Усилитель класса в. Усилители класса B, G и H: принципы работы, преимущества и недостатки

Как работают усилители класса B. Чем отличаются усилители класса G и H. Какие преимущества и недостатки имеют усилители класса B, G и H. Где применяются усилители разных классов. Как решается проблема искажений в усилителях класса B.

Принцип работы усилителя класса B

Усилитель класса B — это тип усилителя мощности, в котором выходные транзисторы работают только в течение одного полупериода входного сигнала. Основные особенности усилителя класса B:

• Угол проводимости транзисторов составляет 180°
• Отсутствует ток покоя через выходные транзисторы
• Высокий КПД — теоретически до 78,5%
• Значительные нелинейные искажения из-за отсечки сигнала

Схема простейшего однотактного усилителя класса B показана на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок схемы однотактного усилителя класса B]

Как видно из схемы, база транзистора не имеет смещения, поэтому он открывается только при положительной полуволне входного сигнала. Это приводит к появлению сильных нелинейных искажений.

Двухтактные усилители класса B

Для уменьшения искажений в усилителях класса B применяется двухтактная схема. Она содержит два комплементарных транзистора, каждый из которых усиливает свою полуволну сигнала:

• NPN-транзистор усиливает положительную полуволну
• PNP-транзистор усиливает отрицательную полуволну

Типовая схема двухтактного усилителя класса B показана на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок схемы двухтактного усилителя класса B]

Преимущества двухтактной схемы:

• Уменьшение нелинейных искажений
• Отсутствие постоянной составляющей в выходном сигнале
• Высокий КПД — до 78,5% теоретически

Проблема перекрестных искажений

Основной недостаток усилителей класса B — наличие перекрестных искажений. Они возникают из-за того, что транзисторы начинают проводить ток только при напряжении база-эмиттер выше 0,6-0,7 В. Это приводит к искажению сигнала при переходе через ноль, как показано на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок, иллюстрирующий перекрестные искажения]

Для устранения перекрестных искажений применяют несколько методов:

• Введение небольшого начального смещения транзисторов (класс AB)
• Использование диодов или транзисторов для температурной компенсации
• Применение глубокой отрицательной обратной связи

Усилители класса G

Усилители класса G являются модификацией усилителей класса B. Их особенность — использование нескольких источников питания разного напряжения. Принцип работы:

• При малом уровне сигнала работает источник с низким напряжением
• При увеличении сигнала подключается источник с более высоким напряжением
• Возможно использование 2-4 уровней напряжения питания

Схема усилителя класса G с двумя уровнями питания показана на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок схемы усилителя класса G]

Преимущества усилителей класса G:

• Более высокий КПД по сравнению с классом B
• Меньший нагрев выходных транзисторов
• Возможность получения большей выходной мощности

Усилители класса H

Усилители класса H — дальнейшее развитие идеи класса G. Их особенность — плавное изменение напряжения питания выходных транзисторов в зависимости от уровня сигнала. Принцип работы:

• Напряжение питания меняется пропорционально амплитуде входного сигнала
• Используется высокочастотный импульсный преобразователь напряжения
• Напряжение питания всегда на 2-3 В выше мгновенного значения выходного сигнала

Структурная схема усилителя класса H показана на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок структурной схемы усилителя класса H]

Сравнение усилителей класса B, G и H

Основные характеристики усилителей разных классов приведены в таблице:

Параметр	Класс B	Класс G	Класс H
КПД	До 78,5%	До 85%	До 90%
Сложность	Низкая	Средняя	Высокая
Стоимость	Низкая	Средняя	Высокая
Нагрев транзисторов	Высокий	Средний	Низкий

Области применения усилителей разных классов

Усилители класса B широко применяются в следующих областях:

• Выходные каскады аудиоусилителей средней мощности
• Усилители мощности радиопередатчиков
• Выходные каскады операционных усилителей

Усилители класса G нашли применение в:

• Мощных hi-fi аудиоусилителях
• Профессиональных усилителях для концертного звука
• Автомобильных аудиосистемах

Усилители класса H используются в:

• Высококачественных аудиоусилителях большой мощности
• Профессиональном звуковом оборудовании
• Мощных усилителях для сабвуферов

Преимущества и недостатки усилителей класса B

Основные преимущества усилителей класса B:

• Высокий КПД — до 78,5% теоретически
• Простота схемотехники
• Низкая стоимость
• Отсутствие тока покоя через выходные транзисторы

Недостатки усилителей класса B:

• Наличие перекрестных искажений
• Относительно высокий уровень нелинейных искажений
• Необходимость применения глубокой ООС
• Сложность получения высоких качественных показателей

Как решается проблема искажений в усилителях класса B?

Для уменьшения искажений в усилителях класса B применяются следующие методы:

• Использование двухтактной схемы
• Введение небольшого начального смещения (переход к классу AB)
• Применение температурной компенсации
• Использование глубокой отрицательной обратной связи
• Применение предыскажений сигнала

Рассмотрим подробнее метод введения начального смещения. Он позволяет устранить область нечувствительности при переходе сигнала через ноль. Схема усилителя с введением смещения показана на рисунке:

[Здесь должен быть рисунок схемы усилителя класса AB]

Диоды VD1 и VD2 создают напряжение смещения около 1,2 В. Это обеспечивает небольшой ток покоя через выходные транзисторы, устраняя перекрестные искажения.

Усилитель класса В | Микросхема

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

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

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

Схема усилителя класса В с обратной связью

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

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

Мифы о классе B

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

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

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

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

Описание усилителя мощности

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

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

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

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

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

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

Предусилитель с активным фильтром

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

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

Метки: сабвуфер, темброблок, УНЧ, фильтр НЧ

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

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

Усилитель мощности класса B — CoderLessons.com

Когда ток коллектора протекает только во время положительного полупериода входного сигнала, усилитель мощности известен как усилитель мощности класса B.

Операция класса B

Смещение транзистора в режиме класса B происходит таким образом, что при нулевом условии сигнала ток коллектора не будет. Рабочая точка выбирается так, чтобы она находилась при отключенном напряжении коллектора. Таким образом, при подаче сигнала на выходе усиливается только положительный полупериод .

На рисунке ниже показаны формы входных и выходных сигналов во время работы класса B.

Когда сигнал подается, цепь смещена в прямом направлении для положительного полупериода входа, и, следовательно, ток коллектора течет. Но во время отрицательного полупериода на входе цепь смещается в обратном направлении, и ток коллектора будет отсутствовать. Следовательно, только положительный полупериод усиливается на выходе.

Поскольку отрицательный полупериод полностью отсутствует, искажение сигнала будет высоким. Также, когда приложенный сигнал увеличивается, рассеиваемая мощность будет больше. Но по сравнению с усилителем мощности класса А выходная эффективность увеличивается.

Ну, чтобы минимизировать недостатки и добиться низкого искажения, высокой эффективности и высокой выходной мощности, в этом усилителе класса B используется двухтактная конфигурация.

Двухтактный усилитель класса B

Хотя эффективность усилителя мощности класса B выше, чем класса A, поскольку используется только один полупериод входа, искажение является высоким. Кроме того, потребляемая мощность используется не полностью. Чтобы компенсировать эти проблемы, в усилителе класса B введена двухтактная конфигурация.

строительство

Схема двухтактного усилителя мощности класса B состоит из двух идентичных транзисторов T ₁ и T ₂ , основания которых подключены к вторичной обмотке входного трансформатора с центральным ответвлением T _r1 . Излучатели закорочены, а на коллекторы _{подается} питание V _CC через первичную _{обмотку} выходного трансформатора T _r2 .

Схема расположения двухтактных усилителей класса B такая же, как и у двухтактных усилителей класса A, за исключением того, что транзисторы смещены при отключении вместо использования смещающих резисторов. На рисунке ниже представлена ​​подробная информация о конструкции двухтактного усилителя мощности класса B.

Схема работы двухтактного усилителя класса B подробно описана ниже.

операция

Схема двухтактного усилителя класса B, показанная на рисунке выше, очищает, что оба трансформатора имеют центральное отвод. Когда на вход не подается сигнал, транзисторы T ₁ и T ₂ находятся в отключенном состоянии и, следовательно, ток коллектора не протекает. Поскольку ток не подается из V _CC , мощность не теряется.

Когда подается входной сигнал, он подается на входной трансформатор T _r1, который разделяет сигнал на два сигнала, которые не совпадают по фазе на 180 ^o . Эти два сигнала поступают на два идентичных транзистора T ₁ и T ₂ . Для положительного полупериода база транзистора T ₁ становится положительной, и ток коллектора течет. В то же время транзистор T ₂ имеет отрицательный полупериод, который переводит транзистор T ₂ в состояние отсечки и, следовательно, ток коллектора не протекает. Форма волны создается, как показано на следующем рисунке.

В течение следующего полупериода транзистор T ₁ переходит в состояние отключения, а транзистор T ₂ переходит в проводимость для обеспечения выхода. Следовательно, для обоих циклов каждый транзистор проводит попеременно. Выходной трансформатор T _r3 служит для соединения двух токов, создавая практически неискаженную форму выходного сигнала.

Энергоэффективность двухтактного усилителя класса B

Ток в каждом транзисторе является средним значением половины синусоиды.

Для половины синусоидальной петли I _dc определяется как

Idc= frac(IC)max pi

Следовательно,

(pin)dc=2 times left[ frac(IC)max pi timesVCC right]

Здесь вводится коэффициент 2, поскольку в двухтактном усилителе имеется два транзистора.

Среднеквадратичное значение тока коллектора = (IC)max/ sqrt2

Среднеквадратичное значение выходного напряжения = VCC/ sqrt2

В идеальных условиях максимальной мощности

Следовательно,

(PO)ac= frac(IC)max sqrt2 times fracVCC sqrt2= frac(IC)max timesVCC2

Теперь общая максимальная эффективность

 etatotal= frac(PO)ac(Pin)dc

= frac(IC)max timesVCC2 times frac pi2(IC)max timesVCC

= frac pi4=0.785=78.5%

Эффективность коллектора будет такой же.

Следовательно, двухтактный усилитель класса B повышает эффективность, чем двухтактный усилитель класса А.

Дополнительный симметричный двухтактный усилитель класса B

Двухтактный усилитель, который только что обсуждался, повышает эффективность, но использование трансформаторов с центральным отводом делает схему громоздкой, тяжелой и дорогой. Для упрощения схемы и повышения эффективности используемые транзисторы могут быть дополнены, как показано на следующей схеме.

Вышеупомянутая схема использует NPN-транзистор и PNP-транзистор, соединенные в двухтактной конфигурации. Когда подается входной сигнал, во время положительного полупериода входного сигнала NPN-транзистор проводит ток, а PNP-транзистор отключается. Во время отрицательного полупериода транзистор NPN отключается, а транзистор PNP проводит.

Таким образом, NPN-транзистор усиливается во время положительного полупериода входа, в то время как PNP-транзистор усиливается во время отрицательного полупериода входа. Поскольку оба транзистора дополняют друг друга, но действуют симметрично, будучи подключенными в двухтактной конфигурации класса B, эта схема называется двухтактным усилителем с дополнительной симметрией .

преимущества

Преимущества двухтактного усилителя класса B с дополнительной симметрией заключаются в следующем.

Поскольку нет необходимости в трансформаторах с центральным отводом, вес и стоимость снижаются.

Равные и противоположные напряжения входного сигнала не требуются.

Недостатки

Недостатки Дополнительной симметрии двухтактного усилителя класса B заключаются в следующем.

Трудно получить пару транзисторов (NPN и PNP), которые имеют сходные характеристики.

Нам нужны как положительные, так и отрицательные напряжения питания.

усилитель мощности класса B,

усилитель мощности класса B.

Усилитель класса B представляет собой тип усилителя мощности, в котором активное устройство (транзистор) работает только в течение одного полупериода входного сигнала. Это означает, что угол проводимости для усилителя класса B составляет 180°. Поскольку активное устройство отключается на половину входного цикла, активное устройство рассеивает меньше энергии и, следовательно, эффективность повышается.

Теоретический максимальный КПД усилителя мощности класса B составляет 78,5%. Схема несимметричного усилителя класса B и формы входных и выходных сигналов показаны на рисунке ниже.

Из приведенной выше схемы видно, что база транзистора Q1 не смещена и отрицательный полупериод входного сигнала отсутствует на выходе. Несмотря на то, что он повышает энергоэффективность, он создает много искажений. Только половина информации, представленной на входе, будет доступна на выходе, и это плохо. Однотактные усилители класса B не используются в современных практических аудиоусилителях, и их можно найти только в некоторых более ранних устройствах. Еще одно место, где их можно найти, — это ВЧ-усилители мощности, где искажения не вызывают серьезного беспокойства. В любом случае, усилители класса C чаще используются в усилителях мощности ВЧ. Выходные характеристики несимметричного усилителя мощности класса B показаны на рисунке ниже.

Один из способов реализовать практичный усилитель класса B – использовать пару активных устройств (транзисторов), расположенных в двухтактном режиме, где один транзистор проводит один полупериод, а другой транзистор проводит другой полупериод. Выходной сигнал обоих транзисторов затем объединяется вместе, чтобы получить масштабированную копию входного сигнала. Но есть загвоздка — должен быть какой-то способ разделить форму входного сигнала для подачи на отдельные транзисторы, и должен быть какой-то способ объединить выходные сигналы отдельных транзисторов. Трансформаторная связь является решением этой проблемы, и такие усилители называются усилителями класса B с трансформаторной связью.

Усилитель класса B с трансформаторной связью.

Принципиальная схема простого усилителя мощности класса B с трансформаторной связью показана на рисунке выше. Транзисторы Q1 и Q2 являются активными элементами. Преобразователь Т1 воспроизводит входной сигнал в двух экземплярах, сдвинутых по фазе на 180°. Из приведенного выше рисунка видно, что транзистор Q1 усиливает положительную половину входного сигнала, а транзистор Q2 усиливает отрицательную половину входного сигнала. Пути протекания тока двух транзисторов также показаны на рисунке выше. Усиленные две половины соединены вместе трансформатором Т2. Если используется идеальный трансформатор, постоянные составляющие тока коллектора каждого транзистора будут протекать в противоположных направлениях через первичную обмотку трансформатора и компенсировать друг друга. Это означает, что насыщения ядра нет, и на выходе не будет компонентов постоянного тока.

Поскольку транзисторы не смещены, они остаются выключенными при отсутствии входного сигнала и тока, протекающего через нагрузку. Каждый транзистор начинает проводить только тогда, когда амплитуда входного сигнала превышает напряжение база-эмиттер ( В до ) транзистора, которое составляет около 0,7 В. Это повышает эффективность, но создает проблему, называемую перекрестным искажением.

Перекрестное искажение.

Поскольку активные элементы начинают проводить ток только после того, как амплитуда входного сигнала превысит 0,7 В, в выходном сигнале будут отсутствовать участки входного сигнала с амплитудой менее 0,7 В, что называется перекрестным искажением. Схематическое изображение перекрестного искажения показано на рисунке ниже. На рисунке видно, что области входного сигнала с напряжением ниже 0,7 В отсутствуют в выходном сигнале.

Преимущества усилителя класса B.

• Высокая эффективность по сравнению с конфигурациями класса А.
• Двухтактный механизм позволяет избежать даже гармоник.
• На выходе отсутствуют компоненты постоянного тока (в идеальном случае).

Недостатки усилителя класса B.

• Основным недостатком является перекрестное искажение.
Трансформаторы связи
• увеличивают стоимость и размеры.
• Трудно найти идеальные трансформаторы.
• Трансформаторная связь вызывает гудение на выходе, а также влияет на низкочастотную характеристику.
• Трансформаторная муфта нецелесообразна при больших нагрузках.

Усилитель мощности класса AB.

В конфигурации класса AB активные элементы (транзисторы) слегка смещены, так что угол проводимости немного больше 180°, но намного меньше 360°. Транзисторы проводят больше полупериода, но намного меньше полного цикла. Это означает, что не будет момента, когда оба транзистора будут выключены одновременно, и, таким образом, исключаются перекрестные искажения. Конфигурация класса AB на самом деле является компромиссом между конфигурациями класса A и класса B, где эффективность немного скомпрометирована для точности. Усилители мощности класса AB немного менее эффективны, чем конфигурации класса B, но намного лучше с точки зрения искажений по сравнению с конфигурациями класса A. Поскольку активные устройства имеют небольшое предварительное смещение, ток коллектора будет небольшим, и это является причиной небольшого снижения эффективности. Типичный КПД хорошо спроектированного усилителя мощности класса AB составляет около 70%. Выходные характеристики однотактного усилителя мощности класса AB показаны на рисунке ниже.

Из приведенного выше рисунка видно, что точка Q не находится в точке отсечки, в отличие от характеристик класса B, и при нулевом входе будет протекать небольшой ток коллектора. В результате на выходе будет воспроизводиться и часть отрицательного полупериода. Количество отрицательных полупериодов, воспроизводимых на выходе, зависит от величины предварительного смещения, подаваемого на транзистор.

Практичный усилитель мощности класса AB.

Несимметричные конфигурации класса AB нецелесообразны только потому, что на выходе будет отсутствовать большая часть одного полупериода. Так же, как и в конфигурации класса B, двухтактный механизм необходим для создания практичных усилителей мощности класса AB. Принципиальная схема типичного двухтактного усилителя класса AB показана на рисунке ниже.

Точное техническое обозначение приведенной выше схемы: «Усилитель мощности класса AB с дополнительной симметрией». Активные элементы, используемые в этой схеме (транзисторы Q1 и Q2), комплементарно симметричны, а это означает, что транзисторы аналогичны во всех аспектах, за исключением того, что один из них — NPN, а другой — PNP. Использование этой комплементарной пары позволяет отказаться от громоздкого трансформатора для фазового разделения входного сигнала для управления отдельными транзисторами. Только NPN-транзистор будет проводить положительный полупериод, а один PNP-транзистор будет проводить отрицательный полупериод.

Транзисторы получают небольшое предварительное смещение с помощью схемы, состоящей из резисторов R1, R2 и смещающих диодов D1 и D2. Как вы знаете, транзистор NPN начнет проводить, когда его базовое напряжение выше напряжения базы-эмиттера (Vbe ~ 0,7 В), а транзистор PNP начнет проводить, когда его базовое напряжение ниже напряжения базы-эмиттера (Vbe ~ -0,7 В). . На диоде, смещенном в прямом направлении, будет падать примерно 0,7 В, а используемые здесь смещающие диоды будут удерживать транзистор слегка смещенным в прямом направлении, даже если входной сигнал отсутствует.

При выборе смещающих диодов (также называемых компенсирующими диодами) важно, чтобы их характеристики были как можно ближе к характеристикам транзисторов. Резисторы R1 и R2 фактически используются для прямого смещения диодов, так что они падают на 0,7 В для смещения отдельных транзисторов. C1 и C2 являются входными развязывающими конденсаторами по постоянному току. Формы входных и выходных сигналов типичного двухтактного усилителя класса AB показаны на рисунке ниже.

Поскольку оба транзистора имеют небольшую проводимость при нулевом входе, никакая информация во входном сигнале не теряется на выходе во время перехода входного сигнала через ноль, и, таким образом, перекрестное искажение полностью устраняется за счет небольшого снижения эффективности.

Преимущества усилителя мощности класса AB.

• Нет перекрестных искажений.
• Нет необходимости в громоздких трансформаторах связи.
• На выходе нет шума.

Недостатки усилителя мощности класса AB.

• Эффективность немного ниже по сравнению с конфигурацией класса B.
• На выходе будут некоторые составляющие постоянного тока, так как нагрузка подключена напрямую.
• Емкостная связь может устранить компоненты постоянного тока, но это нецелесообразно при больших нагрузках.

 

 

Усилители мощности класса B

 

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Понимание работы усилителей мощности класса B.
•   • Смещение класса B.
•   • Двухтактный режим
• Понимание перекрестного искажения.
•   • Причины и следствия.
• Перечислите преимущества и недостатки усилителей класса B.

Рис. 5.3.1 Смещение класса B

Класс B

В усилителях, использующих смещение класса B, показанных на рис. 5.3.1, ток смещения отсутствует (ток покоя равен нулю), поэтому транзистор проводит только половину каждого периода сигнала. Это резко повышает эффективность по сравнению с классом A. Теоретически при таком смещении может быть достигнута эффективность почти 80%, а в практических схемах возможна эффективность от 50% до 60%.

Обратной стороной такой повышенной эффективности является то, что транзистор усиливает только половину сигнала, что приводит к серьезным искажениям. Однако, если другая половина формы волны может быть получена каким-либо другим способом без слишком больших искажений, то усилители класса B можно использовать для управления большинством типов выходных устройств. Цель состоит в том, чтобы получить хороший прирост мощности, при этом как можно больше энергии, потребляемой от источника питания, поступает в нагрузку. Это должно максимально соответствовать разумной линейности (отсутствию искажений). Однако выходные каскады мощности производят больше искажений, чем усилители напряжения или тока.

ВЧ усилители мощности класса B

Рис. 5.3.2 Радиочастотный усилитель мощности класса B

(RF)

Схема на рис. 5.3.2 показывает, как смещение класса B можно использовать в выходном каскаде радиочастоты (RF). . Хотя схема будет производить серьезные искажения, так как только половина формы волны сигнала создает ток в нагрузке, поскольку нагрузка в этом случае представляет собой настроенный контур, резонирующий на частоте сигнала, резонирующий эффект настроенного контура «заполняет» нагрузку. пропущенные полупериоды. Этот метод подходит только для ВЧ, так как на более низких частотах катушки индуктивности и конденсаторы, необходимые для резонансного контура, будут слишком большими и дорогостоящими для большинства приложений. Из-за превосходной эффективности класса B это популярный выбор для усилителей мощности, но для преодоления серьезных искажений, вызванных классом B, в аудиоусилителях используется двухтактная схема.

Двухтактные выходы класса B

Рис. 5.3.3 Двухтактный выход класса B

На более низких (например, аудио) частотах общепринятым способом уменьшения искажений из-за «отсутствующего полупериода» в выходах класса B является использовать двухтактный выходной каскад. Принципы этой схемы показаны на рис. 5.3.3. Два идентичных, но противофазных сигнала от фазовращателя подаются на базы пары силовых транзисторов, так что каждый транзистор (проводящий только тогда, когда полупериод, в течение которого его входная волна становится положительной), подает ток на нагрузку в течение этого полупериода. . Два полупериода повторно объединяются в этой схеме с помощью трансформатора с отводом от середины, который меняет действие фазоделительного трансформатора на противоположное, чтобы создать полную синусоиду во вторичной обмотке.

Перекрестное искажение

Рис. 5.3.4 Перекрестное искажение

Основная проблема двухтактных выходных каскадов класса B заключается в том, что каждый транзистор проводит НЕ ТОЧНО половину периода. Как показано на рис. 5.3.4, искажение происходит в каждом цикле формы сигнала, когда форма входного сигнала проходит через ноль вольт. Поскольку транзисторы не имеют смещения базы, они фактически не начинают проводить, пока их напряжение база/эмиттер не поднимется примерно до 0,6 В. В результате существует «мертвая зона» около 1,2 В вокруг линии нулевого напряжения (между −0,6 В и +0,6 В), где форма сигнала не усиливается, что приводит к «отсутствию» участка выходного сигнала, что приводит к в нежелательных искажениях при «переходе» с одного транзистора на другой.

Влияние этого искажения на выходной сигнал в некоторой степени зависит от амплитуды выходного сигнала, чем больше амплитуда, тем менее значительными становятся недостающие 1,2 вольта. Кроме того, искажение будет менее значительным на высоких частотах, где скорость изменения волны при прохождении через ноль намного выше, что приводит к более короткому «шагу» в форме волны.

Большой и переменный ток, потребляемый мощным усилителем класса B, также предъявляет значительные дополнительные требования к источнику питания постоянного тока, и, поскольку потребляемый ток зависит от уровня подаваемого сигнала, возможности сглаживания источника питания должны быть достаточно эффективными, чтобы предотвратить этот переменный ток из-за создания изменений напряжения на звуковых частотах в линиях электропитания. Если они не будут удалены должным образом, может возникнуть непреднамеренная обратная связь звука на более ранние каскады усилителя, что вызовет проблемы с нестабильностью. Это дополнительное требование к сложности источника питания увеличивает стоимость усилителей мощности класса B.