Схемотехника | Усилитель Класса А
Среди любителей лампового ренессанса гибридные однотактные усилители мощности класса «А» становятся всё более популярными, так как они обеспечивают более удачное, чем чисто ламповое, согласование с низкоомной нагрузкой. Такие усилители не охватываются обратными связями (ООС), и качество их звучания зависит от каждого элемента схемы. Общая принципиальная схемотехника однотактных гибридных усилителей класса «А» понятна без сложнотехнического объяснения, так как — это есть классическое включение радиолампы и транзистора. Однотактный усилитель — усилитель с одним усилительным плечом, нет разделения и обратного слияния сигнала. Вследствие этого отсутствуют переходные процессы и искажений звука свойственные разделению / слиянию. Этим объясняется повышенная достоверность / музыкальность звуковоспроизведения однотактников. Исключительно все однотактные усилители работают в чистом классе «А», что обеспечивает им высокую линейность + минимальные искажения сигнала. Усилительный каскад класса «А» может иметь максимальный КПД равный 50% при условии работы с трансформаторным выходом, когда амплитуда выходного напряжения (на обмотках трансформатора) достигает величины напряжения питания. У каскада с резистивной нагрузкой, где максимальная амплитуда выходного напряжения ограничена величиной, равной половине напряжения питания, максимальный КПД составляет 25%. Однотактные схемыПриводим основные однотактные схемы гибридных усилителей звука, в чистом классе «А», на MOSFET транзисторах. Интегратор увеличивает глубину обратной связи (ООС) по постоянному току и на инфранизких частотах, где основные звуковые частоты не эмитируются обратной связью, что благоприятно влияет на коэффициент демпфирования. Схемы простые и не требуют заумного технического обоснования, хотя качество звучания на высоте и зависит исключительно от аудиофильных свойств применяемых компонентов. Можно и нужно удалить из схем все резисторы, микросхемы, MOSFET, электролиты, интеграторы и поднять качество звука до максимального предела, но в результате получится серийный усилитель «Grimmi». Однако — это сложно, хлопотно, дорого. Все радиосхемы имеют низкое выходное сопротивление 0.2 — 0. Самая первая — экспериментальная конструкция однотактного гибридного усилителя «Grimmi», выпущена в одном экземпляре в 2009 г. Отлично работает по настоящее время. Хотя качество звукоусиления уступает современному серийному образцу. Отличительная черта — стабилизаторы напряжения на варисторах, что является новым принципиальным схемотехническим решением в аудио. Убираем резисторыРазрабатывать и тестировать однотактную гибридную схемотехнику начали сразу после апгрейда лампового усилителя на триодах, так как звук «чистой» лампы нас не покорил. Кроме усилителя «Grimmi» больше нет аудио изделий которые сориентированы на такой принцип построения, так как электросхема всегда будет возбуждается. Убрать возбуждение возможно только дополнительными резисторами, но мы применяем кропотливый метод подбора радиоэлементов, и в дополнительном сопротивлении по току не нуждаемся. Реальное звучание усилителя «Grimmi» Рабочие моменты. Моно запись (18 минут) сделана с мобильного телефона (объём 1.7гб) и сжата до 52 мб, по программе «Total Video Converter 3.5». Основополагающая схемотехника Grimmi
Раздел: Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах класс: A, B, A/B, C, D
|
Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука. Мы не создаём иллюзий, Земля — то, что всегда дорого | Разводка земельных шин | СхемотехникаВ промышленной радиоэлектронике, это ёмкое название нашей планеты доставляет множество хлопот. Радиоинженер-конструктор-технолог знает — ошибочная разводка земельных шин изменит изначальную схемотехнику до неузнаваемости и расположение компонентов в корпусе оказывает существенное влияние на построение схемы в целом. Но, проводить подобные эксперименты практически невозможно, так как материальная — затратная часть неизвестна. Ввиду этого, производители серийной High-End Audio продукции моделируют новые изделия на хорошо отработанных конструкциях, что ограничивает схемотехнические нововведения. Разводка земельных шин (звезда) частично балансирует схему — ликвидирует фон переменного тока и электровозбуждение. Впрочем усилитель «Grimmi» построен по такому — малореальному принципу и производится серийно. Аналогов конструкции нет и никогда не будет — «чудовищно» дорого и конструктивно непонятно. Как, в таком относительно маленьком корпусе можно разместить гибридный однотактник мощностью более 30 ватт на канал, без резисторов, без обратных связей, без электролитов, с раздельным питанием активных элементов (16 силовых трансформаторов). Итого: экспериментируя с земельными проводниками и расположением элементов, частично убираем резисторы. |
Транзисторы — любые.
05ом, что принципиально отличает их, от чисто ламповых однотактных усилителей. Высокая верность воспроизведения и мощная динамическая активность (даже на малом уровне громкости) — отличительные звуковые качества этих схем.
Это позволяет скорректировать схему построения — удалить местную ОС и антизвонные резисторы. Следовательно, возможны отступления от традиционной схемотехники. Где принято, организовывать напряжение смещения из общего питания, игнорируя, независимую подачу местного напряжения смещения. Имея ввиду, что изготовить отдельные блоки питания для каждого усилительного элемента и его управления дорого стоит, а их неумелое внедрение в общую конструкцию приведёт к всеобщему возбуждению. Убрать сверхвозбуждение возможно только резисторами и ОС. Итак, всё идёт по кругу — одно (возбуждение) убрал, другое (качество звука) упустил. Как быть дальше? Нет конструктивного ответа.
Наверх
Транзисторный биполярно-полевой УМЗЧ класса А (20
Колин Вонфор, занимающийся проектированием ламповых одно-тактных УНЧ с начала 70-х, отмечая высокое качество звучания, все же пришел к выводу, что они не вполне соответствуют идеалу меломана.
Примечание. Основная причина этого— недостаточная выходная мощность, обычно не превышающая 20 Вт, что не позволяет в полной мере ощутить динамику звука, особенно при использовании акустических систем с чувствительностью менее 90 дБ.
Наращивание мощности упирается в огромные (даже по сравнению с трансформаторами аналогичной мощности, но двухтактных ламповых УНЧ) габариты и массу выходного трансформатора, а также довольно короткий ресурс ламп, загнанных для получения сколь-нибудь приемлемой выходной мощности в весьма напряженный режим.
Принципиальная схема
Пятнадцатилетние эксперименты позволили ему создать транзисторный биполярно-полевой УНЧ класса А (рис. 1), свободный от перечисленных недостатков и в то же время обеспечивающий по уверениям автора «просто фантастический» звук. Без изменения схемы 5 вариантов выходного каскада позволяют создавать ряд УНЧ мощностью от 20 до 300 Вт.
Первый каскад — дифференциальный на транзисторах ТгЗ, Тг4 с генератором тока Тг6, Тг8 в эмиттерной цепи. Второй каскад — усилитель напряжения на Tr1 — нагружен на усовершенствованное токовое зеркало Тг9—Tr11 и эмиттерный повторитель Тг2.
Tr11 и Тг10 одновременно выполняют функцию генератора стабильного тока для эмиттерной цепи Тг2, таким образом, все транзисторы работают в режиме класса А.
Выходной каскад также работает в классе А и выполнен на полевом транзисторе Тг1З с генератором стабильного тока на составном биполярном транзисторе Тг7 в цепи истока.
Транзистор Тг5 с сенсором тока R10 защищают Тг1З от токовых перегрузок при К.
З. нагрузки, a Trl2-R15-R16 задают начальный ток выходного каскада.
В самом маломощном 20-ваттном варианте выходная ступень состоит из 5 соединенных параллельно выходных каскадов (каждый из них содержит «собственные» Тг5, Тг7, Тг12, ТгІЗ с соответствующим резисторным обрамлением), подключаемых к основной схеме в точках Lk3, Lk4, Lk5, Lk6, Lk7.
Рис. 1. Схема транзисторного биполярно-полевого усилителя мощности класса А, 20-300 Ватт.
При этом ток каждого из 5 транзисторов ТгІЗ устанавливается индивидуальным резистором R15, а резистор R3 — общий для каждой пятерки выходных каскадов. После установки токов выходных каскадов и получасового прогрева резистором R11 устанавливают «О» на выходе.
Детали
Примечание. Как и любой усилитель класса А, устройство требует высококачественного блока питания.
Для 300-ваттного варианта суммарная емкость конденсаторов фильтра основного (+ѵе НТ и -ѵе НТ) выпрямителя должна быть не менее 120000 + 120000 мкФ, а отдельный выпрямитель для питания каскадов раскачки (НТ +15 В, здесь обозначение +15 В означает не 15-вольтовое напряжение, а превышение напряжения питания оконечной ступени на 15 В) — 10000 мкФ.
Режимы и количество мощных каскадов в выходной ступени указаны в табл. 1. Типы активных и номиналы пассивных элементов для 5 вариантов усилителя мощностью 20, 50,100, 200 и 300 Вт указаны в табл. 2.
Таблица 1. Режимы и количество мощных каскадов в выходной ступени.
Типы активных и номиналы пассивных элементов для 5 вариантов усилителя мощностью 20,50, 100,200 и 300 Вт
| Вариант | 20 Вт | 50 Вт | 100 Вт | 200 Вт | 300 Вт |
| Tr1 | BD140 | BD140 | BD956 | 2SA968 | MJE350 |
| Тг9 | BD139 | BD139 | BD955 | 2SC2238 | MJE340 |
| Тг2 | TIP29C | TIP29C | 2SC2238C | 2SC2238 | ТІР47 |
| Тг10 | TIP29C | TIP29C | 2SC2238C | 2SC2238 | ТІР47 |
| ТгЗ | 2SC2547 | 2SC2547 | 2SC3467D | 2SC3467D | 2SC3467D |
| Тг4 | 2SC2547 | 2SC2547 | 2SC3467D | 2SC3467D | 2SC3467D |
| Тг6,8,11 | 2SC2547 | 2SC2547 | 2SC3467D | 2SC3467D | 2SC3467D |
| Тг12,5 | ZTX450 | ZTX450 | ZTX450 | ZTX450 | ZTX450 |
| R6 feedback | 18к | 28к | 39к | 47к | 47к |
Коэфф. усил. |
19 | 29 | 40 | 48 | 48 |
| R16 | 0.42 | 0.83 | 0.94 | 1.02 | 1.24 |
| R10 | 0.21 | 0.42 | 0.48 | 0.52 | 0.63 |
| R3 | Зк9 | 6к2 | 9к1 | 12к | 15к |
| R3 (Вт) | 0.103 | 0.145 | 0.223 | 0.300 | 0.375 |
Каждая пятерка транзисторов (Тг7, Тг1З) выходного каскада установлена на индивидуальном пластинчатом радиаторе размером 300×300 мм, расположенном на расстоянии 40 мм от других. АЧХ усилителя линейна в диапазоне от 10 Гц до 65 кГц, коэффициент гармоник 0,01% .
Литература: Сухов Н. Е. — Лучшие конструкции УНЧ и сабвуферов своими руками.
19
6793
Ламповые усилители (УНЧ)
- Rickenbacker M11 — двухтактный ламповый усилитель мощности на 6V6
- Marshall Power Amp — двухтактный ламповый усилитель на EL34 (50 Вт)
- Двухламповый приемник с вариометром (6Ж7 и 6П6С)
- Трехламповый СВ-ДВ приемник для местного приема на 6К4, 6Б8С и 6ПЗС
класс AB op amps: решение для LOW-IQ Audio
Эта статья в TechXChange: почему Low IQ-это умная вещь, чтобы сделать
Участники CAN Загрузка статья в формате PDF.
Что вы узнаете:
- Различные классы усилителей.
- Каковы преимущества усилителей класса AB?
- Патенты, касающиеся тока покоя усилителей класса AB.
Усилители имеют множество классификаций, и каждый класс имеет свои преимущества и недостатки. Различные классы усилителей: A, B, AB, C, D, E, F, T и даже больше «алфавитного супа». Разработчики обычно работают с классами A, B, AB и C.
Усилитель класса A обладает высокой линейностью и высоким коэффициентом усиления. Он имеет угол проводимости 360 градусов, что приводит к тому, что усилитель всегда остается в активном состоянии, и он может использовать весь входной сигнал. Усилитель класса А имеет хорошие высокие частоты и стабильность обратной связи. Недостатком является то, что его эффективность составляет всего 25-30%.
В усилителях класса B используются два активных устройства, которые смещаются одно за другим, каждое в течение половины фактического полного цикла, что означает, что каждое устройство будет смещаться только в течение 180 градусов цикла.
Два транзистора обеспечивают комбинированное управление током нагрузки. Это повышает КПД по сравнению с КПД усилителя класса А от 25% до 30%.
Усилители класса C работают в двух различных режимах работы: настроенный и ненастроенный (усилители класса C имеют огромные искажения на выходе). Эффективность этого усилителя намного выше, чем у усилителей A, B или AB: может быть достигнут максимальный КПД 80%, особенно в приложениях, связанных с радиочастотами.
Что такое усилитель класса AB?
Усилители класса AB преодолевают перекрестные искажения, характерные для усилителей класса B. Усилитель класса AB, который сочетает в себе усилители класса A и класса B, устраняет проблемы низкой эффективности усилителей класса A, уменьшает искажения и улучшает более низкую линейность, демонстрируемую усилителями класса B.
Двухтактный усилитель класса AB
Чтобы создать базовый усилительный каскад класса AB, разработчикам необходимо взять двухтактный каскад класса B и немного сместить оба транзистора в режим проводимости (этот метод смещения постоянного тока сохранит транзисторы в режиме проводимости даже без ввода в базы транзисторов) (рис.
1) .
Усилитель класса AB — это тип двухтактного усилителя, аналогичный двухтактному усилителю класса A. Единственная разница заключается в том, что два резистора смещения, обозначенные как R в рис. время, в течение которого входной сигнал находится в диапазоне от -0,7 до +0,7 В), что приводит к уменьшению перекрестных искажений.
Конфигурация класса AB имеет пониженную эффективность и рассеивает разумное количество энергии в нулевом состоянии. Класс B имеет самый высокий КПД — 78,5%, за ним следует класс AB, который составляет от 78,5% до 50%, а затем класс A с 50%. С точки зрения искажений, класс A имеет самый низкий уровень, за ним следует класс AB, а класс B занимает последнее место.
Аудиофилы, или «золотые уши», как мы называли их в дни моей работы в Empire Scientific Corporation в 1970-е годы, как правило, любят усилители класса AB из-за их «теплоты» или «окраски», которые очень нравятся на выходах цифровых усилителей. .
Многие «Золотые уши» утверждают, что цифровые усилители менее склонны «окрашивать» звук.
Аналоговые усилители особенно полезны для средних и высоких частот из-за этой «окраски». Вот почему они предпочтительнее в подкаскадах усилителя, поскольку начало сигнала больше похоже на исходную запись.
Недостаток усилителя класса AB заключается в том, что потребуется согласование температуры каждого токового зеркала, особенно когда не используются резисторы дегенерации эмиттера, например, в Рисунок 2 .
Ток покоя в усилителе класса AB
В Рис. быть нулем. Это приводит к тому, что Q 1 и Q 2 несут одинаковые токи, или I C1 = I C2 . Если предположить, что Q 1 – Q 3 и Q 2 – Q 4 обе пары совпадают, тогда Q 1 будет отражать Q 3 , а Q 2 будет отражать Q 4 , что даст i C1 = i C2 = 0,1 мА. Это ток покоя (Iq) пары Q 1 – Q 2 .
Когда i L = 0, схема находится в режиме ожидания .
Патенты класса AB, касающиеся тока покоя
Независимая от температуры конструкция усилителя класса AB
Многие усилители класса AB имеют выходной Iq, который зависит от температуры; Чтобы свести к минимуму эту проблему, можно добавить компенсационные диоды. Если мы попробуем добавить резисторы дегенерации эмиттера, это увеличит выходное сопротивление каскада. Конструкторам нужен другой способ стабилизации выходного Iq таким образом, чтобы обеспечить независимость от температуры, без использования компенсационных диодов, что увеличит выходное сопротивление каскада.
Еще в 1984 году мой друг и коллега Рон Куан запатентовал схему усилителя постоянного тока класса AB, номер патента US4458213A, 9.0003 , который стабилизирует выходной сигнал усилителя Iq, обеспечивая независимость от температуры. Изобретение Куана относится к усилителям и драйверам, в частности к аудиоусилителям мощности, видеоусилителям, а также к усилителям сервоприводов.
Вот краткое изложение схемы Quan:
Эта схема позволяет поддерживать постоянный ток коллектора выходного транзисторного усилителя за счет измерения напряжения, которое возникает на резисторе, включенном последовательно с коллектором выходного транзистора. Дифференциальный усилитель используется для создания первого репрезентативного сигнала, который дискретизируется и удерживается схемой, управляемой с помощью детектора перехода через нуль напряжения, чувствительного к выходному напряжению усилителя. Выбранный и сохраненный сигнал инвертируется и интегрируется относительно регулируемого опорного напряжения, создавая второй сигнал. Этот второй сигнал регулирует ток, проходящий через транзистор, включенный в сеть делителя напряжения, подающую базовое напряжение смещения на выходной транзистор.
Усилитель класса AB с независимой настройкой тока покоя и коэффициента усиления
Этот патент (5,512,857) для топологий усилителя класса AB демонстрирует пониженную мощность покоя.
3 Каждый из выходных транзисторов смещен, чтобы проводить только небольшой ток покоя, что снижает искажения усилителя. Усилители класса AB используются в низковольтных источниках питания (источник питания 1 В здесь не редкость), таких как слуховые аппараты. Этот низковольтный уровень питания позволяет использовать одноячеечную батарею.
Усилители класса AB значительно превосходят усилители класса A по минимальному энергопотреблению. Кроме того, эти усилители будут лучшим выбором, чем усилители класса B, с точки зрения сведения к минимуму кроссовера и гармонических искажений.
Одна из основных проблем с известными усилителями класса AB в этом приложении заключается в том, что существует компромисс между уменьшением рассеиваемой мощности и искажений в состоянии покоя и доступной выходной мощностью. Эти конструкции предшествующего уровня техники не в состоянии снизить как рассеиваемую мощность, так и искажения до минимального уровня, а также поддерживать необходимую выходную мощность.
В этом патенте также обсуждается усилитель класса AB предшествующего уровня техники, который сохраняет характеристики усиления усилителя класса AB и также снижает рассеиваемую мощность, но не улучшает энергопотребление. Все эти известные усилители были не в состоянии поддерживать характеристику усиления, а также уменьшать рассеиваемую мощность, поскольку ток покоя нельзя было контролировать независимо от коэффициента усиления тока цепи. Патент (5 512 857) решает эту проблему.
Прочтите другие статьи на сайте TechXchange: почему низкий IQ — разумный поступок
Ссылки
1. ESE319 Введение в микроэлектронику , Кеннет Р. Лейкер, Университет Пенсильвании, 26 ноября 2012 г.
2. Разработка аналоговых схем: дискретные и интегрированные , Серхио Франко.
3. «Усилитель класса AB, позволяющий независимо устанавливать ток покоя и коэффициент усиления», патент США 5 512 857 от 30 апреля 1996 г.
Обзор классов усилителей мощности
Усилители мощности являются важным компонентом огромного количества устройств, от бытовой электроники до мобильных устройств и многих других систем.
Диапазон частот, который может потребоваться усилителям мощности, должен поддерживать диапазон частот от аудио до высоких гигагерц, с широким диапазоном значений усиления и мощности. Вместо схемы дискретного усилителя с одним транзистором разработчики могут выбрать ИС усилителя мощности, обеспечивающие высокоточное усиление в аналоговых системах.
Существует четкое различие между конфигурацией и работой выходных каскадов различных усилителей мощности, и выбор усилителей мощности может быть более сложным, чем согласование выходной мощности и коэффициента усиления с вашими характеристиками. Классы усилителей мощности относятся к общим рабочим характеристикам различных схем усилителей мощности, а не к конкретной схеме или топологии. Убедитесь, что вы нашли время, чтобы понять классы усилителей мощности при выборе компонентов для использования в аналоговой системе.
Классы усилителей мощности
Все усилители мощности предназначены для увеличения мощности входного сигнала путем подачи этой мощности от какого-либо внешнего источника.
Выходная мощность усилителя должна быть достаточной для управления нагрузкой, для которой он предназначен, на предполагаемой рабочей частоте (которая может быть на постоянном токе). По сравнению с усилителями напряжения/тока усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузками и обычно используется в качестве одного из конечных блоков в сигнальной цепи. Этап предварительного усиления часто используется во многих приложениях, в которых используется усилитель напряжения/тока, чтобы убедиться, что входной сигнал, подаваемый на усилитель мощности, имеет требуемую мощность, ширину полосы и отношение сигнал/шум (SNR).
Проще говоря, все современные усилители мощности построены по схеме модулятора. Входной сигнал используется для модуляции мощности, потребляемой от внешнего источника питания, а поддерживающая схема предназначена для регулирования того, как эта мощность подается на нагрузку.
Не все конструкции усилителей мощности одинаковы, и перед выбором схемы усилителя для вашего конкретного приложения важно знать разницу между различными классами усилителей мощности.
Различные классы усилителей мощности выбираются на основе сигналов, которые они используют для получения, и метода управления схемой усилителя.
Аналоговые усилители мощности
Классы усилителей часто делятся на две основные категории: аналоговые усилители мощности и цифровые (ШИМ) усилители мощности. Усилители мощности первой категории работают, контролируя угол проводимости выходного сигнала относительно входного сигнала. Угол проводимости можно рассматривать как длительность выходного сигнала, в течение которого транзистор усилителя мощности находится в состоянии ВКЛ. Например, если транзистор открыт на протяжении всей операции, угол проводимости составляет 360°. В эту категорию попадают усилители классов A, B, AB и C.
Усилители мощности с PWN-управлением
Вторая категория усилителей мощности использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с цифровой схемой управления для переключения между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Эти усилители мощности часто называют переключающими усилителями; классы D, F, G, I, S и T попадают в эту категорию.
Классы ШИМ-усилителей не ограничиваются упомянутыми ниже, и существуют другие классы усилителей, которые по существу выполняют ту же функцию с небольшими отличиями в конфигурации.
Аналоговые сигналы | Управление ШИМ |
Класс А | Класс D |
Класс АВ | Класс F |
Класс Б | Класс G |
Класс С | Класс I |
| Класс S |
Класс A
Усилители мощности класса A разработаны с использованием только одного переключающего транзистора.
Тип транзистора (BJT, IGBT, FET) зависит от предполагаемого конечного применения. Это линейные усилители с высоким коэффициентом усиления и углом проводимости 360°. Результатом является высокоэффективное усиление высокочастотных сигналов, поскольку уровень искажения сигнала очень низок, пока транзистор работает в линейном диапазоне. Обратной стороной является снижение эффективности из-за перегрева (потерь проводимости). Поскольку транзистор всегда находится во включенном состоянии, даже при отсутствии входного сигнала выделяется значительное количество тепла, и КПД может быть низким.
Класс B
Усилители мощности класса B пытаются решить проблему нагрева в усилителях класса A за счет использования двух комплементарных транзисторов для усиления всей формы сигнала. Угол проводимости для каждого транзистора составляет 180°, т. е. оба остаются во включенном состоянии в течение половины длительности входного сигнала. Один транзистор проводит в течение положительного полупериода аналогового сигнала, а другой транзистор проводит в течение отрицательного полупериода.
Теоретически усилители класса B могут иметь КПД 75 %, однако из-за наложения двух половин сигнала имеется зона кроссовера, в которой присутствуют незначительные искажения. Это возникает из-за мертвой зоны, возникающей ниже порога выпрямления в транзисторе.
Кроссоверное искажение возникает вблизи 0 В, как измерено в форме выходного сигнала.
Класс AB
Как следует из названия, эта конфигурация представляет собой смесь усилителей мощности классов A и B. Он решает проблему снижения эффективности из-за перегрева. Он одновременно уменьшает кроссоверные искажения, присутствующие в усилителях мощности класса B, за счет использования комбинации диодов и резисторов для обеспечения напряжения смещения. КПД усилителя класса AB обычно составляет от 50% до 60%.
Класс C
Усилители класса C имеют самый высокий КПД, но самый низкий диапазон линейности по сравнению с другими классами усилителей мощности, упомянутыми выше. Угол проводимости в усилителях мощности класса C меньше 90°.
Следовательно, эти усилители не подходят для усиления звука, поскольку меньший угол проводимости приводит к большему искажению. Усилители класса C имеют настроенную нагрузку, которая усиливает одну частоту и подавляет другие. Это делает усилители класса C подходящими для таких приложений, как усиление высокочастотного радиосигнала и генераторы.
Просматривая переход от усилителей класса A к классу C, мы видим постоянное уменьшение угла проводимости этих усилителей, как показано ниже.
Класс D
Это нелинейный усилитель, использующий ШИМ-переключение. Теоретически КПД может достигать 100%. Усилителям класса D требуются силовые трансформаторы гораздо меньшего размера, чем другим усилителям, потому что ШИМ позволяет усиливать на значительно более высоких частотах. Они идеально подходят для приложений, требующих большого усиления мощности в небольшом корпусе, например, в усилителях мощности для беспроводных протоколов. Улучшенной альтернативой усилителям класса D является класс T, и эти два класса усилителей часто сравнивают друг с другом.
Класс F
В усилителях класса F используется набор гармонических резонаторов (параллельные LC-цепи высокой добротности) для увеличения выходной мощности, подаваемой на нагрузку, и обеспечения высокой эффективности. Последовательность контуров гармонического резонатора позволяет входному модулирующему сигналу генерировать гармонические составляющие с частотой, кратной некоторой основной частоте. Чем больше гармонических составляющих добавляется в цепь выходного сигнала усилителя, тем выше эффективность схемы усилителя (теоретически не менее 90 %), а выходной сигнал приближается к истинному прямоугольному сигналу из-за наложения этих гармонических составляющих.
Класс G
Этот класс усилителей мощности является усовершенствованием по сравнению с обычным усилителем класса AB. Усилители класса G автоматически переключаются между многочисленными шинами питания при различных напряжениях при изменении входного сигнала. Усилители класса H также являются разновидностью усилителей класса G, за исключением того, что они используют бесступенчатую аналоговую шину питания.
Использование непрерывного переключения снижает потери мощности в канале проводимости транзистора.
Класс I
Усилители Класса I имеют два набора комплементарных выходных переключающих цепей, объединенных в параллельную двухтактную конфигурацию, аналогичную мостовой схеме. Основная концепция такая же, как и в усилителе класса B: одно устройство активно во время положительного полупериода, а другое активно во время отрицательного полупериода. В точке перехода входного сигнала через ноль переключающие устройства включаются и выключаются одновременно, когда рабочий цикл драйвера ШИМ составляет 50%.
Класс S
Усилители мощности класса S аналогичны усилителям мощности класса D. Сигма-дельта модулятор используется для преобразования входного аналогового сигнала в прямоугольную волну, подобно операционному усилителю с направляющими или триггеру Шмитта. Затем эти цифровые импульсы усиливаются до желаемого уровня выходной мощности. Когда этот сигнал передается на выход, высокодобротный полосовой фильтр затем используется для демодуляции на желаемой частоте, что в идеале оставляет после себя одну частотную составляющую, сконцентрированную в резонансе полосового фильтра.
Выбор топологии усилителя мощности
Описанные выше усилители мощности могут быть сконструированы из дискретных компонентов или могут быть доступны в виде интегральных схем в компактном корпусе. Некоторые компоненты доступны в виде модулей, которые должны быть установлены вне платы и подключены к другим цепям с помощью кабелей. Некоторые из основных технических характеристик включают:
- Рабочее напряжение и ток, которые вместе дают пиковую/среднюю мощность, подаваемую усилителем
- Уровень усиления, который будет указан в дБ
- Линейный диапазон и динамический диапазон; это не одно и то же в реальных усилителях
- Общее гармоническое искажение (THD), определяющее отношение мощности генерируемых гармоник к мощности основной частоты
- Полоса пропускания, которая обычно показывает, как усиление и диапазоны (линейные и динамические) изменяются в зависимости от частоты входного сигнала
При покупке готовой интегральной схемы некоторые производители полупроводников включают дополнительные меры безопасности, встроенные в упаковку.
К ним относятся определение температуры для отключения при перегреве, ограничение тока и защита от электростатического разряда. Дополнительные меры, не включенные в пакет, будут касаться передачи мощности на нагрузку.
Последнее замечание касается линейного диапазона усилителей мощности. Хотя усилители мощности могут иметь большое усиление, они часто работают очень близко к насыщению, поэтому может возникать некоторая генерация гармоник. Обычно желательно передавать максимальную мощность на нагрузку, что требует согласования импеданса. Для нелинейных нагрузок необходимо использовать анализ нагрузки и нагрузки для реализации согласования импедансов, поскольку прямое согласование сопряженных импедансов не будет соответствовать требуемой мощности в сигнальной цепи.
Когда вы будете готовы создать схему усилителя мощности и приступить к компоновке печатной платы, убедитесь, что вы используете OrCAD, лучшее в отрасли программное обеспечение для проектирования и анализа печатных плат от Cadence.
