Двухтактный усилитель мощности на транзисторах: принцип работы, схемы и характеристики

Как работает двухтактный усилитель мощности. Какие бывают схемы двухтактных усилителей. Каковы основные характеристики и преимущества двухтактных усилителей. Какие классы усиления используются в двухтактных схемах.

Принцип работы двухтактного усилителя мощности

Двухтактный усилитель мощности — это схема, в которой используются два одинаковых усилительных элемента (транзистора), работающих поочередно на противоположных полупериодах входного сигнала. Основные особенности работы двухтактного усилителя:

• Входной сигнал разделяется на два противофазных сигнала, которые подаются на базы двух транзисторов
• Транзисторы работают поочередно — когда один открывается, второй закрывается
• Токи транзисторов суммируются в общей нагрузке, формируя усиленный выходной сигнал
• Благодаря поочередной работе транзисторов снижаются нелинейные искажения

Такой принцип работы позволяет получить высокую выходную мощность при низком уровне искажений.

Основные схемы двухтактных усилителей

Существует несколько основных схем построения двухтактных усилителей мощности:

Трансформаторная схема

В этой схеме используются входной и выходной трансформаторы:

• Входной трансформатор разделяет сигнал на два противофазных
• Выходной трансформатор суммирует токи двух транзисторов
• Преимущества — гальваническая развязка, возможность согласования сопротивлений
• Недостатки — громоздкость, ограниченный частотный диапазон

Бестрансформаторная схема

В этой схеме трансформаторы отсутствуют:

• Используются комплементарные пары транзисторов
• Разделение сигнала происходит в фазоинверсном каскаде
• Преимущества — широкий частотный диапазон, компактность
• Недостатки — сложность подбора транзисторов, отсутствие гальванической развязки

Классы усиления в двухтактных схемах

В двухтактных усилителях используются следующие классы усиления:

Класс А

В этом режиме оба транзистора открыты постоянно и работают на линейном участке характеристики. Особенности:

• Минимальные искажения сигнала
• Низкий КПД (до 25%)
• Высокое энергопотребление в режиме покоя

Класс B

Транзисторы открываются поочередно только на своем полупериоде сигнала. Характеристики:

• Высокий КПД (до 78.5%)
• Низкое энергопотребление в покое
• Наличие искажений при переходе через ноль (crossover distortion)

Класс AB

Промежуточный вариант между классами A и B. Особенности:

• Небольшой ток покоя через транзисторы
• Снижение crossover distortion по сравнению с классом B
• КПД и искажения между классами A и B

Преимущества двухтактных усилителей

Основные достоинства двухтактных усилителей мощности:

• Высокая выходная мощность
• Низкий уровень нелинейных искажений
• Хороший КПД (особенно в классах B и AB)
• Подавление четных гармоник
• Возможность работы без выходного трансформатора

Характеристики двухтактных усилителей

Ключевые параметры двухтактных усилителей мощности:

• Выходная мощность — до нескольких сотен ватт
• КПД — от 25% (класс А) до 78.5% (класс B)
• Коэффициент нелинейных искажений — менее 1%
• Диапазон рабочих частот — до сотен кГц
• Входное сопротивление — единицы-десятки кОм
• Выходное сопротивление — доли Ома

Применение двухтактных усилителей

Основные области применения двухтактных усилителей мощности:

• Высококачественные аудиосистемы
• Профессиональная звукоусилительная аппаратура
• Выходные каскады радиопередатчиков
• Усилители для электроакустических преобразователей
• Сервоприводы и системы управления электродвигателями

Проектирование двухтактных усилителей

При разработке двухтактных усилителей мощности необходимо учитывать следующие аспекты:

• Выбор оптимального класса усиления исходя из требований к КПД и искажениям
• Правильный подбор комплементарных пар транзисторов
• Обеспечение температурной стабилизации режима транзисторов
• Реализация цепей защиты от перегрузки и короткого замыкания
• Минимизация паразитных связей между каскадами

Перспективы развития двухтактных усилителей

Основные направления совершенствования двухтактных усилителей мощности:

• Применение новых типов полупроводниковых приборов (MOSFET, IGBT)
• Использование цифровых методов коррекции искажений
• Внедрение импульсных источников питания
• Совершенствование методов температурной стабилизации
• Интеграция усилителей в системы на кристалле

Двухтактные усилители остаются одним из основных типов мощных усилителей благодаря оптимальному сочетанию высокой мощности, низких искажений и хорошего КПД. Дальнейшее развитие этого класса устройств позволит улучшить их характеристики и расширить области применения.

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Главная Случайная страница. Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым?

Поиск данных по Вашему запросу:

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Двухтактный каскад
• 6.
  Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах
• 25) Двухтактный трансформаторный усилитель мощности.
• Двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах. Принцип работы и основные характеристики
• Двухтактные усилители на транзисторах одного типа проводимости
• Выходные усилители мощности
• Двухтактный усилитель мощности
• Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности для радиоприемника

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Ламповый усилитель нч с полевым выходом Pass Zen

Двухтактный каскад

Конструкция транзисторного усилителя НЧ низких частот предполагает наличие нескольких усилительных транзисторных каскадов минимум При этом есть один выходной последний в цепочке и один или несколько предварительных каскадов. Предварительные каскады обеспечивают увеличение напряжения звуковых частот до того уровня, который требуется для нормального функционирования выходного каскада. На нижеприведённом рисунке можно увидеть, как выглядит простейшая схема транзисторного усилителя с двумя каскадами.

Сами транзисторы подписаны на схеме V1 предварительный каскад и V2 выходной каскад. Обязательно наличие разделительного конденсатора — C2. Нагрузка V1 осуществляется посредством резистора R2, а для V2 аналогичную роль выполняет B1 динамик. Смещение, с помощью которого можно регулировать силу сигнала, продуцируемого усилителем, регулируется резисторами R1 и R3. Питание этих двух элементов происходит от базового источника Uи. Такая схема обеспечивает следующий процесс работы: на входной канал разделительного конденсатора C1 пропускающего переменный, требующий усиления, сигнал и задерживающего постоянный сигнал коллекторной цепи происходит подача электрического сигнала.

Транзистор V1 усиливает сигнал и передаёт на нагрузочный резистор R2, далее — на выходной каскад через C2 разделительный конденсатор.

Транзистор V2 вновь усиливает сигнал и подаёт его на динамик B1, где сигнал приобретает форму звука. Конденсатор в этой схеме должен оказывать ёмкостное сопротивление по силе в 4 раза меньшее, чем входное сопротивление транзистора. Это возможно только при использовании конденсаторов с большой ёмкостью.

Однако, в отдельных случаях это правило не соблюдается и в каскадах обоих типов применяются транзисторы с одинаково низкой мощностью. Такая разновидность конструирования каскадов носит название двухтактного усилителя мощности. При рассмотрении схемы двухтактного усилителя можно отметить, что в нём фигурирует пара трансформаторов Т1, Т2 и пара транзисторов V1, V2.

Т1 занимает межкаскадное положение, связывая предварительный каскад с входом устройства, а второй трансформатор является выходным. При этом использована схема включения транзисторов с общим эмиттером.

Рабочий момент трансформаторного двухтактного усилителя обусловлен тем, что сигнал поступает с предварительного каскада к базам транзисторов так, что они значение напряжения у них всегда противофазное. Функционируют транзисторы не вместе, а по очереди, посылая полуволны напряжений с противоположным значением.

На трансформаторной обмотке происходит объединение этих токов для получения мощных электрических колебаний и более качественного звука. Для сборки бестрансформаторного усилителя не нужны трансформаторы, но зато необходимы транзисторы с различной структурой: p-n-p и n-p-n. По ходу постоянного тока транзисторы имеют последовательное подключение. Вместе с тем, коллектор транзистора V1 формирует напряжение с отрицательным значением, а коллектор транзистора V2 — с положительным.

Динамик B1 в этой схеме соединяется с эмиттерными цепями транзисторов через конденсаторы. Как результат для обоих транзисторов нагрузкой является динамик. Поочерёдность работы транзисторов в этой схеме в сравнении с трансформаторным вариантом обусловлена как раз неодинаковостью их структуры, что отметает необходимость подачи противофазных токов.

Усилители с биполярными транзисторами формируют с использованием трёх схем подключения:. ОЭ — наиболее распространённый вариант подключения. Характеристики транзисторов сильно изменяются при нахождении в различных температурных условиях. Это же касается и простых усилителей c ОЭ.

Поэтому обычно работа схемы корректируется при помощи эмиттерной и коллекторной стабилизации. Однако коллекторная стабилизация чревата снижением коэффициента усиления сигнала, а значит и КПД устройства. Спасти от этого может разделительный конденсатор, ликвидирующий отрицательную обратную связь по переменному току.

Но всё же гораздо чаще применяется эмиттерная стабилизация. Гречишкин предложил чертёж печатной платы усилителя на биполярных транзисторах. Если увеличить мощность до 8 Ом, то мощность снится до 40 Ватт. При замкнутом фоне напряжение по фону и шуму не превышает 1мВ.

Предупреждение о возможной опасности при использовании электроприборов. Помните, что некоторые действия при отсутствии специального образования могут быть связаны с риском. Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала.

6. Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах

В настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности. Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией рис. Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения u вх транзистор Т 1 работает в режиме усиления, а транзистор Т 2 — в режиме отсечки. При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями. При максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением. Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса АВ рис.

Двухтактный усилитель мощности с трансформаторным выходом имеет ряд баз транзисторов и обусловленная этим противофазность переменных.

25) Двухтактный трансформаторный усилитель мощности.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве усилителя синусоидальных колебаний высокой мощности. Технический результат — разделение функций ограничения обратного напряжения и регулирования выходной мощности. В усилителе мощности с трансформаторным входом и выходом, каждое плечо которого выполнено на транзисторе с резистором в эмиттере, вторые выводы резисторов в эмиттерах обоих плеч соединены с общей точкой схемы. Коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключена нагрузка. Между средней точкой первичной обмотки выходного трансформатора и общей точкой схемы подключен источник питания. Источник входного сигнала подключен к первичной обмотке входного трансформатора. В схему усилителя введены два дополнительных резистора. Первый дополнительный резистор включен между первым выводом вторичной обмотки входного трансформатора и базой первого транзистора, а точка соединения первого дополнительного резистора и базы первого транзистора подключена к эмиттеру второго транзистора. Второй дополнительный резистор включен между вторым выводом вторичной обмотки входного трансформатора и базой второго транзистора и точка соединения второго дополнительного резистора и базы второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора.

Двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах. Принцип работы и основные характеристики

Двухтактный усилитель мощности с трансформаторным выходом имеет ряд преимуществ по сравнению с однотактным усилителем. Двухтактные усилители мощности представляют собой каскад, в котором используются две одинаковые лампы, возбуждаемые равными, но противоположными по фазе напряжениями. Двухтактный усилитель мощности рис. Транзисторы Ti и Т2, которые подбирают с максимально близкими характеристиками, работают в одинаковом режиме.

Усилительным транзисторным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспечивают ему условия работы как усилителя. Для громкого воспроизведения колебаний звуковой частоты транзисторный усилитель должен быть минимум двух — трехкаскадным.

Двухтактные усилители на транзисторах одного типа проводимости

Однако режим класса А не является наилучшим для этих усилителей, так как при отсутствии входного сигнала через транзисторы проходят большие токи. Это приводит к снижению коэффициента полезного действия, а при батарейном питании — к уменьшению срока службы источника питания. На рис. При помощи делителей R 1 , R 2 подаются смещения на базы транзисторов; подбором сопротивлении R э1 и R э2 добиваются симметричности плеч схемы. Для устранения обратной связи эти сопротивления см. Для того чтобы в выходном сигнале отсутствовали четные гармонические составляющие, необходимо не только обеспечить симметрию схемы, но и применить транзисторы, имеющие одинаковую предельную частоту, от которой зависит фазовый сдвиг выходного сигнала.

Выходные усилители мощности

By Sazb , April 11, in Начинающим. Это конечно удобнее, в чём принцип работы этой схемы? Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Да, я предварительно просмотрел соответствующую литературу, но нигде нет нужного объяснения, в связи с этим я и обратился с данным вопросом на сайте.

В нем, как видишь, два трансформатора и два транзистора. Трансформатор Вместе же они образуют двухтактный усилитель мощности. Сущность.

Двухтактный усилитель мощности

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторной связью выполнена на двух транзисторах VT 1 иVT 2 и представлена на рис. ТранзисторыVT 1 иVT 2 работают поочередно. Входной сигнал подается на базовые цепи транзисторов через входной трансформатор Т 1.

Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности для радиоприемника

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Двухтактный трансформаторный усилитель . ..

Выходная мощность двухтактного усилителя более чем в два раза выше выходной мощности, получаемой в однотактной схеме. Кроме того, в двухтактной схеме снижается содержание четных гармоник в сигнале, поэтому для данного напряжения питания усилитель позволяет получать большую неискаженную мощность. Как уже обсуждалось в разд. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора выделяется суммарная мощность выходных сигналов двух транзисторов. Рис 1.

Первичная обмотка L 3 играет роль автотрансформатора. Транзисторный усилитель мощности звуковой частоты с заземленным эмиттером.

Конструкция транзисторного усилителя НЧ низких частот предполагает наличие нескольких усилительных транзисторных каскадов минимум При этом есть один выходной последний в цепочке и один или несколько предварительных каскадов. Предварительные каскады обеспечивают увеличение напряжения звуковых частот до того уровня, который требуется для нормального функционирования выходного каскада. На нижеприведённом рисунке можно увидеть, как выглядит простейшая схема транзисторного усилителя с двумя каскадами. Сами транзисторы подписаны на схеме V1 предварительный каскад и V2 выходной каскад. Обязательно наличие разделительного конденсатора — C2.

Предварительный усилитель выполнен на транзисторе VT1 и содержит резистор термостабилизации в цепи эмиттера. С целью уменьшения нелинейных искажений типа ступеньки напряжение, возникающее на резисторе R6 в результате прохождения тока эмиттера транзистора VT1, используется для создания небольшого прямого смещения на базах транзисторов VT2 и VT3 двухтактного УМ. Схема двухтактного трансформаторного усилителя мощности.

2. Двухтактный усилитель мощности

Схема двухтактного усилителя мощности приведена на рис. 23.2, а. Схема содержит два транзистора, два трансформатора с выводами от средней точки одной из обмоток, источник питания E_K и схему смещения с фиксацией напряжения на базе – R₁, R₂. Транзисторы должны иметь одинаковый тип проводимости и равные параметры.

Величина напряжения смещения выбирается такой, чтобы оба транзистора работали с углом отсечки  ≈ 90° (см. рис. 23.2, б). При отсутствии сигнала через оба транзистора должны протекать равные токи коллектора. Это обеспечивается подбором транзисторов.

Принцип работы каскада заключается в следующем. Входной трансформатор Тр₁ обеспечивает противофазное управление транзисторами. Когда один транзистор открывается, другой закрывается. Выходной трансформатор Тр₂ обеспечивает сложение токов двух транзисторов в первичной обмотке. Вторичная обмотка этого трансформатора нагружена на сопротивление нагрузки.

В состоянии покоя U_вх = 0 через первичную обмотку Тр₂ протекают равные по величине, но противоположные по направлению токи. Результирующий ток обмотки равен нулю. Когда на первичную обмотку Тр₁ подаётся сигнал, на базы транзисторов действуют равные по величине, но противоположные по знаку управляющие напряжения. При этом один транзистор открывается, а другой закрывается. При смене полярности входного сигнала режимы работы транзисторов меняются на противоположные.

Если входной сигнал синусоидальный , то ток транзисторов будет представлять полуволны синусоиды, причём, у одного из транзисторов положительной полярности, а другого — отрицательной. При достаточно большом уровне входного сигнала значение тока каждого транзистора может изменяться от нуля до максимального значения – I_к.m.

В первичной обмотке трансформатора Тр₂ токи складываются так, что результирующий ток близок к синусоидальному. В целях упрощения анализа мы не учитываем наличие в составе токов коллекторов гармоник, отличие угла отсечки θ от 90°, а также не симметрию схемы.

Оценим энергетические характеристики каскада, полагая, что входной сигнал синусоидален, а его величина позволяет получать I_к = I_к.m. Тогда энергетические характеристики определяются следующими выражениями:

мощность сигнала, развиваемая в нагрузке

;

мощность, потребляемая каскадом

.

Так как для синусоидального тока

,

то

.

Коэффициент полезного действия

.

Это предельное значение КПД. Несмотря на сложность схемы (два трансформатора с выводами от средней точки обмотки, два транзистора), необходимость строгой симметрии, наличие искажений сигнала двухтактные усилители мощности находят широкое применение в практике.

Другой вариант схемы двухтактного усилителя мощности приведён на рис. 23.3. Особенности схемы: исключены трансформаторы, транзисторы Т₁ и Т₂ включены по схеме с ОК и должны иметь разный тип проводимости (Т₁ – p—n—p; Т₂ – n—p—n). Режим работы транзисторов (режим В) задаётся схемой смещения с фиксацией тока базы.

При положительном полупериоде входного сигнала транзистор Т₁ закрывается, а транзистор Т₂ – открывается. Ток через нагрузку протекает снизу вверх. Этим током конденсатор С₃ заряжается до Е_К.

Во время отрицательного полупериода транзистор Т₂ закрывается. Роль источника питания для транзистора Т₁ играет конденсатор С₃. Ток через нагрузку протекает сверху вниз. Емкость С₃ должна быть достаточно большой, чтобы постоянная разряда значительно превосходила период сигнала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

23.1. Почему схемы усилителей мощности, как правило, строятся на биполярных транзисторах с ОЭ?

23.2. Что дает включение трансформаторов в выходную цепь усилителя мощности?

23.3. С какой целью транзисторы усилителей мощности переводят в режим работы с отсечкой?

23.4. Приведите последовательность построения нагрузочной характеристики усилителя мощности в классе А.

23.5. Докажите, что КПД усилителя в классе А при синусоидальном сигнале не может быть больше 0,5.

23.6. Определите мощность в нагрузке Р_н и КПД усилителя мощности η по схеме рис. 23.1, а, если Е_к = 10 В, = 200, = 50, R_н = 50 Ом, а ξ = 0,75.

23.7. Как изменится работа двухтактного усилителя мощности, если напряжение смещения выбрано так, что

а) угол отсечки больше 90º,

б) угол отсечки меньше 90º?

23.8. Для чего вторичная обмотка входного трансформатора в схеме рис. 23.2, а имеет вывод от средней точки?

23.9. Что произойдет, если симметрия средней точки первичной обмотки выходного трансформатора в схеме рис. 23.2, а будет нарушена?

23.10. В схеме рис. 23.2, а R_н = 50 Ом, Е_к = 10 В, число витков первичной обмотки выходного трансформатора ω₁ = 200, а ω₂ = 50. Определить Р_н и η.

23.11. Сформулируйте достоинства и недостатки усилителя мощности по схеме рис. 23.3.

Двухтактный усилитель, работа и теория.

Принципиальная схема класса A , класса B , класса AB

В этом руководстве давайте подробно узнаем о двухтактных усилителях. Мы рассмотрели теорию и приложения двухтактного усилителя. Мы также продемонстрировали различные типы двухтактных усилителей, например модели двухтактных усилителей класса A, класса B и класса AB.

Двухтактный усилитель — это усилитель, который имеет выходной каскад, способный пропускать через нагрузку ток в любом направлении. Выходной каскад типичного двухтактного усилителя состоит из двух идентичных биполярных транзисторов или полевых МОП-транзисторов, один из которых пропускает ток через нагрузку, а другой потребляет ток от нагрузки. Двухтактные усилители превосходят несимметричные усилители (использующие один транзистор на выходе для управления нагрузкой) с точки зрения искажений и производительности. Несимметричный усилитель, как бы хорошо он ни был спроектирован, обязательно внесет некоторые искажения из-за нелинейности его динамических передаточных характеристик. Двухтактные усилители обычно используются в ситуациях, когда требуется низкий уровень искажений, высокая эффективность и высокая выходная мощность. Основная работа двухтактного усилителя заключается в следующем: усиливаемый сигнал сначала разделяется на два идентичных сигнала, сдвинутых по фазе на 180°. Обычно это разделение осуществляется с помощью входного трансформатора связи. Входной трансформатор связи устроен так, что один сигнал подается на вход одного транзистора, а другой сигнал подается на вход другого транзистора. Преимуществами двухтактного усилителя являются малые искажения, отсутствие магнитного насыщения в сердечнике трансформатора связи и подавление пульсаций питания, что приводит к отсутствию гула, а недостатками являются необходимость двух одинаковых транзисторов и необходимость громоздкой и дорогостоящей связи. трансформаторы.

Двухтактный усилитель класса А.

Двухтактный усилитель класса A

Двухтактный усилитель может быть выполнен в конфигурациях класса A, класса B, класса AB или класса C. Принципиальная схема типичного двухтактного усилителя класса А показана выше. Q1 и Q2 представляют собой два идентичных транзистора, и их эмиттерные выводы соединены вместе. R1 и R2 предназначены для смещения транзисторов. Коллекторные клеммы двух транзисторов подключены к соответствующим концам первичной обмотки выходного трансформатора Т2. Источник питания подключается между центральным выводом первичной обмотки T2 и эмиттерным переходом транзисторов Q1 и Q2. Базовый вывод каждого транзистора соединен с соответствующими выводами вторичной обмотки входного трансформатора связи Т1. Входной сигнал подается на первичную обмотку T1, а выходная нагрузка RL подключается к вторичной обмотке T2. Ток покоя Q2 и Q1 течет в противоположных направлениях через соответствующие половины первичной обмотки T2, и в результате не будет магнитного насыщения. . На рисунке вы можете видеть сигналы с фазовым разделением, подаваемые на базу каждого транзистора. Когда Q1 управляется положительно, используя первую половину его входного сигнала, ток коллектора Q1 увеличивается. В то же время Q2 управляется отрицательно, используя первую половину его входного сигнала, и поэтому ток коллектора Q2 уменьшается. Из рисунка видно, что коллекторные токи Q1 и Q2, т.е. I1 и I2 текут в одном направлении через соответствующие половины первичного контура T2. В результате во вторичной обмотке T2 индуцируется усиленная версия исходного входного сигнала. Понятно, что ток через вторичную обмотку T2 представляет собой разницу между двумя токами коллектора. Гармоники будут намного меньше на выходе из-за подавления, что приводит к низким искажениям.

Двухтактный усилитель класса B.

Двухтактный усилитель класса B почти аналогичен двухтактному усилителю класса A, с той лишь разницей, что в двухтактном усилителе класса B нет резисторов смещения. Это означает, что два транзистора смещены в точке отсечки. Конфигурация класса B может обеспечить лучшую выходную мощность и более высокий КПД (до 78,5%). Поскольку транзистор смещен в точке отсечки, он не потребляет энергии в режиме ожидания, что повышает эффективность. Преимуществами двухтактных усилителей класса В являются возможность работы в условиях ограниченного питания (за счет более высокого КПД), отсутствие четных гармоник на выходе, простота схемотехники по сравнению с конфигурацией класса А и т. д. Недостатками являются более высокий процент гармонических искажений по сравнению с усилителем класса A подавление пульсаций питания не так эффективно, как в двухтактном усилителе класса A, что приводит к необходимости хорошо регулируемого источника питания. Принципиальная схема классического двухтактного усилителя класса B показано на диаграмме ниже.

Двухтактный усилитель класса B

 Схема двухтактного усилителя класса B аналогична двухтактному усилителю класса A, за исключением отсутствия резисторов смещения. T1 является входным конденсатором связи, и входной сигнал подается на его первичную обмотку. Q1 и Q2 — два идентичных транзистора, эмиттерные выводы которых соединены вместе. Центральный отвод входного трансформатора связи и отрицательный конец источника напряжения подключаются к точке соединения выводов эмиттера. Положительный конец источника напряжения подключается к среднему отводу выходного трансформатора связи. Коллекторные клеммы каждого транзистора подключены к соответствующим концам первичной обмотки выходного трансформатора связи Т2. Нагрузка RL подключена через вторичную обмотку T2.

Входной сигнал преобразуется в два одинаковых, но противоположных по фазе сигнала с помощью входного трансформатора T1. Один из этих двух сигналов подается на базу верхнего транзистора, а другой подается на базу другого транзистора. Это можно понять из схемы. Когда транзистор Q1 управляется положительной стороной, используя положительную половину его входного сигнала, в транзисторе Q2 происходит обратное. Это означает, что когда ток коллектора Q1 увеличивается, ток коллектора Q2 идет в направлении уменьшения. В любом случае ток, протекающий через соответствующие половины первичной обмотки T2, будет иметь одинаковое направление. Посмотрите на рисунок для лучшего понимания. Этот ток, протекающий через первичную обмотку T2, приводит к форме волны, индуцируемой во вторичной обмотке. Форма волны, индуцированная во вторичной обмотке, аналогична исходному входному сигналу, но усилена по величине.

Перекрестное искажение.

Перекрестное искажение — это тип искажения, обычно встречающийся в конфигурациях усилителей класса B. Как мы уже говорили ранее, транзистор смещен в точке отсечки в усилителе класса B. Мы все знаем, что для кремниевого транзистора требуется 0,7 В, а для германиевого диода требуется 0,2 В напряжения на его переходе базового эмиттера, прежде чем он войдет в проводящий режим, и это напряжение базового эмиттера называется напряжением отключения. Германиевые диоды в усилителях не годятся и можно говорить о двухтактном усилителе класса В на кремниевых транзисторах. Поскольку транзисторы смещены, чтобы отсечь, напряжение на их переходе база-эмиттер остается нулевым во время нулевого входного состояния. Единственным источником для получения транзисторами необходимого напряжения отключения является сам входной сигнал, а требуемое напряжение отключения будет извлечено из самого входного сигнала. В результате части формы входного сигнала с напряжением ниже 0,7 В (отключение напряжения) будут отменены, и поэтому соответствующие части формы выходного сигнала также будут отсутствовать. Взгляните на рисунок ниже для лучшего понимания.

Двухтактный усилитель класса AB.

Класс AB — это еще один тип двухтактного усилителя, который почти аналогичен двухтактному усилителю класса A, и единственное отличие состоит в том, что значение резисторов смещения R1 и R2 выбрано таким образом, что транзисторы смещаются только в точке среза. по напряжению (0,7В). Это уменьшает время, в течение которого оба транзистора одновременно выключены (время, в течение которого входной сигнал находится между (-0,7 В и +0,7 В), и, таким образом, уменьшается перекрестное искажение. Из вышеперечисленных классов Класс А имеет наименьшее искажение, тогда Класс AB, а затем класс B. В любом случае конфигурация класса AB снижает эффективность и тратит разумное количество энергии при нулевом входном сигнале. Класс B имеет самый высокий КПД (78,5%), затем класс B (от 78,5 до 50%) и затем Класс А (50%)

Двухтактные схемы выходной мощности транзисторов класса B, ноябрь 1960 г. Electronics World

Ноябрь 1960 г. Мир электроники Стол содержания Восковая ностальгия и изучение истории ранней электроники. См. статьи из Electronics World , опубликовано в мае 1959 г. — Декабрь 1971 г. Настоящим признаются все авторские права.

Основы Двухтактные усилители класса B не менялись с 1960 года, когда эта статья появилась в журнале Electronics World . Транзисторы для их изготовление улучшилось в большинстве случаев, но процедуры проектирования в основном одинаковый. Усилители класса B, если вы не знакомы с топологией, способен усиливать синусоидальные сигналы с привязкой к нулю на все 360 градусов сигналов вращения без смещения напряжения смещения; они построены из двух Усилители класса А в каскодной конфигурации. Такие проблемы, как перекрестное искажение и тепловой разгон обсуждаются в процедуре проектирования усилителя.

Двухтактные схемы выходной мощности транзисторов класса B

Уолтер Х. Буксбаум / промышленный консультант, Мир электроники

Простая процедура проектирования, которая поможет разобраться в этом очень полезном и популярном транзисторная схема.

Транзисторные аудиоусилители

имеют много преимуществ по сравнению с ламповыми аналогами. но одна схема, которая действительно подчеркивает эти преимущества, — это двухтактная схема класса B. усилитель мощности. Высокая эффективность и простота транзисторов действительно блещут в этом приложении. При отсутствии необходимости в питании накала и относительно низком напряжении «B+», потребляемая мощность в периоды покоя незначительна, а общий КПД схемы экстремально высокий. Это, безусловно, очень желательные функции.

Еще одним привлекательным моментом является цена силовых германиевых транзисторов, которая сопоставима с выгодно с вакуумными трубками. В этой статье типичная конструкция 8-ваттного усилителя, который использует транзисторы стоимостью около $ 3,00 каждый, будет проиллюстрирован. Тот же дизайн Процедура может быть использована для усилителей с другими уровнями мощности и для других транзисторов. типы. Те читатели, которых больше волнует поиск и устранение неисправностей транзисторного аудио. усилители найдут материал полезным для понимания источников наиболее частые дефекты, которые они склонны находить в транзисторных схемах.

Работа класса B

означает, что каждый транзистор будет усиливать только половину сигнал и будет «отдыхать», пока его помощник усиливает часть противоположной полярности сигнал. Поскольку рассеиваемая мощность является одним из наиболее важных факторов в транзисторах, Работа класса B особенно подходит для задачи обеспечения низкого рассеяния на каждый транзистор. Недостатков у этого типа транзисторной схемы всего два: искажение кроссовера и тепловой разгон. Они будут обсуждаться ниже.

Искажение кроссовера происходит, когда один транзистор перестает проводить ток раньше другого началось и является типичной проблемой для всех цепей класса B. Тепловой разгон может возникнуть в любом транзисторном приложении, но силовые транзисторы особенно чувствительны. Эта беда связана с тем, что при нагреве транзистора он стремится к потреблять больше тока, что, в свою очередь, приведет к еще большему нагреву коллектора пока блок не сгорит. Есть хорошо зарекомендовавшие себя и относительно простые лекарства как для перекрестного искажения, так и для теплового разгона, и они будут описаны здесь. в некоторых подробностях. Сначала рассмотрим характеристические кривые.

Большинство наших читателей в некоторой степени знакомы с характеристическими кривыми используется в ламповых схемах. Подобные кривые представлены производителями транзисторов. и используются таким же образом. В статье прошлого месяца о выходной мощности транзисторов класса А схемы мы описали некоторые особенности характеристик кривых транзисторов, обсуждение, которое не будет повторяться здесь. Вместо этого мы сосредоточимся на конструкции типичного усилителя и указать, как искажения кроссовера, тепловой разгон, и некоторые из мелких проблем могут быть решены.

Процедура проектирования усилителя

В любой конструкции усилителя мощности решающим фактором будет желаемая мощность. мощность, доступное напряжение и эффективность компонентов. Предполагая, что мы хотим быть в состоянии передать 8 Вт в громкоговоритель, мы должны сначала учесть потери в выходном трансформаторе, который может иметь КПД около 80 процентов. Это сразу доводит фактическую максимальную мощность, которую должны обеспечить два транзистора, примерно до 10 Вт. Если мы хотим допустить 25-процентную перегрузочную способность, мощность увеличивается. до 12,5 Вт или 6,25 Вт на транзистор. Типичное напряжение питания будет 12 вольт, что позволило бы работать оборудованию напрямую от автомобильного аккумулятора или две 6-вольтовые батареи фонаря. Также можно было бы построить хорошо регулируемый питания, используя в качестве источника питания стандартный 12,6-вольтовый накальный трансформатор.

После определения мощности и напряжения можно выбрать тип транзистора. Он должен выдерживать мощность не менее 6,25 Вт и иметь коллектор-эмиттер. номинальное напряжение не менее чем в два раза превышает напряжение питания, что означает 24 вольта. Для нашего Например, мы выбрали 2N301 производства RCA, Bendix, Sylvania и CBS. и легко доступен у дистрибьюторов запчастей. Этот транзистор рассчитан на 40 вольт. потенциал коллектора и может рассеивать 11 Вт при 80 ° C, что означает около 25 Вт. при комнатной температуре. Эти рейтинги выше наших минимальных требований, но они дают нам столь необходимый запас прочности.

Чтобы получить представление о том, каким может быть размах пикового тока для каждой ступени, мы можем рассчитать:

6,25 Вт x (4 ¸ 12) вольт = 2,1 ампер

Данные производителей показывают, что 2N301 может выдерживать до 3 ампер. пиковый ток. Чтобы получить сопротивление нагрузки для каждой ступени, мы делим 12-вольтовое напряжение питания на 2,1 ампер. пиковый ток, а это примерно 6 Ом. Одна из характеристик Двухтактные схемы класса B заключаются в том, что полное первичное сопротивление выхода трансформатора в четыре раза больше сопротивления нагрузки на ступень или 24 Ом в нашем примере.

 

Рис. 1 — Характеристики коллектора 2Н301.

 

Рис. 2 — Передаточная характеристика 2Н301.

 

Рис. 3 — Базовые характеристики 2Н301.

 

Рис. 4 — Базовая конструкция усилителя мощностью 8 Вт.

 

Рис. 5 — Искажение из-за кроссовера.

Рис. 6 — Схема предварительного смещения для усилителя.

На этом этапе полезно изучить характеристические кривые транзистора. обсуждаемый. На рис. 1 показаны коллекторные характеристики 2Н301 для различных значения базового тока. переменный ток нарисована линия нагрузки для сопротивления нагрузки 6 Ом путем подключения 12-вольтовой точки нулевого тока к 2,1-амперной точке нулевого напряжения. Для расчета максимальной допустимой мощности мы учли 25-процентную перегрузку. емкость, но для нормальной работы размах тока и напряжения будет ограничен с коэффициентом:

k = sqrt (1/1,25) = 0,896

Таким образом, нормальное колебание тока при полной нагрузке будет составлять всего 2,1 ампера. х 0,896 = 1,88 ампер, как показано пунктирной линией на рис. 1. Другая кривая, рис. 2, показывает среднюю передаточную характеристику, которая представляет собой просто график коллекторного тока относительно базового напряжения. На 1,88 ампер. тока коллектора базовое напряжение будет иметь быть 0,78 В, и это, на базовой характеристической кривой рис. 3, будет вызвать базовый ток 34 мА. Продукт 34 мА. х 0,78 вольт — входная мощность, 26,5 МВт.

Входное сопротивление каждого транзистора можно найти по закону Ома от 0,78 вольта, деленного на на 34 мА, или 23 Ом. Теперь мы можем нарисовать базовую схему усилителя класса B. с его входными и выходными требованиями, как показано на рис. 4. Эта простая схема однако будут страдать от недостатков, присущих транзисторным усилителям класса B. Если мы будем управлять этим усилителем синусоидальным сигналом максимальной амплитуды, 0,78 вольт пик в основании каждого каскада, то выходной сигнал на громкоговорителе будет иметь форма волны на рис. 5А, на которой показаны типичные симптомы перекрестного искажения.

Перекрестное искажение

На рис. 5 показан один из наиболее частых дефектов транзистора класса B. усилители и техник, работающий с этими схемами, скоро станет довольно знакомы с появлением этих искаженных выходных сигналов, чтобы понять причина кроссоверных искажений, нам нужно только посмотреть на среднюю передаточную характеристику кривой на рис. 2 и изучите нижнюю часть кривой ниже 0,2 вольта базовое смещение. Здесь кривая выравнивается и полностью останавливается на уровне 0,13 вольта. Это означает что примерно от нуля до 0,13 вольта базового сигнала ток в коллекторе не течет схема. Когда базовый сигнал очень мал, коллекторный сигнал примет вид кривой на рис. 5B, при этом ток течет только на той части синусоида, которая соответствует более чем 0,13 вольт базового напряжения. Поскольку два у двухтактных транзисторов такие же характеристики, искажения будут сбалансированы относительно нулевой линии синусоидального сигнала.

Чтобы решить эту проблему, необходимо предварительно немного сместить каждый транзистор. По сути, для слабых сигналов транзисторы работают как усилители класса А. Этот метод может полностью устранить кроссоверные искажения, но это означает, что каждый Транзистор все время потребляет некоторый ток, что снижает КПД транзистора. Стадии класса В. В хорошем проекте напряжение предварительного смещения тщательно устанавливается, чтобы свести к минимуму ток покоя коллектора.

Возвращаясь к рисунку 4, мы видим два места, где предварительное смещение может быть вставлен. Мы могли бы вставить дополнительную батарею между землей и два излучателя или, и это более простой подход, мы можем использовать часть 12-вольтовый коллекторный источник питания для подачи небольшого отрицательного напряжения на две базы. Этот приведет к потере входного сигнала из-за импеданса или цепи смещения. В в схеме такого типа резисторы смещения не могут быть шунтированы, потому что конденсатор будет заряжаться до уровня напряжения сигнала, и это увеличит фиксированное смещение слишком много.

Характеристические кривые 2N301 рис. 2 и 3 показывают, что предварительное смещение о — требуется 0,13 вольта. Ранее мы рассчитали пиковое входное сопротивление быть около 23 Ом. Резистор смещения обычно должен быть примерно в три раза больше поэтому мы выбираем значение 68 Ом, легко доступную и стандартную единицу. Используя По закону Ома мы находим ток через резистор равным 1,91 мА. При 0,13 вольта сам базовый ток практически равен нулю, так что всего около 2 мА. будет течь в резистор смещения. Из-за различий между отдельными транзисторами и другими константы цепи, желательно включить потенциометр в напряжение смещения делителем и установить фактический уровень напряжения для минимального тока коллектора, соизмеримого с минимальными кроссоверными искажениями.

Глядя на исправленную схему на рис.  6, мы видим, что вход мощность 26,5 МВт. того, что мы рассчитали ранее, будет недостаточно, потому что фактическое входное сопротивление для каждого каскада теперь не 23 Ом, а всего 91 Ом. Соотношение между входной мощностью I ² R для равного тока представляет собой просто соотношение 23 и 91 Ом, что равно 3,95. Это соответствует примерно 6 дБ, увеличение входа, необходимого для преодоления эффекта сети предварительного смещения. Входная мощность, необходимая для управления схемой на рис. 6 для пикового выходного сигнала, составляет следовательно, 105 мВт. С учетом потерь трансформатора в 20 % находим, что фактическая пиковая мощность, подаваемая драйверным усилителем на первичную обмотку входной трансформатор должен быть около 135 мВт.

Схемы управления

для усилителей мощности класса B сами по себе заслуживают длинной статьи. но в этом ограниченном пространстве мы можем только указать, что однокаскадные усилители класса А или двухтактные схемы класса А обычно используются в этом приложении. Есть количество цепей, которые позволяют избежать использования трансформатора возбуждения и обеспечивают фазу разделение и согласование импеданса напрямую. Для приведенного здесь примера это будет в качестве драйвера можно использовать однокаскадный 2Н301 класса А или тип 2Н32, 2Н44, или 2N226, все они подходят и легко доступны на складах оптовиков. Главное требование водительской ступени — это мощность обработки. Если читатель ссылается на прошлогодний статья об усилителях мощности класса А, можно следовать всем схемам за исключением того, что входной импеданс двухтактного каскада класса B должен быть заменен на нагрузка на вторичной обмотке выходного трансформатора.

Термический разгон

Одним из основных фактов физики полупроводников является взаимозависимость ток и температура. Чем выше температура, тем больше ток. В качестве течет ток, в транзисторе выделяется тепло. Эти два факта накладывают серьезный ограничение на схемотехника, особенно при использовании германиевых транзисторов где критические температуры относительно близки к комнатной температуре. Кремний устройства имеют несколько более высокую критическую температуру. Транзисторная характеристика кривые рис. 1, 2 и 3 имеют пометку «температура монтажного фланца 25°C». и это означает, что при более высокой или более низкой температуре показанные характеристики могут быть несколько изменена.

Если бы транзистор имел 100-процентный КПД, у него не было бы потерь мощности в сам транзистор, но такой прибор, конечно, недоступен. 2N301, согласно согласно опубликованным данным, будет рассеивать 3 Вт при выходной мощности 12 Вт в классе Двухтактная схема B. 3 Вт тепла должны отводиться от транзистора. иначе он будет постепенно нагреваться до более высокой температуры. Если температура фланца увеличивается, ток через коллектор увеличивается и количество мощности, которое рассеивается в транзисторе, также увеличивается. Другими словами, если монтаж расположение транзистора не может рассеять 3 Вт мощности, в результате температура накопление приведет к выгоранию транзистора. Можно, при тщательном проектировании, установить каждый транзистор так, чтобы он мог легко излучать 3 Вт в окружающий воздух, но в жаркий день эффективность этого теплообмена пострадает, т.к. сам воздух теплее.

В прошлогодней статье об усилителях мощности класса А мы проиллюстрировали несколько методов. для монтажа силовых транзисторов для максимального теплового излучения. Такой же подход должен использоваться для двухтактных цепей класса B, за исключением того, что мы должны быть осторожны, чтобы не допустить тепло от одного транзистора вносит свой вклад в другой, если рассеивание от обоих можно легко излучать.

В дополнение к механическим способам монтажа существуют простые электронные средства предотвращения теплового разгона и поддержания стабильности при различных температурах. Наиболее широко используемый метод включает управление базовым смещением с помощью термочувствительного датчика. резистор или «термистор». Термистор может как увеличивать, так и уменьшать сопротивление с температурой, но последний тип встречается чаще. При использовании термистора для контроля смещение транзистора термистор установлен близко к транзистору тепло уменьшаться, так что любой нагрев транзистора будет влиять на сопротивление термистора.

Рис. 7. Последняя используемая практическая схема.

Возвращаясь еще раз к нашему примеру типичной двухтактной схемы класса B, мы можно увидеть, как термистор используется в схеме на рис. 7. Здесь термистор, R _T , часть сети смещения и параллельно с 210-омным углеродом резистор, обеспечивает требуемые 68 Ом при 25°C. При повышении температуры до 50°C сопротивление термистора будет всего 40 Ом, и это достаточно уменьшит предварительное смещение. снизить ток коллектора транзистора до безопасного значения.

Принцип заключается в том, чтобы просто уменьшить смещение по мере повышения температуры и сделать это в соответствии с характеристиками транзистора. Если бы был правильный термистор используется, фиксированное сопротивление R ₁ не требуется, но наиболее коммерчески имеющиеся термисторы более чувствительны к температуре, чем необходимо, и поэтому часто используется фиксированный шунтирующий резистор.

Рекомендации по трансформатору

Прежде чем мы сможем построить окончательную схему на рис. 7, мы должны немного подумать. к двум трансформаторам. Эти товары должны быть выбраны из доступных типов запасов. и, если идеальное совпадение невозможно, необходимо устранить последствия несоответствия. оценивается. Начиная с выходного каскада, мы сразу знаем, что этот трансформатор должен быть больше, так как он должен выдерживать не менее 8 Вт. На самом деле 10-ваттный блок будет стандартным размером. Просматривая каталог, мы находим что ряд производителей выпускают подходящие агрегаты этого типа. Чтобы привести только один, рассмотрим Триаду TY-29X. Он имеет первичную обмотку с отводом от средней точки и импедансом 24 Ом. Ом и вторичный с импедансом 8 или 4 Ом. Он может выдерживать 10 Вт звуковой мощности. Мы видим, что он полностью соответствует нашим требованиям.

Существует ряд других одинаково подходящих трансформаторов, таких как Stancor. Т-14 или Чикаго ТАМС-12. Может случиться так, что в другом дизайне расчетный выход импеданс оказывается значением, которое не может соответствовать коммерческому выходу трансформатор. Затем мы можем использовать ближайший доступный тип трансформатора или изменить конструкция нашей схемы. Первый метод рекомендуется, когда ближайший доступный полное сопротивление трансформатора не более чем на 25 процентов превышает выходное сопротивление транзистора импеданс. В противном случае можно изменить выходное сопротивление, перерисовав линия нагрузки. Мы можем изменить либо напряжение питания, либо пиковую мощность и, если необходимо выбрать другой тип транзистора.

Когда мы рассматриваем входной трансформатор, мы видим, что, поскольку усилитель класса B что касается, мы можем выбрать только вторичные и номинальные мощности. В нашем примере входной трансформатор должен выдерживать мощность не менее 135 мВт. и должен соответствовать входное сопротивление 182 Ом. На самом деле, чтобы минимизировать искажения, импеданс источника должно быть ниже, чем входное сопротивление, поэтому мы должны выбрать трансформатор, который имеет вторичное сопротивление менее 182 Ом. Хорошим выбором был бы Тордарсон. TR64 с вторичной обмоткой 100 Ом и первичным импедансом 100 Ом. Ом. Он может обрабатывать 0,5 Вт, что достаточно для этой схемы. Потому что вторичка импеданс ниже, здесь будут происходить некоторые потери в передаче мощности, что означает, что драйверная ступень должна будет выдавать более 135 МВт. предварительно рассчитанный. В консервативной конструкции драйверный каскад будет способен обеспечить по крайней мере удвоенная мощность привода, рассчитанная для выходных каскадов класса B.

Заключение

Транзисторные усилители

класса B имеют большое преимущество, заключающееся в том, что они практически не требуют энергии покоя и, следовательно, очень эффективны. Принципы проектирования – это То же, что и для ламповых двухтактных схем класса B, за исключением того, что транзистор необходимо учитывать температурные характеристики. Процедура детального проектирования представленные здесь, требуют только знания закона Ома, арифметики и понимания кривых характеристик.