Схема усилителя класса A » Вот схема!
Усилители класса «А» обеспечивают наиболее линейное усиления с минимальными искажениями, объясняется это тем, что в классе «А» транзистор работает с большим током покоя, при этом он постоянно открыт, в результате поступающий на вход сигнал усиливается в линейном участке характеристики. При этом обеспечивается полностью симметричное усиление обеих полуволн, без отсечки и коммутационных искажений.
Но чистый класс А в конструкциях усилителей встречается редко. Дело в том, что работа с высокими коллекторными токами неизбежно ведет к уменьшению КПД усилителя и трудностям с отводом тепла от выходных транзисторов. К тому же необходимо обеспечить стабилизацию тока покоя, увеличение которого в процессе работы может вызвать выход из строя транзисторов выходного каскада.
Характеристики усилителя
1. Номинальное входное напряжение 1 В.
2. Номинальная выходная мощность 12 Вт.
3. Сопротивление нагрузки 8 ом.
4 Диапазон частот при неравномерности не более 3 дб — 5…160000 Гц
5. КНИ в диапазоне частот 5…20000 Гц не более 0.015%
6. Уровень шума не более -103дб
7. Скорость нарастания выходного напряжения 10 В/мкс
Данный усилитель имеет небольшую выходную мощность и следящую систему стабилизации тока покоя выходных транзисторов. Однако широкий диапазон частот и отсутствие коммутационных искажений обеспечивают качество звучания, близкое к характеристикам ламповых усилителей.
Принципиальная схема показана на рисунке 1. Особенность схемы в использовании в каждом плече составного транзистора и операционного усилителя. Оба плеча охвачены ООС. Для снижения искажений коэффициенты усиления обеих плеч должны быть равными, что обеспечивается соотношением R2/R1=R3/R4.
Ток покоя стабилизируется следящим устройством на операционном усилителе А4. Работает система так. Любое колебание тока, протекающего через выходные транзисторы, вызывает изменение падения напряжения на резисторах R22 и R23 которое усиливается этим ОУ и поступает на вход ОУ А2, и через инвертор A3 на ОУ А1 В результате режим работы плеч компенсируется.
Для исключение влияния системы на изменение токов транзисторов в процессе усиления сигнала служат цепи R19C3 и R20C11, которые представляют собой фильтры нижних частот, пропускающие на входы А4 только самые низкочастотные изменения.
Значение тока покоя устанавливается резистором R26, затем он автоматически поддерживается на этом уровне.
Питается усилитель мощности от источника, схема которого показана на рисунке 2. Он вырабатывает двухполярное нестабилизированное напряжение +-15В для выходных транзисторов и стабилизированное двухполярное +/- 18В для операционных усилителей и системы стабилизации тока покоя.
Для трансформатора используется каркас с сердечником от силового трансформатора ТС 180 от старых ламповых ч/б телевизоров. Сетевая обмотка 1-1″ содержит 400+400 витков провода ПЭВ-2 0,61, обмотки 3-3′ и 5-5′ одинаковые содержат по 22+22 витков провода ПЭВ-2 1,08, обмотки 11-11′ и 13-13′ тоже одинаковые, по 45+45 витков провода ПЭВ-2 0,31.
Роль радиаторов для выходных транзисторов выполняют боковые панели корпуса размерами 80×320мм, сделанные в виде ребристых радиаторов.
Ток покоя выходного каскада усилителя 400 mА, устанавливается резистором R26.
Классы усилителей | ПРОAV
Класс электронного усилителя обозначает режим его работы, а также определяют в общем виде, схемотехнический принцип на основании которого построен усилитель.
В данный момент, среди усилителей звуковой частоты наиболее распространены классы TD, B, D, H.
Усилители класса B
Усилители класса B являются двухтактными: одно плечо усилителя (npn-транзистор) воспроизводит положительную полуволну, другое плечо (pnp-транзистор) — отрицательную. На выходе обе полуволны складываются, формируя минимально искажённую усиленную копию входного сигнала. Ток покоя выходных транзисторов в режиме B составляет 10…100мА на каждый транзисторный каскад.
Предельный КПД идеального каскада в режиме B на синусоидальном сигнале равен 78,5%, реального транзисторного каскада — ~72%. Эти показатели достигаются только тогда, когда выходная мощность P равна максимально возможной мощности для данного сопротивления нагрузки Pмакс(Rн).
С уменьшением выходной мощности КПД падает, а абсолютные потери энергии в усилителе возрастают. При выходной мощности, равной 1/3 Pмакс(Rн), потери реального транзисторного каскада достигают абсолютного максимума в 46% от Pмакс(Rн), а КПД каскада уменьшается до 40 %. С дальнейшим уменьшением выходной мощности абсолютные потери энергии уменьшаются, но КПД продолжает снижаться.
Максимальная выходная мощность на данной нагрузке определяется напряжением питания выходного каскада усилителя.
Общая схема усилителей класса B
Усилители класса D
В усилителях класса D форма тока выходных транзисторов имеет вид прямоугольных импульсов, транзистор либо заперт, либо открыт полностью. Сопротивление открытого канала силовых МДП-транзисторов близко к “0” (единицы миллиОм), поэтому, можно считать (в первом приближении), что в режиме D транзистор работает без потерь мощности. КПД реальных усилителей мощности класса D составляет 90…95%.
Причем КПД мало зависит от выходной мощности (при мощности близкой к 1 Вт усилитель класса D проигрывает в потреблении усилителю класса B).
Простейшая и наиболее распространённая схема усилителя класса D – схема с синхронной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Аналоговая ШИМ не позволяет добиться низких значений нелинейных искажений.
Общая схема усилителей класса D
Усилители класса H
Усилители класса H – усилители (класса B) с плавно изменяющимся напряжением источника питания. При малых уровнях выходного сигнала усилитель подключен к «обычным» шинам с низким напряжением питания. При росте выходного напряжения напряжение на шинах питания увеличивается, поддерживая минимально необходимое падение напряжения на активном транзисторе. В простейшем варианте класса H используется конденсатор вольтодобавки, заряжаемый от основной шины источника питания. В более сложных схемах применяется встроенный преобразователь напряжения, накачивающий конденсаторы вольтдобавки до требуемых значений.
Усилители мощности звуковой частоты класса TD
Класс TD является торговой маркой шведской компании Lab.gruppen. “Следящий класс D” – подвид класса D и класса H: усилитель класса B, питаемый напряжением ЗЧ (звуковой частоты), вырабатываемый усилителем класса D.
Усилители класса TD – усилитель класса B (“чистый” усилитель) источником питания для которого является усилитель класса D (“грязный” усилитель). При этом такой гибридный усилитель имеет характеристики класса B (нелинейные искажения) и КПД ~65% во всем диапазоне мощностей.
Важнейший показатель качества усилителя – линейность выходного сигнала (минимальные нелинейные искажения).
В усилителях класса TD питание управляется звуковым сигналом и почти полностью соответствует его форме, позволяя достичь высоких значений КПД
Схема двухтактного усилителя — схемы усилителей классов A, B и AB
Двухтактная транзисторная схема представляет собой электронную схему, в которой используются активные устройства, соединенные определенным образом, которые попеременно подают ток и поглощают его от подключенной нагрузки, когда это необходимо.
Сервоусилители широко используются из-за особой характеристики, которая позволяет им передавать энергию на нагрузку или даже иногда поглощать мощность от нагрузки. Хотя использование этих компонентов обширно, первым выбором, когда дело доходит до подачи питания на них, является двухтактная транзисторная схема.
Он состоит из двух транзисторов, один из которых NPN, а другой PNP. Один транзистор выталкивает выход на положительном полупериоде, а другой тянет на отрицательном полупериоде, отсюда и название двухтактного усилителя. Основным преимуществом этой транзисторной схемы является отсутствие рассеивания мощности на выходном транзисторе при отсутствии сигнала. Существует три типа двухтактных усилителей, но обычно Усилитель класса B считается двухтактным усилителем.
Существует множество типов схем двухтактных усилителей, но мы рассмотрим следующие, относящиеся к схемам двухтактных усилителей:
- Усилитель класса А
- Усилитель класса B
- Усилитель класса AB
Содержание
Усилитель класса АСреди трех конфигураций двухтактного усилителя наиболее распространенной является конфигурация класса А. Он состоит только из одного переключающего транзистора, который постоянно включен. Он устроен так, что дает на выходе минимальные искажения и максимальную амплитуду сигнала.
КПД усилителя класса А очень низкий и колеблется около 30%. Усилитель класса А пропускает через себя ток нагрузки даже при отсутствии входного сигнала. Это приводит к значительному нагреву усилителя, что требует больших радиаторов на выходных транзисторах. Принципиальная схема усилителя класса А приведена ниже.
Усилитель класса B Хотя все конфигурации двухтактного усилителя технически можно назвать двухтактным усилителем, только усилитель класса B является фактическим двухтактным усилителем.
В отличие от усилителя класса A, усилитель класса B имеет два транзистора для двухтактного электрического действия, один из которых — NPN, а другой — PNP.
Каждый транзистор будет работать в течение половины цикла ввода, производя необходимый вывод. Это повышает эффективность усилителя класса B во много раз по сравнению с усилителем класса A. Угол проводимости для этого усилителя составляет 180 градусов, потому что каждый транзистор работает только на одну половину.
Усилитель класса B является одним из наиболее часто используемых усилителей, но у него есть свой недостаток. Обычно он страдает от эффекта, известного как кроссоверное искажение. Из-за этого эффекта сигнал искажается при 0 В. Для включения транзистора требуется 0,7 В на переходе база-эмиттер. Это означает, что транзистор не включится, пока напряжение на его переходе база-эмиттер не достигнет 0,7 В.
То же самое явление повторяется для отрицательного полупериода PNP-транзистора. Этот зазор на выходе, когда выходной сигнал усилителя отсутствует, называется мертвой зоной.
Эту проблему можно решить, используя диоды вместо транзисторов, когда схема находится в мертвой зоне. Этот модифицированный усилитель теперь получил другое название, он называется усилителем класса AB.
Принципиальная схема усилителя класса B приведена ниже.
Усилитель класса ABКак обсуждалось выше, искажение кроссовера можно исправить, используя два диода, которые проводят вместо транзистора. Модифицированная схема теперь известна как схема усилителя класса AB.
Этот усилитель класса AB представляет собой схему, выполненную с использованием характеристик схем усилителя класса A и класса B. От 0 В до 0,7 В диоды смещены в состоянии проводимости, когда транзисторы не имеют сигнала на базовой клемме. Это решает проблему искажения кроссовера.
Искажение кроссовера Искажение кроссовера обычно наблюдается в конфигурациях усилителей класса B. Транзисторы смещены в точке отсечки в усилителе класса B.
Известно, что кремниевый транзистор и германиевый диод требуют 0,7 В и 0,2 В соответственно на переходе базового эмиттера, прежде чем они перейдут в проводящий режим, и это напряжение базового эмиттера называется напряжением включения.
Германиевые диоды не подходят для усилителей. Транзистор может получить напряжение включения только от самого источника. В результате части входного сигнала с напряжением ниже 0,7 В будут подавлены, и поэтому соответствующие части будут отсутствовать в выходном сигнале. Это называется эффектом кроссоверного искажения.
Теперь, когда у нас есть знания о типах двухтактных усилителей и основной концепции работы, мы попробуем сами сделать двухтактную транзисторную схему.
Необходимые материалы- Трансформатор: (6-0-6)
- PNP-транзистор: BC557
- НПН транзистор: 2N2222
- Резистор: 1 кОм
- Светодиод
Трансформатор, который используется в цепи, представляет собой первичную обмотку 240 В и вторую обмотку с отводом от середины.
Трансформатор действует как понижающий трансформатор, уменьшая напряжение 240 В переменного тока до 6 В переменного тока.
Трансформатор — это электрическое устройство, в котором используется физическое явление, называемое индуктивной связью, возникающее между двумя катушками устройства для передачи энергии между ними. Эти катушки в трансформаторе называются обмотками. Из-за магнитной связи двух обмоток трансформатора переменный ток в одной из катушек вызовет результирующее изменение в другой обмотке.
Это происходит из-за магнитного поля, индуцируемого переменным током в сердечнике трансформатора. Этот переменный магнитный поток индуцирует переменную электромагнитную силу или напряжение во вторичной обмотке. Сердечник трансформатора, используемого в этой схеме, изготовлен из кремнистой стали с высокой проницаемостью, потому что сталь имеет гораздо более высокую проницаемость по сравнению с воздухом или свободным пространством, что помогает сдерживать магнитное поле, создаваемое обмотками.
Использование этих высокопроницаемых сердечников имеет свои преимущества, такие как значительное снижение тока намагничивания.
BC557 — очень распространенный и широко используемый PNP-транзистор. Это PNP-транзистор, что означает, что у него закрыты коллектор и эмиттер, когда базовый вывод находится под потенциалом земли, и он будет разомкнут, когда на базовой клемме есть сигнал. Поскольку BC557 является транзистором общего назначения, его можно использовать для удовлетворения наших потребностей в переключателе.
Из-за конструкции транзистора он не может выдерживать нагрузки, потребляющие ток более 100 мА. А для переключения транзистора из состояния ВЫКЛ и ВКЛ на базовую клемму должен подаваться ток, который не должен превышать 5 мА.
Принципиальная схема транзистора PNP приведена ниже.
Распиновка BC-557 приведена в табличной форме ниже.
| BC-557 PNP Транзистор Клеммы | ||
| 1 | Коллектор | Ток проходит через коллектор |
| 2 | База | Управляет смещением транзистора |
| 3 | Излучатель | Утечка тока через эмиттер |
Транзистор 2N2222 представляет собой NPN-транзистор общего назначения.
Это широко используемый BJT для общих целей, таких как переключение или усиление малой мощности. Конструкция транзистора позволяет использовать его для приложений, требующих работы с низким энергопотреблением и умеренно высокими скоростями. Наряду с низким энергопотреблением для работы, он может работать с низким и средним уровнем входного тока и не очень высоким напряжением.
Схема выводов транзистора 2N2222 приведена ниже. Распиновка транзистора
2N2222 NPN приведена ниже. Ключевыми особенностями транзистора 2N2222 является возможность работы с током более высоких номиналов.
| 2N2222 NPN Транзистор Клеммы | |
| 1 | Излучатель |
| 2 | База |
| 3 | Коллектор, соединенный с корпусом |
В нашем анализе схемы мы рассмотрим усилитель класса B.
Принципиальная схема двухтактного усилителя состоит из двух транзисторов Q1 и Q2, которые имеют NPN и PNP соответственно. Когда входной сигнал положительный, Q1 начинает проводить и воспроизводить положительный входной сигнал на выходе. В этот момент Q2 остается в выключенном состоянии. Точно так же, когда входной сигнал отрицательный, Q1 отключается, а Q2 начинает проводить и воспроизводить на выходе копию отрицательного входного сигнала.
Теперь, почему происходит перекрестное искажение , когда Vin достигает нуля. Транзисторы Q1 и Q2 не могут быть включены одновременно. Для включения Q1 требуется, чтобы Vin было больше Vout, а для Q2 Vin должно быть меньше Vout. Если Vin равно нулю, то Vout также должно быть равно нулю.
Теперь, когда Vin увеличивается от нуля, выходное напряжение Vout будет оставаться равным нулю до тех пор, пока Vin не превысит Vbe1 (что составляет примерно 0,7 В), где Vbe — это напряжение, необходимое для включения NPN-транзистора Q1.
Следовательно, выходное напряжение имеет мертвую зону в течение периода, когда Vin меньше, чем Vbe (= 0,7 В). то же самое произойдет, когда Vin уменьшается от нуля, PNP-транзистор Q2 не будет проводить до тех пор, пока Vin не станет больше, чем Vbe2 (= 0,7 В), где Vbe2 — это напряжение, необходимое для включения транзистора Q2.
Похожие сообщения
- Что такое Boost Converter? Принципиальная схема и работа
- Цепь преобразователя 12 В в 5 В — повышающие и понижающие преобразователи
- Как сделать схему тройника напряжения?
- Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона
- MAX232: конструкция, работа, типы и применение
- Что такое Crowbar Circuit? Конструкция и работа
Показать полную статью
Связанные статьи
Кнопка «Вернуться к началу»
аудио — Как улучшить усиление усилителя класса А
спросил
Изменено 6 лет, 5 месяцев назад
Просмотрено 4к раз
\$\начало группы\$
Я построил следующие две схемы:
- Усилитель с фиксированным смещением.
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
- Цепь смещения делителя напряжения.
имитация этой схемы
Экспериментируя, я обнаружил, что схема с фиксированным смещением имеет большее усиление, а выходной сигнал менее искажен. Во второй схеме, которая на самом деле является стабильной, как говорится в книгах, выходное усиление очень меньше (я мог слышать слабый выходной сигнал, когда держал динамик близко к ушам), а также выходной сигнал очень искажен. Что я должен сделать, чтобы получить четкий вывод?
- усилитель
- аудио
\$\конечная группа\$
10
\$\начало группы\$
Чтобы посмотреть на выходные уровни, не обращайте внимания на разделительный конденсатор и рассмотрите, что происходит, когда транзистор переходит от полного открытия к полному закрытию.
