АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory
.pdf
Требование к предельным параметрам оконечных транзисторов
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
IКМАКС |
IНm |
|
|
|||||
RН |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
(4.38) |
|||
UКЭМАКС 2E |
||||||||
|
|
|
E2 |
|
|
|
||
P |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||
|
КМАКС |
2 |
RН |
|||||
|
|
|
|
|||||
4.6. Двухтактные усилители класса В на составных транзисторах. Варианты схем усилителей
Коэффициент усиления по напряжению выходного каскада по схеме рис. 4.17 менее единицы, поэтому усиление по мощности
KP=KU·KI<KI=h21Э.
Как правило, для реализации требуемого коэффициента усиления по току и мощности применяют составные транзисторы.
|
+E |
VT1 |
|
|
VT2 |
R1 |
|
R2 |
Rн |
|
VT4 |
VT3
-E
Рис. 4.21. Выходной каскад на составных транзисторах.
VT2, VT4 – оконечные транзисторы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
VT1, VT3 – предоконечные транзисторы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты усиления КU 1, |
Ki |
|
2 |
, |
Ki |
3 |
|
4 |
|
1 |
|
|
|
|
|||
110
Шунтирующие резисторы, включенные параллельно эмиттерным переходам оконечных транзисторов, предотвращают режим обрыва базы выходных транзисторов при запирании предоконечных транзисторов и выбираются из условия
|
R1 |
|
Uотп2 |
|
(4.39) |
|||||||||||||
|
IКО2 I |
*КО1 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
R2 |
|
Uотп4 |
|
|
|
|
|
(4.40) |
|||||||||
|
IКО4 I*КО3 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Uотп 0,4-0,55 В-напряжение отпирания оконечных транзисторов. |
||||||||||||||||||
IБ2 |
UК=+5В |
|
|
|
I*КО1 |
IКО2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UБЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
VT2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
UОТП |
UБЭ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.22. Защита выходных транзисторов от обрыва базы.
Требование к предельным параметрам предоконечных транзисторов
|
|
|
I Нm |
|
|
E |
||
|
I КМАКС |
|
|
|
|
|
||
|
2 |
RН |
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2E |
|
(4.41) |
|||
|
UКЭМАКС |
|
||||||
|
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
КМАКС |
|
|
RН |
||||
|
|
|
2 |
|||||
Для двухтактных усилителей выпускаются комплементарные тран- |
||||||||
зисторы со сходными |
параметрами: КТ814-815, КТ816-817, КТ818-819, |
|||||||
КТ854-855, КТ825-827, |
КТ972-973, |
КТ9180-9181 и др. |
||||||
При отсутствии удовлетворяющих требуемым параметрам мощных выходных p-n-p транзисторов применяют квазикомплементарный эмит-
111
терный повторитель – где маломощный p-n-p транзистор VT2 и мощный n-p-n VT4 образуют мощный составной p-n-p транзистор.
E+
VT1
VT3
R1
Rн
VT2
VT4
R2
E
Рис. 4.23. Квазикомплементарный двухтактный эмиттерный повторитель
Для управления однотипными выходными транзисторами применяют фазоинверсный каскад на транзисторе VT1
+E
VT2
Rк
VT1
Uвх
Uвых
VT3
Rн
Rэ
-E
Рис. 4.24. Фазоинверсный каскад
Коэффициенты усиления по напряжению для положительной и отрицательной полуволн сигнала
112
К |
|
|
RК // h11Э2 1 2 RН |
|
|
|
1 2 R Н |
|
(4.42) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
U |
|
1 |
|
|
h |
11Э1 |
1 R |
Э |
//h |
11Э3 |
|
|
11Э2 |
1 |
2 |
R |
Н |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
1 1 RЭ //h11Э3 |
|
|
|
|
|
|
R Н |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
КU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
(4.43) |
|||||||
|
h |
11Э1 |
1 R |
Э |
//h |
11Э3 |
|
h |
11Э3 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В двухтактных схемах класса В с усилением по напряжению ис- |
||||||||||||||||||||||||||||
пользуют включение транзисторов ОБ ОЭ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+E |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
VT1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн
VT3 |
VT4 |
R2 -E
Рис. 4.25. Двухтактный УМ класса В с усилением по напряжению.
Параметры этой схемы
Ki |
2 |
, |
Ki |
3 |
|
4 |
1 |
|
|
|
K |
|
R1 |
// h11э2 |
|
|
|
RН |
|
(4.44) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
U |
1 |
|
h |
2 |
|
h |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
11э1 |
|
|
11э2 |
|
||||
|
K |
|
|
R2 // h11э4 |
|
|
RН |
(4.45) |
|||||
|
|
|
4 h |
||||||||||
|
U |
3 |
|
h |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
11э3 |
|
|
|
|
|
11э4 |
|
|
113
VT1
E1
E1
UВХ |
RН |
|
E2
VT2
Рис. 4.26. Двухтактный УМ В с изолированным источником питания
В схеме изолированным источником питания усиление по напряжению
KU RН
h11Э
Мостовые схемы применяются при ограниченном напряжении питания и позволяют увеличивать в 2 раза амплитуду напряжения и в 4 раза мощность на нагрузке по сравнению с типовыми схемами.
+E
VT1
VT3
Rн
Uвх
VT4
VT2
-E
Рис. 4.27. Мостовой двухтактный УМ В
114
|
Трансформаторные УМ позволяют увеличить ток или напряжение на |
||||
нагрузке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн |
|
|
|
|
|
|
T2 |
|
|
VT1 |
IК1 |
+ |
IК2 |
VT2 |
|
|
|
|||
|
|
E |
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
T1 |
|
|
|
|
Uвх |
|
|
|
Рис. 4.28. Транформаторный двухтактный УМ В |
||||
|
Все рассмотренные схемы обладают одинаковыми энергетическими |
||||
характеристиками, могут быть выполнены на составных транзисторах и |
|||||
всем им характерен основной недостаток УМ класса В –переходные иска- |
|||||
жения сигнала. |
|
|
|
|
|
Uотп2<Uвх< Uотп1 IБ1 |
|
U(t) |
Uвх |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
UБЭ2 |
Uотп2 |
Uотп1 |
|
Uвых |
|
|
|
UБЭ1 |
|||
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
Uвхm |
|
|
IБ2 |
|
|
|
|
|
|
IБ2 |
|
Зона нечувствительности |
|
|
|
Рис. 4.29. Переходные искажения двухтактных УМ В |
||||
115
4.7.Двухтактные усилители мощности класса АВ
Вусилителях класса АВ путем вывода точек покоя в активный режим исключается зона нечувствительности и уменьшается влияние нелинейности входной ВАХ на начальном участке. Для этого на входе УМ
применяют цепи смещения с напряжением ЕСМ= UОБЭ UОТП.
|
IБ1 |
|
|
|
|
|
IБ1 |
|
ОТС=90 |
o |
|
IБ1 |
ОТС>90o |
||||
|
|
|
|||||||||||||||
ОТС<90o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
IОБ1=0 |
|
|
IОБ1 0 |
|
|
IОБ1>0 |
|
|
|
||||||||
|
|
UВХ |
|
UВХ |
|
IВХ |
UВХ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IОБ2=0 |
ЕСМ=0 |
|
|
|
|
|
|
IОБ2 0 |
|
|
|
IОБ2< |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Класс В |
|
|
|
|
ЕСМ=UОТП |
|
|
|
|
ЕСМ>UОТП |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточный |
|
|
|
|
Класс АВ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
класс В - АВ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рис. 4.30. Уменьшение переходных искажений двухтактных УМ
Ток покоя транзистора IОК= IОКБ выбирают из условия IОК=(0.001 0.01) Iкm или IОК=5 50мА. Чем больше ток покоя, тем меньше искажения, но меньше КПД.
E
RН IК1
IКm1 |
ЛН1 |
|
|
IОК1 |
01 |
I*КО |
2E UКЭ1 |
|
E |
|
|
U |
02 |
ЛН2 |
|
|
|
||
Uкm |
|
|
IКm2 |
IК2
Рис. 4.31. Линии нагрузки для класса АВ
116
Потребляемая мощность в классе АВ
P |
2EIkm |
|
2EI |
ok |
(4.46) |
|
|
||||||
0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
P(A) |
|
|||
|
|
P( B ) |
|
|
|
|
Требования к предельным параметрам оконечных транзисторов
|
|
I КМАКС IОК IНm |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UКЭМАКС 2E |
(4.47) |
|||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
E |
2 |
|
|
E |
|
P |
|
|
|
|
I |
ОК |
||||
|
|
2 |
|
|
||||||
|
КМАКС |
|
|
RН |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Достоинства класса АВ: экономичность класса В и малые нелинейные искажения класса А.
4.8. Схемотехника УМ класса АВ
Наиболее просто источники ЕСМ реализуются в виде параметрических стабилизаторов. Т.к. ЕСМ UОТП≈0.4 0.5 В. то применяют прямосмещенные р-n - переходы (диоды) или стабилитроны (стабисторы). Резисторы R1=R2 обеспечивают промой ток диодов, чтобы исключить их запирание переменным напряжением UВХ UН, а прямое напряжение напряжение на диодах должно удовлетворять условию UПР =ЕСМ. Если применены составные транзистора, то соответственно увеличивается число отпирающих диодов в цепи смещения.
+E
R
IПР
VT1
Uпр
Rн
Uвх
VT2
Uпр
R
-E
Рис. 4.32. УМ класса АВ
117
Чтобы исключить влияние сравнительно низкоомных резисторов на Rвх УМ, вместо резисторов применяют источники тока.
+E
Io
IПР
IБ
IН
Uвх |
Rн |
|
Io
-E
Рис. 4.33. УМ класса АВ с источниками тока
Величина тока источников выбирается из условия
IО IПР+IБm= IПР +IНm/ МИН |
(4.48) |
где МИН - минимальный коэффициент усиления по току выходных транзисторов. Для составных транзисторов учитывается произведение коэффициентов.
Из-за сложности подбора диодов с требуемыми напряжениями UПР=ЕСМ в высококачественных усилителях класса АB применяют схемы с регулируемым ЕСМ. В качестве цепей формировавния ЕСМ применяют транзистор с коллекторной стабилизацией напряжения покоя. В таком включении напряжение ЕСМ=UКЭ=f(UБЭ), а UЭБ слабо зависит от тока коллектора, и следовательно от сигнала UВХ.
Ориентировочно требуемое напряжение смещения находят
(4.49)
118
где n− число оконечных и предоконечных |
|
транзисторов УМ в клас- |
||||||||||||||
се АВ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UОБЭ –напряжения покоя (класс АВ) или отпирания (класс В). |
||||||||||||||||
Uвх |
|
R2 |
|
Iо |
|
IБ Iо |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
IДЕЛ |
|
|
|
|
ЕСМ=Uкэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
R1 |
R2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
R1 |
|
|
UБЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UБЭ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uбэ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Iо |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ЕСМ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.34. Цепь смещения УМ класса АВ
Расчет традиционный: |
|
IДЕЛ=ЕСМ/(R1+R2) >>IОБ=IО/ |
(4.50) |
IДЕЛ=5 IОБ=5IО/ |
(4.51) |
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
U |
БЭ U |
|
1 |
U КЭ ЕСМ |
U |
|
2 |
|
(4.52) |
КЭ R R |
БЭ 1 |
R |
|
||||||
|
|
1 2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
R1 |
U БЭ |
|
(4.53) |
||
|
|
IДЕЛ |
|||||
|
|
|
|
||||
R2 |
|
ЕCM U БЭ |
|
(4.54) |
|||
IДЕЛ |
|||||||
|
|
|
|||||
Требования к транзистору цепи смещения |
|
||||||
|
|
UКЭМАКС > ЕСМ, |
|
||||
|
|
IК МАКС> Iо, |
(4.55) |
||||
|
РК МАКС > ЕСМ Io., |
|
|||||
Так как параметры транзисторов имеют разброс, предусмотрена регулировка ЕСМ с помощью подстроечного резистора R2 − рис. 4.35. Кроме
119