Усилитель транзистор: Транзистор как усилитель — CoderLessons.com — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Транзистор как усилитель — CoderLessons.com

Чтобы транзистор действовал как усилитель, он должен быть правильно смещен. Мы обсудим необходимость правильного смещения в следующей главе. Здесь, давайте сосредоточимся, как транзистор работает как усилитель.

Транзисторный усилитель

Транзистор действует как усилитель, повышая силу слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к основанию соединения эмиттера, заставляет его оставаться в прямом смещенном состоянии. Это прямое смещение поддерживается независимо от полярности сигнала. На рисунке ниже показано, как выглядит транзистор при подключении в качестве усилителя.

Низкое сопротивление входной цепи позволяет любому небольшому изменению входного сигнала привести к значительному изменению выходного сигнала. Ток эмиттера, вызванный входным сигналом, вносит ток коллектора, который, когда протекает через нагрузочный резистор R _L , приводит к значительному падению напряжения на нем. Таким образом, небольшое входное напряжение приводит к большому выходному напряжению, что показывает, что транзистор работает как усилитель.

пример

Пусть произойдет изменение входного напряжения на 0,1 В, что дополнительно приведет к изменению тока эмиттера на 1 мА. Этот ток эмиттера, очевидно, вызовет изменение тока коллектора, которое также будет равно 1 мА.

Сопротивление нагрузки 5 кОм, помещенное в коллектор, будет создавать напряжение

5 кОм × 1 мА = 5 В

Следовательно, наблюдается, что изменение на 0,1 В на входе дает изменение на 5 В на выходе, что означает, что уровень напряжения сигнала усиливается.

Производительность усилителя

Поскольку общий тип подключения к излучателю в основном принят, давайте сначала разберемся с несколькими важными терминами, относящимися к этому режиму подключения.

Входное сопротивление

Поскольку входная цепь смещена в прямом направлении, входное сопротивление будет низким. Входное сопротивление — это сопротивление, создаваемое переходом база-эмиттер потоку сигнала.

По определению это отношение небольшого изменения напряжения базы-эмиттера (ΔV _BE ) к результирующему изменению тока базы (ΔI _B ) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.

Входное сопротивление, Ri= frac DeltaVBE DeltaIB

Где R _i = входное сопротивление, V _BE = напряжение базы-эмиттера, а I _B = ток базы.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление транзисторного усилителя очень высокое. Ток коллектора изменяется очень слабо с изменением напряжения коллектор-эмиттер.

По определению это отношение изменения напряжения коллектора-эмиттера (ΔV _CE ) к результирующему изменению тока коллектора (ΔI _C ) при постоянном базовом токе.

Выходное сопротивление = Ro= frac DeltaVCE DeltaIC

Где R _o = выходное сопротивление, V _CE = напряжение коллектор-эмиттер, а I _C = напряжение коллектор-эмиттер.

Эффективная нагрузка на коллектор

Нагрузка подключена к коллектору транзистора, и для одноступенчатого усилителя выходное напряжение берется с коллектора транзистора, а для многоступенчатого усилителя то же самое собирается с каскадных каскадов транзисторной цепи.

По определению это общая нагрузка, видимая током коллектора переменного тока. В случае одноступенчатых усилителей эффективная нагрузка коллектора представляет собой параллельную комбинацию R _C и R _o .

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro

= fracRC timesRoRC+Ro=RAC

Следовательно, для одноступенчатого усилителя эффективная нагрузка равна нагрузке коллектора R _C.

В многоступенчатом усилителе (то есть имеющем более одного каскада усиления) также учитывается входное сопротивление R _i следующего каскада.

Эффективная нагрузка коллектора становится параллельной комбинацией R

C , R _o и R _i, т. Е.

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro//Ri

RC//Ri= fracRCRiRC+Ri

Поскольку входное сопротивление R _i довольно мало, следовательно, эффективная нагрузка уменьшается.

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по току . По определению это отношение изменения тока коллектора (I _C ) к изменению базового тока (I _B ).

Текущая прибыль, beta= frac DeltaIC DeltaIB

Значение β колеблется от 20 до 500. Коэффициент усиления по току указывает, что входной ток становится β-кратным в токе коллектора.

Усиление напряжения

Коэффициент усиления по напряжению, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по напряжению . По определению это отношение изменения выходного напряжения (ΔV _CE ) к изменению входного напряжения (ΔV _BE ).

Коэффициент усиления по напряжению, AV= frac DeltaVCE DeltaVBE

= fracИзменитьввыводтекущий разэффективныйнагрузкаИзменитьввходтекущий развводсопротивление

= frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi= frac DeltaIC DeltaIB times fracRACRi= beta times fracRACRi

Для одной ступени R _AC = R _C.

Тем не менее, для многоступенчатой,

RAC= fracRC timesRiRC+Ri

Где R _i — входное сопротивление следующей ступени.

Усиление силы

Коэффициент усиления по мощности, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по мощности .

По определению это отношение мощности выходного сигнала к мощности входного сигнала.

Усиление мощности, AP= frac( DeltaIC)2 timesRAC( DeltaIB)2 timesRi

= left( frac DeltaIC DeltaIB right) times frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi

= Коэффициент усиления по току × коэффициент усиления по напряжению

Следовательно, это все важные термины, которые относятся к производительности усилителей.

Транзисторный усилитель

Ремарка по Свореню («Электроника шаг за шагом»):

Усилитель на самом деле ничего не усиливает! Он создаёт копию входного сигнала, используя при этом энергию источника питания.

Резистор R1 выполняет роль нагрузки, дабы не было короткого замыкания и наш транзистор не сгорел.

Наш транзистор npn-типа, и открывается только при положительном значении полуволны, а при отрицательном закрывается. Помимо этого транзистор, как и любой полупроводниковый прибор, имеет нелинейные характеристики в отношении напряжения и тока. Чем меньше значения тока и напряжения, тем сильней эти искажения. Мало того что от нашего сигнала осталась только полуволна, так она ещё и искажена будет.

Чтобы избавиться от этих проблем, нам нужно сместить наш сигнал в рабочую зону транзистора, где поместится вся синусоида сигнала и нелинейные искажения будут незначительны. Для этого подают на базу напряжение смещения, допустим в 1 вольт, с помощью составленного из двух резисторов R2 и R3 делителя напряжения.

Наш сигнал, входящий в транзистор, будет выглядеть так:

Если говорить об усилении звука (переменного напряжения), то нам нужно изъять наш полезный сигнал с коллектора транзистора. Для этого установим конденсатор C1:

Как мы помним, конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный, поэтому он нам будет служить фильтром, пропускающим только нашу синусоиду. А постоянная составляющая, не прошедшая через конденсатор, будет рассеиваться на резисторе R1. Переменный же ток будет стремиться пройти через конденсатор, так как сопротивление конденсатора для него ничтожно мало по сравнению с резистором R1.

Вот и получился первый транзисторный каскад нашего усилителя. Но существуют ещё два маленьких нюанса…

Мы не знаем на 100% какой сигнал входит в усилитель, вдруг всё таки источник сигнала неисправен, всякое бывает, опять же статическое электричество или вместе с полезным сигналом проходит постоянное напряжение. Это может стать причиной неправильной работы транзистора или даже его поломки. Для этого установим конденсатор С2, он подобно конденсатору С1, будет блокировать постоянный электрический ток, а так же ограниченная ёмкость конденсатора не будет пропускать пики большой амплитуды, которые могут испортить транзистор. Такие скачки напряжения обычно происходят при включении или отключении устройства.

И второй нюанс — для регулировки входного сопротивления добавим в цепь эмиттера резистор R4:

Он выполняет роль нагрузки для источника сигнала и, самое главное, создает обратную отрицательную связь по току коллектора.

Если растет ток коллектора (например, из-за увеличения температуры), увеличивается падение напряжения на R4. Это напряжение приложено (через R3) между базой и эмиттером, причем, в отрицательной полярности (минусом на базу). Рост напряжения на R4 приводит к закрытию транзистора и падению коллекторного тока. Таким образом, R4 стабилизирует режим работы транзистора.

Часто ООС нужна только по постоянному току, а по переменному она вредна — уменьшает коэффициент усиления. Тогда R4 шунтируют конденсатором (таким же, как С2). В этом случае по переменному току эмиттер замкнут на общий провод, и ООС не возникает, а по постоянному — все работает, как описано выше.

Отношение между R1 и R4 обычно принимается 1 к 10:
R1 = R4*10;

Простейший усилитель постоянного тока

Чаще всего используется усилитель с общим эмиттером. Изображенная схема содержит цепь смещения на основе делителя напряжения и эмиттерную цепь обратной связи. В цепях этого типа не используется конденсатор связи. Входной сигнал подается прямо на базу транзистора. Выходной сигнал снимается с коллектора.

Усилитель постоянного тока может обеспечивать усиление как по току, так и по напряжению. Однако, он применяется, главным образом, в качестве усилителя напряжения. Усиление по напряжению одинаково для сигналов постоянного и переменного токов.

В большинстве случаев одного каскада усиления недостаточно. Для получения более высокого усиления требуются два или более каскадов. Соединенные вместе два или более каскадов называются многокаскадным усилителем.

Входной сигнал усиливается первым каскадом. После этого усиленный сигнал поступает на базу транзистора второго каскада. Общее усиление цепи равно произведению коэффициентов усиления по напряжению двух каскадов. Например, если и первый, и второй каскады имеют коэффициент усиления по напряжению равный 10, то общий коэффициент усиления цепи равен 100.

Комплементарный усилитель

В нем используются транзисторы типов n-p-n и n-p-n. Цепь такого типа называется комплементарным усилителем. Функции этой цепи такие же, как и у цепи, двухкаскадного усилителя. Разница только в том, что транзистор второго каскада p-n-p типа, p-n-p транзистор, перевернут, так что на эмиттер и коллектор подается напряжение смещения правильно.

Схема Дарлингтона

На рисунке изображены два соединенных вместе транзистора, работающих, как одно целое. Эта цепь называется схемой Дарлингтона.

Транзистор Qt используется для управления проводимостью транзистора Qr. Входной сигнал, поданный на базу транзистора Qx, управляет током базы транзистора Q2. Схема Дарлингтона может быть изготовлена в одном корпусе с тремя выводами: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). Она используется как простой усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления по напряжению.

Основным недостатком многокаскадных усилителей является их высокая температурная нестабильность. В цепях, требующих три или четыре каскада усиления постоянного тока, оконечный каскад может не усиливать исходный сигнал постоянного или переменного тока, так как он будет сильно искажен. Та же самая проблема существует и со схемой Дарлингтона.

В случаях, когда требуется и высокий коэффициент усиления, и высокая температурная стабильность, необходим усилитель другого типа. Это — дифференциальный усилитель:

Его особенность в том, что он имеет два отдельных входа и может обеспечить либо один, либо два выходных сигнала. Если сигнал подан на вход транзистора Q1, усиленный сигнал появится между выходом А и землей, как в обычном усилителе. Однако малый сигнал появится также на резисторе R4 и на эмиттере транзистора Q2. Транзистор Q2 работает, как усилитель с общей базой. Усиленный выходной сигнал появится между выходом В и землей. Выходной сигнал с выхода В сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению к сигналу на выходе А. Это делает дифференциальный усилитель более универсальным, чем обычный.

Обычно дифференциальный усилитель не используется для получения выходного напряжения между одним из выходов и землей. Выходной сигнал получают между выходом А и выходом В. Поскольку два выходных сигнала сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов по фазе, то между этими точками существует значительное выходное напряжение. Входной сигнал может быть подан на любой вход.

Дифференциальный усилитель обладает высокой температурной стабильностью, так как транзисторы Q1 и Q2 расположены близко друг к другу и испытывают одинаковое влияние температуры. Кроме того, коллекторные токи транзисторов Q1 и Q2 испытывают одинаковые тенденции к увеличению и уменьшению, так что выходное напряжение остается постоянным.

Дифференциальный усилитель широко используется в интегральных микросхемах и в электронном оборудовании. Он используется для усиления и(или) сравнения амплитуд сигналов как постоянного, так и переменного токов. Дифференциальные усилители можно соединять последовательно для получения более высокого усиления. В некоторых случаях дифференциальный усилитель используется в качестве первого каскада в многокаскадных обычных усилителях. Дифференциальные усилители, благодаря их универсальности и температурной стабильности, являются наиболее важным типом усилителей с гальванической связью.

Усилитель напряжения на биполярном транзисторе

Рис. 1. Использование транзистора в усилителе напряжения: (а) простейшая схема, (б) схема со смешением.

Сигналами в электронных схемах обычно являются постоянные или переменные напряжения. Такие устройства, как например микрофон, создают переменное напряжение, которое должно быть усилено прежде, чем им можно будет воспользоваться. Некоторые источники сигналов, такие как фототранзистор и некоторые детекторы, могут быть источниками тока, который, как правило, еще до усиления преобразуется в напряжение.

Поэтому наиболее важны усилители напряжения и, несмотря на то, что биполярный транзистор работает как устройство, усиливающее ток, основное применение он находит в усилителях напряжения. Рассмотрим основные принципы работы усилителя напряжения на биполярном транзисторе.

Резистор нагрузки

На рис. 1.(a) показан очень простой усилитель напряжения; выходное напряжение V_out возникает на выходе в результате протекания коллекторного тока по резистору нагрузки R_L. Этот пример иллюстрирует одно из наиболее важных применений резисторов в электронных цепях: преобразование тока в напряжение. Входное напряжение V_in, приложенное к переходу база-эмиттер, приводит к увеличению тока базы, зависящего от сопротивления перехода база-эмиттер. Ток базы вызывает намного больший ток коллектора I_c, создающий падение напряжения I_cR_L на резисторе R_L. Эта разность потенциалов пропорциональна V_in, но намного больше по величине.

Важной деталью таких схем является земляная шина, называемая также землей, «нулем вольт» (0 В) или общей шиной и обозначаемая символом, показанным на рисунке. Земляная шина является общей для входного сигнала, выходного сигнала и источника постоянного напряжения, и обычно является точкой, относительно которой отсчитываются все напряжения в схеме.

Рабочая точка и смещение транзистора в схеме усилителя напряжения

Схема, приведенная на рис. 1.(a), как можно догадаться, является сильно упрощенной схемой усилителя напряжения. Она будет давать отклик только на положительное входное напряжение и, кроме того, только на напряжение, большее чем 0,5 В; последнее значение является той э.д.с., которая необходима для смещения перехода база-эмиттер в прямом направлении. Ясно, что если схема предназначена для усиления малых сигналов без искажения, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала. Обычно напряжение переменного сигнала принимает как положительное, так и отрицательное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь возможность двигаться вверх к напряжению источника питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к потенциалу земляной шины (при положительном входном напряжении). Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между землей и напряжением источника питания, готовое изменяться в любом направлении в соответствии с полярностью входного сигнала.

На рис. 1.(б) показана схема, в которой достигается требуемый результат. Маломощный кремниевый транзистор, такой как ВС 107, будет очень хорошо работать с коллекторным током в режиме покоя 1 мА. В этом случае при правильном выборе рабочей (начальной) точки требуется, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между 0 В и +9 В, то есть на резисторе R_L должно падать 4,5 В. Таким образом, согласно закону Ома, R_L = 4,5 В / 1 мА = 4500 Ом. Ближайшее номинальное значение R_L равно 4,7 кОм. Для рассматриваемой схемы имеем:

V_CE=V_cc-I_cR_L=V_cc-h_FEI_BR_L

где Vcc — напряжение питания.

Если мы примем для транзистора ВС 107 коэффициент усиления постоянного тока h_FE равным 200, то для тока коллектора 1 мА требуется ток базы I_B = 1/200 мА = 5 мкА. Сопротивление базового резистора R_B, задающего ток базы, снова находится согласно закону Ома:

R_B=V_cc/I_B=9/(5×10^-6)=1,8МОм

Напряжением база-эмиттер V_BE (приблизительно равным 0,6 В) здесь пренебрегаем по сравнению с намного большим напряжением питания V_cc.

Разделительные конденсаторы С1 и С2 используются для изоляции внешних цепей от постоянных напряжений, имеющихся на базе и коллекторе в режиме покоя. Свойство конденсатора не пропускать постоянное напряжение и в то же время пропускать переменное очень ценно в электронике; оно является результатом стремления конденсатора сохранять свой заряд и поэтому разность потенциалов на его обкладках остается постоянной. Следовательно, увеличение потенциала на одной обкладке вызывает соответствующее увеличение потенциала на другой. Поданный на одну из обкладок, переменный сигнал изменяет ее потенциал много раз в секунду и, таким образом, передается с одной обкладки на другую. В то же время постоянное напряжение дает возможность конденсатору накопить заряд, соответствующий новой разности потенциалов на его обкладках, и поэтому оно не передается. Время, необходимое для установления новой разности потенциалов, зависит от постоянной времени цепи, которая должна быть больше периода передаваемого переменного напряжения самой низкой частоты. Более подробно этот вопрос обсуждается в главе 8. В рассматриваемом простом усилителе напряжения постоянные времени цепей с разделительными конденсаторами емкостью 10 мкФ обеспечивают передачу переменного напряжения без ослабления вплоть до 10 Гц.

Знак плюс на рисунке у одной из обкладок конденсатора является указанием, как подключать электролитические конденсаторы, у которых изолирующий диэлектрический слой представляет собой чрезвычайно тонкую пленку окиси алюминия, полученную электролитическим осаждением. Такие конденсаторы имеют большие емкости при малых размерах и низкой цене, но должны включаться в схему с учетом полярности, за исключением конденсаторов специального типа — неполярных конденсаторов.

Стабилизация рабочей точки транзистора

Серьезный недостаток схемы на рис. 1.(б) состоит в том, что напряжение коллектора в режиме покоя целиком зависит от величины h_FE транзистора, в то время как численные значения этого параметра имеют большой разброс у различных экземпляров транзисторов одного типа. Например, при типичном значении h_FE для транзистора ВС 107, равном 200, изготовители указывают, что оно может изменяться в пределах от 90 до 450. Изменение h_FE сдвигает рабочую точку по постоянному току. Например, если коэффициент h_FE равен 100 вместо 200, то при этом потечет ток коллектора, равный 0,5 мА, а не 1 мА, и падение напряжения на R_L составит только 2,35 В вместо 4,7 В. Увеличение напряжения на коллекторе в режиме покоя означает, что выходное напряжение в схеме может изменяться в сторону увеличения только на 2 В, а не на 4 В (возможно изменение выходного напряжения в сторону уменьшения до 6 В, но от этого мало пользы, когда положительные приращения ограничены).

Последствия использования транзистора с h_FE = 400 еще более серьезны. В этом случае ток коллектора удвоится до 2 мА. Простое вычисление показывает, что все 9 В питания будут падать на резисторе R_L. Говорят, что транзистор находится в насыщении. Практически между коллектором и эмиттером остается небольшое напряжение порядка 0,2 В. Любое дальнейшее увеличение тока базы почти ни к чему не приводит; действительно, падение напряжения на R_L не может превышать V_cc Поскольку при насыщении транзистора потенциал коллектора фактически равен потенциалу земли, схема теперь не пригодна для линейного усиления: невозможны изменения выходного напряжения в сторону уменьшения.

Возвращаясь к линейному усилителю на рис. 1.(б), можно сказать, что необходимо некоторое усовершенствование схемы, чтобы повысить ее устойчивость к изменениям h_FE. Даже если бы у нас была возможность отбирать транзисторы с h_FE = 200, а это очень дорого при массовом выпуске схем, h_FE увеличивается с ростом температуры, так что схема все равно не была бы надежной. На рис. 2. показано очень простое, но эффективное улучшение. Вместо того, чтобы подключать резистор R_B непосредственно к V_cc, мы, уменьшив сопротивление вдвое, подключим его к коллектору (V_CE≈V_cc/2). Теперь, благодаря этому, ток базы в режиме покоя зависит от коллекторного напряжения в режиме покоя. Даже при увеличении h_FE транзистор не может попасть в насыщение: если коллекторное напряжение падает, то также падает ток базы, «придерживая» коллекторный ток. И наоборот, если h_FE уменьшается, коллекторное напряжение в режиме покоя возрастает, увеличивая ток I_B.

Ток базы определяется теперь соотношением

I_B=V_CE/R_B

и, как и прежде,

V_CE=V_cc-h_FEI_BR_L

Объединяя эти равенства, получим

V_CE=V_cc/(1+h_FER_L/R_B)

Если R_L и R_B имеют значения, указанные на рис. 2, и h_FE = 100, то V_CE≈6 В; если h_FE = 400, то V_CE≈3 В. Хотя здесь все еще положение рабочей точки меняется, это не существенно, пока для получения больших сигналов не требуется иметь возможно большие пределы изменения выходного напряжения. Схема, приведенная на рис. 2., будет работать при изменении параметров транзисторов в очень широком диапазоне и является полезным усилителем напряжения общего назначения. Принцип построения схемы с автокомпенсацией изменений h_FE является просто примером отрицательной обратной связи, которая представляет собой одно из самых важных понятий в электронике.

Усилитель напряжения на транзисторе со стабилизацией рабочей точки

Рис. 2. Усилитель напряжения со стабилизацией рабочей точки.

Для некоторых применений даже относительно небольшие изменения положения рабочей точки, имеющиеся в схеме на рис. 2, недопустимы. Если режим по постоянному току должен практически не зависеть от h_FE можно использовать схему стабилизированного усилителя, показанную на рис. 3. Первым характерным признаком этой схемы является наличие резистора R3 в цепи эмиттера, а это означает, что потенциал эмиттера больше не равняется потенциалу земли, а немного выше его и равен I_ER₃ где I_E — ток эмиттера. Второе отличие состоит в том, что вместо единственного резистора для задания базового тока определенной величины применен делитель напряжения R1 R2 фиксирующий потенциал базы относительно земли. Ток делителя напряжения на порядок выше тока базы, так что последний слабо влияет на потенциал базы. Так как переход база — эмиттер смещен в прямом направлении, на нем падает небольшое напряжение (у кремниевого транзистора приблизительно 0,6 В), так что потенциал эмиттера ниже потенциала базы на 0,6 В.

Итак, если V_B — потенциал базы относительно земли, а V_E — потенциал эмиттера относительно земли, то

V_E = V_B — 0,6.

Но V_E=I_ER₃

поэтому I_E=(V_B-0,6)/R₃

Рис. 3. Стабилизированный усилитель с эмиттерным резистором.

Следовательно, ток эмиттера I_E определяется выбором величин V_B и R₃. При сопротивлениях резисторов R1 и R2, указанных на рис. 3., потенциал базы зафиксирован на уровне 1,6 В; поэтому потенциал эмиттера равен приблизительно 1,0 В, обеспечивая требуемый ток эмиттера 1 мА при сопротивлении эмиттерного резистора 1 кОм.

Поскольку

I_E=I_C+I_B и I_B << I_C

имеем:

I_E≈I_C

Следовательно, ток коллектора также примерно равен 1 мА.

Интересно отметить, что в приведенном расчете схемы отсутствует коэффициент h_FE транзистора. Фактически единственным параметром транзистора, имеющим какое-либо значение в этой схеме, является напряжение V_BE которое принято равным 0,6 В и изменяется очень мало (<0,1 В) от одного транзистора к другому. При расчете стабилизированной схемы падение напряжения на эмиттерном резисторе должно быть больше возможных изменений напряжения V_BE но не настолько большим, чтобы заметно уменьшить амплитуду выходного сигнала (напряжение на коллекторе теперь может изменяться только между V_CC и V_E а не между V_CC и потенциалом земли). Обычно подходящим является напряжение 1 В. Конденсатор большой емкости С3 шунтирует эмиттерный резистор для того, чтобы на эмиттере не появлялось переменное напряжение. Без С3 усиление напряжения очень сильно упадет из-за отрицательной обратной связи, поскольку переменное напряжение на резисторе R3 вычитается из входного сигнала.

Удобный способ измерения коэффициента усиления состоит в том, что на вход усилителя подается сигнал от генератора синусоидальных сигналов, а затем с помощью осциллографа измеряется выходной сигнал V_out и сравнивается с входным сигналом V_in.

Коэффициент усиления напряжения равен

A_v=V_out/V_in

Для схем, рассмотренных в этой статье, коэффициент усиления напряжения имеет величину порядка 150 — 200. Теоретический расчет коэффициента усиления на Времонт.su рассмотрим позже.

Работа биполярного транзистора. Режим усиления

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем осваивать биполярный транзистор и сегодня мы рассмотрим его работу в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.

В режиме усиления транзисторы работают в схемах радиовещательных приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ). При работе используются малые токи в базовой цепи транзистора, управляющие большими токами в коллекторной цепи. Этим и отличается режим усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор под действием напряжения Uб на базе.

1. Схема усилителя.

В качестве эксперимента соберем простой усилитель на одном транзисторе и разберем его работу.

В коллекторную цепь транзистора VT1 включим высокоомный электромагнитный телефон BF2, между базой и минусом источника питания GB установим резистор Rб, и развязывающий конденсатор Cсв, включенный в базовую цепь транзистора.

Конечно, сильного усиления от такого усилителя мы не услышим, да и чтобы услышать звук в телефоне BF1 его придется очень близко преподнести к уху. Так как для громкого воспроизведения звука нужен усилитель как минимум с двумя-тремя транзисторами или так называемый двухкаскадный усилитель. Но чтобы понять сам принцип усиления, нам будет достаточно и усилителя, собранного на одном транзисторе или однокаскадном усилителе.

Усилительным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими элементами схемы, обеспечивающими транзистору условия работы как усилителя.

2. Работа схемы усилителя.

При подаче напряжения питания в схему, на базу транзистора через резистор Rб поступает небольшое отрицательное напряжение 0,1 — 0,2В, называемое напряжением смещения. Это напряжение приоткрывает транзистор, и через эмиттерный и коллекторный переходы начинает течь незначительный ток, который как бы переводит усилитель в дежурный режим, из которого он мгновенно выйдет, как только на входе появится входной сигнал.

Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход будет закрыт и, подобно диоду, «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиленный сигнал будет искаженным.

Если на вход усилителя подключить еще один телефон BF1 и использовать его как микрофон, то телефон будет преобразовывать звуковые колебания в переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор Ссв будет поступать на базу транзистора.

Здесь, конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF1 и базой транзистора. Он прекрасно пропускает напряжение звуковой частоты, но преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону BF1. А так как телефон имеет свое внутреннее сопротивление (около 1600 Ом), то без этого конденсатора база транзистора через внутреннее сопротивление телефона была бы соединена с эмиттером по постоянному току. И естественно, ни о каком усилении сигнала речи и быть не могло.

Теперь, если начать говорить в телефон BF1, то в цепи эмиттер-база возникнут колебания электрического тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током в коллекторной цепи транзистора. И уже этот усиленный сигнал, преобразованный телефоном BF2 в звук, мы и будем слышать.

Сам процесс усиления сигнала можно описать следующим образом.
При отсутствии напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (прямые участки графиков а, б, в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора.

Как только в цепи базы появляется входной сигнал (правая часть графика а), то соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора (правая часть графиков б, в).

Во время отрицательных полупериодов, когда отрицательное входное Uвх и напряжение источника питания GB суммируются на базе — токи цепей увеличиваются.

Во время же положительных полупериодов, кода напряжение входного сигнала Uвх и источника питания GB положительны, отрицательное напряжение на базе уменьшается и, соответственно, токи в обеих цепях также уменьшаются. Вот таким образом и происходит усиление по напряжению и току.

Если же нагрузкой транзистора будет не телефон а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления.

Один транзистор может усилить сигнал в 30 – 50 раз.

На рисунке ниже показана зависимость тока коллектора от тока базы.

Например. Между точками А и Б ток базы увеличился от 50 до 100 мкА (микроампер), то есть составил 50 мкА, или 0,05 mA. Ток коллектора между этими точками возрос от 3 до 5,5 mA, то есть вырос на 2,5 mA. Отсюда следует, что усиление по току составляет: 2,5 / 0,05 = 50 раз.

Точно также работают транзисторы структуры n-p-n. Но для них полярность включения источника питания, питающей цепи базы и коллектора меняется на противоположную. То есть на базу и коллектор подается положительное, а на эмиттер отрицательное напряжения.

Запомните: для работы транзистора в режиме усиления на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно подается постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор.

Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

Напряжение смещения на базу не подают лишь в том случае, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

3. Классификация транзисторов по мощности и по частоте.

В зависимости от максимальной мощности рассеивания биполярные транзисторы делятся на:

1. малой мощности — Pmax ≤ 0,3 Вт;
2. средней мощности — 0,3 3. большой мощности — Pmax > 1,5 Вт.

В зависимости от значения граничной частоты коэффициента передачи тока на транзисторы:

1. низкой частоты – fгр ≤ 3 МГц;
2. средней частоты – 3 МГц 3. высокой частоты — 30 МГц 4. сверхвысокой частоты (СВЧ-транзисторы) — fгр > 300 МГц.

Ну вот и все.
Теперь у Вас не должно возникнуть вопросов о работе биполярного транзистора в режиме усиления.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Почему горят транзисторы на усилителе

Даже самые лучшие, оригинальные и настоящие полевые транзисторы всегда выходят из строя по одной и той же причине — из-за превышения какого-нибудь из максимально допустимых своих параметров. Мы не будем принимать во внимание механические повреждения корпусов и ножек, вместо этого отметим два основных вредоносных фактора — нарушение теплового режима и превышение критического напряжения. Под нарушением теплового режима имеется ввиду превышение допустимой температуры кристалла, которое обычно напрямую связано с повышенным током, поэтому рассмотрим подробно и данный аспект проблемы.

Совсем обобщая, можно сказать, что полевой транзистор выходит из строя либо от перенапряжения, либо от перегрева. И ежели не допускать причин превышения допустимых параметров, то транзистор сохранит и свою работоспособность, и работоспособность соседних компонентов, не говоря уже о нервных клетках владельца устройства, для которого данный транзистор предназначался. Итак, давайте разберемся, почему же горят транзисторы.

Перенапряжение

Полевые транзисторы — это очень нежные полупроводниковые приборы с несколькими переходами. И было бы сильным упрощением сказать, что пробой по напряжению возможен здесь только от неловкого прикосновения не заземленным пинцетом. На самом деле, пробой напряжением возможен по двум сценариям: затвор-исток или сток-исток.

Пробой затвор-исток как правило происходит из-за нарушения в работе драйверного каскада схемы управления либо из-за наводки, в том числе — из-за наводки от стока за счет эффекта Миллера. Конечно, современные транзисторы отличаются очень малой емкостью сток-затвор, однако исключения время от времени могут попадаться, особенно в схемах с высокой скоростью нарастания напряжения на стоке.

Для борьбы с эффектом Миллера применяют активные схемы разряда затвора или как минимум ставят обратный диод со стабилитроном в цепь затвора полевика. Что касается качества самих драйверных схем, то более высокую надежность показывают схемы управления с гальванической развязкой, в частности — решения на трансформаторах управления затвором.

Для пробоя по напряжению в цепи сток-исток, полевому транзистору достаточно всего нескольких наносекунд чтобы сгореть от индуктивного выброса большой амплитуды на стоке. Для борьбы с перенапряжением на стоке, обычно применяют схемы плавного включения, активные ограничители или пассивные снабберные схемы с конденсаторами и резисторами, либо варисторные ограничители напряжения на стоке. Те и другие защитные пути являются вынужденными превентивными мерами предохранения полевых транзисторов, они очень распространены и приняты за норму среди разработчиков силовой электроники.

Перегрев кристалла

Наиболее банальная причина перегрева транзистора — плохое крепление корпуса транзистора к радиатору или просто некачественный контакт между радиатором и транзистором. Для защиты от данного явления лучше всего не только применять теплопроводные подложки и пасты, но дополнительно использовать датчики температуры, которые бы отключали схему при наступлении перегрева.

Перегрузка по среднему току — еще одна причина перегрева транзистора. Чаще всего в схемах импульсных преобразователей с ней борются путем плавного увеличения частоты и ширины управляющих импульсов. Это нужно для того, чтобы избежать превышения среднего тока, например во время холодного пуска устройства, когда заряжаются пустые конденсаторы или запускается двигатель, которому еще предстоит набрать обороты, а если подать сразу полный ток, то транзисторы мгновенно перегрузятся. Схемы обратной связи по току в двухтактных схемах также способствуют защите транзисторов.

И конечно, сквозной ток, куда же без него. Разработчики полумостовых схем знают о нем не по наслышке. Здесь спасет грамотный расчет и проектирование схемы управления и цепей обратной связи, а также плавный пуск с медленным увеличением частоты следования и ширины управляющих импульсов.

Перенапряжение

Перегрев кристалла

Люди добрые! купил в авто усилитель супра подключен саб… теперь мучаюсь… 3й раз горят «rfp50n06» в оконечном каскаде! поскажите кто знает какие нибудь помощнее и можно в большом корпусе!заранее благодарен ! плиз не удаляйте тему хотя бы до завтра!

Recommendations

Comments 111

Народ! проблема решилась заменой НЧ динамика! поставил TS-W254R пионэр! ща наваливаю по полной! уже 2 недели! не горит усь!Ё всем спасибо!

Похоже коллега на Сабе сопротивление совсем малюсенькое поромеряй и тогда станет ясно почему горят наверняка меньше 2х ом

Я у себя 3 раза менял транзисторы, пока не заменил колонки. У тебя 100% КЗ на выходе, возможно перетерлась изоляция на катушке динамика.

Скорее всего у вас КЗ трансформатора, нужно детальное обследование

Перепаял транзисторы 3205 поставил- запел. … только греется…радиаторы.буду колхлзить вентилятор, !

и без нагрузки тоже греются? или только при работе

А что в радиомагазине не подскажут из того что в наличии есть?

А ты можешь себе представить 50а на динамике?! даже в пике это не хило. ищите причину вылета а не меняйте на более мощное, сгорит в другом месте!

Сомневаюсь что дело в транзисторах, было похожее, выгорали в блоке питания эти самые 50n06, виной оказался плохой контакт плюсовой клеммы, которая прикручена к плате, во время работы она грелась так, что олово стекло с контакта.

В блоке питания летят? Хотя бы фото выложил бы.
Если в БП, то лететь могут из-за которыша в трансформаторе, провода перебили и контакт то есть, то нет.
А вообще осциллограф подключить и посмотреть форму сигнала на затворах и на стоках, и все сразу станет понятно.

в усилителе оконечники летят причем в разных каналах

Модель усилителя какая?

Проверь транс на межвитковое замыкание.
Полевики можно IRF3205 попробовать поставить.
А вообще лучше посмотреть что на Стоках транзисторов творится

3205 обязательно попробую !Много народа уже посоветовало! а транс вряд ли! усилку 2 мес! один мес не играл =)и емкости в плечах попробую побольше поставить!

у меня есть схема! на плате есть маркировка -тоже самое на схеме!

к стати не та схема! у меня в раскачку транса 1 пара только . а тут 2…

Самому такой отдали. Маркировка по даташиту, а по факту совсем другие номиналы… Это Супра…

то есть контрафакт… ну раз так то возможно что расчетные напруги от создателей оригинальной схемы больше чем это фактическое говно держать по штату может.

Если всё остальное в норме, то я-бы воткнул IRF3205. мощно и емкость затвора не сильно больше, нормально будет закрываться

и ждем следующий пост от ТС — сгорел трансформатор… как перемотать))

да скорее выходники хлопнут от перекоса )

тогда точно придется смотреть пост — парни чем заделать эту дыру? посредине платы, где раньше был импульсник ТР

не, потом будет вопрос как-же определить какие были выходные транзисторы, которые в уголь сгорели

о… точно!)) любимая тема нострадамусов на радио форумах=))

Что-то сомневаюсь я, что такой «дохлый» транзюк в выхлопе стоит. Вот «в преобразователе» поверю больше

100% ! менял на IRFZ44 тоже крякнулись…

Я как кто в супру ставил от сварочника транз. До сих пор у паренька работает, а было это года три назад. Тупо в защиту рухнул на максималке громкости

ооойеж ты ж мое… 🙂 ты решил нахрен ВСЕ спалить?
ну не горят просто так полевики. не горят они по своему хотению. кто-то их палит.
короче общупай щупай ихнюю обвязку.

в разных каналах горели …2 раза…не один и тот же…3й раз сегодня сгорел какой глянуть не могу, ибо в командировке (

скажу бородатый боян
но электрика — наука о контактах.
есть не работает то либо есть контакт там где его не должно быть или нет контакта там где он быть должен.
у меня например как-то сдохли мозги на водогрейном котле. словили фазу с воды. как на воде фаза оказалась — ХЕЗ — проводка видимо промокла.
ищи контакт паразитный. где-то у тебя чето неправильное.
транзюки у тебя где стоят? меж ними и динамиками че есть? может проводка в дверях козу ловит?

в саб усилок работает

Ищите причину выхода из строя полевиков а не меняйте на более мощные.

навалишь чуть больше и … в защите уже… а по нагрузке все норм

нагрузкой не уверен. Если ы имеете в виду минимально возможную в 1-2 ом.
Уровень срабатывания защиты можно установить в самом усилителе путем подбора компонентов.

саб 4 ома! пролоджи WOW-10 в мост 4 ома можно!

В мост и 2 ома работать будет, но не долго.

да да да …и не на супре =)

А при включении клиппинг работает? Щелчков нету?

Очень странно.
Может на преобразователе питания одно из двух плеч просаживается при макс. вых. мощности.

менял выходные 2 раза по 1 транзу.в разных каналах!но в одном плече к стати…

Очень странно.
Может на преобразователе питания одно из двух плеч просаживается при макс. вых. мощности.

не помню по + или -…

Уже теплее. Становитесь вольтметарми и смотрите просадки при большом потреблении. Может придется заменить фильтрующие емкости по вторичке или диоды там же. Убийство полевиков похоже наступает в связи с несимметричностью питающих напряжений.

как вариант…но кондюкам вроде рано… усилитель и мес не работал…новый купил ) за 1450 =)

Ну так это чинайские изделия у них срок службы — как повезет.

буду пробовать искать…подкину кондёров побольше и трназюков помощнее! -сгорит-выкину к едрёне фене =)

Ну тоже не совсем корректный подход, ставить помощнее и емкость по больше. Если переборщить то БП вообще не стартонет при включении.

вот может диоды… или емкость попробовать побольше…

Может и так, но нужно смотреть по напряжению под нагрузкой на плечах.

предлагаю поставить IRF3205- ток в пике до 110 ампер, против 50…

только скорей всего придется добавить парочку деталек (не факт)-надо сравнить емкость затворов.
Проверить работу блока питания. Выпаять оконечный каскад и включить на 4 ома -проверит работоспособность.

Так транзистор всего то на 60 вольт, чего Вы от него хотите? Ставте на большее напряжение.

вот и спрашиваю аналог… можно в чуть болших корпусах-думаю затолкаю!

Ваш транзистор в корпусе ТО220, посмотрите, хватит ли места для корпуса ТО247, если хватит, то поставте транзисторы 40N60 или 60N60, они расчитаны на напряжение 600 вольт, такие применяются в сварочных инверторах, думаю хватит. Только перед установкой желательно все-таки проверить обвязку и цепи питания выходного каскада и основательно убедиться в том, что проблема именно в выходных транзисторах. Покупать только оригинал (на алиэкспресс есть, не особо дорогие).

больше ни чего не сгорает кроме выходного каскада…

Я покупал у этого продавца ru.aliexpress.com/item/Fr…-TO-247-IC/799956251.html оригинал, цена за 10 штук. При установке используйте теплопроводную пасту (только тонким слоем) и желательно между транзисторами и корпусом использовать прокладки.

так и делал там все это есть прогарает в виде черной точки с зади транзистора

Ну тогда покупаем транзисторы и меняем. Удачи в ремонте.

спасибо за помощь!

Да не за что, чинитесь на здоровье.

Ну и нахх. вы ему советуете IGBT со сварочника ставить. Мало того, что у них падение напряжения около 2-х вольт ( а если полевые, то сопротивление громадное), так их еще и раскачать не так просто. Ваша проблема конечно не в мощности и корпусе, а в неправильной работе схемы. Нужно посмотреть первым делом питание, затем картинку осциллом затвор- исток, на момент сквознячков. 3205 как мнимум в 2.5 раза имеет меньшее сопротивление перехода и ровно во столько раз он будет меньше греться. Вам правильно его советуют.
Но можете поставить ГИГАНТА под названием IRFP4368PBF и будет вам откровенное счастье. У него сопротивление 0.0015Ом супротив 0.022 вашего и 0.008 ирф3205. Правда емкость затвора там приличная, но можно драйвера немного переделать. Но если в схеме косяк, то и они пашабашат быстро.

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

Интегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.

Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.

Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.

Главная цель усилителя мощности — усилить сигнал до значения, которое позволит подключённым акустическим системам воспроизвести его с достаточной громкостью. Усилители мощности, как правило, не имеют каких-либо настроек, в том числе не имеют и регулировки громкости, так как все регулировки производятся с подключённого к усилителю мощности предусилителя. Усилители мощности также бывают как транзисторными, так и ламповыми.

Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.

Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.

Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.

Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.

Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.

Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем, детальность может обернуться «звоном» и «зернистостью» высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.

Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.

Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.

Выносной блок питания – Часть усилителя, вынесенная в отдельный корпус и отвечающая за питание всех его схем. Состоит из трансформатора и блока конденсаторов. В большинстве случаев блок питания делают встроенным, но часть производителей в топовых моделях своих усилителей предпочитают выносить его за пределы общего корпуса, так как блок питания — это один из основных источников помех.

Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.

Усилитель типа «двойное моно» — это усилитель, каналы усиления которого (левый и правый) выполнены полностью автономно и независимо друг от друга, даже трансформатор блока питания у каждого канала свой.

Получается, что внутри одного корпуса размещаются два независимых друг от друга усилителя, каждый для своего канала усиления. Усилитель типа «двойное моно» — это золотая середина между интегральными и моноблочными усилителями.

Аналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.

Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.

Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.

Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

Усилитель класса «А» (однотактный усилитель) — это усилитель, у которого один усилительный элемент (лампа или транзистор) усиливает обе полуволны сигнала (положительную и отрицательную). Таким образом, каждый последующий усилительный каскад построен на базе только одной лампы или транзистора. Использование только одного усилительного элемента для обеих полуволн сигнала устраняет необходимость точной состыковки положительной и отрицательной волн от двух разных элементов, как происходит в усилителях класса «АВ», таким образом усилители класса «А» не обладают таким видом искажения сигнала как «центральная отсечка», свойственного некоторым усилителям класса «АВ».

Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса «А» в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.

Усилитель класса «АВ» (двухтактный усилитель) — это усилитель, в каждом последующем каскаде усиления которого за усиление положительных и отрицательных полуволн отвечают разные усилительные элементы (один за положительную полуволну, другой за отрицательную).

Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.

Простой усилитель в классе А

Все началось с того, что буквально недавно был приобретен нерабочий компьютер, точнее только системный блок. Блок был очень старым, ничего толкового в нем не нашел и решил разломать все и достать позолоченные выводы и компоненты. Уже ненужную материнскую плату решил выбросить, но тут на глаза попали два транзистора, на которые раньше не обратил внимания. Оказалось , что стояли там два довольно редких транзистора серии TIP168. Это транзистор по схеме Дарлингтона.

Транзистор такой редкий, что кроме даташита никакой информации не оказалось, но и этого оказалось вполне достаточно. Это 100 ваттный составной транзистор прямой проводимости, который может обеспечивать очень большой коэффициент усиления входного сигнала. А где использовать такой транзистор, если не в звуковом усилителе!

Я даже представить не мог, что может в итоге получиться усилитель, который сможет сравниться с любой схематикой из линейки высококачественных УНЧ. Сама схема состоит из 4-х компонентов — два резистора, входной конденсатор и сам транзистор, пятый компонент (резистор на входе питания) использован только для ограничения входного напряжения.

Схема усилителя на одном транзисторе

В итоге получился однотактный усилитель БЕЗ ДЕТАЛЕЙ, работает в чистом классе А, а КНИ тут меньше, чем в любом усилителе. Благодаря минимальному количеству используемых компонентов выходной сигнал почти не искажается даже при максимальной выходной мощности. К стати — такой малыш отдает полноценный 1 Ватт на головку 8 Ом. В качестве головки желательно использовать динамики от старых отечественных колонок, сопротивление которых 8-32 Ом , в моем случае головка 1ГДШ на 16 Ом.

Входной конденсатор напрямую связан и с качеством звука и с выходной мощностью, при использовании электролитов 1-4.7 мкФ у меня резко повысились искажения, поэтому остановился на пленке. При емкости 0,1 мкФ на выходе только СЧ и ВЧ, при этом выходная мощность в районе 0,3 ватт (сигнал подавал с планшетного ПК).

Чувствительность тоже на высоком уровне, никакой предварительный усилитель не нужен и может работать от сигнала звуковой карты ПК. Номинал входных напряжений 3-24 Вольт, оптимальное питание 9-12 Вольт. Ток покоя 150 мА, максимальный ток потребления 570 мА при напряжении 16 Вольт и величине входного сигнала 1.7 Вольт, получается, чтобы отдавать 1 ватт выходной мощности, усилитель потребляет целых 9 ватт! КПД примерно составляет 9-10%, мда…

Это один из немногих усилителей, который не искажая может на максимуме громкости передавать любую мелодию (классика) — Бах, Моцарт, Бетховен, Чайковский, Хачатурян.

Усилители с такой выходной мощностью обычно работают совместно с наушниками, но этот усилитель отлично может работать и в качестве полноценного домашнего усилителя — скажем для ПК, мощность самое оно!

К большому сожалению, нет аппаратуры для расценки реального качества схемы, все, что имеется — осциллограф, который показывает полную схожесть входного и выходного сигналах сигнала на частотах 1-20 кГц, ниже 1 кГц не проверял. В дальнейшем схематика будет доработана, поскольку для такого мощного ключа, 1 ватт выходной мощности явно не предел. Если вы новичок и хотите собрать усилитель, который был бы одновременно и простым и качественным, то вы читаете правильный материал, проще не бывает, а качество на самом высоком уровне!

Можно использовать и составные ключи обратной проводимости, но не забываем сменить полярность питания. Схему нужно питать от стабилизированного блока питания или аккумулятора.

Совсем недавно мною был собран усилитель Марка Хьюстона, хочу заметить, что выходная мощность в случае усилителя Хьюстона составляет 5 ватт, но если сравнить качество, то данная схематика на порядок качественней. С уважением — АКА КАСЬЯН.

ВИДЕО РАБОТЫ УНЧ

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ

Биполярные транзисторы как усилители

Изучив этот раздел, вы сможете:
Распознавать основные режимы подключения транзисторного усилителя.
• Эмиттер обыкновенный.
• Общий коллектор.
• Общая база.
Опишите основные параметры каждого режима усилителя.
• Коэффициент усиления по напряжению.
• Текущее усиление.
• Входное и выходное сопротивление.

Как подключен транзистор для создания усилителя.

Рис. 3.6.1 Подключение усилителя.

Поскольку усилитель должен иметь два входа и два выхода, транзистор, используемый в качестве усилителя, должен иметь один из трех контактов, общих для входа и выхода, как показано на рис.6.1. Выбор клеммы, используемой в качестве общего подключения, оказывает заметное влияние на характеристики усилителя.

Транзистор, подключенный в трех режимах, показанных на рис. 3.6.2–3.6.4 будут показывать совершенно разные характеристические кривые для каждого режима. Эти различия могут быть использованы разработчиком схем для создания усилителя с характеристиками, наиболее подходящими для конкретной цели. Обратите внимание, что схемы показаны здесь в упрощенном виде и не предназначены для использования в качестве практических схем.

В схеме транзисторного усилителя, показанной на рис. 3.6.2–3.6.4, линия питания + V и линия 0V могут рассматриваться как одна и та же точка, если речь идет о любом сигнале переменного тока. Это связано с тем, что, хотя очевидно, что между этими двумя точками существует напряжение (напряжение питания), источник постоянного тока всегда отключается большим конденсатором (например, емкостным конденсатором в источнике питания), поэтому не может быть разницы в напряжении переменного тока. между шинами + V и 0V.

Рис.3.6.2 Режим общего эмиттера.

Режим общего эмиттера

Наиболее распространенная функция транзистора — использование в режиме ОБЩЕГО ЭМИТТЕРА. В этом методе подключения небольшие изменения тока базы / эмиттера вызывают большие изменения тока коллектора / эмиттера. Следовательно, это схема усилителя ТОКА. Чтобы обеспечить усиление НАПРЯЖЕНИЯ, резистор нагрузки (или импеданс, такой как настроенная цепь) должен быть подключен к цепи коллектора, чтобы изменение тока коллектора вызывало изменение напряжения, возникающего на резисторе нагрузки.Значение резистора нагрузки влияет на УСИЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ усилителя. Это связано с тем, что чем больше резистор нагрузки, тем большее изменение напряжения будет вызвано данным изменением тока коллектора. Обратите внимание, что из-за этого метода подключения форма выходного сигнала будет противофазна входному сигналу. Это связано с тем, что увеличение напряжения базы / эмиттера вызовет увеличение тока базы. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока коллектора, но по мере увеличения тока коллектора падение напряжения на нагрузочном резисторе увеличивается, и поскольку напряжение на верхнем конце нагрузочного резистора (напряжение питания) не изменится, напряжение на резисторе нагрузки не изменится. нижний конец должен уменьшиться.Следовательно, увеличение напряжения база / эмиттер вызывает снижение напряжения коллектор / эмиттер.

Общие параметры эмиттера

Усиление напряжения: высокое (около 100).

Текущее усиление: высокое (от 50 до 800).

Входное сопротивление: среднее (от 3 кОм до 5 кОм).

Выходное сопротивление: среднее (приблизительное значение резистора нагрузки).

Рис. 3.6.3 Режим общего коллектора.

Режим общего коллектора

Рис.3.6.3 иллюстрирует режим ОБЩИЙ КОЛЛЕКТОР; также называется режимом эмиттерного повторителя, поскольку в этой схеме форма выходного сигнала на эмиттере не инвертируется и поэтому «следует» за формой входного сигнала на базе. Этот метод подключения часто используется в качестве БУФЕРНОГО УСИЛИТЕЛЯ для таких задач, как согласование импедансов между двумя другими цепями. Это связано с тем, что этот режим дает усилителю высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Коэффициент усиления по напряжению в этом режиме немного меньше единицы (x 1), но доступен высокий коэффициент усиления по току (называемый h _fc в режиме общего коллектора).Другой способ использования этого режима подключения — УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, часто используемый для выходных цепей, которые должны управлять сильноточными устройствами переменного тока, такими как громкоговорители или устройствами постоянного тока, такими как двигатели и т. Д.

Параметры общего коллектора

Коэффициент усиления напряжения: чуть меньше единицы (1).

Текущее усиление: высокое (от 50 до 800)

Входное сопротивление: высокое (несколько кОм)

Выходное сопротивление: низкое (несколько Ом)

Рис.3.6.4 Режим общей базы.

Режим общей базы

COMMON BASE MODE обычно используется для усилителей VHF и UHF, где, хотя коэффициент усиления по напряжению невелик, существует небольшая вероятность того, что выходной сигнал будет возвращен во входную цепь (что может быть проблемой на этих частотах). Поскольку в этом режиме база транзистора соединена с землей, он образует эффективный заземленный экран между выходом и входом. Поскольку ток коллектора в этом режиме будет равен току эмиттера минус ток базы, коэффициент усиления по току (h _fb в режиме общей базы) меньше единицы (<1).

Параметры общей базы

Коэффициент усиления по напряжению: средний (от 10 до 50).

Текущее усиление: менее единицы (<1)

Входное сопротивление: низкое (около 50 Ом)

Выходное сопротивление: высокое (около 1 МОм)

Начало страницы

Транзистор

как усилитель: работа и его применение

Усилитель — это базовая схема, полученная из транзисторов.Эти устройства сконструированы таким образом, что транзисторы с низким значением входного сигнала преобразуются в сигналы, обладающие высокой силой. Они наиболее широко используются в концепции междугородной связи, а также там, где беспроводная передача данных используется в качестве носителя.

Это основные устройства, устанавливаемые в передатчики и приемники. Поскольку транзисторы бывают разных типов, это может быть биполярный переходный транзистор (BJT), полевой транзистор (FET) и полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET).

Усилители являются производными от транзисторов, потому что они способны работать в трех областях: активная, отсечка и насыщение. С целью усиления фокус будет на активной области. Основное назначение этих усилителей — без изменений усилить подаваемый входной сигнал.

Транзистор как усилитель

Усилители — это схемы, которые предназначены для улучшения интенсивности сигналов. Применяемый вход может быть сигналами напряжения или тока в соответствии с требованиями.Этот процесс усиления используется в радиосигналах, междугородной связи и т. Д.

Транзистор должен быть эффективным с точки зрения усиления, линейности. Он должен обладать высокой пропускной способностью. Если эти параметры существуют в транзисторе, его можно использовать в различных приложениях, в частности, в усилителях звука.

Транзисторная схема для усиления разработана таким образом, что вход всегда подается на переход, который смещен в прямом направлении. Точно так же выходной сигнал может быть собран через смещенный в обратном направлении переход транзистора.Причина рассмотрения этого условия заключается в том, что оно точно обеспечивает результаты амплификации. На входе транзистор имеет низкое значение сопротивления, по этой причине он может обеспечивать изменения выходного значения, если есть какое-либо существенное изменение входного сигнала.

Транзистор как схема усилителя

К схеме может быть приложено даже постоянное напряжение. Таким образом, на вход подается низкое значение сигнала, поскольку из-за конструкции внутренней схемы генерируемый выходной сигнал обладает такой же силой выходного сигнала.В целом схема, разработанная здесь, действует как усилитель. Чтобы удовлетворить параметры и конструктивные соображения в целом, в приложениях усилителя используется конфигурация с общим эмиттером.

Рабочий

Рассмотрим схему усилителя, выполненного с базовой схемой общего эмиттера. В этой конфигурации напряжение прикладывается к клеммам базы и эмиттера. Поскольку соединение между ними считается находящимся в режиме смещения пересылки.Рассматриваемый выход берется через резистор, который действует как нагрузка, подключенная между коллектором и базой.

Поскольку низкое сопротивление присутствует на входе в спроектированной цепи, сигналы низкой силы были приложены на входе, и сгенерированный выход будет очевиден по силе полученного сигнала. Таким образом, транзистор работает как усилитель. Существуют различные типы усилителей.

Это, во-первых, транзисторы с биполярным переходом, которые классифицируются как общая база, общий эмиттер и общий коллектор в качестве своих конфигураций.Во-вторых, классы усилителей классифицируются на основе применяемого входа и собираемого выхода. Это класс A, класс B, класс AB, класс C, класс D и т. Д., Наконец, усилители, разработанные на основе их главного фактора, называемого эффективностью. Для достижения эффективности он может быть выполнен в виде ступеней: одноступенчатые, многоступенчатые и т. Д.

Проект

В электронных схемах обычно используется BJT типа N-P-N. Он также считается наиболее часто используемым.В частности, конфигурация с общим эмиттером выбрана из-за ее способности усиления. Сторона входа может состоять из резистора, подключенного таким образом, что он образует цепь делителя потенциала. Этот вид смещения чаще всего используется в усилителях, созданных с помощью BJT.

Усиление звука

Транзистор на входе с резистором делает его одноступенчатым усилителем. Если выход одноступенчатого каскада используется как вход подключенного к нему транзистора, то он становится многокаскадным усилителем.

Конструкция транзистора за счет такого смещения делает схему транзистора более стабильной. Следовательно, вся функциональность транзистора полностью зависит от смещения, приложенного к транзистору.

Применение транзистора в качестве усилителя

Транзистор, работающий в качестве усилителя, имеет различные преимущества и применения в области электроники и связи. Их
1. Его можно использовать в междугородной связи, потому что интенсивность сигнала, получаемого на выходе, будет высокой.
2. Эти транзисторные усилители используются в усилении радиосигналов.
3. Усилители играют важную роль в беспроводной связи.
4. Усиление сигналов с использованием транзисторов в качестве усилителей может быть использовано в радиовещании ЧМ-сигналов.
5. В волоконно-оптической связи также используются усилители этих типов.
6. Основное применение этого транзисторного усилителя — аудиоусилитель, который используется в повседневной деятельности, с которой мы сталкиваемся.

Таким образом, усилитель на транзисторах имеет множество применений. Дизайн очень прост. Просто схема, разработанная с резистором и снабженная источниками напряжения на выводах транзистора.

Конструкция может быть различных типов, конструкция которой зависит от требований. Таким образом, после анализа транзистора, который может работать как усилитель, можете ли вы описать, кроме усиления, где вы можете использовать транзисторы?

Транзисторный усилитель с общим эмиттером »Примечания по электронике

Конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению и является одной из наиболее широко используемых конфигураций транзисторов для проектирования электронных схем.

Учебное пособие по проектированию схем транзисторов Включает:
Проектирование схем транзисторов Конфигурации схемы Общий эмиттер Конструкция схемы с общим эмиттером Эмиттер-повторитель Общая база

См. Также: Типы транзисторных схем

Схема усилителя на транзисторах с общим эмиттером является одной из основных схем для использования в проектировании электронных схем, предлагая множество преимуществ.

Конфигурация схемы с общим эмиттером используется во многих областях проектирования электронных схем: в качестве усилителя звука, в качестве основного переключателя для логических схем, в качестве аналогового усилителя общего назначения и во многих других приложениях.

Конфигурация схемы с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению в сочетании с умеренным усилением по току, а также со средним входным и средним выходным сопротивлением. Таким образом, конфигурация с общим эмиттером является хорошей универсальной схемой для использования во многих приложениях.

Также на этом этапе стоит отметить, что усилитель на транзисторах с общим эмиттером инвертирует сигнал на входе. Следовательно, если на вход усилителя с общим эмиттером поступает растущий сигнал, это приведет к падению выходного напряжения.Другими словами, он имеет изменение фазы на 180 ° в цепи.

В зависимости от конструкции самой электронной схемы, общий эмиттер не использует слишком много электронных компонентов, иногда всего два резистора, хотя, если требуется настройка смещения для аналоговых схем, можно использовать четыре резистора и три конденсатора.

Основы транзисторного усилителя с общим эмиттером

Из трех типов конфигурации транзисторов, используемых в проектировании электронных схем, общий эмиттер является наиболее широко используемым из-за его ключевых свойств.

Сигнал усилителя с общим эмиттером подается на базу, а выходной сигнал снимается с коллекторной цепи. Однако, как следует из названия этой схемы, ключевым атрибутом является то, что схема эмиттера является общей как для ввода, так и для вывода.

Конфигурация схемы с общим эмиттером транзистора

Конфигурация с общим эмиттером в равной степени применима как к вариантам транзистора NPN, так и к вариантам транзистора PNP. Тем не менее, разновидность NPN более широко используется из-за более широкого использования транзисторов NPN.

Сводка характеристик усилителя на транзисторах с общим эмиттером

При выборе конфигурации транзистора для использования в конструкции электронной схемы необходимо учитывать различные атрибуты трех типов: общий эмиттер, общий коллектор и общая база, и выбрать наиболее подходящий.

В таблице ниже приведены основные характеристики конфигурации транзистора с общим эмиттером.

Характеристики усилителя на транзисторах с общим эмиттером
Параметр	Характеристики
Коэффициент усиления напряжения	Средний
Коэффициент усиления по току	Средний
Прирост мощности	Высокая
Соотношение фаз вход / выход	180 °
Входное сопротивление	Средний
Выходное сопротивление	Средний

Из этих характеристик видно, что конфигурация с общим эмиттером обеспечивает хорошие универсальные характеристики.Одним из ключевых факторов является то, что он обеспечивает хороший уровень усиления по напряжению — атрибут, который требуется при проектировании электронных схем для многих приложений.

Схема также относительно проста и требует нескольких электронных компонентов, в зависимости от того, как выполняются требования к конструкции электронной схемы.

Уровни импеданса усилителя с общим эмиттером

Одним из ключевых атрибутов, которые следует учитывать при проектировании любой электронной схемы, являются уровни импеданса.

Входное сопротивление обычно составляет около 1 кОм, хотя оно может значительно варьироваться в зависимости от значений и условий цепи. Низкое входное сопротивление является результатом того факта, что вход применяется через базу и эмиттер, где есть прямое смещение перехода,

Также выходной импеданс может быть относительно высоким. Опять же, это значительно варьируется в зависимости от выбранных значений электронных компонентов и допустимых уровней тока. Выходное сопротивление может достигать 10 кОм или, возможно, больше.Однако, если сток позволяет потреблять более высокие уровни тока, выходное сопротивление может быть значительно уменьшено. Уровень сопротивления или импеданса определяется тем фактом, что выходной сигнал снимается с коллектора, где есть обратносмещенный переход.

Коэффициент усиления транзисторного усилителя с общим эмиттером

Еще один важный фактор, который следует учитывать при проектировании электронной схемы, — это достижимый уровень усиления. Можно определить две формы усиления: усиление по току и усиление по напряжению.

Коэффициент усиления по току для схемы усилителя с общим эмиттером обозначается греческим символом β. Это отношение тока коллектора к току базы. Это можно представить как отношение выходного тока к входному. Чтобы получить точное значение коэффициента усиления сигнала, часто используется коэффициент усиления по току для небольших входных изменений тока. Используя это, коэффициент усиления по току β и изменения входного и выходного тока связаны следующим образом:

Где
β = усиление по току
ΔIc = изменение тока коллектора
ΔIb = изменение базового тока

Чтобы посмотреть на коэффициент усиления по напряжению схемы усилителя с общим эмиттером, необходимо посмотреть на сопротивления или импедансы для входа и выхода.

β = ΔIcΔIb = ΔVcRcΔVbRb

Av = ΔVcΔVb

Следовательно:

Av = β RcRb

Где
Av = усиление по напряжению
Rc = выходное сопротивление коллекторной цепи
Rb = входное сопротивление базовой цепи

Соотношение фаз на входе и выходе с общим эмиттером

Транзисторный усилитель с общим эмиттером — единственная конфигурация, которая обеспечивает инверсию на 180 ° между входным и выходным сигналами.

Причину этого можно увидеть из того факта, что по мере увеличения входного напряжения увеличивается ток через базовую цепь.В свою очередь, это увеличивает ток в цепи коллектора, то есть имеет тенденцию включать транзистор. Это приводит к падению напряжения между выводами коллектора и эмиттера.

Таким образом, увеличение напряжения между базой и эмиттером привело к падению напряжения между выводами коллектора и эмиттера, другими словами, фаза двух сигналов была инвертирована.

Практические схемы усилителя с общим эмиттером

При проектировании электронных схем для различных приложений и для удовлетворения различных требований можно использовать один из множества вариантов схемы транзистора с общим эмиттером.

В то время как основные теоретические схемы, показанные выше, способны описать основную работу усилителя с общим эмиттером в концепции.

Однако, чтобы схема могла работать в реальной системе, необходимо добавить другие элементы, такие как смещение, развязка и т.п. В результате общая схема усилителя с общим эмиттером использует несколько компонентов, чтобы гарантировать, что он может работать требуемым образом.

Усилитель простой логики с общим эмиттером

Первый пример — это простейшая форма схемы с общим эмиттером, в которой используется очень мало электронных компонентов.Обычно он используется для управления нагрузкой с цифрового выхода предыдущего каскада.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером

	R1	R1 ограничивает базовый ток и предотвращает повреждение эмиттерного перехода базы. Он должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток коллектора при минимальном усилении тока транзистора, и включать некоторый запас для обеспечения его правильного включения.

	R2	Этот резистор обеспечивает заземление и помогает регулировать скорость переключения транзистора.

	R3	Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.

При управлении маленьким транзистором общего назначения от логического выхода 5 В типичные значения могут быть 2 кОм для R1 и 22 кОм для R2.

Простой усилитель с общим эмиттером для управления реле

Часто бывает полезно использовать простую схему с общим эмиттером для управления реле.Простая схема, показанная выше, может быть адаптирована для управления реле.

Необходимо учитывать ток, необходимый для переключения и удержания реле, и в базовой цепи должен протекать ток, достаточный для протекания необходимого тока в цепи коллектора.

Для многих реле сопротивление резистора R1 может быть около 2 кОм, а R2 — 22 кОм, но они должны быть рассчитаны в конструкции электронной схемы, чтобы обеспечить требуемый ток.

Схема

управления реле на простом транзисторе с общим эмиттером Следует отметить, что при высоком входном напряжении реле активируется.Это когда коллектор включен, а напряжение на коллекторе понижено.

Диод включен для подавления обратной ЭДС, индуцированной при отключении тока, протекающего через катушку реле. Важно предотвратить повреждение транзистора.

Схема общего эмиттера с использованием транзистора смещения с одной базой

Схема с общим эмиттером с использованием транзистора смещения с одной базой

	R1	R1 ограничивает базовый ток и предотвращает повреждение эмиттерного перехода базы.Он должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток коллектора при минимальном усилении тока транзистора, и включать некоторый запас для обеспечения его правильного включения.

	R1	Этот резистор обеспечивает смещение для транзистора. Его значение следует рассчитать, чтобы получить требуемый ток коллектора.

	R3	Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.Его значение рассчитывается таким образом, чтобы при токе покоя коллектора оно упало наполовину по сравнению с напряжением шины, при условии, что конструкция электронной схемы используется в качестве линейного усилителя.

Этот тип схемы с общим эмиттером очень прост, минимизирует количество электронных компонентов и использует один резистор для смещения базы. Он не обеспечивает производительность, требуемую для многих схем, поскольку коэффициент усиления транзистора будет варьироваться от одного устройства к другому, и это изменит работу схемы.

Схема общего эмиттера с использованием транзистора смещения с одной базой (2)

Эта версия эмиттерного повторителя смещения базы с одним резистором предлагает немного большую предсказуемость схемы.

За счет подключения резистора смещения между коллектором и базой это обеспечивает дополнительную стабильность для условий постоянного тока.

Схема с общим эмиттером с использованием транзистора смещения с одной базой между коллектором и базой

Транзисторный усилитель с общим эмиттером со смещением постоянного тока и связью по переменному току

На схеме ниже показана конструкция электронной схемы усилителя с общим эмиттером с резисторами, обеспечивающими необходимое смещение для линейной работы, а также конденсаторы связи и развязки для работы на переменном токе.

Схема базового транзисторного усилителя с общим эмиттером

В схеме имеется ряд компонентов, которые обеспечивают различные функции, позволяющие всей схеме работать требуемым образом:

	R1, R2	Эти резисторы обеспечивают смещение для базы транзистора.

	R3	Это резистор нагрузки коллектора в усилителе с общим эмиттером.

	R4	Этот резистор в усилителе с общим эмиттером обеспечивает обратную связь по постоянному току, чтобы гарантировать, что условия постоянного тока в цепи поддерживаются.

	C1, C2	Эти конденсаторы обеспечивают связь по переменному току между ступенями. Их нужно выбирать так, чтобы они обеспечивали незначительное реактивное сопротивление на рабочих частотах.

	C3	Это байпасный конденсатор. Эффект R4 заключается в уменьшении коэффициента усиления схемы. Обход резистора позволяет достичь более высоких уровней усиления переменного тока.

Схема, показанная выше, представляет собой базовый усилитель с общим эмиттером, связанный по переменному току.

Схема с общим эмиттером может использоваться в различных формах.- иногда в качестве транзисторного логического выхода, усилителя с прямой связью и во многих других областях. Он широко используется, обеспечивая хороший компромисс между коэффициентом усиления по напряжению и току, а также входным и выходным сопротивлением.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Транзисторный усилитель | 7+ Важные типы

В этой статье будут обсуждаться различные типы транзисторов, в первую очередь связанные с биполярным переходным транзистором (BJT) и полевым транзистором (FET) и их характеристиками. Однако транзисторы использовались в качестве усилителя в различных схемах и различных каскадах, режимах, конфигурациях и т. Д. Это также будет обсуждаться.

Хотя существуют различные классификации усилителей по различным параметрам:

Изображение предоставлено: Филип Доминек, Конструкция транзисторного усилителя, CC BY-SA 3.0

Классификация транзисторных усилителей

Транзисторные усилители Класс: по количеству каскадов

По количеству каскадов в транзисторных усилителях доступны два класса:

Одинарные. каскадный усилитель

— Схема, содержащая одну транзисторную схему только для ступени усиления.

Многокаскадный усилитель

— Эта схема имеет несколько транзисторных схем, которые отвечают за многокаскадное усиление в процессе работы.

Транзисторный усилитель Класс: по входному сигналу

По уровню входного сигнала категоризация следующая:

Усилитель слабого сигнала

— Если входной сигнал очень слабый для генерации незначительных или незначительных колебаний тока коллектора, чем значение покоя, тогда это называется схемой усилителя слабого сигнала.

Усилитель большого сигнала

— Если колебания тока коллектора должны быть достаточно высокими, то его называют схемой усилителя большого сигнала.

Класс по выходу

Если выход рассматривать как параметры, то усилитель может быть двух типов. Это — усилители напряжения и усилители мощности.

Усилитель напряжения

— Это схема усилителя, которая увеличивает уровень входного сигнала (В ₀), называется усилителем напряжения.

Усилитель мощности

— Это схема усилителя, которая увеличивает уровень мощности входного сигнала (P ₀), называется усилителем мощности.

Транзисторный усилитель Класс: согласно частотному диапазону

Согласно частотам сигналов. диапазона, есть два типа аудиоусилителя и радиоусилителя.

Аудиоусилитель

— Схема усилителя звука, способная усиливать входной сигнал в диапазоне, отмеченном для аудиосигналов, то есть в диапазоне частот: от 20 Гц до 20 кГц.

Радиоусилитель

— Радиоусилитель, способный усиливать входной сигнал в радиодиапазоне или на очень высоких частотах.диапазон.

Транзисторный усилитель Класс: согласно смещению и режиму

По смещению и режиму работы классифицируются транзисторные усилители класса A, класса B, класса C и класса AB. Условие выглядит следующим образом:

Усилитель класса A

— Ток коллектора, протекающий в течение всего цикла (один цикл) подаваемого сигнала переменного тока.

Усилитель класса B

— Ток коллектора проходит полупериод (равен 0.5 цикл) применяемого входного сигнала переменного тока.

Усилитель класса C

— Ток коллектора, переносимый в течение менее половины цикла (<0,5 цикла) подаваемого входного сигнала переменного тока.

Усилители класса AB

— Усилители класса AB: усилители класса AB образуются путем объединения классов A и B. Это помогает достичь всех преимуществ, а также устраняет недостатки.

Транзисторный усилитель Класс: в зависимости от конфигурации

Классы транзисторного усилителя: Существует три типа в зависимости от конфигурации.Это типы Common Emitter, Common Collector и Common Base.

C E или Конфигурация усилителя с общим эмиттером

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов с общим эмиттером, называется усилителем CE.

C B или конфигурация усилителя с общей базой

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов с общей базой, называется усилителем CB.

Конфигурация усилителя с общим коллектором или CC

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов с общим коллектором, называется CC-усилителем.

Транзисторный усилитель Класс: На основе метода связи

Существует три типа на основе метода связи. Это — резистор-конденсаторная, трансформаторная, и последняя — с прямой связью.

Усилитель с прямой связью

— Если многокаскадный усилитель подключен непосредственно к последующему каскаду.

RC-связанный усилитель

— Многокаскадный усилитель, подключенный к последующему каскаду с помощью резистивно-емкостного (RC) элемента через комбинированную схему, который называется RC-усилителем.

Усилитель с трансформаторной связью

— Многокаскадный усилитель, соединенный с последующим каскадом посредством схемы на основе трансформатора, то есть усилитель с трансформаторной связью.

Типы транзисторов:

На рынке доступно несколько транзисторов для различных приложений. Ниже перечислены важные типы.

Тип транзистора

Биполярный переходной транзистор (BJT)

“ BJT — это тип транзистора, который имеет как электроны, так и дырки.Электроны, а также дырки действуют здесь как носители заряда ».

Транзистор с биполярным соединением — это устройство, управляемое током.
Биполярный переходной транзистор (BJT) имеет два PN перехода для своего функционирования.
Есть два типа стандартных транзисторов: биполярные; ПНП и НПН.
Транзистор состоит из трех выводов, обозначенных как база (B), коллектор (C) и эмиттер (E).

В транзисторах P-N-P здесь собраны диоды двух типов.Это P-N и N-P.

Транзистор состоит из трех частей:

— База
— Коллектор
— Эмиттер

В конфигурации PNP транзистор P-переход имеет много отверстий, а промежуточный переход, называемый N, имеет КПД и электроны. Теперь переход EB становится обратным смещением, а переход CB становится обратным смещением.

Из-за соединения образовался перекос, и отверстия начали вытекать из Р-перехода. После этого поток продолжается в сторону N.Здесь происходит рекомбинация. Остальные отверстия снова текут к N. Теперь ток через эмиттер известен как ток эмиттера, который идет на две стороны. Один — это базовый ток, другой — ток коллектора.

I _E = I _B + I _C

Но 2% от общего тока протекает в IB, поэтому IB пренебрежимо мало.

Следовательно, IE = IC

В конфигурации транзистора NPN используются два типа диодов: N-P и P-N.

Как упоминалось ранее, транзистор имеет три вывода.Они — Коллектор, Эмиттер и База.

Из-за соединения образовался перекос, и отверстия начали вытекать из N перехода. После этого поток продолжается в направлении P-области. Здесь происходит рекомбинация. Остальные отверстия снова текут к P. Теперь ток через эмиттер известен как ток эмиттера, который идет на две стороны. Один — это базовый ток, другой — ток коллектора.

I _E = I _B + I _C

Полевой транзистор (FET):

В полевом транзисторе для управления протеканием тока используется только электрическое поле. .У них есть три терминала: Источник, Сток и Ворота. Полевые транзисторы представляют собой униполярные транзисторы.

Чтобы узнать больше об электронике , нажмите здесь

О Soumali Bhattacharya
В настоящее время я работаю в области электроники и связи.
Мои статьи сосредоточены на основных областях базовой электроники с очень простым, но информативным подходом.
Я хорошо учусь и стараюсь быть в курсе всех последних технологий в области электроники.
Давайте подключимся через LinkedIn —
https://www.linkedin.com/in/soumali-bhattacharya-34833a18b/
Конструкция усилителя на транзисторах с общим эмиттером
Основные выводы
Благодаря высокому КПД и положительному коэффициенту усиления, превышающему единицу, наиболее часто используемым транзисторным усилителем является транзисторный усилитель с общим эмиттером.
При проектировании транзисторного усилителя с общим эмиттером без вырождения эмиттера номинал резистора RC выбирается в соответствии с требованиями к усилению усилителя.Коэффициент усиления этого усилителя прямо пропорционален величине резистора RC.
Достоинством дегенеративного усилителя с общим эмиттером и обойденным эмиттерным резистором с параллельной конструкцией резисторов является то, что смещение постоянного тока усилителя не зависит от значения RE1, поэтому разработчик может установить значение RE1 после того, как смещение постоянного тока будет зафиксировано. .

Усилители критически важны для электронных схем
Транзисторные усилители — это схемы, которые используются для усиления слабых звуковых сигналов, сигналов постоянного или переменного тока и имеют широкий спектр применений.При усилении сигналов переменного тока с помощью транзисторного усилителя напряжение и ток могут усиливаться одновременно.
Существуют три конфигурации транзисторных усилителей:
Усилители с общей базой
Усилители с общим эмиттером
Усилители с общим коллектором
Если целью является увеличение амплитуды сигнала переменного тока, разработана схема транзистора с общим эмиттером.Конфигурации с общим эмиттером являются наиболее широко используемым типом транзисторных усилителей из-за их высокой эффективности и положительного усиления больше единицы.
Давайте подробнее рассмотрим усилители на транзисторах с общим эмиттером и обсудим некоторые моменты, которые следует учитывать разработчикам в процессе проектирования усилителей на транзисторах с общим эмиттером.
Критерии проектирования транзисторного усилителя с общим эмиттером
Прежде чем обсуждать, как разработать транзисторный усилитель с общим эмиттером, важно понять типы доступных усилителей с общим эмиттером.Независимо от конфигурации, входной сигнал подается на базу, а выходной сигнал собирается с клеммы коллектора во всех типах усилителей с общим эмиттером. Вывод эмиттера остается общим для базы и коллектора.
В эмиттере с общим эмиттером без вырождения эмиттера байпасный конденсатор C _B1 обеспечивает заземление эмиттера, поэтому эту конфигурацию также можно назвать заземленным эмиттером. При проектировании этого транзисторного усилителя номинал резистора R _C выбирается в соответствии с требованиями к усилению усилителя.Коэффициент усиления этого усилителя прямо пропорционален значению резистора R _C.
В конфигурациях с общим эмиттером без байпасного конденсатора стабильность смещения и коэффициент усиления усилителя зависят от резистора R _E. Эта конструкция транзисторного усилителя придает большее значение значениям R _C и R _E, поскольку с их помощью можно регулировать усиление.
Усилитель вырождения с общим эмиттером с шунтируемым эмиттерным резистором с последовательным эмиттерным резистором имеет шунтирующий конденсатор, который соединяет резистор R _E1 с землей для высокочастотных сигналов и стабильности смещения.Несмотря на то, что коэффициент усиления усилителя зависит от R _C и R _E1, разработчики обычно оставляют R _C постоянным, а R _E1 в качестве переменной для управления усилением.
В усилителе вырождения с общим эмиттером и обойденным эмиттерным резистором с параллельным резистором значение R _E1 значительно меньше, чем R _E, что делает путь с низким импедансом для высокочастотных сигналов через байпасный конденсатор. В этой конфигурации усиление регулируется путем поддержания постоянного R _C и изменения R _E1.Достоинством этой конструкции является то, что смещение постоянного тока усилителя не зависит от значения R _E1, поэтому разработчик может установить значение R _E1 после того, как смещение постоянного тока будет фиксированным.
Шаги, необходимые для проектирования транзисторного усилителя с общим эмиттером
Давайте рассмотрим шаги, необходимые для разработки транзисторного усилителя с общим эмиттером без вырождения эмиттера. В этой спецификации транзисторного усилителя некоторые параметры, такие как напряжение смещения, ток коллектора, входное сопротивление, входной сигнал переменного тока, сопротивление нагрузки, коэффициент усиления и выходное напряжение, могут быть указаны в соответствии с конструкцией усилителя.Далее рассмотрим приведенные значения: напряжение смещения V _CC, ток коллектора I _C, входное сопротивление R _в и сопротивление нагрузки R _L.
Шаг 1: Определите R
_C
Чтобы вычислить значение RC, мы можем использовать уравнение (1), приведенное ниже. Значения V _CC и I _C известны. Для симметричного выхода максимально возможное значение напряжения V _CE составляет 0,5 В _CC. Таким образом, подставив эти известные значения и изменив уравнение, мы можем получить уравнение (2), позволяющее рассчитать R _C.
Шаг 2: Определение точки «Q»
После получения значений V _CE и I _C точку Q можно найти по выходным характеристикам транзистора. По выходным характеристикам транзистора найдите кривую тока базы, на которой лежит координата (0,5V _CC, I _C). Получен базовый ток, необходимый для этой точки смещения.
Шаг 3: Определите R
_E
Эмиттерный резистор R _E обычно устанавливается как 10% от резистора R _C:
Шаг 4. Определите напряжение эмиттера V
_E
Использование Значения I _B и I _C, ток эмиттера I _E можно рассчитать по следующему уравнению:
Шаг 5: Определить базовое напряжение V
_B
Шаг 6: Определить R
_B1 и R _B2
Резисторы RB1 и RB2 должны быть спроектированы так, чтобы базовый ток IB, протекающий в цепи, соответствовал базовому току Q-точки.Эквивалентная схема Тевенина делителя напряжения образована RB1 и RB2. VBB — это эквивалентное напряжение Тевенина, RB — эквивалентное сопротивление Тевенина, а Rib — входное сопротивление со стороны базы транзистора.
Шаг 7: Расчет сопротивления Тевенина R _B
Входное сопротивление R _в можно записать в виде уравнения (9). Сопротивление R _ib можно рассчитать по уравнению (10). Из известных значений R _в и R _ib, сопротивление R _B может быть получено из уравнения (9).
Базовое напряжение может быть задано как:
Шаг 8: Рассчитайте R
_B1 и R _B2
Из уравнений (7), (8) и (11) резисторы R _B1 и R _B2 можно рассчитать.
Шунтирующий конденсатор C _E1 выбирается так, чтобы он подчинялся уравнению (12), где X _CE — реактивное сопротивление байпасного конденсатора C _E1:
Шаг 9: Определите CC1 и CC2
Конденсаторы связи можно рассчитать с помощью следующих уравнений:
Для удовлетворения требований к усилителям в электронных приложениях можно использовать варианты транзисторных усилителей с общим эмиттером с вырождением или без него.Базовая конструкция усилителя на транзисторах с общим эмиттером может быть выполнена, выполнив шаги с 1 по 9, если известны значения V _CC, I _C, R _в и R _L. В зависимости от параметров, указанных в технических характеристиках усилителя, различные уравнения выводятся из принципиальной схемы усилителя, которая поддерживает конструкцию компонентов усилителя.
Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, поговорите с нами и нашей командой экспертов.
Открывая новую главу в характеристиках аудиоусилителя класса D
В этой статье мы более подробно рассмотрим транзисторы из нитрида галлия (GaN) и то, как эта новая полупроводниковая технология обещает произвести революцию в характеристиках усилителей класса D.
С их очень низкое сопротивление в открытом состоянии, очень высокая и чистая коммутационная способность Устройства на основе GaN превосходят характеристики своих кремниевых аналогов MOSFET. Это делает они идеальный выбор для высококачественных аудиоприложений, обладающих потенциалом чтобы поднять качество звука на новый уровень.
Класс D — Усиление сигналов с переключателем
В 1950-х годах была воплощена в жизнь новая революционная концепция: усиление аудиосигналов с помощью активных устройств, которые не работают в режиме линейного усиления, а вместо этого действуют как электронные переключатели. Принцип работы заключается в том, что вместо использования транзистора для усиления сигнала, пропорционального входному сигналу в линейной области, значение аналогового выхода выражается посредством временного соотношения транзистора, находящегося в открытом и закрытом состоянии.Это генерирует последовательность прямоугольных импульсов, обычно фиксированной амплитуды [1], но с различной шириной и разделением, которая затем представляет изменения амплитуды входного аналогового аудиосигнала.
В основном чем дольше включенное состояние по сравнению с выключенным, тем выше мощность, которую он обеспечивает к нагрузке динамика. Заставляя переключатели переключаться намного быстрее, чем частоты звукового сигнала, операция переключения становится неразличимой. С транзисторы либо полностью «включены», либо полностью «выключены», они проводят очень мало времени в линейной области и поэтому очень мало рассеивают власть.
Рисунок 1: Идеальный и практичный усилитель класса D, базовая конфигурация усилителя класса D и влияющие факторы. Искажения и энергоэффективность усилителя класса D зависят от точности и эффективности переключающих устройств.
Хотя класс D это первая топология усилителя, которая теоретически предлагает полностью линейную работа с 0% искажениями и без потерь мощности при 100% КПД, коммерциализацию усилителей звука класса D пришлось отложить до 90-х годов, когда кремниевые (Si) МОП-транзисторы с достаточно хорошими параметрами устройств получили широкое распространение. доступный.
С тех пор производительность усилителей класса D постепенно улучшалась с развитием производительности Si MOSFET как предпочтительной технологии транзисторных устройств. В последнее время однако, поскольку устройства на основе GaN-транзистора с высокой подвижностью электронов (HEMT) с гораздо лучшими физическими свойствами стали реальностью, скачок в классе D производительность усилителя находится на пороге.
Производительность коммутатора определяет качество звука
Давайте посмотрим на ключевые параметры силового устройства и на то, как они влияют на переключение и, в конечном итоге, качество звука усилителя класса D.
В отличие от традиционные классы линейного усиления, такие как класс A или AB, с точки зрения параметры устройства усилитель класса D не требует компромисса между аудио производительность, размер и энергоэффективность. В классе D ключевые параметры устройства, такие как скорость переключения и сопротивление при включении, которые необходимы для достижения высокого качества звука, также помогают увеличить мощность эффективность. Более высокая скорость переключения сводит к минимуму потери переключения за счет сокращения энергии продолжительность потерь и более низкое сопротивление устройства сокращают потери I ² R (пропорционально квадрату тока).Это означает один из великих преимущества класса D: одновременно улучшенные показатели качества для устройства выключателя питания обеспечивает улучшенное качество звука и энергоэффективность при меньшей занимаемой площади.
Коммутационная способность класса Усилитель D определяется как параметрами устройства, так и условиями эксплуатации. В зависимости от амплитуды выходного сигнала тока силовой каскад усилителя класса D работает в одном из двух режимов переключения:
нулевое напряжение коммутация (ZVS) и
аппаратная коммутация
Эти два режима сильно влияют на коммутационные потери устройства (потери в результате коммутации действие) усилителя класса D.
Усилитель класса D работает в первом рабочем режиме, ZVS, когда выходная мощность (и выходной ток) относительно низки, обычно до нескольких процентов от номинальной мощности. В режиме ZVS изменение формы сигнала переключения выхода ̶̶ вместо включения переключателя ̶ достигается коммутацией тока индуктора. Такая коммутация выходного напряжения переключателя по существу исключает любые потери мощности, возникающие при включении переключателя. Таким образом, чтобы максимизировать энергоэффективность в условиях простоя и небольшой нагрузки, в которых усилитель работает большую часть времени, вводится короткое время гашения.Все переключатели находятся в выключенном состоянии в течение этого времени гашения, чтобы гарантировать, что переход формы сигнала переключения завершится до начала следующего цикла переключения, то есть достижения ZVS. Однако эта вставка времени гашения также изменяет форму выходного сигнала, требуемого модулятором ШИМ, и, следовательно, создает искажения. Продолжительность времени гашения определяется выходной емкостью (C _oss) силового устройства. Для большего C _oss требуется более длительное время гашения при том же выходном токе.Намного более низкое значение C _oss GaN-транзистора сокращает требуемую продолжительность времени гашения и, следовательно, уменьшает искажения. Как обсуждается ниже, более низкое Coss также выгодно, когда усилитель класса D работает в режиме жесткого переключения.
Вторая операция режим — жесткое переключение (при более высокой выходной мощности / токе), имеющее два нежелательных результаты. Первым неблагоприятным последствием режима жесткого переключения является заряд с обратным восстановлением (Q _rr) в основном диоде полевого МОП-транзистора.В течение время гашения, все выключатели питания выключены, а внутренний диод выводит сигнал Текущий. PN-переход в корпусном диоде аккумулирует неосновные носители. заряд во время его проведения. Q _rr нужно разрядить перед переходом выходного напряжения на другую сторону переключателя. Этот шаг в в дополнение к генерации потерь мощности, генерирует резкий высокий пик тока между шины питания и является основным источником электромагнитных помех (EMI) шумовое излучение. Транзистор GaN не имеет основного диода или неосновного заряда. эффекты, исходящие от физики устройства.Следовательно, он показывает ноль Q _rr реализация намного более чистых форм сигналов переключения.
Второй нежелательный Результат жесткого переключения является результатом выходной емкости переключателя, С _ОСС. C _oss необходимо зарядить и разрядить, чтобы включение и выключение, поэтому больший C _oss означает больший заряд / разряд энергия. Энергия, накопленная в C _oss, когда переключатель повернут выкл, рассеивается при следующем включении переключателя.Это рассеяние — это значительный источник потерь мощности при высоких частотах переключения. Очень маленький C _oss транзистора GaN хранит гораздо меньше энергии и, следовательно, снижает коммутационные потери мощности.
Аналогичен потери при переключении, потери проводимости в силовых устройствах также зависят от обоих технология устройства и условия эксплуатации. Потеря проводимости пропорциональна к устройству на сопротивление и к квадрат тока устройства. Технология GaN обеспечивает более низкое сопротивление в открытом состоянии в меньшем форм-факторе, что обеспечивает компактную конструкцию с высокой мощностью.
Традиционно пока выбор полевых МОП-транзисторов для усилителей класса D, потери коммутируемой и проводящей мощности находятся в компромиссных отношениях в технологии устройства. Например, уменьшение потеря проводимости за счет увеличения размера кристалла для снижения сопротивления в открытом состоянии может приводит к увеличению емкости затвора и выхода, что замедляет переключение скорость, следовательно, увеличивает коммутационные потери. Транзистор GaN, революционный прогресс в технологии транзисторов, обеспечивает более низкое сопротивление в открытом состоянии при уменьшении емкости затвора и выхода, что позволяет значительно снизить мощность убытки.Следовательно, в усилителях класса D транзистор GaN не только позволяет эффективный и компактный дизайн, но также обеспечивает превосходное качество звука при в то же время.
Почему GaN — это будущее для high-end класса D
A Класс D усилитель требует более низкого R _{DS (on)}, а также более быстрого и чистого коммутационные переходы для более высоких номинальных мощностей, которые традиционно являются противодействие компромиссу производительности Si MOSFET. Вот почему усилители класса D может получить большую выгоду от GaN.Давайте теперь посмотрим, как работает устройство механизм, чтобы узнать, как достигается эта революционная производительность.
Рис. 2. Поперечное сечение HEMTs CoolGaN ™ E-Mode от Infineon.
Базовый структура GaN HEMT аналогична Si MOSFET, она включает затвор, исток и сливные терминалы. Сердце переключателя GaN — это боковой двумерный слой электронного газа (2DEG), сформированный в слое GaN. 2DEG — это набор бесплатных электроны, образованные гетеропереходом между AlGaN и GaN, делая короткое замыкание между истоком и стоком с очень низким сопротивлением.Добавление затвора p-GaN поверх слоя AlGaN приводит к обеднению соседнего 2DEG. поэтому сток и исток не проводят, когда не применяется смещение затвора (V _GS = 0 В). Этот вентиль режима улучшения работает так же, как и в обычные Si MOSFET. Когда на затвор подается положительное напряжение смещения, обеднение исчезает, и 2DEG образует проводящий провод с низким сопротивлением. канал.
Реверс Режим проводимости от истока к стоку важен для усилителей класса D во время время гашения, чтобы коммутируемое выходное напряжение оставалось в пределах мощности подача рельсов.Коммутатор GaN по своей природе является двунаправленным устройством, поэтому он реализует обратный ток как одно из включенных состояний. Когда напряжение стока становится ниже истока, сток начинает действовать как исток и включается устройство, позволяющее протекать обратный ток. Напротив, Si MOSFET является однонаправленным переключатель, сопровождаемый внутренним диодом с PN-переходом, который обеспечивает обратный ток от истока к стоку при выключенном устройстве.
Рис. 3. Более быстрые и чистые формы сигналов переключения с CoolGaN ™ по сравнению с Si MOSFET
. основной диод в GaN HEMTs является примечательной особенностью, поскольку он устраняет основные источник шума переключения, вызванный диодом с PN-переходом, который часто встречается в Si МОП-транзисторы.Таким образом, GaN HEMT обеспечивают более чистое переключение даже при высоких напряжениях, а также при больших токах и высокоскоростных коммутационных операциях.
Рабочий пример — усилитель класса D на основе GaN мощностью 250 Вт раствор
Обсуждаемый в эталонном примере усилителя класса D используется CoolGaN ™ (IGT40R070D1 E8220) и микросхему драйвера класса D на 200 В (IRS20957S) от Infineon.
Для использования GaN HEMT требуется другая схема управления воротами. Si-МОП-транзисторы получают напряжение затвора 0 В или 10 В при источник для выключения и включения.Затворно-инжекционный тип GaN транзистор, такой как CoolGaN ™ от Infineon, управляется аналогичным образом, но с другим напряжением управления затвором и некоторым постоянным током смещения затвора. В этом примере конструкции схема сопряжения (R25, R26, R29, C12 и D6 в привод затвора нижней стороны и идентичен для верхней стороны) вставляется в ворота из GaN HEMT. Выходной сигнал схемы интерфейса колеблется в пределах -1 В. и +3 В вместо 0 В и 10 В от ИС контроллера IRS20957S класса D.
Таблица 1 Конструкция технические характеристики эталонного дизайна
Элемент С радиатором Без радиатор
Номинальная мощность при THD + N = 1%, нагрузка 8 Ом 250 Вт 160 Вт
Номинальная мощность при THD + N = 1%, нагрузка 4 Ом 220 Вт N / A
THD + N, Pout = 100 Вт 0.008%
Напряжение на шине ± 72,5 В ± 52,0 В
Частота ШИМ 500 кГц
Рис. 4. Пример конструкции класса D мощностью 250 Вт + 250 Вт с использованием выделенного аудиоустройства CoolGaN ™ (IGT40R070D1 E8220) 400 В, 70 мОм. качество звука показано на рисунке 5. Здесь видно чистое переключение на частоте 500 кГц ̶ особенно если учесть, что это транзистор R _{DS (вкл.) на 400 В, 70 мОм макс.}.Нет видимого скачка перехода уровня THD + N при переходе от мягкого к жесткое переключение, которое может появиться около нескольких ватт в высоковольтном классе D усилители. Область с жестким переключением приятная и тихая.
Рисунок 5: THD + N в зависимости от выходной мощности при нагрузке 4 Ом
Как описано выше, преимущества усилителей класса D на основе GaN оправдывают использование этого нового полупроводниковый материал. Устройства GaN, которые теперь проникают в аудиодомен, отмечают начало следующей главы об усилении мощности звука.И почему это особенно подходит для класса D? В отличие от обычных линейных топологий, Красота класса D заключается в том, что и энергоэффективность, и качество звука могут быть реализованы улучшения, и все это даже в меньших форм-факторах.
Для получения дополнительной информации о технологии CoolGaN ™ посетите сайт www.infineon.com/gan.
Автор: Джун Хонда, ведущий инженер по аудиосистеме класса D, и Паван Гарг, инженер по системным приложениям в Infineon Technologies
Список литературы
[1] Перссон Э.Приложение «CoolGaN ™» примечание », примечание по применению Infineon AN_201702_PL52_010
[2] Краткое описание продукта Infineon, CoolGaN ™ 400 В Электронная мода GaN HEMT
[3] Оценка Infineon EVAL_AUDAMP24 доска
[4] Cerezo J. «Усилитель звука класса D Отношение производительности к параметрам MOSFET », примечания к применению Infineon Ан-1070
[1] Хотя современные многоуровневые выходные каскады класса D могут обеспечивать несколько уровней выходной амплитуды.
Пожалуйста, посетите электронную книгу, чтобы прочитать статью.
Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей. Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены основным темам, таким как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой.Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.
Транзистор
как усилитель в общем эмиттере
На рисунке ниже показана схема усилителя с общим эмиттером и npn . Обратите внимание, что аккумулятор В, , , ВВ, , подключен к входной цепи в дополнение к сигнальному напряжению. Этот d.c. напряжение известно как смещение напряжение , и его величина такова, что оно всегда поддерживает прямое смещение * перехода эмиттер-база независимо от полярности источника сигнала.
Эксплуатация. Во время положительного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается. Следовательно, больше электронов течет от эмиттера к коллектору через базу . Это вызывает увеличение тока коллектора. Повышенный ток коллектора вызывает большее падение напряжения на сопротивлении нагрузки коллектора R C . Однако во время отрицательного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база уменьшается.Следовательно, ток коллектора уменьшается. Это приводит к снижению выходного напряжения (в обратном направлении). Следовательно, через нагрузку получается усиленный выходной сигнал.
Анализ коллектор токов. Когда сигнал не подается, входная цепь смещается в прямом направлении батареей В B B . Следовательно, постоянный ток. ток коллектора I C течет в цепи коллектора. Это называется ноль сигнал коллектор ток .Когда подается напряжение сигнала, прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается или уменьшается в зависимости от того, является ли сигнал положительным или отрицательным. Во время положительного полупериода сигнала прямое смещение на переходе эмиттер-база увеличивается, в результате чего увеличивается общий ток коллектора i C . Обратное произойдет для отрицательного полупериода сигнала.
На рисунке выше (справа) показан график зависимости общего тока коллектора i C от времени.Из графика видно, что полный ток коллектора состоит из двух составляющих, а именно:
( i ) Постоянный ток ток коллектора I C (ток коллектора нулевого сигнала) из-за батареи смещения В B B . Это ток, который течет в коллекторе при отсутствии сигнала.
( ii ) переменный ток ток коллектора i c из-за сигнала.

Элемент	С радиатором	Без радиатор
Номинальная мощность при THD + N = 1%, нагрузка 8 Ом	250 Вт	160 Вт
Номинальная мощность при THD + N = 1%, нагрузка 4 Ом	220 Вт	N / A
THD + N, Pout = 100 Вт	0.008%
Напряжение на шине	± 72,5 В	± 52,0 В
Частота ШИМ	500 кГц

Транзистор как усилитель — CoderLessons.com

Транзисторный усилитель

пример

Производительность усилителя

Входное сопротивление

Выходное сопротивление

Эффективная нагрузка на коллектор

Текущая прибыль

Усиление напряжения

Усиление силы

Транзисторный усилитель

Усилитель напряжения на биполярном транзисторе

Резистор нагрузки

Рабочая точка и смещение транзистора в схеме усилителя напряжения

Стабилизация рабочей точки транзистора

Усилитель напряжения на транзисторе со стабилизацией рабочей точки

Работа биполярного транзистора. Режим усиления

1. Схема усилителя.

2. Работа схемы усилителя.

3. Классификация транзисторов по мощности и по частоте.

Почему горят транзисторы на усилителе

Recommendations

Comments 111

Усилители

Простой усилитель в классе А

ВИДЕО РАБОТЫ УНЧ

Биполярные транзисторы как усилители

Как подключен транзистор для создания усилителя.

Рис. 3.6.1 Подключение усилителя.

Рис.3.6.2 Режим общего эмиттера.

Режим общего эмиттера

Общие параметры эмиттера

Рис. 3.6.3 Режим общего коллектора.

Режим общего коллектора

Параметры общего коллектора

Рис.3.6.4 Режим общей базы.

Режим общей базы

Параметры общей базы

как усилитель: работа и его применение

Транзистор как усилитель

Рабочий

Проект

Усиление звука

Применение транзистора в качестве усилителя

Транзисторный усилитель с общим эмиттером »Примечания по электронике

Основы транзисторного усилителя с общим эмиттером

Сводка характеристик усилителя на транзисторах с общим эмиттером

Уровни импеданса усилителя с общим эмиттером

Коэффициент усиления транзисторного усилителя с общим эмиттером

Соотношение фаз на входе и выходе с общим эмиттером

Практические схемы усилителя с общим эмиттером

Схема общего эмиттера с использованием транзистора смещения с одной базой

Транзисторный усилитель | 7+ Важные типы

Конструкция усилителя на транзисторах с общим эмиттером

Критерии проектирования транзисторного усилителя с общим эмиттером

Шаги, необходимые для проектирования транзисторного усилителя с общим эмиттером

Шаг 1: Определите R

Шаг 2: Определение точки «Q»

Шаг 3: Определите R

Шаг 4. Определите напряжение эмиттера V

Шаг 5: Определить базовое напряжение V

Шаг 6: Определить R

Шаг 8: Рассчитайте R

Шаг 9: Определите CC1 и CC2

Открывая новую главу в характеристиках аудиоусилителя класса D

как усилитель в общем эмиттере

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики