядок падения напряжения вокруг контура можно менять местами.Таким образом, если мы поменяем местами V BE из NPN Q 1 и PNP Q 3 , мы получим конфигурацию, показанную на рисунке 3. Некоторые из вас могут узнать комбинацию Q 3 и Q 2. в качестве повторителя с низким смещением, который мы обсуждали ранее в лабораторном разделе, посвященном эмиттерным повторителям. Схема использует сдвиг V BE эмиттерного повторителя PNP вверх, чтобы частично компенсировать сдвиг V BE вниз эмиттерного повторителя NPN.Транзисторы Q 1 и Q 4 являются просто дополнением к Q 3 и Q 2 .

Рисунок 8 Устранение искажений при переходе через нуль на эмиттерном повторителе

Настройка оборудования:

Первый канал осциллографа должен быть подключен для отображения выходного сигнала первого генератора, а оба канала осциллографа 1 и 2 должны быть настроены на отображение 1 В на деление. Соединения макетной платы показаны на рисунке 9.

Рис.9.Схема устранения искажений при переходе через нуль на эмиттерном повторителе.

Процедура:

Генератор сигналов W1 должен быть настроен на синусоидальную волну 1 кГц с 6.Размах амплитуды 0 вольт и смещение 0. Используйте канал осциллографа 1 для наблюдения за входом на W1 и канал осциллографа 2 для наблюдения за выходом усилителя на R L .

Рис.10 Формы сигналов устранения искажений при переходе через нуль на эмиттерном повторителе

Ресурсы лаборатории:

Вопросы:

• Отобразите передаточную кривую ввода / вывода схемы на рисунке 3, запишите ее на бумаге, пометьте все точки останова, наклоны и уровни насыщения и подтвердите их с точки зрения работы схемы и заданных значений компонентов.Как они соотносятся со схемой на рисунке 2?

• Подайте синусоидальную волну 1 кГц со смещением 0 В, и различных амплитуд и убедитесь, что схема дает Vout? Vin вплоть до малых амплитуд. Каков верхний предел амплитуды W1 до того, как схема начнет искажаться? Обоснуйте количественно с точки зрения только что наблюдаемой кривой переноса.

Используя входные данные осциллографа, измерьте Vout, а также напряжение на R 3 и R 4 для следующих значений постоянного тока Vin: -5 В , -4 В , -3 В ,… 0 В ,…, +4 В , +5 В .Затем занесите в таблицу Vout и ток в R L , а также токи коллектора Q 2 и Q 4 и прокомментируйте. Используйте смещение генератора сигналов, чтобы установить значение постоянного тока с амплитудой, установленной на 0 В.

Измерьте входной импеданс, подключив резистор 10 кОм последовательно с генератором сигналов (между W1 и базами Q 1 и Q 3 ) и подключив входы дифференциального осциллографа канала 1, 1+, 1- через резистор 10 кОм. .Захватите входной ток в зависимости от входного напряжения и рассчитайте входное сопротивление по наклону кривой. Обоснуйте свои результаты на основе значений компонентов, используемых в схеме. Как ваши результаты соотносятся с тем, что вы измерили для схемы на рисунке 5?

Смоделируйте схему, показанную на рисунке 3, с помощью LTSpice или ADIsimPE, сравните с результатами своей лаборатории и обоснуйте любые различия.

Для дополнительного чтения:

Усилитель выщелачивания — выходной каскад

Усилитель выщелачивания — выходной каскад

Выходной каскад

Два выхода второго каскада применяются к выходному каскаду, показанному на рисунке 1.Схема представляет собой трехкаскадное дополнительное соединение Дарлингтона или усилитель с общим коллектором. Для простоты два выходных транзистора (Q20 и Q21) и элементы схемы защиты не показаны. Топология аналогична классической JBL «T-Circuit», опубликованной Бартом Локанти в 1960-х годах. Я использовал SPICE для моделирования почти всех топологий, используемых для выходных каскадов, и обнаружил, что эта лучше всего. У него самый низкий выходной импеданс из всех рассмотренных мною топологий.Это означает, что он может подавать больший ток на нагрузку громкоговорителя. И это наименее восприимчиво к кроссоверным искажениям.

Рисунок 1. Выходной каскад. Q20, Q21 и схема защиты опускаются.

Q18 — Q21 — это выходные транзисторы, управляющие нагрузкой громкоговорителя. Q18 и Q20 параллельно обеспечивают положительный ток нагрузки, а Q19 и Q21 параллельно обеспечивают отрицательный ток нагрузки. При параллельном подключении транзисторов на каждой стороне схемы номинальный ток выходного каскада удваивается.Выходные транзисторы смещены в режиме класса АВ. Часть режима класса A означает, что все выходные транзисторы проводят ток в режиме покоя, то есть без входного сигнала. Когда выходное напряжение устанавливается положительным, Q18 и Q20 проводят больше тока для подачи положительного тока нагрузки на громкоговоритель, в то время как Q19 и Q21 постепенно отключаются. Когда выходное напряжение становится отрицательным, Q19 и Q21 проводят больше тока для подачи отрицательного тока нагрузки, в то время как Q18 и Q20 постепенно отключаются.Отключение двух транзисторов на чередующихся полупериодах выходного сигнала является частью режима класса B. Когда выходное напряжение проходит через ноль, все четыре выходных транзистора проводят, то есть работают с классом A. Это сводит к минимуму перекрестные искажения или центральное ограничение формы волны выходного напряжения.

Трехкаскадный дополнительный усилитель с общим коллектором обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току, необходимый для управления нагрузкой громкоговорителя без нагрузки второго каскада. Коэффициент усиления по напряжению примерно равен единице.Транзисторы Q14 — Q17 являются транзисторами драйвера, которые управляют базами выходных транзисторов. Транзисторы драйвера подключены так, что все они работают в режиме класса А. Это обеспечивает низкий выходной импеданс для управления четырьмя выходными транзисторами.

Базы выходных транзисторов должны иметь низкий импеданс источника по двум важным причинам. Во-первых, необходимо подать базовые токи на включенные выходные транзисторы. Во-вторых, необходимо быстро истощить заряд, накопленный в базах выключенных выходных транзисторов.Это заставляет выходные транзисторы «плавно» включаться и выключаться, тем самым сводя к минимуму сбои кроссоверных искажений. Токи смещения в Q14 и Q15 устанавливаются примерно на 4 мА напряжением на умножителе V BE в сочетании с R34 и R35. Токи смещения в Q16 и Q17 устанавливаются на уровне примерно 4,5 мА с помощью напряжения на умножителе V BE и R36.

В некоторых усилителях транзисторы в каскаде драйвера работают с классом AB, поэтому они включаются и выключаются вместе с транзисторами в выходном каскаде.В таких усилителях R36 будет заменен двумя последовательными резисторами. Соединение между ними и соединение между R34 и R35 будет соединяться с соединением между R45 и R46. Это приводит к увеличению кроссоверных искажений и может вызвать проблемы с паразитными колебаниями. У ступени драйвера класса А таких проблем нет.

Токи смещения в выходных транзисторах устанавливаются напряжением на умножителе V BE в сочетании с R45 — R48.Если потенциометр P1 отрегулирован так, чтобы каждый канал в спокойном состоянии потреблял 100 мА, ток смещения в каждом выходном транзисторе находится в диапазоне от 40 до 45 мА. Этого тока достаточно для того, чтобы все перекрестные искажения формы выходного напряжения при нагрузке 8 Ом практически исчезли. Это было определено с помощью осциллографа для наблюдения формы выходного сигнала от анализатора искажений, подключенного к усилителю.

R41 — R44 включены последовательно с базами выходных транзисторов для подавления паразитных колебаний, которые могут возникнуть в выходном каскаде.Это всплески колебаний на пиках звукового сигнала. Поскольку у меня никогда не было этих проблем с усилителем Low TIM, в моей исходной схеме не было этих резисторов. Однако у меня были проблемы с паразитными колебаниями с двухствольным усилителем. Я обнаружил, что добавление резисторов 10 Ом последовательно с базой каждого выходного транзистора решило проблему. В то время я добавил их в схему Low TIM на всякий случай.

R45 — R48 — это эмиттерные балластные резисторы, которые обеспечивают равное распределение тока в параллельных выходных транзисторах.Эти резисторы также действуют как резисторы считывания тока для схемы защиты, которая не показана на рисунке 1. R49, L1, R50 и C25 подавляют паразитные колебания, которые могут быть вызваны шунтирующей емкостью в нагрузке громкоговорителя. R50 и C25 устанавливаются на клеммные колодки выхода громкоговорителя. На первом усилителе, который я построил, они были на печатной плате, где они вызывали сильные колебания, потому что ток через R50 и C25 создавал положительную обратную связь, когда он протекал через провод заземления сигнала печатной платы.Когда возникают колебания, радиаторы сильно нагреваются. Перемещение R50 и C25 на клеммы выхода громкоговорителя решило эту проблему.

Я видел принципиальные схемы усилителя с различными вариациями схемы, образованной R49, L1, R50 и C25. У некоторых есть R50 и C25 на стороне цепи R49 и L1. У некоторых есть последовательный резистор и конденсатор для заземления с обеих сторон от R49 и L1. В одном усилителе, который я видел, был большой индуктор для L1, намотанный на тороидальный сердечник, и не было резистора, включенного последовательно с C25.В усилителе с низким TIM L1 представляет собой очень маленькую катушку индуктивности. Он измеряет около 1 мкГн и выглядит как короткое замыкание для звуковых частот.

На рисунке 2 показано SPICE-моделирование графиков выходного напряжения в зависимости от входного напряжения в каскаде драйвера с напряжением смещения и без него на умножителе V BE . Сопротивление нагрузки для моделирования составляет 8 Ом. Без смещения имеется зона нечувствительности приблизительно 2,8 В, в которой выходное напряжение не изменяется с входным напряжением.Это вызвано отключением всех транзисторов в драйвере и выходных каскадах. Если умножитель V BE настроен на ток смещения около 40–45 мА в каждом выходном транзисторе, зона нечувствительности исчезает. При смещении наклон кривой составляет примерно 0,97. Это соответствует усилению драйвера и выходного каскада. При меньшем сопротивлении нагрузки это усиление немного ниже.

Рис. 2. Зависимость выходного напряжения от входного напряжения каскада драйвера.

На рис. 3 показано SPICE-моделирование эмиттерных токов в Q14, Q16, Q18 и Q20 как функции выходного напряжения при нагрузке 8 Ом. На рисунке показано, как драйвер NPN и транзисторы предварительного драйвера работают с классом A. Токи в этих транзисторах никогда не достигают нуля, когда выходное напряжение становится отрицательным. Аналогичные графики будут получены для транзисторов драйвера PNP и предварительного драйвера.

Рис. 3. Зависимость токов драйвера NPN и выходного транзистора от выходного напряжения.

На рис. 4 показано SPICE-моделирование синусоидальной характеристики комбинированного задающего и выходного каскадов без тока смещения. Кривая с меткой Вход — это входное напряжение, которое представляет собой пиковую синусоидальную волну 5 В с частотой 100 Гц. График с надписью Output — это выходное напряжение на нагрузке 8 Ом. Без смещения выходной сигнал демонстрирует кроссоверные искажения.

Рис. 4. Выходное напряжение, показывающее кроссоверные искажения.

На рис. 5 показаны те же формы сигналов с умножителем V BE , настроенным на ток смещения покоя примерно от 40 до 45 мА в каждом выходном транзисторе. Кроссоверных искажений нет. Амплитуда выходного сигнала меньше, чем входного сигнала, потому что коэффициент усиления схемы составляет 0,97.

Рис. 5. Форма выходного сигнала со смещением.

Некоторые вещи, которые были написаны о выходных каскадах класса AB, обманчивы и совершенно неверны.Например, некоторые говорят, что крутизна выходного каскада удваивается, когда выходной сигнал проходит через ноль, потому что все выходные транзисторы являются проводящими, и это приводит к увеличению искажений. Это заблуждение привело к введению в заблуждение термина «удвоение крутизны». На самом деле крутизна не является статическим параметром, она зависит от тока транзистора. Крутизна выходного каскада определяется как наклон графика зависимости выходного тока от входного напряжения.Кривые на рисунке 2 представляют собой графики зависимости выходного напряжения от входного напряжения выходного каскада. Поскольку выходной ток — это выходное напряжение, деленное на сопротивление нагрузки, наклон кривых представляет крутизну выходного каскада, умноженную на сопротивление нагрузки. Для кривой на Рисунке 2, обозначенной «Без смещения», наклон кривой равен нулю в области кроссовера, потому что все транзисторы в выходном каскаде отключены. Таким образом, крутизна в области кроссовера равна нулю.Для кривой с надписью «With Bias» наклон постоянный, то есть кривая представляет собой прямую линию, поэтому крутизна постоянна. Выходной каскад класса AB с правильным смещением демонстрирует почти постоянную крутизну. Вы можете узнать больше об удвоении крутизны, щелкнув здесь.

Строители спрашивали меня об увеличении тока смещения усилителя. Я не вижу в этом проблем. Тем не менее, я не рекомендую никаких попыток смещения его класса A. Если бы он был смещен классом A для нагрузки 8 Ом, усилитель спокойно рассеивал бы чуть более 600 Вт тепла от радиаторов для двух каналов.Для нагрузки 4 Ом ток смещения пришлось бы удвоить, чтобы два канала в состоянии покоя рассеивали чуть более 1200 Вт. Мало того, что источник питания усилителя не предназначен для подачи этой мощности, но и радиаторы недостаточно велики. рассеять тепло. Если вы хотите узнать, как это повлияет на ваш счет за электроэнергию, приобретите электрический обогреватель и включите его столько же часов в день, сколько вы используете свой усилитель. Вы будете платить вдвое, если используете кондиционер.

Некоторые строители сказали мне, что они хотели увеличить ток смещения, потому что они не чувствовали, что радиаторы достаточно теплые на ощупь.Если вы хотите увеличить ток смещения, следуйте инструкциям по смещению, чтобы сначала увеличить его с указанного значения 100 мА до 150 мА. Используйте его некоторое время на низких уровнях мощности, следя за температурой радиаторов, время от времени прощупывая их. Если вы используете охлаждающий вентилятор на радиаторах, выключите его. Если вы хотите, чтобы радиаторы были теплее, увеличьте ток до 200 мА и повторите эксперимент. Вы не хотите, чтобы радиаторы были горячими на ощупь, когда усилитель используется на низких уровнях мощности.Нащупывая радиаторы, не прикасайтесь к выходным транзисторам. Вы можете быть шокированы, особенно если одновременно прикоснетесь к транзисторам NPN и PNP. Они имеют около 116 В постоянного тока.

Меня спросили, почему я не использовал полевые МОП-транзисторы в выходном каскаде. Основная причина в том, что оригинальный усилитель был разработан с использованием BJT. Поскольку о полевых МОП-транзисторах было сказано много замечательных вещей, я приобрел их набор, с которым намеревался разработать выходной каскад. Я был разочарован, обнаружив, что в этих устройствах есть проблемы с паразитными колебаниями.Производители рекомендуют ставить резисторы последовательно с затворами, а ферритовые бусины вокруг затвора подавляют эти колебания. Я обнаружил, что эти методы эффективны лишь частично. Поэтому я временно отказался от выходного каскада MOSFET. В настоящее время я склонен согласиться с бывшим студентом, у которого был большой опыт прослушивания усилителей. Он сказал мне, что BJT звучат лучше. Он также сказал мне, что автомобильные усилители, рекламируемые как «усилители MOSFET», используют BJT в выходном каскаде и MOSFET в импульсном источнике питания.Это может не относиться ко всем автомобильным усилителям.

Некоторые корреспонденты спрашивали меня, почему я не использовал выходной каскад, в котором выходные транзисторы работают в режиме общего эмиттера. Такой каскад показан на рисунке 6, где коллектор выходных транзисторов Q18 и Q19 управляет нагрузкой громкоговорителя. Иногда эту схему называют дополнительным соединением Шиклая. Транзисторы с Q14 по Q17 являются транзисторами драйвера. Каждая сторона выходного каскада состоит из каскада с общим эмиттером (Q14 и Q15), управляющего каскадом с общим коллектором (Q16 и Q17), который управляет каскадом с общим эмиттером (Q18 и Q19).Я видел несколько версий этого этапа, в которых Q16 и Q17 опущены. Эти транзисторы обеспечивают усиление по току для управления базами выходных транзисторов. Без них Q14 и Q15 должны быть смещены на большой ток, что приведет к их перегреву.

Рисунок 6. Выходной каскад с общим эмиттером.

Если переход между R34 и R35 не подключен к выходному проводу, каскад будет иметь высокий коэффициент усиления по напряжению, очень низкую полосу пропускания и очень высокое выходное сопротивление.Общий усилитель будет колебаться, если усиление выходного каскада не будет уменьшено. Чтобы уменьшить усиление каскада, расширить его полосу пропускания и уменьшить его выходное сопротивление, переход между R34 и R35 должен подключаться к выходному проводу. Это добавляет отрицательную обратную связь к каждой половине каскада, чтобы заставить его работать с единичным усилением. Фактически, предварительные драйверы Q14 и Q15 действуют как эмиттерные повторители для установки выходного напряжения, в то время как выходные транзисторы Q18 и Q19 обеспечивают ток нагрузки. Некоторый ток нагрузки также обеспечивается транзисторами драйвера.

Подключение R34 и R35 к выходному проводу может привести к тому, что транзисторы драйвера будут работать с классом AB, а не с классом A, что увеличивает перекрестные искажения. Чтобы увидеть, как это происходит, предположим, что выходное напряжение становится положительным. Ток в Q14 увеличивается, что приводит к увеличению его напряжения база-эмиттер и напряжения на R34. Поскольку умножитель V BE поддерживает постоянным напряжение между базами Q14 и Q15, напряжение эмиттер-база Q15 уменьшается, вызывая его отключение.Это отсекает Q17 и Q19. Следовательно, нижние три транзистора в выходном каскаде отключены. Когда выходное напряжение становится отрицательным, верхние три транзистора отключаются. В каскаде с общим коллектором на Рисунке 1 только выходные транзисторы работают с классом AB. Все четыре транзистора драйвера работают с классом А.

Поскольку вокруг каждой половины выходного каскада с общим эмиттером имеется локальный контур отрицательной обратной связи, он подвержен паразитным колебаниям, которые могут возникать на высоких частотах, когда фазовые сдвиги в двух контурах обратной связи могут привести к положительному усилению контура.Фактически, эти фазовые сдвиги возникают из-за задержки между временем, когда Q14 и Q15 устанавливают выходное напряжение, и временем, когда Q18 и Q19 подают выходной ток. Эта задержка вызвана внутренними емкостями Q18 и Q19. Поскольку Q18 и Q19 подключены в режиме с общим эмиттером, эффект Миллера приводит к тому, что внутренние емкости намного больше, тем самым замедляя реакцию выходных транзисторов и увеличивая задержку выходных токов их коллектора. Поскольку выходные транзисторы имеют наибольшую внутреннюю емкость и наименьшее произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, мне имеет смысл использовать их только в той конфигурации, которая обеспечивает максимально широкую полосу пропускания.Эта конфигурация представляет собой соединение общего коллектора с единичным усилением.

В те времена, когда были популярны аудиокомплекты, была линейка усилителей под названием Tiger Amps, продаваемая компанией Southwest Technical Products Corporation (SWTPC). В некоторых из этих усилителей использовались выходные каскады с общим эмиттером, которые имели локальную обратную связь вокруг выходного каскада, чтобы заставить его работать с коэффициентом усиления 4 по напряжению. Это было достигнуто путем добавления резисторов от эмиттеров Q14 и Q15 к земле, так что только часть выходного напряжения возвращается на эмиттеры.Эти усилители были очень нестабильными, вызывая колебания, перегрев и сбои в твитерах. Вальтер Юнг протестировал один из усилителей SWTPC Tigersaurus для любителей аудио. Его заключительный комментарий в его обзоре был: «Дэн Мейер, где ты?» Дэн Мейер был основателем SWTPC. Первоначально его компания называлась Demco, но радиовещание General Motors Delco подало на него в суд, чтобы заставить его сменить название компании. Компания вышла из бизнеса после выхода на рынок домашних компьютеров.

Гибридный выходной каскад, в котором используется каскад с общим коллектором для положительного выходного тока и каскад с общим эмиттером для отрицательного выходного тока, показан на рисунке 7. Этот каскад называется квазикомплементарным выходным каскадом. Транзисторы предварительного драйвера — Q14 и Q15, которые являются дополнениями npn и pnp. Транзисторы драйвера — Q16 и Q17. Выходные транзисторы — Q18 и Q19. Это все типы npn. Этот каскад обычно использовался в первых усилителях, когда отсутствовали прочные сильноточные выходные транзисторы pnp.Серия усилителей Crown DC-300 — хороший тому пример. Этап до сих пор используется в некоторых усилителях. Некоторые версии, которые я видел, опускают Q16 и Q17. Без усиления по току, обеспечиваемого этими транзисторами, Q14 и Q15 должны быть смещены при высоком токе смещения, что приведет к их перегреву.

Рис. 7. Квазикомплементарный выходной каскад.

Я видел один усилитель высокого класса, в котором транзисторы в каскаде драйвера были настолько горячими, что печатная плата обугливалась вокруг паяных соединений транзисторов.Если я не могу постоянно держать палец на транзисторе на плате, он слишком горячий. Горячие транзисторы — это рецепт преждевременного выхода из строя. Усилитель «high-end» несколько раз самоуничтожался. В последний раз, когда я видел это, он вынул дорогой набор новых динамиков.

Некоторые люди спрашивали меня, улучшит ли добавление конденсатора параллельно с R36 время переключения транзисторов в выходном каскаде класса AB. Конденсаторы ускорения обычно используются с транзисторными переключателями для улучшения времени отключения переключателя.На рис. 18 (а) показан такой переключатель. Транзистор Q2 — это переключатель. Его коллекторная нагрузка не показана. Когда Q1 отключен, поток i B2 отключает транзистор Q2. Поток i B2 заставляет конденсатор заряжаться до положительного напряжения, то есть v C > 0. Когда Q1 насыщается, v C1 = 0, что делает v B2 = -v С . Отрицательное напряжение на базе Q2 высасывает заряд, накопленный в базовой области Q2, что заставляет его быстрее отключаться.Когда Q1 выключен, напряжение, до которого заряжается C B2 , определяется соотношением R B2 к R C1 . Если бы эмиттер Q2 был подключен к источнику отрицательного напряжения, то R B2 и C B2 можно было бы опустить, потому что v B2 будет вынужден перейти в отрицательное значение, когда Q1 насыщается. Следовательно, конденсаторы ускорения необходимы только тогда, когда с транзисторными ключами используется источник питания с одной полярностью.

Рис. 8. (a) Транзисторный переключатель. (б) Упрощенный выходной каскад.

На рис. 8 (b) показана упрощенная схема выходного каскада усилителя (драйверные транзисторы опущены) с конденсатором, показанным параллельно R 36 . Поскольку умножитель V BE поддерживает постоянное напряжение на R 36 , добавление конденсатора не влияет на напряжения на базах Q 18 и Q 19 .Если ограничения ускорения необходимы, они должны быть добавлены параллельно с R 41 и R 42 . Однако эти резисторы на 10 Ом слишком малы, чтобы ограничители ускорения оказали какое-либо влияние. Кроме того, колпачки нарушили бы цель R 41 и R 42 , которая заключается в подавлении паразитных колебаний. Конденсатор, подключенный параллельно с R 36 , не увеличит скорость переключения выходного каскада.Конденсаторы ускорения не нужны в схемах с биполярными источниками питания, поскольку для управления базами транзисторов доступны напряжения обеих полярностей.


Эта страница не является публикацией Технологического института Джорджии, и Технологический институт Джорджии не редактировал и не проверял ее содержание. Автор этой страницы несет полную ответственность за содержание.

Практические каскады усилителя мощности и структурная схема. Схема усилителя мощности и описание.

Практический усилитель мощности.

Аудиоусилитель мощности — это усилитель, обеспечивающий усиление мощности между входом и выходом. Теоретически каждый аудиоусилитель производит некоторое усиление мощности, но на практике каждый аудиоусилитель нельзя назвать усилителем мощности. Это количество усиления мощности, которое делает усилитель мощности усилителем или нет. Усилитель мощности должен обеспечивать значительное усиление мощности, чтобы управлять нагрузкой.

Обычно нет фиксированных критериев для выходной мощности усилителя мощности, хотя некоторые разработчики говорят, что 50 Вт RMS, некоторые 20 Вт RMS, а некоторые другие 10 Вт RMS. В практическом смысле ваш усилитель мощности должен иметь достаточную выходную мощность для управления предполагаемой нагрузкой. Для i-pad усилитель мощностью в несколько сотен милливатт будет служить усилителем мощности, в то время как для системы домашнего кинотеатра это может быть усилитель на несколько десятков ватт.

Простой предварительный усилитель с RC-цепочкой дает значительный выигрыш по напряжению, но его нельзя рассматривать как усилитель мощности.Когда мы подключаем к нему динамик, мы почти ничего не слышим, потому что такой усилитель имеет очень низкий коэффициент усиления по току. Поскольку мощность является продуктом напряжения и тока, такой усилитель имеет низкий коэффициент усиления по мощности и не может управлять нагрузкой, такой как динамик.

Каскады усилителя мощности.

Практичный усилитель мощности звука должен иметь специальные схемы для получения усиления по напряжению и по току. Чистая мощность — не единственный фактор, который учитывается при разработке практичного усилителя мощности.При разработке практичного усилителя мощности звука особое внимание уделяется таким факторам, как производительность, надежность, прочность и т. Д. На блок-схеме ниже показаны различные каскады усилителя мощности.

Ступень усиления напряжения

Входной сигнал усилителя от источника обычно находится в диапазоне милливольт, и он очень слаб для управления последующими каскадами. Назначение каскада усиления напряжения — обеспечить необходимое усиление напряжения входного сигнала для обработки последующих каскадов.Обычно каскад усиления напряжения состоит из двух или более RC-соединенных усилителей класса A. Эти усилители класса А, соединенные вместе, обеспечат необходимый прирост напряжения.

Ступень водителя.

Каскад драйвера — это каскад, который стоит между каскадом усиления напряжения и выходным каскадом. Выходной каскад обычно имеет низкое входное сопротивление, поэтому каскад усиления напряжения не может управлять только выходным каскадом. Задача задающего каскада — обеспечить достаточное усиление по току для управления выходным каскадом.Поскольку имеется достаточное усиление по току, каскад драйвера также дает значительный выигрыш по мощности.

Выходной каскад.

Выходной каскад — это каскад, подключенный к громкоговорителю. Выходной каскад обеспечивает дальнейшее улучшение прироста мощности и передает эту мощность на громкоговоритель с минимальными потерями. На этом этапе часто используется двухтактная схема, состоящая из двух транзисторов. Эффективность и согласование импеданса — два важных параметра, которые учитываются при проектировании этой стадии.

Двухтактная конфигурация — очень распространенный тип выходной конфигурации, используемой в усилителях мощности. В двухтактной схеме пара активных устройств (транзисторов) поочередно является источником или потребителем тока нагрузки. Преимущества двухтактной конфигурации перед выходом с одним транзистором: лучший КПД, более высокая выходная мощность, подавление четных гармоник, подавление постоянного тока на выходе и т. Д.

Каскады усилителя мощности в реальной цепи.

Принципиальная схема практического трехступенчатого звукового усилителя мощности показана на рисунке ниже.

Малосигнальный транзистор Q1 и связанные с ним компоненты образуют каскад усиления напряжения. R1 и R2 — резисторы смещения Q1. C4 — входной конденсатор связи, который блокирует составляющие постоянного тока входного сигнала. Резистор R7 ограничивает ток через цепь смещения. C1 — конденсатор фильтра. Выход каскада усиления напряжения снимается с коллектора Q1.

Транзистор Q2 средней мощности образует каскад драйвера. Выход каскада усиления напряжения напрямую связан с базой Q2.Выход драйверного каскада взят из базы Q2.

Выделенные силовые транзисторы Q3 и Q4, подключенные в двухтактном режиме, образуют выходной каскад. Коллектор Q2 подключен к базе Q3, а эмиттер Q2 подключен к базе Q4. Аудиовыход берется из перехода эмиттер-база выходных транзисторов.

Как работает автомобильный аудиоусилитель — выходной каскад класса AB

Продолжая рассмотрение того, как работают автомобильные аудиоусилители, давайте обсудим, как работает выходной каскад классического усилителя класса AB, и объясним, почему он по-прежнему является эталоном для высоких частот. -конечные аудиосистемы.

Как работает выходной каскад класса AB?

Недавно мы рассмотрели источник питания, входной каскад и принцип работы выходных каскадов класса D, чтобы ваш автомобильный аудиоусилитель воспроизводил музыку. Если вы вернетесь к истокам мощных автомобильных аудиоусилителей, вы обнаружите дизайн класса AB.

Усилитель класса A использует единственный выходной транзистор для добавления тока к выходному сигналу для управления динамиком. Когда музыка не воспроизводится, выходное устройство наполовину включено и сильно нагревается.Думайте о выходе как о резисторе. Если вы подключите два небольших резистора последовательно к источнику питания, через нагрузку будет протекать большой ток. Точно так же работает усилитель класса А.

Усилители класса B используют пару выходных устройств и распределяют обязанности по подаче напряжения между каждым устройством. Когда музыка не воспроизводится, оба устройства выключены, и на динамик не подается напряжение. Проблема с усилителями класса B, как обсуждали ребята из BestCarAudio.com в своей статье о искажениях усилителя класса AB, заключается в том, что при смещении напряжения на одном из диодов транзистора возникает мертвая зона.Результат отсутствия компенсации этого требования смещения примерно 0,7 В называется кроссоверным искажением.

Выходной каскад усилителя класса AB

Усилитель класса AB — это усилитель класса B с небольшим напряжением смещения, приложенным к выходным устройствам, чтобы они были готовы к воспроизведению музыки. В разных конструкциях усилителей используются разные величины смещения, чтобы сбалансировать эффективность и плавность хода.

Amazing High Frequency Extension

Усилители класса AB класса high-end известны своей расширенной высокочастотной характеристикой.Многие топовые усилители могут воспроизводить частоты выше 80 кГц с линейной линейкой и низким уровнем искажений. Если вы создаете аудиосистему, совместимую со звуком высокого разрешения, этот расширенный высокочастотный отклик имеет решающее значение.

Низкое выходное сопротивление

По сравнению с усилителями класса D, которые используют катушки индуктивности и конденсаторы на своих выходах, усилители класса AB, за исключением конфигураций с источниками питания переменного напряжения (часто называемые конструкциями класса G или класса H), в них не нуждаются. устройств.В результате меньше отклонений выходного напряжения от импеданса нагрузки и более предсказуемая характеристика.

Изображение: Voce.jpg

Эффективность и производительность

На низких и средних уровнях мощности усилители класса AB не так эффективны, как усилители класса D, поскольку выходные устройства действуют как резистивные делители напряжения на шинах источника питания. Таким образом, усилителям AB требуются радиаторы большего размера, чтобы обеспечить их надежную работу. По мере приближения к верхним пределам выходных возможностей усилителя AB их эффективность становится аналогичной эффективности усилителя класса D.Устройства вывода почти полностью включены или выключены.

Испытайте максимальное усиление автомобильной аудиосистемы

Если вы твердо намерены собрать лучшую аудиосистему для своего автомобиля, посетите местный специализированный магазин по продаже аксессуаров для мобильных устройств и спросите об использовании усилителей класса AB. Да, вам нужно будет найти для них место в вашем автомобиле, но потрясающая четкость и детализация, которые они обеспечивают, стоят затраченных усилий.

Сопутствующие товары

Введение в усилители мощности

Усилители мощности

Цепи усилителя

составляют основу большинства электронных систем, многим из которых требуется большая мощность для управления каким-либо выходным устройством.Выходная мощность аудиоусилителя может быть от менее 1 Вт до нескольких сотен Вт. Усилители радиочастоты, используемые в передатчиках, могут потребовать выработки выходной мощности в тысячи киловатт, а усилителям постоянного тока, используемым в электронных системах управления, также может потребоваться выходная мощность высокой мощности для привода двигателей или исполнительных механизмов многих различных типов. В этом модуле описаны некоторые часто встречающиеся классы выходных цепей мощности и методы, используемые для повышения производительности.

Усилители напряжения, описанные в модулях усилителей Модуль 1, Модуль 2, Модуль 3 и Модуль 4, могут многократно увеличивать амплитуду сигнала, но не могут сами по себе управлять выходным устройством, таким как громкоговоритель или двигатель.

Например, усилитель напряжения может иметь коэффициент усиления 100 и быть в состоянии усилить сигнал 150 мВ до амплитуды 15 В, и вполне возможно, что усилитель может подавать этот сигнал 15 В на нагрузку, скажем, 10 кОм, но если нагрузка изменив значение на 10 Ом, усилитель напряжения не сможет обеспечить дополнительный ток, необходимый для поддержания выходного напряжения 15 В на 10 Ом.

Аналогично, усилитель тока может иметь коэффициент усиления 100 и быть в состоянии усилить сигнал 10 мкА до 1 мА при очень низком выходном напряжении, но не сможет подавать сигнал 1 мА, скажем, при 10 В.

В любом случае усилитель напряжения или тока не имеет достаточной МОЩНОСТИ (вольт V x ток I).

Усилители напряжения и тока могут использовать небольшие транзисторы и не потребляют большое количество энергии от источника питания, чтобы часто усиливать сигналы в очень больших количествах. Однако маленькие транзисторы, которые они используют, имеют очень крошечные области перехода и поэтому не могут обрабатывать мощность, необходимую для управления некоторыми устройствами вывода, без перегрева.

Мощный силовой каскад класса D

Участники могут загрузить эту статью в формате PDF.

В системах питания используются диоды для выполнения множества функций. Например, диоды могут защищать от повреждений из-за подключений с обратной полярностью источника питания, а также блокировать обратные токи и переходные процессы. Они также позволяют развертывать несколько источников питания параллельно в конфигурации OR для обеспечения избыточности и распределения нагрузки.

В идеале диоды для энергосистем должны обеспечивать нулевое падение напряжения в прямом направлении и бесконечное сопротивление обратного тока. Хотя совершенство недостижимо, несколько контроллеров и интегрированных устройств позволяют реализовать функциональность идеальных диодов для ваших автомобильных, промышленных, бытовых или других приложений, тем самым преодолевая ограничения компонентов, традиционно используемых в энергосистемах.

Традиционные компоненты включают диоды Шоттки, которые по сравнению с кремниевыми p-n-диодами обеспечивают более низкое прямое напряжение. Однако их прямое напряжение не равно нулю, и прямая проводимость может привести к значительным потерям при высоких токах нагрузки. Следовательно, это часто требует использования радиатора, что увеличивает затраты и требования к пространству.

Кроме того, прямое падение напряжения на диоде сокращает доступный запас для выходных преобразователей мощности, создавая проблему для автомобильных приложений, в которых напряжение батареи может значительно упасть во время холодного запуска.

В качестве альтернативы диоду Шоттки вы можете использовать полевой МОП-транзистор с p-каналом и несколько других дискретных компонентов для реализации обратной защиты батареи. Однако этот подход также имеет ограничения, в том числе низкую производительность кривошипа в холодном состоянии и относительно большие требования к недвижимости.

Рекламные ресурсы:

Идеальный диод: основы

Чтобы преодолеть ограничения диодов Шоттки или p-канальных MOSFET, вы можете использовать контроллер защиты от обратной полярности, такой как Texas Instruments LM74500-Q1, или контроллер идеального диода, например TI LM74700-Q1, каждый из которых соединен с внешним n-канальным MOSFET.Эти контроллеры обладают значительными преимуществами. Например, при заданном уровне мощности решение на основе LM74500-Q1 плюс n-канальный MOSFET может составлять одну треть размера реализации дискретного p-канального MOSFET.

Помимо защиты от обратной полярности, контроллер идеальных диодов LM74700-Q1 и внешний n-канальный полевой МОП-транзистор (рис. 1) обеспечивают блокировку обратного тока. Когда на контакте EN контроллера устанавливается высокий уровень, включается полевой МОП-транзистор, сводя к минимуму падение напряжения с V BAT до V OUT .Если контроллер обнаруживает какой-либо обратный ток, он выключает полевой МОП-транзистор, а внутренний диод полевого МОП-транзистора блокирует обратный ток, при этом позволяя нагрузке потреблять прямой ток, хотя и при более высоком падении прямого напряжения.

1. Когда на выводе EN контроллера идеальных диодов LM74700-Q1 устанавливается высокий уровень, включается полевой МОП-транзистор, обеспечивая очень низкое падение напряжения с V BAT до V OUT .

LM74700-Q1 поддерживает линейное регулирование, управляя напряжением затвора полевого МОП-транзистора в зависимости от тока нагрузки.При высоких токах нагрузки напряжение затвор-исток приближается к максимальному напряжению управления затвором, обеспечивая работу, близкую к минимально возможному напряжению R DS (ON) . Соответствующие устройства TI предлагают гистерезисное управление ВКЛ / ВЫКЛ, когда полевой МОП-транзистор полностью включен или выключен в зависимости от определенных пороговых значений напряжения.

Автомобильный тест на ЭМС

Инженеры по энергосистемам постоянно сталкиваются с проблемами, связанными с электромагнитной совместимостью (ЭМС). Автомобильная промышленность представляет множество примеров таких проблем: проектировщики разрабатывают автомобильные внешние системы питания для электронных блоков управления (ЭБУ), работающих на уровнях от 100 до 1000 Вт.

Для испытания на ЭМС автомобильные инженеры должны соответствовать стандартам таких органов, как Международная организация по стандартизации (ISO 7637-2 и ISO 16750-2) или Общество автомобильных инженеров (J1113-11), которые определяют допустимые автомобильные электрические линии. временное поведение. Кроме того, у производителей автомобилей есть свои собственные стандарты, такие как LV 124, разработанные представителями Audi AG, BMW AG, Daimler AG, Porsche AG и Volkswagen AG.

Испытания, описанные в LV 124 E-06 (наложенное переменное напряжение) и E-10 (короткое прерывание), трудно выполнить с помощью схем защиты от обратной батареи на основе диодов Шоттки и p-канальных полевых транзисторов.В испытании LV 124 E-06 применяется наложенное переменное напряжение при работающем двигателе, что требует размах колебаний переменного тока до 6 В на напряжении батареи постоянного тока 13,5 В с колебаниями от 15 Гц до 30 кГц. Тест LV 124 E-10 проверяет, невосприимчивы ли электронные модули к кратковременным перебоям в питании от батарей, например, из-за дребезга реле.

Контроллер с идеальными диодами с быстрым включением и выключением затвора важен для достижения активного выпрямления входного переменного напряжения 6 В, 30 кГц от пика до пика во время испытаний E-06 и в классе встреч. Выступление во время теста Е-10.Для достижения быстрого времени затвора в конфигурациях с двойным встречно-обратным подключением n-FET (которые предлагают ограничение пускового тока и защиту от перенапряжения, а также защиту от обратного заряда батареи) вы можете использовать контроллер с идеальными диодами LM74800-Q1 со встроенным двойным привод ворот.

Как показано на рисунке 2, выход DGATE управляет первым полевым транзистором (Q1) для замены диода Шоттки для защиты от обратного входа и удержания выходного напряжения, в то время как выход HGATE управляет вторым полевым транзистором (Q2) для реализации цепи питания на и выключение, ограничение пускового тока и защита от перенапряжения.Зарядный насос с драйвером пикового тока затвора 20 мА и коротким временем задержки включения и выключения обеспечивает быстрый переходный отклик, что помогает оставаться в пределах испытаний LV 124 EMC.

2. Контроллер с идеальным диодом LM74800-Q1 имеет встроенный привод с двумя затворами.

Интегрированный идеальный диод

Приложения, включая телеприставки, интеллектуальные колонки, портативные электроинструменты и зарядные устройства, ПК, ноутбуки и розничные терминалы ePOS (электронные точки продаж), могут получить преимущества от LM73100 5.5-А интегрированный идеальный диод, который работает от 2,7 В до 23 В и не требует внешнего полевого транзистора.

Предлагая интегрированный аналоговый контроль тока нагрузки и цифровую индикацию исправного состояния с регулируемым порогом, LM73100 (рис. 3) обычно обслуживает приложения для контроля и защиты шин питания. Он также предлагает регулируемую защиту от повышенного и пониженного напряжения. Кроме того, он может управлять пусковым током и защищать от обратной полярности входа, а также от условий обратного тока.

3. Встроенный идеальный диод LM73100 5.5-A работает от 2,7 до 23 В и не требует внешнего полевого транзистора.

Несколько устройств LM73100 могут быть подключены параллельно для приложений с более высоким током. В конфигурации с двумя устройствами один LM73100 сначала включается для управления пусковым током. Когда его последовательность пускового тока завершается, первое устройство дает возможность второму устройству включиться, и параллельная комбинация становится готовой для подачи полного установившегося тока.Площадь основания LM73100 2 × 2 мм с четырьмя плоскими выводами (QFN) делает его подходящим для приложений ORing с ограниченным пространством.

Заключение

Устройства с идеальными диодами позволяют заменить диоды Шоттки или реализации MOSFET с дискретным каналом p-типа во многих приложениях, предлагая такие возможности, как защита от обратной полярности, защита от обратного тока, ограничение пускового тока и защита от перенапряжения. минимизация потерь и требований к недвижимости. Кроме того, они могут помочь вам выполнить требования к испытаниям на ЭМС.

Спонсируемые ресурсы:

Описание проектов — BuildAudioAmps

Краткое описание проектов, представленных на сайте.
пр.1

Первый проект на сайте, очень простой 50-ваттный усилитель мощности звука. В проекте используются дифференциальный входной каскад и параллельные силовые выходные транзисторы для работы с низкоомными нагрузками 4 Ом. Максимальный рекомендуемый источник питания составляет ± 45 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.2

Еще одна простая схема с ручной настройкой напряжения смещения постоянного тока. Еще одно интересное изменение схемы — это очень высокое сопротивление резистора обратной связи R17, вдвое больше, чем у Project1. В модельном блоке используются 3 пары комплементарных выходных транзисторов мощности 2SC5200 и 2SA1943 или 2SC5242 / 2SA1962. Проект способен обеспечить мощность 80 Вт на нагрузку 8 Ом при напряжении питания ± 45 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.3

Еще одна простая схема усилителя звука на 75 Вт, но качество звука на удивление хорошее.Внедрение схем источника тока улучшает качество звука в этом проекте. Рекомендуемый источник питания — ± 35 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.4

Классическая схема аудиоусилителя мощностью 70 Вт при 8 Ом с шинами питания ± 44 В постоянного тока. В нем используются две пары комплементарных выходных транзисторов 2SC5242 и 2SA1962. Сервосхема операционного усилителя управляет напряжением смещения постоянного тока усилителя. Несколько компонентов SMT были объединены с остальными сквозными компонентами, чтобы сделать сборку более сложной и приятной.

Посмотреть проект

пр.5

Концепция этого проекта возникла из примечаний к применению, разработанных Hitachi Semiconductor, в которых используется классический 100-ваттный MOSFET-усилитель мощности. В этом проекте используются полевые МОП-транзисторы с боковой мощностью, способные обеспечить 100 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 56 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.6

Этот проект рассчитан на 230 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 65 В постоянного тока.Входной каскад состоит из дифференциального усилителя, токового зеркала и цепей источника тока. Двухкаскадный драйвер эмиттерного повторителя управляет четырьмя парами полностью комплементарных транзисторов выходного каскада мощности эмиттерного повторителя.

Посмотреть проект

пр.7

Проект обеспечивает выходную мощность более 130 Вт при нагрузке 8 Ом с использованием источника питания ± 56 В постоянного тока. Усовершенствованная схема имеет ручную настройку напряжения смещения постоянного тока. Выходной каскад представляет собой эмиттер-повторитель, конфигурация которого аналогична топологии Т-образной цепи.

Посмотреть проект

пр.8

Очень популярный проект, в котором используется LME49811 от Texas Instruments, высококачественный входной каскад усилителя мощности звука, разработанный для профессиональных аудиоприложений. Усилитель мощности выдает 36,02 В среднеквадратического значения на фиктивной нагрузке 8 Ом или выходную мощность 162 Вт.

Посмотреть проект

пр.9

Это проект управления тембром, в котором используется интегральная схема тон / громкость / баланс с двойным управлением постоянным током LM1036 компании Texas Instruments.Обе версии LM1036 IC представлены в этом проекте: корпус для поверхностного монтажа в пластиковом корпусе Dual-Inline-Package (PDIP) со сквозными отверстиями (PDIP) и Small Outline Integrated Circuit (SOIC).

Посмотреть проект

пр.10

Проект рассчитан на продолжительную выходную мощность 130 Вт на 8 Ом с шинами питания ± 54 В постоянного тока. Входной каскад состоит из полностью комплементарных цепей дифференциала, источника тока и усилителя напряжения. Силовой выходной каскад сконфигурирован аналогично топологии Т-образной цепи, которая была очень популярна несколько десятилетий назад.Выходной каскад мощности эмиттер-повторитель использует 5 пар дополнительных силовых транзисторов 2SC5242 и 2SA1962, что более чем достаточно для достижения 130 Вт при 8 Ом без защиты цепи.

Посмотреть проект

пр.11

Этот проект является потомком Project 5. Однако в этом проекте используются менее дорогие и легкодоступные силовые МОП-транзисторы, сохраняя при этом отличную точность воспроизведения звука. Схема настолько проста, насколько это возможно для создания усилителя мощности звука с использованием вертикальных полевых МОП-транзисторов.

Посмотреть проект

пр.12

Это первый масштабированный проект LME49811, в котором используется популярный конструктор звукового усилителя 70-х годов под названием Ampzilla. При напряжении ± 54,4 В постоянного тока прототип выдает на выходе 33,37 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом, что соответствует выходной мощности около 139 Вт (среднеквадратичное значение) без каких-либо признаков ограничения.

Посмотреть проект

пр.13

Другой масштабированный LME49811 с ​​выходным каскадом мощности был создан на базе усилителя мощности MK25 / 2500 компании SAE.С шинами питания ± 54,4 В постоянного тока прототип выдает 36,4 В среднеквадратического значения на фиктивной нагрузке 8 Ом или выходную мощность 165,62 Вт. Более высокая выходная мощность возможна за счет увеличения шин питания.

Посмотреть проект

пр.14

Другой масштабированный LME49811 с ​​выходным каскадом, вдохновленным винтажным NAD S200. Синусоидальная волна 1 кГц при 5,2 В (размах) давала около 34,41 В среднеквадратического значения на 8 Ом или выходную мощность около 148 Вт среднеквадратического значения. Возможна выходная мощность 225 Вт при 8 Ом при основном источнике питания около ± 72 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.15

Входной каскад LME49811 управляет парой комплементарной обратной связи (CFP), также известной как каскад пары Шиклая. В сериях Crown XLS и C-Audio Pulse используются идентичные схемы каскадов драйверов на основе Sziklai. Однако, чтобы их схемы работали в этом проекте, необходимо добавить R9 / R10 и R25 / R26, как и в Citation22 от Harman Kardon. На вход тестируемого усилителя подавался синусоидальный сигнал с частотой 1 кГц 4,72 В (размах), в результате чего получилось 33.61 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом / 400 Вт или выходная мощность около 141,2 Вт среднеквадратического значения до того, как произойдет ограничение.

Посмотреть проект

пр.16

Еще один проект масштабированного усилителя мощности LME49811, рассчитанный на 200 Вт среднеквадратического значения на нагрузку 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока. Пять пар параллельно включенных транзисторов комплементарной выходной мощности T03P использовались для работы с шинами высокого напряжения источника питания проекта. Две пары параллельно соединенных комплектных дополнительных драйверов T0220 были использованы и настроены как эмиттер-повторитель.

Посмотреть проект

пр.17

Масштабируемый LME49811, управляющий выходным каскадом, состоящим из комплектных драйверов BJT TO-126 и TO-220 и четырех пар комплектных силовых полевых МОП-транзисторов TO3-P. Драйверы BJT настроены как повторители эмиттера, в то время как полевые МОП-транзисторы с выходной мощностью настроены как повторители источника. Этот проект рассчитан на 200 Вт среднеквадратического значения при нагрузке 8 Ом с шинами питания от ± 64 до ± 70 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.18

Младший брат проекта 17! Выходной каскад состоит из силовых полевых МОП-транзисторов в корпусе TO220.Выходная мощность составляет около 100 Вт при нагрузке 8 Ом с источником питания ± 50 В постоянного тока. Более высокая выходная мощность достигается при нагрузке 4 Ом.

Посмотреть проект

пр.19

Другой масштабированный LME49811, управляющий классическим выходным каскадом мощности с квазикомплементарной симметрией. В каскаде драйвера есть только один комплементарный PNP-транзистор, а выходной каскад состоит из полностью согласованных силовых NPN-транзисторов. Это реализация старой схемотехники, дополняющая выдающиеся характеристики LME49811.Выходная мощность этого проекта составляет около 275 Вт (среднеквадратичное значение) на нагрузку 8 Ом с источником питания ± 75 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.20

Это еще один проект усилителя мощности звука, в котором LME49811 используется в качестве входного каскада в сочетании с выходным каскадом с тройной составной топологией. Выходная мощность составляет около 195 Вт (среднеквадратичное значение) на нагрузку 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.21

Другой проект усилителя мощности с входным каскадом LME49811, управляющим выходным каскадом мощности с комплементарной парой обратной связи (CFP), работающим в режиме класса A.Двенадцать радиальных резисторов мощности были использованы в транзисторах выходного каскада мощности для повышения общей стабильности усилителя. Выходная мощность этого проекта составляет около 60 Вт на нагрузку 8 Ом с источником питания ± 32 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.22

Этот проект представляет собой высокопроизводительную версию проекта 8. Принципиальная схема аналогична проекту 8. Драйверы были заменены дополнительной парой корпусных транзисторов TO3-P, сконфигурированных как эмиттер-повторитель. Выходные силовые транзисторы были заменены четырьмя парами транзисторов в корпусе TO-264 и также сконфигурированы как эмиттер-повторитель.Выходная мощность этого проекта составляет 255 Вт при 8 Ом или 510 Вт при 4 Ом с шинами ± 75 В постоянного тока или выше.

Посмотреть проект

пр.23

Другой масштабируемый LME49811, в котором используется уникальный 2-ступенчатый драйвер эмиттерного повторителя. Схема каскада драйвера необычна по сравнению с наиболее распространенным типом, где эмиттерные резисторы связаны с выходом усилителя, или по сравнению с Т-образной схемой, где эмиттерный резистор используется как NPN-, так и PNP-транзисторами. Измеренная выходная мощность этого проекта составляет 128 Вт при нагрузке 8 Ом или 256 Вт при нагрузке 4 Ом с шинами питания от ± 50 до ± 60 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.24

Это еще один проект усилителя мощности LME49811. Входной каскад LME49811 управляет модифицированным трехступенчатым выходным каскадом эмиттерного повторителя. Выходная мощность была измерена при 260 Вт при нагрузке 8 Ом или 520 Вт при нагрузке 4 Ом с источником питания от ± 70 В до ± 75 В постоянного тока. В печатной плате проекта используется смесь SMD-компонентов вокруг LME49811 и компонентов с сквозным отверстием на выходном силовом каскаде.

Посмотреть проект

пр.25

Это еще один проект усилителя мощности с входным каскадом LME49811, управляющим 3-каскадным выходным каскадом эмиттерный повторитель.Выходной каскад мощности использует пять пар комплементарных выходных транзисторов мощности, что обеспечивает более высокий ток и лучшее рассеивание тепла при работе с нагрузкой 4 Ом, особенно с нагрузкой 2 Ом. Измеренная выходная мощность составляет около 220 Вт при нагрузке 8 Ом и источнике питания ± 64 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.26

Project 26 — это обычный дискретный усилитель мощности звука, в котором используются входные цепи дифференциального сигнала, зеркала тока и источника тока. Выходной каскад представляет собой топологию тройной эмиттер-повторитель.Измеренная выходная мощность составляет 238 Вт (среднеквадр.) На нагрузку 8 Ом с шинами питания от ± 64 В до ± 70 В постоянного тока. Выходная мощность была определена путем подачи входного синусоидального сигнала с частотой 1 кГц и 9,6 В (размах) к прототипу, который дает 43,6 В среднеквадратичного значения на фиктивной нагрузке 8 Ом без ограничения обоих пиков выходного сигнала.

Посмотреть проект

пр.27

«Проектирование усилителей мощности звука», книга, написанная Бобом Корделлом, вдохновила этот проект. Есть две версии этого проекта. Первый вариант питается от ± 35 В постоянного тока, что дает выходную мощность 60 Вт (среднеквадратичное значение) на 8 Ом, а второй вариант — от напряжения ± 64 В постоянного тока, что обеспечивает выходную мощность 225 Вт (среднеквадратичное значение) на нагрузке 8 Ом.

Посмотреть проект

пр.28

Этот проект является обновленной версией проекта 6. Измеренная выходная мощность проекта 28 составляет около 238 Вт при 8 Ом при напряжении питания от ± 65 до ± 70 В постоянного тока. Обновленные изменения были внесены в номера деталей транзисторов, используемых в дифференциальном входном каскаде, каскаде усилителя напряжения, а также в выходном каскаде мощности. Замененные дополнительные транзисторы выходной мощности обладают превосходными характеристиками, такими как исключительная безопасная рабочая зона и отличная линейность усиления.Он также обеспечивает надежную работу при более высокой мощности, точное воспроизведение входного сигнала, больший динамический диапазон и широкую полосу пропускания усилителя.

Посмотреть проект

пр.29

Этот проект представляет собой обычный дискретный дифференциал и каскодную схему на входном каскаде, соединенную с трехступенчатым силовым выходным каскадом эмиттерный повторитель. Проект 29 рассчитан на 218 Вт среднеквадратического значения при нагрузке 8 Ом с шинами питания от ± 65 В до ± 70 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.30

Project 30 — еще один простой проект усилителя мощности, который включает каскад усилителя дифференциального напряжения и двухкаскадный выходной каскад эмиттер-повторитель.Еще одна особенность — добавление многооборотного подстроечного потенциометра в цепь входного каскада для удобной регулировки напряжения смещения постоянного тока до минимума. Максимальная выходная мощность этого проекта до ограничения составляет 213 Вт (среднеквадратичное значение) на нагрузку 8 Ом с шинами питания от ± 64 В до ± 75 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.31

Концепция этого проекта основана на комплементарно-симметричной схеме дифференциального входного каскада, популярной в наборе стереоусилителя Hafler DH-200 в 70-х годах, разработанном Эрно Борбели, который он назвал усилителем с двойным дифференциальным входом.С шинами питания ± 65 В постоянного тока прототип выдает 43,2 В среднеквадратичного значения на фиктивной нагрузке 8 Ом или выходную мощность около 233 Вт среднеквадратического значения.

Посмотреть проект

пр.32

Это полная комплементарно-симметричная топология входного каскада, аналогичная предыдущему проекту и CFP (дополнительная пара обратной связи), также известная как выходной каскад с парой Шиклай. В этом проекте используется превосходное качество звука входного каскада в сочетании с более широкой полосой пропускания силового выходного каскада на основе CFP.Комбинация, на мой взгляд, дала удивительно отличное качество звука. Измеренная выходная мощность этого проекта составляет около 206 Вт среднеквадратического значения для нагрузки 8 Ом или более для нагрузки 4 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.33

Это еще одна полностью комплементарно-симметричная топология, аналогичная предыдущим проектам, но на этот раз силовой выходной каскад представляют собой силовые полевые МОП-транзисторы. В выходном каскаде истокового повторителя используются силовые полевые МОП-транзисторы QFET компании Fairchild Semiconductor.Измеренная выходная мощность проекта 33 составляет около 178 Вт при напряжении питания ± 65 В постоянного тока и нагрузке 8 Ом. Более высокая выходная мощность достигается при нагрузке 4 Ом или 2 Ом. Прототип модели был протестирован с громкоговорителем 3 Ом и воспроизводил устойчивые чистые басы, присущие большинству аудиоусилителей, в которых используются силовые полевые МОП-транзисторы.

Посмотреть проект

пр.34

, вдохновленный превосходной конструкцией усилителя мощности MOSFET на 60 Вт Эрно Борбели, появился в феврале в журнале Audio Amateur Magazine в качестве проекта строительства усилителя звука.«82» и является отправной точкой для развития этого проекта. Вместо полевых МОП-транзисторов в этом проекте используются силовые транзисторы BJT, сконфигурированные в топологии дополнительной пары обратной связи. Модель-прототип выдает более 100 Вт прекрасной звуковой мощности при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 50 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.35

В этом проекте используется та же схема из предыдущего проекта, в которой используется полностью комплементарно-симметричный входной каскад дифференциального усилителя. Вместо BJT в выходном силовом каскаде на этот раз используются полевые транзисторы HEXFET, расположенные по схеме «исток-повторитель».Модель-прототип выдает более 100 Вт звуковой мощности на нагрузку 8 Ом с шинами питания от ± 49 В до ± 55 В постоянного тока и отлично себя зарекомендовала во время музыкальных тестов.

Посмотреть проект

пр.36

Project 36 — это простейшая полностью комплементарно-симметричная топология входного каскада, которая может быть построена с относительно небольшим количеством компонентов. Усилитель мощности звука полностью симметричен и работает. Дополнительные усилители дифференциального входа вносят значительный вклад в снижение искажений.Силовой выходной каскад состоит из силовых полевых МОП-транзисторов с общим источником питания либо с горизонтальной, либо с вертикальной ориентацией. Обе версии производят более 100 Вт звуковой мощности при нагрузке 8 Ом с шинами питания от ± 49 В до ± 55 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.37

Концепция этого проекта была представлена ​​ранее с использованием силовых полевых МОП-транзисторов. Однако в этом проекте будут использоваться силовые устройства вывода BJT. Измеренная выходная мощность для этого проекта составляет более 100 Вт при 8 Ом с шинами питания от ± 49 В до ± 55 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.38

Этот проект представляет собой еще один полностью комплементарно-симметричный входной каскад, подключенный к паре дополнительной обратной связи, также широко известной как выходной каскад мощности пары Шиклай. Измеренная выходная мощность этого проекта составляет около 120 Вт при 8 Ом или 240 Вт при 4 Ом при напряжении питания от ± 49 В до ± 55 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.39

Концепция Project 39 — это спецификация Texas Instruments LME49810 SNAS391C, редакция апреля 2013 года.Этот вход усилителя звука и микросхема каскада драйвера имеют такие же впечатляющие характеристики, как LME49811. Уникальной особенностью LME49810 является внутренняя схема зажима Бейкера и флага зажима. Усилитель мощности выдает очень красивую синусоидальную волну 23,07 В среднеквадратического значения на фиктивной нагрузке 8 Ом или выходную мощность около 70 Вт.

Посмотреть проект

пр.40

Project 40 — это масштабированная высокопроизводительная версия более раннего проекта LME49810. Выходной силовой каскад проекта представляет собой трехступенчатую схему эмиттер-повторитель, широко известную как тройной.Измеренная выходная мощность этого проекта составляет более 220 Вт при нагрузке 8 Ом или более 440 Вт при нагрузке 4 Ом с шинами питания ± 72 В постоянного тока. Коэффициент усиления по напряжению в этом проекте составляет около 28,4 В / В (29,1 дБ), что определяется значением R3 и R5. Изменение их значений приведет к желаемому усилению напряжения.

Посмотреть проект

пр.41

Этот проект демонстрирует полностью комплементарный, биполярный, сверхвысококачественный драйвер входного каскада усилителя мощности LME49830 от Texas Instruments, оптимизированный для управления практически любыми доступными силовыми полевыми МОП-транзисторами.LME49830 — это высокопроизводительный драйвер с низким уровнем шума, очень низким уровнем искажений, тепловым отключением и настраиваемой пользователем компенсацией для минимизации высокочастотных искажений и оптимизированной скорости нарастания. Входная чувствительность проекта составляет около 1,68 В, что дает выходную мощность более 150 Вт при нагрузке 8 Ом и шинах питания от ± 60 до ± 72 В постоянного тока при только конвекционном охлаждении.

Посмотреть проект

пр.42

Это масштабированная высокопроизводительная версия предыдущего проекта на микросхеме LME49830.Пара драйверов MOSFET была добавлена ​​для изоляции LME49830 от MOSFET выходного каскада. Включение этих драйверов улучшает общую частотную характеристику усилителя. Измеренная выходная мощность этого проекта до ограничения составляет около 230 Вт при нагрузке 8 Ом или более 460 Вт при нагрузке 4 Ом с шинами питания от ± 65 В до ± 75 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.43

Project 43 — это полностью дополнительный высококачественный стереоусилитель мощности на базе LM4702 от Texas Instruments.Этот простой стереоусилитель на основе LM4702 обеспечивает уровень искажений 0,006% THD и превосходное качество звука! Измеренная выходная мощность этого проекта до ограничения составляет около 35 Вт на канал при 8 Ом с шинами питания ± 45 В постоянного тока. Используя «версию B» этого чипа, можно было бы использовать более высокие шины питания, которые могли бы легко реализовать выходную мощность около 100 Вт на канал или более.

Посмотреть проект

пр.44

Этот проект будет предпоследним дискретным комплементарно-симметричным дифференциальным входным каскадом или проектом топологии зеркального отображения.Проект 44 включает дополнительный дифференциальный входной каскад, каскад симметричного каскодного усилителя напряжения и трехкаскадный выходной каскад эмиттерно-повторителя. Прототип проекта выдает 45,62 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом или выходную мощность 260 Вт с шинами питания ± 80 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.45

Project 45 оснащен полностью симметричным усилителем мощности звука с обратной связью по току. Усилители звука на основе CFA обладают исключительными звуковыми качествами, которые можно испытать и оценить, только когда вы создадите их для себя.Прототип проекта выдает очень красивую синусоидальную волну 32,45 В среднеквадратического значения на фиктивной нагрузке 8 Ом или выходную мощность более 130 Вт. Прототип проекта обеспечивает время нарастания прямоугольной волны 103,24 кГц, равное 401,6 нс, что соответствует скорости нарастания сигнала 219 В / мкс.

Посмотреть проект

пр.46

Project 46 — еще один прототип на основе CFA, который выдает 21,08 В среднеквадратического значения на фиктивной нагрузке 8 Ом перед ограничением. Входной сигнал прямоугольной формы 100 кГц дает время нарастания 417.3 нс и время нарастания 200 кГц 410 нс. Амплитуда прямоугольного сигнала была отрегулирована на уровне 25Vpp. Поскольку CFA имеют более высокую скорость нарастания и более широкую полосу пропускания, во время теста прослушивания были получены впечатляющая четкость и динамика во всем звуковом спектре.

Посмотреть проект

пр.47

Project 47 — это еще один проект звукового усилителя мощности на 100 Вт на 8 Ом или 200 Вт на 4 Ом. В прототипе проекта время нарастания прямоугольной волны 100 кГц составляло 245,1 нс, а время нарастания прямоугольной волны 200 кГц — 244.2нСм. Эти измерения соответствуют скорости нарастания 359 В / мкс для 100 кГц и 360 В / мкс для прямоугольных сигналов 200 кГц.

Посмотреть проект

пр.48

Project 48 — проект мощного полностью симметричного усилителя мощности звука на основе CFA. Прототип показал время нарастания прямоугольной волны 100 кГц, равное 770 нс при 32,2 В, что эквивалентно скорости нарастания импульса 131 В / мкс. Измеренная выходная мощность усилителя до ограничения составляет 205 Вт при 8 Ом или 410 Вт при нагрузке 4 Ом с шинами питания ± 65 В постоянного тока.Эта выходная мощность была достигнута при 40,5 В среднеквадратичного значения на фиктивной нагрузке 8 Ом.

Посмотреть проект

пр.49

Project 49 — еще один проект полностью симметричного дополнительного усилителя с обратной связью по току. Модель прототипа этого проекта достигла выходной мощности 216 Вт при 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока. Однако более высокая выходная мощность возможна при нагрузках 4 Ом.

Посмотреть проект

пр.50

Project 50 — еще один проект усилителя с обратной связью по току, который реализован с двухкаскадным выходным каскадом силового полевого МОП-транзистора «исток-повторитель».Прототип для этого проекта достиг выходной мощности более 200 Вт при 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока. Широкополосная характеристика усилителя мощности звука на основе CFA обеспечивает очень хорошую скорость нарастания.

Посмотреть проект

пр.51

Project 51 — еще один проект полностью симметричного дополнительного усилителя с обратной связью по току. Выходной каскад мощности и сетевая схема датчика температуры в этом проекте были вдохновлены разработкой сверхбыстрого звукового усилителя мощности G. Stochino из конца 90-х годов.Однако в этом проекте была реализована большая выходная мощность по сравнению с исходной 100-ваттной конструкцией за счет замены драйверов, силовых полевых МОП-транзисторов и шин питания.

Посмотреть проект

пр.52

Project 52 — еще один проект усилителя мощности звука на основе CFA. Входной каскад аналогичен более раннему проекту на основе CFA, но выходной каскад использует силовые полевые МОП-транзисторы, расположенные в квазикомплементарной конфигурации. Измеренная выходная мощность усилителя непосредственно перед ограничением составляет около 219 Вт при 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.53

Project 53 — еще один звуковой усилитель на основе CFA с квазикомплементарным выходным каскадом мощности. Десять NJW21194G реализованы в выходном каскаде для обеспечения высокой выходной мощности при подключении, в частности, к нагрузкам с низким импедансом. Прототип модели достиг 49,2 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 75 В постоянного тока. Это эквивалентно более чем 300 Вт выходной мощности звука без обрезки.

Посмотреть проект

пр.54

Project 54 — еще один проект усилителя мощности звука на основе CFA с квазикомплементарной топологией выходного каскада.Измеренная выходная мощность составляет около 306 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 80 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.55

Проект

Project 55 был вдохновлен эталонным дизайном IRAUDAMP7D, разработанным International Rectifier, — двухканальным масштабируемым модулем усилителя мощности класса D. Проект представляет собой несимметричный усилитель мощности звука класса D с микросхемой IRS2092. Прототип обеспечивает выходную мощность более 140 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 50 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.56

Project 56 — это еще одна реализация драйвера усилителя звука IRS2092 класса D компании International Rectifier с ШИМ-модулятором и встроенной защитой.Измеренная выходная мощность прототипа составляет около 160 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 50 В постоянного тока.

Посмотреть проект

пр.57

Project 57 — еще один проект усилителя мощности звука на основе CFA. Входной каскад идентичен предыдущим проектам на основе CFA и связан с выходным каскадом мощности, сконфигурированным с использованием дополнительной пары обратной связи (CFP). Прототипу при испытании требуется только 1,075 В среднеквадратичного значения синусоидального входного сигнала 1 кГц для получения не ограниченного выходного значения около 41,66 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 64 В постоянного тока.Это соответствует выходной мощности около 217 Вт или выше при подключении к нагрузке 4 Ом.

Посмотреть проект

пр.58

Project 58 — это квазикомплементарная версия Project 44. Проект включает каскодированный дополнительный дифференциальный входной каскад, а также каскад усилителя напряжения. Вместо трехкаскадного комплементарного выходного каскада усилителя с общим коллектором в Project 58 используется квазикомплементарная топология выходного каскада BJT с диодом Баксандала на транзисторе драйвера PNP.Выходная мощность составляет около 229 Вт при сопротивлении 8 Ом или выше при нагрузках с более низким импедансом и в зависимости от соответствующего источника питания.

Посмотреть проект

пр.59

Усилитель с низким TIM, также широко известный как усилитель выщелачивания, был разработан У. Маршаллом Личем-младшим и вдохновил на создание проекта 59. Прототип был способен усилить синусоидальный входной сигнал 1 кГц 1,96 В среднеквадратичного значения до 40,9 В среднеквадратичного значения на фиктивной нагрузке 8 Ом . Это соответствует 209 Вт без ограничения выходной мощности.

Посмотреть проект

пр.60

Project 60 — это еще одна версия конструкции LeachAmp, в которой используются полевые транзисторы HEXFET, настроенные на квазикомплементарный выходной каскад.Прототип обеспечивает измеренную выходную мощность 106,14 Вт на фиктивной нагрузке 8 Ом при подключении к шинам источника питания ± 55 В постоянного тока. Анализатор звука QA400 измерил THD прототипа на уровне 0,0023% и THD + N на уровне 0,00764%. Прототип также был протестирован с N-канальными полевыми транзисторами QFET и показал удовлетворительные результаты в тестах измерения и прослушивания.

Посмотреть проект

пр.61

Project 61 основан на двух хорошо известных конструкциях звуковых усилителей мощности: Blameless Amplifier от Douglas Self и Audiophile Amplifier от G.Рэнди Слоун. Измеренная выходная мощность составляет около 110 Вт при нагрузке 8 Ом с шинами питания ± 50 В постоянного тока. Аудиоанализатор QA400 измерил THD на уровне 0,00072% и THD + N на уровне 0,00294%.

Посмотреть проект

пр.62

Project 62 — первый в серии проектов звуковых усилителей мощности, в которых во входном каскаде входного каскада используется операционный усилитель. Этот проект основан на статье «Build This», написанной Райнхардом Мецом, которая была опубликована в апрельском выпуске журнала Radio Electronics за 1992 год.Выходная мощность усилителя составляет около 113 Вт при сопротивлении 8 Ом при напряжении питания ± 45 В постоянного тока. Номинальная выходная мощность была получена путем измерения напряжения на фиктивной нагрузке 8 Ом, когда на вход усилителя подается синусоидальный сигнал 1 кГц 0,495 В среднеквадратического значения. Аудиоанализатор QA400 измерил THD от 0,001% до 0,009% в зависимости от используемого операционного усилителя.

Посмотреть проект

пр.63

Project 63 — второй в серии звуковых усилителей мощности, в которых малошумящий высокоскоростной входной операционный усилитель на полевых транзисторах используется на входном каскаде усилителя.Трехступенчатый выходной каскад мощности с эмиттерным повторителем, подключенный к шинам источника питания ± 60 В постоянного тока, обеспечивает выходную мощность без ограничения мощности около 214 Вт на нагрузку 8 Ом с коэффициентом нелинейных искажений 0,00157%, измеренным анализатором звука QA400. Используя четыре дополнительных пары высоконадежных кремниевых силовых транзисторов 15A 250V 200W от On Semiconductor, можно получить более высокую выходную мощность, особенно при подключении к нагрузкам с очень низким импедансом.

Посмотреть проект

пр.64

Project 64 — это 3 rd в серии проектов звуковых усилителей мощности, в которых на входном каскаде входного каскада усилителя используется операционный усилитель.В настоящее время существует более 10 построенных проектов усилителей этой же серии. Операционный усилитель на входном каскаде сконфигурирован как часть усилителя с обратной связью по току. Квазикомплементарный выходной каскад мощности легко обеспечивает выходную мощность более 200 Вт на нагрузке 8 Ом с THD 0,0023% и ровной частотной характеристикой от 20 Гц до 20 кГц, как измерено анализатором звука QA400.

Посмотреть проект

пр.65

Project 65 — четвертый в серии проектов звуковых усилителей мощности, в которых во входном каскаде усилителя используется операционный усилитель.Входной каскад операционного усилителя на основе CFA соединен с полностью комплементарным гибридным составным выходным каскадом пары обратной связи. Применяя входной сигнал 1 кГц 1,84 В, усилитель выдает 35,82 В среднеквадратического значения на нагрузке 8 Ом при подключении к шинам питания ± 56,6 В постоянного тока и THD 0,002%. Более высокая выходная мощность может быть реализована при подключении к нагрузкам с низким импедансом.

Посмотреть проект

Описание проектов будет обновлено, как только последний проект будет размещен на сайте.

Другие проекты…

Предусилитель1

Этот проект представляет собой 2-канальную схему управления тембром на основе двойного высокопроизводительного и высокоточного звукового операционного усилителя LME49720.Микросхема LME49720 — это операционный усилитель со сверхнизкими искажениями, низким уровнем шума и высокой скоростью нарастания, оптимизированный и полностью предназначенный для высокопроизводительных приложений с высокой точностью воспроизведения.

Посмотреть проект

Предусилитель 2

Проект PreAmp2 представляет собой двухканальный балансный вход с несимметричным выходом предварительного усилителя. Микросхема MC33078 была выбрана для этого проекта из-за ее высоких характеристик производительности для использования в высококачественных аудиоприложениях. MC33078 — это сдвоенный высокоскоростной малошумящий операционный усилитель с низким коэффициентом нелинейных искажений и большим размахом выходного сигнала без кроссоверных искажений в зоне нечувствительности.

Посмотреть проект

Предусилитель 3

В этом проекте с 2-канальным регулятором тембра используется KA2107 производства Samsung Electronics. KA2107 — это монолитная интегральная схема в 12-выводном корпусе Single In Line. Он разработан для 2-х каналов приложения регулировки громкости, баланса, низких и высоких частот с постоянным током. Для этого требуется очень мало внешних компонентов. Схема регулировки тембра может усиливать или ослаблять сигнал 1 кГц, как правило, на + 10 дБ / -12 дБ.

Посмотреть проект

Предусилитель 4

Это одноканальный двухступенчатый проект управления тембром, состоящий из 11 транзисторов.Первый каскад состоит из параллельно включенной 3-транзисторной схемы на входе и квазикомплементарной схемы на выходе. Вторая ступень состоит из дифференциальной пары на входе и полной комплементарной цепи на выходе.

Посмотреть проект

Предусилитель 5

Проект

PreAmp5 — это еще одна двухступенчатая схема регулировки тембра, в которой используются BJT на входе и операционный усилитель на выходе. Входной каскад линейного уровня, состоящий из Q1 — Q4, обеспечивает усиление около 18 дБ и устанавливается с помощью R7 и R9.Каскад регулировки тембра основан на неинвертирующей конфигурации U1, которая обеспечивает около ± 7 дБ низких и высоких частот.

Посмотреть проект

Источники питания

Этот проект представляет собой линейный нерегулируемый источник питания двойной полярности для аудиоусилителя.