Etape de ieșire a puterii tranzistorului. Cascade de amplificare a puterii (PA). Clasificarea etapelor de ieșire

Etapa de ieșire este proiectată pentru a furniza o putere dată unei sarcini, a cărei rezistență este de asemenea dată. Deoarece puterea provine de la alimentarea amplificatorului prin treapta de ieșire, eficiența acestuia trebuie să fie mare, în caz contrar dispozitivul va fi neeconomic, iar dimensiunile de gabarit (suprafața de răcire) vor fi umflate pentru a elimina căldura generată în etapă. Dacă la etapele de intrare neliniaritatea tranzistorului nu are niciun efect din cauza micșorării semnalelor amplificate, atunci la etapele de ieșire gama de modificări ale semnalului este mare și trebuie luată în considerare neliniaritatea tranzistorului. În acest scop, se construiește așa-numita caracteristică de transfer. Caracteristica transferului – Aceasta este dependența curentului de ieșire în cascadă (curent de colector sau emițător) de tensiunea de intrare. Ea ține cont de neliniaritatea caracteristicilor de intrare și de ieșire ale tranzistorului și modificări ale tensiunii care scade peste tranzistorul însuși, în funcție de curentul de ieșire.

Pe familia de caracteristici statice de ieșire ale tranzistorului (Fig. 2.9, O) prin puncte E la și E La /R n, trasat pe axele de coordonate, desenați o linie dreaptă a sarcinii. Punctele de intersecție ale acestei linii drepte cu caracteristicile corespunzătoare diferiților curenți de bază eu B1, ..., eu shBi, ..., eu Bn, va determina un număr de valori ale curentului colectorului eu K1, ..., eu K1, ..., eu Kn. Pe caracteristica de intrare a tranzistorului (Fig. 2.9, o) se găsesc o serie de valori de tensiune UBE1,..., UBEi, ..., UBEn care trebuie aplicate pentru a obține curenții de bază corespunzători. În sfârșit, pentru perechi de valori eu Ki și UBEi construiesc caracteristica de transfer a cascadei, care conectează parametrul de ieșire - curentul la ieșirea cascadei - cu intrarea - tensiunea semnalului la intrare.

Orez. 2.9. Construirea caracteristicii de transfer(V) in weekend(O) și intrare(b) caracteristici

Posibil diverse opțiuni selectarea unei zone de lucru cu această caracteristică. Să le aruncăm o privire mai atentă.

Modul A - acesta este modul în care punctul inițial de funcționare r (când semnalul de intrare este zero) este situat aproximativ în mijlocul secțiunii liniare a caracteristicii (Fig. 2.10). În acest mod, un curent continuu relativ mare trece prin tranzistorul în repaus. eu Kp și amplitudinea componentei curentului alternativ eu Kmax este mai mic sau egal cu acest curent. În acest caz, forma semnalului de ieșire repetă forma semnalului de intrare, iar distorsiunile neliniare sunt minime. Eficiența cascadei este de numai 20–30%, deoarece puterea utilă este determinată numai de componenta variabilă a curentului de ieșire, iar puterea consumată de cascadă este determinată de suma variabilei. eu Kmax și constantă eu Kp componente ale curentului de ieșire.

Orez. 2.10. ModulO funcţionarea etajului amplificatorului

Orez. 2.11.

A - modul ÎN; b – modul AB

Modul B - Acesta este un mod în care punctul de funcționare inițial coincide cu originea coordonatelor, adică. în repaus, curentul de ieșire este zero (Fig. 2.11, O).

Când un semnal sinusoidal este aplicat la intrare, curentul din circuitul de ieșire curge doar pentru jumătate din perioadă și este sub formă de impulsuri. Eficiența cascadei în acest mod ajunge la 60-70%, deoarece componenta constantă eu k din curentul colectorului (determinat de zona umbrită ca valoare medie a curentului pe perioada) este semnificativ mai mic decât în modul O. Cu toate acestea, forma semnalului amplificat este prea distorsionată.

Modul AB (Fig. 2.11, b) ocupă o poziţie intermediară. Acest mod vă permite să reduceți distorsiunile neliniare atunci când utilizați trepte de ieșire push-pull.

Etape de ieșire cu un singur capăt și push-pull

Etapele de ieșire sunt cu un singur capăt și push-pull. ÎN un singur ciclu cascadele au un singur tranzistor de amplificare puternic, care funcționează atât în semiciclul pozitiv al undei sinusoidale, cât și în negativ. ÎN în doi timpi cascade - două tranzistoare puternice care funcționează pe rând.

Cascada cu un singur capăt

Circuitul etajului de ieșire cu un singur capăt este similar cu circuitul prezentat în Fig. 2.4. Sarcina este pornită în locul unui rezistor R K și condensatorul de cuplare CU p2 lipsește. Cascada cu un singur capăt care funcționează în O, oferă cea mai mică distorsiune neliniară, dar are o serie de dezavantaje: eficiență scăzută; imposibilitatea aplicării în moduri ÎN Şi AB datorită distorsiunilor neliniare mari în aceste moduri. Din cauza acestor dezavantaje, cascadele cu un singur ciclu sunt utilizate numai la puteri de sarcină relativ scăzute.

Cascada push-pull

Vă permite să scăpați de dezavantajele inerente unei cascade cu un singur ciclu. Astfel de cascade sunt realizate pe tranzistoare conectate conform circuitelor cu un emițător comun sau un colector comun.

Orez. 2.12.

De obicei, în etapele preliminare ale amplificatoarelor, este asigurată amplificarea necesară a tensiunii a semnalului de intrare, iar în treapta de ieșire are loc amplificarea curentului și a puterii și este asigurată o impedanță de ieșire scăzută. În acest caz, un emițător follower push-pull este adesea folosit ca etapă de ieșire (Fig. 2.12). Semnalul de intrare trece prin condensatoarele de izolare și ajunge la bazele tranzistoarelor VT1 și VT2. Aceste tranzistoare sunt de diferite tipuri de conductivitate, de ex. VT1 – tip r-p-r, a VT2 – tip p-p-p. Tranzistorul VT1 este controlat de tensiune pozitivă, a VT2 – negativ. Semiciclul pozitiv al undei sinusoidale a semnalului de intrare este amplificat de un tranzistor VT1. În acest moment, tranzistorul VT2 este închis și curentul curge în sarcină prin „carcasa - R n – emițător VT1 – colector VT1-- E La ". În timpul semiciclului negativ, tranzistoarele își schimbă rolurile și tranzistorul funcționează VT2, un VT1 este închis. Curentul de sarcină circulă prin circuit „+E K – colector VT2 – emițător VT2 – R H – cadru".

Pentru a asigura poziția punctului de funcționare al tranzistorilor, este necesar să se stabilească tensiunea de polarizare la bazele tranzistorilor în repaus. Pentru a face acest lucru, utilizați lanțul „rezistor RB1 – diodă VD1" pentru tranzistor VT1 și „rezistor R m – diodă VD2" pentru tranzistorul VT2. Curentul care curge în ele asigură tensiunea de polarizare necesară la joncțiunile bază-emițător ale tranzistoarelor.

După cum puteți vedea, circuitul de urmărire a emițătorului push-pull poate fi împărțit în două părți simetrice - superioară și inferioară, care se numesc umeri în cascadă. Tranzistorii din această etapă funcționează în modul AB. Deși fiecare braț produce o distorsiune mare a semnalului sinusoidal (într-o jumătate de ciclu), împreună formează un curent rezultat care are o formă sinusoidală. Modul AB într-un emițător push-pull follower oferă o distorsiune neliniară scăzută și o eficiență ridicată - aproximativ 70%. Dezavantajul cascadelor push-pull este că parametrii tranzistorilor puternici utilizați în diferite brațe trebuie să aibă caracteristici similare.

Alege schema bloc amplificator de putere. Este prezentat în Figura 2. Etapa de intrare este formată dintr-un tranzistor VT1, conectat cu un emițător comun. Rezistor R4 este sarcina primei trepte de amplificare. De la acesta semnalul amplificat merge la baza tranzistorului VT2, care este o etapă intermediară de amplificare. Etajul de ieșire este asamblat folosind tranzistori bipolari VT7…VT10 conform schemei Darlington. Astfel, amplificatorul de putere este în trei trepte. Să întocmim o diagramă aproximativă a viitorului amplificator de putere:

Figura 2 - Diagrama aproximativă a UMZCH

Tensiunea maximă de ieșire și curentul maxim de ieșire sunt calculate din puterea de ieșire P.L.= 5 W. si rezistenta la sarcina R.L.= 4 ohmi.

Etapa de ieșire

În mod tradițional, funcționarea și calculul unui amplificator de putere începe să fie luate în considerare din stadiul de ieșire, deoarece mulți parametri ai UMZCH, cum ar fi performanța energetică, distorsiunea neliniară, fiabilitatea etc., depind în mod semnificativ de circuitul etajului de ieșire. Etajul de ieșire este un emițător de urmărire bazat pe tranzistoare complementare conectate conform unui circuit Darlington. În această etapă, sarcina este conectată la colectorii tranzistorilor de ieșire. Etapa de ieșire a UMZCH este prezentată în Figura 3.

Figura 3 - Etapa de iesire UMZCH

Tensiunea de alimentare necesară EP Vom găsi amplificatorul de putere pe baza formulei de putere:

Din proporția rezultată găsim:

Când găsim EP;

Să alegem o tensiune de alimentare puțin mai mare, ținând cont de erorile de calcul și de pierderile de putere la etapele de intrare și intermediare. Să acceptăm

Etajul de ieșire servește ca amplificator de curent și vedere generală poate fi considerat ca un convertor de impedanță care potrivește ieșirea cu impedanță scăzută a etapei cu rezistența de sarcină.

Puterea treptelor de ieșire variază de obicei de la 50 mW. pana la 100W. Și mai mult, prin urmare, atunci când calculați amplificatoare, ar trebui să țineți întotdeauna cont de puterea disipată de tranzistori.

Tensiunea de defalcare a tranzistoarelor de ieșire VT 8 și VT 10 ar trebui să fie:

Puterea maximă de disipare a tranzistorilor VT 8 și VT 10 cu o sarcină activă și un semnal armonic la intrare este egal cu:

Curentul de scurtcircuit al tranzistoarelor de ieșire este:

Astfel, când valori cunoscute parametrii, folosind datele de referință, selectați o pereche complementară de tranzistori de ieșire: VT 8 - KT 816V, VT 10 - KT 817V.

Prin curentul maxim de ieșire Imaxși câștig minim de curent B0 = 25, tipul de tranzistor selectat VT 8 și VT 10, calculați curentul de colector al tranzistorilor VT 7 și VT 9:

Acest curent de colector corespunde structurilor tranzistorului de siliciu de mică putere KT 3102B n-p-nși tranzistor de siliciu de putere mică KT 3107B - structuri p-n-p.

Ca un tranzistor VT 2 (tranzistor de etapă intermediară), puteți utiliza aproape orice tranzistor de joasă frecvență de putere mică. Trebuie doar să acordați atenție tensiunii maxime colector-emițător, care nu trebuie să fie mai mică de. Această tensiune corespunde unui tranzistor de tip KT 3107B, la care tensiunea maximă colector-emițător este de 45V.

Să trecem la luarea în considerare și la calculul protecției împotriva suprasarcinii curente și a scurtcircuitului de ieșire. Datorită rezistenței scăzute de ieșire, amplificatorul de putere poate fi ușor supraîncărcat cu curentul de sarcină și deteriorat din cauza supraîncălzirii tranzistoarelor de ieșire. Măsurile de proiectare pentru creșterea fiabilității, cum ar fi alegerea tranzistorilor cu o marjă mare de disipare a puterii, creșterea suprafeței de disipare a căldurii, duc la o creștere a costului structurii și o deteriorare a caracteristicilor de greutate și dimensiune. Prin urmare, este recomandabil să folosiți metode de circuite pentru a crește fiabilitatea prin introducerea circuitelor de protecție împotriva supraîncărcărilor de curent și a scurtcircuitelor de ieșire în amplificatorul de putere.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al protecției etapei de ieșire a UMZCH de suprasarcină de curent și scurtcircuit de ieșire. Circuitul de protecție este format din tranzistoare VT 5 și VT 6 și rezistențe R 10…R 13. Circuitul de protecție este prezentat în Figura 4. Circuitul de protecție funcționează după cum urmează.

La un curent de sarcină suficient de scăzut, tranzistorul VT 5 este blocat deoarece scăderea tensiunii pe rezistor R 11 nu este suficient pentru a-l deschide, iar circuitul de protecție nu are practic niciun efect asupra funcționării amplificatorului de putere. Pe măsură ce curentul de sarcină crește, scăderea tensiunii pe rezistor crește R 11 (pentru o jumătate de undă pozitivă; pentru o jumătate de undă negativă a tensiunii de ieșire, căderea de tensiune pe rezistor va crește R 12). Când scăderea tensiunii la rezistor atinge R 11, prag UBE POR deschiderea tranzistorului VT 5 se deblochează, preluând o parte din curentul sursei, stabilizând astfel curentul maxim de sarcină. Valorile rezistențelor R11 și R12 sunt calculate folosind formula:

Rezistoare R 11 și R 13 au rezistență scăzută (100...150 ohmi) și servesc la limitarea curentului de bază a tranzistorului VT 11 VT 13. Rezistoare R 11 și R 13 nu au practic niciun efect asupra funcționării circuitului de protecție.

Figura 4 - Schema de protecție a treptei de ieșire a UMZCH de suprasarcină de curent și scurtcircuit de ieșire.

În continuare, să trecem la considerarea diagramei de stabilitate a temperaturii a curentului de repaus al etapei de ieșire a UMZCH. Există destul de multe tehnici de circuite diferite pentru a asigura stabilitatea temperaturii curentului de repaus al tranzistoarelor de ieșire. Toate necesită în cele din urmă crearea unui contact termic între elementele circuitului de stabilizare fie cu corpul tranzistorilor, fie cu suprafața de disipare a căldurii. Un alt exemplu de construcție a etajului de ieșire a unui amplificator de putere cu stabilizarea temperaturii curentului de repaus al tranzistorilor de ieșire este prezentat în Figura 4. Avantajul acestei metode este că pe suprafața de absorbție a căldurii este plasat un singur element sensibil la temperatură - un tranzistor VT 4. Condiție din care sunt selectate valorile rezistenței R 6 și R 8:

În general, raportul trebuie să fie numeric cu unu mai mic decât cantitatea p-n tranziții în circuit. Rezistor R 8 se realizează variabil pentru a asigura instalarea curentului de repaus necesar al tranzistoarelor etajului de ieșire al amplificatorului de putere. Să alegem valorile rezistenței R 6 și R 8, ținând cont de faptul că raportul lor ar trebui să fie aproximativ egal cu trei, deci există patru tranzistoare în treapta de ieșire (adică există patru p-n tranziţie). Să luăm rezistență R 6 egal cu 1000 Ohm, atunci R 8 va fi egal cu:

Pentru a calcula rezistența R7, folosim expresia:

hai sa calculam R 7.

Capitolul 3 a examinat principiile construcției circuitelor amplificatoare de putere care funcționează în modurile A, B sau AB. S-a demonstrat că modul cel mai favorabil pentru etapele de amplificare a puterii de ieșire este modul clasa AB. Diagrama schematicăîn Fig. 4.26. Un mic decalaj de tensiune este aplicat bazelor tranzistoarelor folosind rezistențe.

În loc de un rezistor, puteți utiliza o diodă polarizată direct, care creează o tensiune de polarizare bazată pe tranzistor pentru a asigura modul clasa AB.

Dioda efectuează, de asemenea, compensarea termică a punctului de funcționare de repaus, deoarece atunci când temperatura se schimbă, tensiunea la joncțiunea emițătorului tranzistoarelor și căderea de tensiune pe dioda deschisă se schimbă în aceeași direcție. Pentru a obține un efect de stabilizare termică mai mare, trebuie selectate dioda și tranzistoarele.

Calculul puterii de ieșire, eficienței și distorsiunilor neliniare în treapta de amplificare a puterii din clasa AB poate fi efectuat cu un grad suficient de precizie folosind formulele (3.14), (3.16), (3.19) derivate pentru modul clasa B în § 3.2.

Transformatoarele utilizate în circuitele luate în considerare nu permit reducerea dimensiunii și greutății amplificatoarelor de putere și înrăutățesc caracteristicile amplitudine-frecvență ale acestora. Fabricarea transformatoarelor necesită multă muncă manuală, materiale rare, iar ca elemente de circuit, transformatoarele au o fiabilitate scăzută. Prin urmare, amplificatoarele de putere push-pull fără transformator, construite pe o pereche de tranzistoare de diferite tipuri de conductivitate electrică, sunt acum răspândite (Fig. 4.27, a).

Circuitul este alcătuit din doi emițători de urmărire (brațe) cu un singur capăt care funcționează alternativ în timpul unui semiciclu al semnalului de intrare. Brațele sunt alimentate separat, de la două surse de tensiune DC polar opus, unite printr-o magistrală comună, care este de obicei împământă. Datorită diferitelor tipuri de conductivitate electrică a tranzistoarelor, cascada nu necesită tensiuni de intrare parafazate.

Feedback-ul negativ reduce distorsiunile neliniare, precum și influența asimetriei umerilor. Cu toate acestea, în circuitele care utilizează adepți emițători, tensiunea de ieșire nu poate depăși tensiunea de intrare, adică, în esență, are loc doar amplificarea curentului. Cascada (Fig. 4.27, a) funcționează după cum urmează.

În absența unui semnal de intrare, punctul are potențial zero. La baza fiecărui tranzistor, datorită divizorului, se creează o tensiune de polarizare constantă egală cu căderea de tensiune pe dioda corespunzătoare și asigură funcționarea cascadei în modul clasa AB.

Dacă neglijăm curentul de polarizare al bazei tranzistorului și presupunem că un curent trece prin fiecare diodă

Cu o jumătate de undă pozitivă a amplitudinii tensiunii de intrare, diodele rămân deschise. Tensiunea este furnizată la bazele tranzistoarelor. În acest caz, tranzistorul este oprit, iar curentul de bază al tranzistorului crește cu mult

Curentul prin diodă devine egal

unde este curentul prin rezistorul R la o tensiune pozitivă.

Curentul va deveni egal cu zero, adică dioda se va închide, la valoarea maximă, care poate fi determinată din formula (4.84), introducând în ea. După transformări obținem

Astfel, pentru a extinde intervalul dinamic al semnalului de intrare, este necesar să se reducă rezistența rezistorului R în circuitul de polarizare. Cu toate acestea, pe măsură ce R scade, acesta este șuntat impedanța de intrare adeptul emițătorului care alcătuiește brațul cascadei.

Cu o jumătate de undă negativă a tensiunii de intrare, tranzistorul este oprit și curentul tranzistorului crește.

Procesele de conversie a semnalului de intrare în etapa de amplificare a puterii pentru semiunde pozitive și negative decurg în principiu în același mod. Prin urmare, formulele (4.83) și (4.84) pentru ambele semi-unde ale semnalului de intrare sunt identice și diferă numai în indicii corespunzători tranzistorului deschis.

Calculul grafic al unei cascade fără transformator se face folosind caracteristicile de ieșire ale tranzistorilor și nu diferă de calculul grafic al unei cascade folosind. În acest caz, rolul rezistenței într-o cascadă fără transformator este jucat de rezistență.

Pentru a determina rezistența de intrare, puterea de intrare și distorsiunile neliniare ale unei cascade fără transformator, ar trebui să utilizați dinamica caracteristicile de intrare, atunci când se construiește axa absciselor, nu tensiunea, ci stresul.

Prezența a două surse de alimentare în circuitul prezentat în Fig. 4.27, dar poate cauza anumite inconveniente la utilizarea circuitului. Pentru a înlocui două surse de alimentare cu una, un condensator de separare de capacitate suficient de mare este conectat în serie cu sarcina (Fig.). Pentru curent continuu, tranzistoarele circuitului sunt conectate în serie. Prin urmare, cu parametri identici ai tranzistorilor, tensiunea constantă pe condensatorul separat constituie și este „sursa de putere” pentru tranzistor.

Tensiunea colector-emițător a tranzistorului este egală cu .

Pentru a elimina distorsiunea semnalului de ieșire din cauza condensatorului, este necesar ca tensiunea să rămână constantă în timpul semiciclului negativ (tranzistorul deschis) al semnalului sinusoidal de intrare cu o frecvență corespunzătoare frecvenței celei mai joase a benzii de trecere. Apoi, modificarea tensiunii pe sarcină va fi determinată de modificarea tensiunii la emițătorul tranzistorului deschis.

Capacitatea condensatorului este selectată folosind relația

unde este rezistența de ieșire a emițătorului urmăritor al unuia dintre brațele amplificatorului.

Metoda de calcul a cascadei nu diferă de metoda de calcul a etapelor de amplificare a puterii considerate, adică se realizează folosind caracteristicile statice ale tranzistorului unui braț. Trebuie luat în considerare faptul că punctul de funcționare de repaus corespunde nivelului de tensiune de alimentare al tranzistorului unui braț.

Dezavantajul cascadelor fără transformator prezentat în Fig. 4.27, este diferența mare de parametri pentru diferite tipuri de conductivități electrice. Pentru a elimina acest dezavantaj, industria produce „perechi” de tranzistoare cu aceiași parametri, dar diferite tipuri conductivitate electrică, așa-numitele tranzistoare complementare, a căror gamă corespunde diferitelor niveluri de putere de ieșire a amplificatorului, de exemplu.

Pentru a crește puterea de încărcare a amplificatoarelor de putere bazate pe adepți emițători, se folosesc tranzistoare compozite. Schema schematică a unui astfel de amplificator de putere este prezentată în Fig. 4.28. În circuit (Fig. 4.28), în loc de rezistențele R, care determină curentul diodelor de polarizare, se folosesc surse DC I, permițându-vă să extindeți intervalul dinamic al semnalului de intrare.

Într-adevăr, înlocuind în formulă cu și echivalând , obținem

În plus, sursele de curent continuu, având rezistență internă ridicată, nu ocolesc rezistența mare de intrare a adepților emițătorului pe tranzistoarele compozite, ceea ce este, de asemenea, un avantaj semnificativ al sursei de curent față de rezistențele convenționale.

Ca sursă de curent continuu, puteți utiliza un tranzistor conectat conform unui circuit de bază comun, al cărui circuit de intrare asigură un curent de emițător constant, adică. Apoi, cu diferite modificări ale tensiunii colectorului, punctul de funcționare se va deplasa doar de-a lungul unei ramuri a familiei de caracteristici de ieșire (Fig. 4.29), iar curentul colectorului va rămâne aproape constant.

Mai precis, modificarea curentului de colector cu o modificare a tensiunii de colector a tranzistorului și a unui curent constant al emițătorului este determinată de valoarea rezistenței diferențiale a joncțiunii colectorului.

care în schema OB este mare și se ridică la mai multe (comparați cu schema OE).

În diagrama din fig. 4.30 Sursele DC sunt realizate folosind tranzistori. Curentul trece prin fiecare tranzistor

unde este scăderea de tensiune pe rezistor sau tensiunea de stabilizare a diodei zener, care, evident, trebuie să depășească tensiunea la joncțiunea emițătorului tranzistorului.

În plus față de diodele zener, în circuitele de polarizare ale tranzistorului, puteți utiliza un LED roșu, căderea de tensiune peste care în stare deschisă este de 1,8 V sau două diode redresoare conectate în serie.

Curentul emițătorului tranzistorului este selectat din condiție

unde este amplitudinea curentului de bază a tranzistorului.

Curentul din divizor este ales egal cu curentul de colector al tranzistorului. Apoi rezistențele se găsesc din formulă

Sarcina etapelor de ieșire este de a furniza puterea specificată sarcinii. Câștigul de tensiune este un parametru secundar pentru treptele de ieșire;

- pentru ei, cele mai importante sunt randamentul si coeficientul de distorsiune neliniara la furnizarea unei puteri date.

Etapele de ieșire consumă de obicei cea mai mare parte a puterii unui amplificator, așa că eficiența ridicată este esențială. Acest lucru este deosebit de important pentru circuitele integrate în care puterea disipată de cip este limitată. În ceea ce privește factorul de distorsiune neliniară, acesta este de importanță nu mică pentru etapele de ieșire, deoarece în astfel de etape semnalele amplificate sunt maxime.

Eficiența este definită ca raportul dintre puterea de ieșire a cascadei și puterea preluată de la sursa de energie Ucc: Eficiență = u„1„,/2u„1,р, unde U„, !„ sunt amplitudinile ieșirii. curent și tensiune; Icp este valoarea medie a curentului consumat de cascadă.

Coeficientul de distorsiune neliniară caracterizează diferența dintre forma semnalului de ieșire și forma semnalului de intrare, care se datorează neliniarității caracteristicii de transfer a cascadei.

Distorsiunile neliniare sunt caracterizate prin apariția de noi armonici în semnalul de ieșire care sunt absente în semnalul de intrare. Caracteristica distorsiunilor neliniare este raportul dintre puterea totală a armonicilor superioare, începând de la a doua, și puterea primei armonici (la frecvența semnalului de intrare).

Valoarea admisibilă a coeficientului de distorsiune neliniară este determinată de cerințele specifice pentru un anumit echipament. De exemplu, la reproducerea sunetului în echipamente de calitate medie, este permisă o distorsiune de 2...3% în dispozitive de măsurare și amplificatoare de înaltă clasă, valorile sale sunt semnificativ mai mici. După cum sa menționat mai sus, există mai multe tipuri de moduri de funcționare a etapei de ieșire. armonici Analiza arată că coeficientul de distorsiune neliniară în clasa B, indiferent de amplitudinea semnalului, este de aproximativ 70%, ceea ce este inacceptabil în majoritatea cazurilor. Modul clasa B este implementat într-un așa-numit circuit push-pull, constând în esență din două amplificatoare, dintre care unul amplifică semi-undă pozitivă a semnalului, iar celălalt - negativ. Sub sarcină, aceste semi-unde se adună și formează o undă sinusoidală completă.

În fig. 7.13, a prezintă cel mai simplu circuit push-pull din clasa B, realizat pe tranzistoare complementare (tranzistoare de conductivitate diferită). Sarcina Rn este inclusă în circuitul emițător al tranzistoarelor care funcționează în modul urmăritor de tensiune. În modul de repaus, ambele tranzistoare sunt blocate, deoarece tensiunile la joncțiunile emițătorului sunt zero. În timpul semiundă pozitivă a semnalului de intrare Ui, tranzistorul VT1 se deschide, iar în timpul semiundă negativă, tranzistorul VT2 se deschide. Câștigul de putere este apropiat de raportul dintre curenții emițătorului și de bază, adică. este egal cu B+1.

În ciuda simplității evidente a circuitului din Fig. 7.13 și se caracterizează prin distorsiuni neliniare relativ mari, care sunt asociate cu prezența așa-numitului „toc” pe caracteristica curent-tensiune de intrare a tranzistoarelor bipolare. Evident, astfel de distorsiuni vor fi deosebit de semnificative pentru semnalele de intrare mici cu o amplitudine comparabilă cu tensiunea bază-emițător la punctul de operare. Pentru a elimina acest dezavantaj, se folosesc circuite separate pentru a furniza polarizarea bazelor tranzistoarelor (Fig. 7.13, b), ceea ce asigură modul clasa AB.

Când se construiește o etapă de ieșire folosind tranzistori de același tip, se folosește circuitul din fig. 7.13, c. În el, tranzistorul VT2 este deschis în timpul ambelor semicicluri.

Pentru ca dioda VD (cu semiundă pozitivă) sau tranzistorul VT1 (cu semiundă negativă) să se deschidă, potențialul colectorului VT2 trebuie să se modifice cu ±E (tensiune bază-emițător în modul static) față de potențialul de repaus. . În consecință, amplitudinea minimă a semnalului de intrare la care reacționează cascada în cauză este E/K, unde K este câștigul cascadei pe tranzistorul VT2. Pentru a studia cascada din Fig. 7.13, în diagrama din fig. 7.14.

Orez. 7.14. Circuit pentru studierea etajului de ieșire

Orez. 7.15. Etapă de ieșire push-pull cu o singură alimentare

Sunt posibile și alte scheme de implementare a treptelor de ieșire, inclusiv cele cu alimentare unipolară. Una dintre ele este prezentată în fig. 7.15. Particularitatea sa este că condensatorul Ck, conectat în serie cu sarcina Rn, după ce l-a încărcat la o tensiune E egală cu tensiunea de la emițătorii tranzistoarelor în modul static, funcționează în timpul unuia dintre semicicluri ca sursă de alimentare.

În treptele de ieșire puternice bazate pe adepți emițătorului, un scurtcircuit la ieșire, de regulă, duce la defectarea tranzistoarelor din cauza curentului de colector care depășește valoarea admisă. Pentru a proteja împotriva scurtcircuitelor, în circuitele emițătoare ale tranzistoarelor puternice de ieșire sunt incluse rezistențe de limitare a curentului mici (mai mulți ohmi) sau sunt introduse tranzistoare suplimentare care se deschid numai la curenți de sarcină mari și, prin derivarea circuitului de intrare, limitează curentul de ieșire la un nivel sigur. Una dintre schemele posibile de protecție folosind tranzistori suplimentari este prezentată în Fig. 7.16.

Orez. 7.16. Etapă de ieșire cu protecție la scurtcircuit

Circuitul de protecție funcționează după cum urmează. La scurt-circuitîn sarcină, curentul prin rezistența Ro crește și creează o cădere de tensiune, care deschide tranzistoarele VT5, VT6 în timpul semiciclurilor corespunzătoare. Aflându-se în modul de saturație, ocolesc circuitul de intrare al unui amplificator puternic. Ca urmare, tensiunea de intrare este limitată de rezistența Ri, iar curenții tranzistorilor VT3, VT4 nu depășesc valorile la care funcționează în modul nominal. O astfel de protecție este rapidă și oferă funcționare fiabilă trepte de amplificare puternice. La introducerea acestuia, este necesar să existe un rezistor suplimentar Ri, a cărui rezistență este selectată pe baza valorii minime admisibile a rezistenței de sarcină a preamplificatorului la care este conectată treapta de ieșire.

Sarcina de testare

1. Selectând rezistența RI în circuitul din Fig. 7.14 setați modul static înregistrat de dispozitive la R2=Rn=100 Ohm. Determinați câștigul de etapă și semnalul maxim de intrare la care este transmis la ieșire fără distorsiuni (determinat vizual).

2. Întocmește o diagramă pentru studierea etapei de ieșire (Fig. 7.15) și efectuează simularea acesteia.

Ce este un tranzistor de ieșire? Tranzistoarele de ieșire sau terminale sunt tranzistoarele incluse în proiectarea (ultimelor) trepte de ieșire în amplificatoare în cascadă (având cel puțin două sau trei trepte) de frecvență. Pe lângă weekend-uri, există și etape preliminare, atâta tot, unele sunt situate înainte de weekend.

O cascadă este un tranzistor echipat cu un rezistor, un condensator și alte elemente care asigură funcționarea acestuia ca amplificator. Întregul număr de trepte preliminare disponibile în amplificator trebuie să asigure o creștere a tensiunii de frecvență, astfel încât valoarea rezultată să fie adecvată pentru funcționarea tranzistorului de ieșire. La rândul său, el tranzistor de ieșire crește puterea oscilațiilor de frecvență până la o valoare care asigură funcționarea capului dinamic.

La asamblarea celor mai simple amplificatoare cu tranzistor, tranzistorul de ieșire este considerat ca fiind de aceeași putere redusă ca în etapele preliminare. Mulți oameni consideră acest lucru foarte potrivit din punctul de vedere al ergonomiei dispozitivului. Citirile puterii de ieșire ale unui astfel de amplificator sunt mici: de la 10-20 mW la o sută și jumătate.

În situațiile în care problema economisirii nu este atât de acută, în proiectarea etajului de ieșire este utilizat un tranzistor cu citiri de putere mai mare.

Calitatea de funcționare a amplificatorului este determinată de mai mulți parametri, dar cea mai precisă reprezentare poate fi obținută din: date despre puterea de ieșire (P out), sensibilitate și răspuns în frecvență.

Măsurați curentul de repaus al tranzistorului de ieșire

Curentul de repaus este curentul de colector care trece prin tranzistoarele etajelor de ieșire, cu condiția să nu existe semnal. În condiții condițional ideale (imposibile în realitate), valoarea unui astfel de curent ar trebui să fie la zero. De fapt, acest lucru nu este în întregime adevărat, temperatura și diferențele caracteristice ale diferitelor tipuri de tranzistoare afectează acest indicator. În cel mai rău caz, este posibilă supraîncălzirea, ceea ce va cauza defalcarea termică a tranzistorului.

În plus, există un alt indicator - tensiunea de repaus. Afișează valoarea tensiunii punctului de conectare al tranzistoarelor. Dacă sursa de alimentare a cascadei este bipolară, atunci tensiunea va fi zero, iar dacă este unipolară, atunci tensiunea este 1/2 din tensiunea de alimentare.

Ambii indicatori trebuie stabilizați și pentru aceasta trebuie avut grijă ca măsură prioritară de controlul temperaturii.

Un tranzistor suplimentar este de obicei luat ca stabilizator, care este conectat la circuitele de bază ca un balast (cel mai adesea ajunge direct pe radiator, cât mai aproape de tranzistoarele de ieșire).

Pentru a dezvălui ce curent de repaus al tranzistoarelor de ieșire sau cascade, trebuie să utilizați un multimetru pentru a măsura datele căderii de tensiune pentru rezistențele emițătorului sale (valorile sunt de obicei exprimate în milivolți), apoi, pe baza legii lui Ohm și a datelor de rezistență reală, puteți calcula indicatorul dorit: împărțiți valoarea căderii de tensiune cu valoarea reală a rezistenței - valoarea curentului de repaus pentru un anumit tranzistor de ieșire.

Toate măsurătorile trebuie făcute cu mare atenție, altfel tranzistorul va trebui înlocuit.

Există o altă cale, mult mai puțin traumatizantă. În loc de siguranțe, va trebui să setați o rezistență de 100 Ohmi și o putere minimă de 0,5 Watt pentru fiecare canal. Dacă nu există siguranțe, rezistența este conectată la sursa de alimentare. După ce alimentarea amplificatorului este furnizată, citirile sunt luate pe baza căderii de tensiune la nivelul de rezistență de mai sus. Matematica suplimentară este extrem de simplă: o cădere de tensiune de 1 V corespunde unui curent de repaus de 10 mA. În mod similar, la 3,5 V obțineți 35 mA și așa mai departe.

Clasificarea etapelor de ieșire

Există mai multe metode de asamblare a etapei de ieșire:

De la tranzistoare cu conductivitati diferite. În aceste scopuri, tranzistoarele „complementare” (aproape în parametri) sunt cel mai des utilizate.
Dintre tranzistoare cu aceeași conductivitate.
Din tranzistoare de tip compozit.
De la tranzistoare cu efect de câmp.

Funcționarea unui amplificator proiectat folosind tranzistori complementari este simplă: semiunda de semnal pozitiv declanșează funcționarea unui tranzistor, iar semiunda negativă declanșează funcționarea celuilalt. Este necesar ca brațele (tranzistoarele) să funcționeze în aceleași moduri, iar pentru a implementa acest lucru, se utilizează o polarizare de bază.

Dacă amplificatorul folosește aceiași tranzistori în funcțiune, atunci acesta nu are diferențe fundamentale față de prima opțiune. Cu excepția faptului că pentru astfel de tranzistori semnalul nu ar trebui să fie diferit.

Când lucrați cu alte tipuri de amplificatoare, trebuie să vă amintiți că tensiunea negativă pt tranzistoare pnp, și pozitiv - pentru n-p-n tranzistoare.

De obicei, titlul de amplificator de putere aparține etapei finale, deoarece funcționează cu cele mai mari valori, deși din punct de vedere tehnic și etapele preliminare pot fi numite astfel. Principalii indicatori ai unui amplificator includ: puterea utilă furnizată sarcinii, eficiența, banda de frecvență amplificată și factorul de distorsiune neliniară. Acești indicatori sunt foarte influențați caracteristica de ieșire a tranzistorului. La crearea unui amplificator de tensiune, pot fi utilizate circuite cu un singur capăt și push-pull. În primul caz, modul de funcționare a amplificatorului este liniar (clasa A). Această situație se caracterizează prin faptul că fluxul de curent prin tranzistor continuă până la sfârșitul perioadei semnalului de intrare.

Un amplificator cu un singur capăt are o liniaritate ridicată. Cu toate acestea, aceste calități pot fi distorsionate atunci când miezul este magnetizat. Pentru a preveni o astfel de situație, este necesar să aveți grijă de prezența unui circuit transformator cu un nivel ridicat de inductanță pentru circuitul primar. Acest lucru va afecta dimensiunea transformatorului. În plus, datorită principiului de funcționare, are o eficiență destul de scăzută.

În comparație, datele pentru un amplificator push-pull (clasa B) sunt mult mai mari. Acest mod vă permite să distorsionați forma curentului tranzistorului la ieșire. Acest lucru crește rezultatul raportului de curent alternativ și continuu, reducând în același timp nivelul de consum de energie, acesta este considerat cel mai important avantaj al utilizării amplificatoarelor push-pull. Funcționarea acestora este asigurată de alimentarea a două tensiuni egale ca valoare, dar faze opuse. Dacă nu există un transformator cu un punct de mijloc, atunci puteți utiliza o cascadă cu fază inversată, care va elimina tensiunile opuse în fază de la rezistențele corespunzătoare ale circuitelor colectorului și emițătorului.

Există un circuit push-pull care nu include un transformator de ieșire. Acest lucru va necesita diferite tipuri de tranzistoare care funcționează ca adepți emițători. Dacă se aplică un semnal de intrare bipolar, atunci tranzistoarele se vor deschide alternativ și curenții vor diverge în direcții opuse.

Înlocuirea tranzistorilor

Întrucât ULF (amplificatoarele de joasă frecvență) devin din ce în ce mai populare, ar fi o idee bună să știți ce să faceți dacă un astfel de dispozitiv eșuează.

În cazul în care tranzistorul de ieșire se încălzește, atunci există o mare probabilitate ca acesta să fie rupt sau ars. Într-o astfel de situație este necesar:

Asigurați-vă că toate celelalte diode și tranzistoare incluse în amplificator sunt intacte;
Când se fac reparații, este foarte indicat să conectați amplificatorul la rețea printr-un bec de 40-100 V, acest lucru va ajuta la păstrarea tranzistoarelor intacte rămase în orice circumstanțe;
În primul rând, secțiunea emițător-bază și tranzistoarele sunt conectate, apoi se efectuează diagnosticarea primară a ULF (orice modificări și reacții sunt ușor înregistrate folosind strălucirea lămpii);
Principalul indicator al stării de funcționare și setările adecvate ale tranzistorului pot fi considerate datele de tensiune pentru secțiunea bază-emițător.
Identificați datele de tensiune între carcasă și secțiuni separate Diagramele sunt o sarcină practic inutilă, nu oferă nicio informație despre o posibilă defecțiune.

Chiar și cele mai multe versiune simplificată verificări (înainte și după înlocuirea tranzistorilor de ieșire a fost produs) trebuie să includă mai multe puncte:

Aplicați o tensiune minimă la baza și emițătorul tranzistorului de ieșire astfel încât să se stabilească curentul de repaus;
Verificați eficacitatea acțiunilor dvs. prin sunet sau folosind un osciloscop („pasul” și distorsiunea semnalului la o putere minimă ar trebui să lipsească);
Folosind un osciloscop, identificați simetria în restricțiile asupra rezistențelor la puterea maximă a amplificatorului.
Asigurați-vă că puterea „evaluată” și cea reală a amplificatorului se potrivesc.
Este imperativ să se verifice starea de funcționare a circuitelor de limitare a curentului, dacă există, în etapa finală. Aici nu puteți face fără o rezistență de sarcină reglabilă.

Prima începe după lucrari de renovare au fost produse:

Nu este recomandabil să instalați imediat tranzistori de ieșire, pentru început, dispozitivul este utilizat numai cu cascada preliminară (cascade) și numai după aceea conectați cea finală. În situațiile în care este imposibil din punct de vedere tehnic pornirea fără un tranzistor de ieșire, rezistențele ar trebui înlocuite cu unele cu o valoare nominală de 5-10 ohmi. Acest lucru va elimina posibilitatea de ardere a tranzistorului.
Înainte de fiecare repornire a amplificatorului, condensatorii electrolitici ai sursei de alimentare ULF vor trebui să fie descărcați.
Verificați datele curentului de repaus în condiții de temperatură scăzută și ridicată a radiatorului. Diferența de raport nu trebuie să fie mai mare de două ori. În caz contrar, va trebui să te ocupi de stabilizatorul termic ULF.