Obliczanie wzmacniaczy tranzystorowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Początkujący amator radiowy

 Komentarze do artykułu

Tranzystory, gdy tylko się pojawiły, szybko zdobyły dominującą pozycję w technice wzmacniającej, a przyczyn tego jest kilka. Tranzystory nie posiadają żarnika, co oznacza, że ​​nie potrzebują zasilania do jego podgrzania, dobrze pracują przy niskim napięciu zasilania, dobrze współpracują z obciążeniami o niskiej rezystancji (np. dynamiczne głowice głośnikowe), są trwałe i niezawodne . W przeciwieństwie do lamp charakterystyka tranzystorów jest wyraźnie nieliniowa, a we wzmacniaczach trzeba ją redukować dodatkowymi środkami, np. wprowadzając ujemne sprzężenie zwrotne (NFB).

Zastanówmy się nad obliczeniami nieco bardziej złożonego, ale z drugiej strony najpopularniejszego wzmacniacza mocy częstotliwości audio - UMZCH (ryc. 51). Wszystkie zastosowane we wzmacniaczu tranzystory są krzemowe.

Na tranzystorach VT1 i VT2 stopień wejściowy jest montowany zgodnie z obwodem różnicowym. Reaguje tylko na różnicę napięcia przyłożoną do wejść nieodwracających i odwracających. Ta różnica, w zależności od polaryzacji, zamyka jeden i otwiera drugi tranzystor. Obciążenie R1 jest zawarte w obwodzie kolektora tranzystora VT1, ale część jego prądu kolektora jest wysyłana do obwodu podstawowego tranzystora końcowego stopnia VT3, zapewniając do niego polaryzację i sygnał.

Ostatni stopień jest montowany na tranzystorach VT4 i VT5 zgodnie z obwodem przeciwsobnym z szeregowym połączeniem tranzystorów. Pracują w trybie klasy AB lub nawet B, w zależności od polaryzacji, jaką tworzą diody VD1 i VD2. Wzmacniacz jest obciążony na głowicy dynamicznej BA1, która jest włączana bez kondensatora izolującego, ponieważ w stanie spoczynku napięcie na wyjściu wzmacniacza jest bliskie zeru.

Wzmacniacz zasilany jest ze źródła bipolarnego (Rys. 52) o takich samych napięciach wyjściowych. Obwody wzmacniacza i zasilacza są niezwykle proste, niemniej jednak zmontowana na nich konstrukcja jest dość wydajna i może zapewnić dobre parametry.

Dalsze usprawnienia sprowadzają się do zainstalowania tranzystorowych generatorów prądu zamiast rezystorów, stabilizatorów napięcia w zasilaczu, włączania wtórników emiterowych pomiędzy poszczególnymi stopniami – wariacji na ten temat jest nieskończenie wiele, a zainteresowani obwodami UMZCH sami się z nimi zapoznają, zdaniem innych publikacje. Przejdziemy do obliczenia najprostszego obwodu.

Wzmacniacz (ryc. 51) to nic innego jak wzmacniacz operacyjny (op-amp) w najprostszej postaci. Wzmacniacze operacyjne posiadają szereg zalet, które zapewniły ich uniwersalność i najszersze zastosowanie. Rezystancja wejściowa i wzmocnienie idealnego wzmacniacza operacyjnego są nieskończone, rezystancja wyjściowa wynosi zero. Idealny wzmacniacz operacyjny reaguje tylko na różnicę napięć na swoich wejściach. Oznacza to, że jednoczesna (wspólna) zmiana napięcia na wejściach nie daje sygnału wyjściowego.

Nasz wzmacniacz operacyjny jest daleki od ideału: impedancja wejściowa to kilkadziesiąt kiloomów, wzmocnienie kilka tysięcy, a tłumienie sygnału wspólnego sygnału wejściowego nie przekracza 20...40 dB. Niemniej jednak włącza się i działa w taki sam sposób, jak idealny wzmacniacz operacyjny (ryc. 53).

Sygnał wejściowy jest podawany przez kondensator odsprzęgający C4 do nieodwracającego wejścia DA1 (to, co znajduje się w trójkącie, odpowiada obwodowi na ryc. 51, ale mogą to być również inne wzmacniacze operacyjne o dużej mocy wyjściowej, na przykład K157UD1 , K174UN11 itd.). Rezystor R4 ustawia potencjał zerowy na wejściu.

Bez ujemnego sprzężenia zwrotnego, które zmniejsza wzmocnienie i jednocześnie nieliniowe zniekształcenia, a także rozszerza pasmo wzmacnianych częstotliwości, wzmacniacz operacyjny nie może działać. OOS jest podawany z wyjścia wzmacniacza do wejścia odwracającego przez rezystor R6. Przy prądzie stałym i niższych częstotliwościach łańcuch C5R5 nie odgrywa żadnej roli, więc głębokość sprzężenia zwrotnego wynosi 100%. Oznacza to, że potencjały na wyjściu i na wejściu odwracającym są również zerowe. Rzeczywiście, najmniejsze odchylenie potencjału wyjściowego, na przykład w kierunku dodatnim, zostanie przeniesione na wejście odwracające przez rezystor R6, wzmocnione i doprowadzi do zmniejszenia potencjału wyjściowego, kompensując początkowe odchylenie.

Inaczej jest w przypadku prądu przemiennego 3H - dzielnik R6R5 pracuje w układzie OOS i tylko część wyjściowego napięcia przemiennego równa UvyxR5/(R5 + R6) jest przekazywana na wejście odwracające. Napięcia na wejściach są prawie równe (nie zapominajmy, że wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest w tysiącach), więc wzór na wzmocnienie będzie następujący:

K = Uvyx/UBX=1 + R6/R5.

Reaktancja kondensatora przy dolnej częstotliwości pasma przepustowego wzmacniacza fH musi być mniejsza niż rezystancja rezystora R5, więc

C5≥ 1/2πfHR5.

Aby zakończyć obliczenia elementów obwodu na ryc. 53 pozostaje nam wybrać rezystancje rezystorów R4 i R6. Wskazane jest, aby wziąć je tak samo, wtedy te same prądy wejściowe wzmacniacza operacyjnego, przechodzące przez te rezystory, również spowodują takie same spadki napięcia. Różnica napięć na wejściach pozostanie zerowa. Niemniej jednak te spadki napięcia nie powinny być duże, rozsądne jest ograniczenie ich do 50 ... 100 mV. Stąd,

R4 = R6 = (0,05...0,1 )/in.

Na przykład przy iin = 1 μA rezystancje rezystorów są równe 50 ... 100 kOhm.

Przejdźmy teraz do obliczeń wewnętrznych elementów systemu operacyjnego (patrz ryc. 51). Prąd wejściowych tranzystorów VT1 i VT2 (jest taki sam) wynosi

i1 = i2 h21e

gdzie h21e jest statycznym współczynnikiem przenoszenia prądu tranzystorów wejściowych w obwodzie ze wspólnym emiterem (w miarę możliwości również powinien być taki sam). Całkowity prąd tranzystorów przepływa przez rezystor R2, a spadek napięcia na nim powinien być o 0,5 V (napięcie progowe otwierania tranzystorów) mniejszy niż napięcie zasilania En. Stąd

R2 = (En-0,5)/2i1

Przy h21e = 100 i iin = 1 μA prąd każdego tranzystora wejściowego wyniesie 0,1 mA, a rezystancja rezystora R2 przy En = 6 V wyniesie 27 kOhm. Prąd i powinien spowodować spadek napięcia na rezystorze R1 wystarczający do otwarcia tranzystora VT3, tj. nie mniej niż 0,5 V. Dlatego rezystancja rezystora R1 powinna wynosić

R1 = 0,5/i1

W naszym przykładzie R1 = 5 kOhm. Jeśli wybierzesz go więcej, znaczna część prądu i zostanie skierowana do podstawy tranzystora końcowego stopnia VT3. To może być dozwolone pod warunkiem

gdzie i3 jest prądem kolektora tranzystora VT3; h21ЭЗ - jego aktualny współczynnik transferu. Bieżące i3 zostanie określone w dalszych obliczeniach.

Następnie możesz przystąpić do obliczania etapów przedterminalnych i końcowych i lepiej zacząć od tego drugiego, ponieważ tryb tego pierwszego jest w dużej mierze przez niego określony. Tutaj potrzebujemy charakterystyk kolektora potężnych tranzystorów wyjściowych, pokazanych na ryc. 54 i podane w podręcznikach.

Zakłada się, że tranzystory VT4 i VT5 mają te same cechy, różniące się jedynie budową. Podobne pary tranzystorów komplementarnych produkowane są przez przemysł (przykłady: KT315 i KT361, KT815 i KT814, KT819 i KT818 z różnymi indeksami literowymi). Charakterystyki pokazują zależność prądu kolektora od chwilowego napięcia na kolektorze przy różnych prądach bazowych.

Linie przerywane na wykresie przedstawiają obszar dopuszczalnych trybów obwodu kolektora: od góry jest on ograniczony maksymalnym prądem kolektora, po prawej maksymalnym dopuszczalnym napięciem kolektora, w części środkowej maksymalna dopuszczalna moc rozpraszania tranzystora, obliczona jako iloczyn prądu kolektora i napięcia. Linia obciążenia nie może nigdzie przekraczać granic dopuszczalnych trybów.

Jak już wspomniano, tranzystory VT4 i VT5 działają w trybie zbliżonym do klasy B. Oznacza to, że przy braku sygnału napięcie na tranzystorze jest równe Ep, a prąd jest bliski zeru (prawa strona linia ładunkowa). Na dodatniej półfali sygnału górny tranzystor (VT4) otwiera się w obwodzie, na ujemnej półfali dolny (VT5). Ponieważ procesy są całkowicie symetryczne, rozważ działanie górnego tranzystora.

Gdy się otwiera, prąd kolektora wzrasta, a napięcie kolektor-emiter spada, ponieważ na obciążeniu uwalniana jest dodatnia półfala napięcia - głowica BA1. Poruszając się po linii prostej ładunku w lewo iw górę wyznaczamy ik max i Uk min pokazane na ryc. 54. Jeśli nie ma charakterystyk, wówczas prąd ik max przyjmuje się nieco mniej niż maksymalny dopuszczalny prąd kolektora, a Uk min oznacza napięcie nasycenia kolektora-emitera (spadek napięcia na tranzystorze, gdy jest on całkowicie otwarty).

Znajomość dwóch ostatnich parametrów pozwala obliczyć moc wyjściową wzmacniacza. Rzeczywiście, zakres (amplituda) napięcia AC AF przy obciążeniu będzie wynosił En - Uk min, a amplituda prądu - ik max. Moc będzie

P \u2d (En - Uk min) ik max / XNUMX.

W praktyce często od tego rozpoczynają obliczenia - podając moc wyjściową, określają napięcie zasilania En i wybierają typ tranzystorów wyjściowych, które zapewniają wymagany maksymalny prąd i odpowiadają maksymalnym dopuszczalnym parametrom (ryc. 54). Należy również pamiętać, że napięcie kolektora zamkniętego tranzystora może osiągnąć prawie 2En - maksymalna dopuszczalna wartość napięcia kolektor-emiter wybranych tranzystorów musi wynosić co najmniej 2En.

Znając współczynnik przenoszenia prądu (w trybie dużego sygnału) tranzystorów wyjściowych h21e4 i h21e5 (ponownie pożądane jest, aby były takie same), maksymalny prąd bazowy

ib4 = ik max/h21e4

Prąd kolektora stopnia przedterminalnego (przypomnijmy, że w przeciwieństwie do tranzystorów wyjściowych działa w klasie A) musi być znacznie większy niż ib4. Tutaj ujawniają się wady najprostszego schematu (patrz ryc. 51). Faktem jest, że na dodatniej półfali sygnału tranzystor VT3 otwiera się, a jego rosnący prąd otwiera tranzystor wyjściowy VT4. Te procesy przebiegają wystarczająco dobrze. Ale na ujemnej półfali sygnału tranzystor VT5 powinien się otworzyć, a jego maksymalny prąd bazowy jest określony przez rezystor R3, a napięcie na tym rezystorze w szczycie ujemnej półfali jest nawet mniejsze niż Uk min ! Dlatego konieczne jest ustawienie dużego prądu kolektora stopnia przedterminalnego i3 10 ... .20 razy więcej niż ib4 i obliczenie rezystancji rezystora R3 zgodnie ze wzorem

R3 = En/i3.

Oczywiście jest to nieopłacalne - trzeba w końcowym stopniu umieścić dość mocny tranzystor, a wydajność całego wzmacniacza spada. Następujące środki poprawiają sytuację: zwiększenie współczynnika przenoszenia prądu tranzystorów wyjściowych (zainstalowanie tranzystorów kompozytowych, dwóch lub co najmniej jednego zamiast VT5), użycie tranzystorowego generatora prądu zamiast rezystora R3, włączenie „podbicia napięcia” . W tym drugim przypadku rezystor R3 składa się z dwóch rezystorów połączonych szeregowo, a ich punkt środkowy jest połączony przez duży kondensator z wyjściem wzmacniacza. Powstałe lokalne dodatnie sprzężenie zwrotne przyczynia się do lepszego otwarcia tranzystora VT5.

Ostatnim elementem wzmacniacza, który nie został uwzględniony, jest kondensator C1, który koryguje charakterystykę częstotliwościową w obszarze wyższych częstotliwości. Jego pojemność jest zwykle niewielka - dziesiątki pikofaradów. Zostanie to omówione bardziej szczegółowo w następnej sekcji.

Pytanie do autotestu. Oblicz UMZCH z następującymi parametrami, napięcie wejściowe - 0,1 V, napięcie zasilania - ± 6,3 V, rezystancja obciążenia - 4 Ohm, pasmo przenoszenia - 50 Hz ... 12,5 kHz. Wybierz rodzaj tranzystorów. Określ maksymalną moc wyjściową na fali sinusoidalnej.

odpowiedź. Zacznijmy od ostatniego - obliczmy stopień wyjściowy w trybie maksymalnej mocy wyjściowej. Podanie napięcia szczątkowego na kolektor otwartego tranzystora wyjściowego U_kmin = 0,3 V, otrzymujemy amplitudę zmiennej składowej RF na wyjściu Um = 6 V. Wtedy maksymalna wartość prądu płynącego przez tranzystor będzie l_m=U_m/R_H \u6d 4 V / 1,5 Ohm - \uXNUMXd XNUMX A. Moc wyjściowa sygnału sinusoidalnego wyniesie P \uXNUMXd \uXNUMXd U_mI_m/2 = 4,5 W. Średnia wartość prądu impulsów cosinusowych płynących przez tranzystory wyjściowe wynosi 0,32l_m (0,32 to zerowy współczynnik rozkładu impulsu na składowe harmoniczne). więc ja₀ = 0,32 litrów_m \u0,5d XNUMX A. Tutaj musimy dodać kolejny prąd spoczynkowy I_pok tranzystory wyjściowe rzędu 0,05 A.

Teraz znajdujemy moc pobieraną przez wzmacniacz P₀ = 2E_n(I₀ + I_pok)= 7 W. Jak widać, sprawność wzmacniacza w trybie maksymalnej mocy wyniesie tylko R/R₀ = 4,5 W / 7 W = 0,64 lub 64%. Przy niższych mocach wydajność będzie jeszcze niższa. Każdy z tranzystorów wyjściowych będzie rozpraszał moc (str₀ - P) / 2 \u1,25d 816 W. Dobrym wyborem tranzystorów jest komplementarna para KT817, KTXNUMX (z dowolnymi indeksami literowymi). Ich parametry spełniają nasze warunki ze sporym marginesem.

Wzmocnienie napięciowe stopni wstępnych powinno wynosić co najmniej 6,3 V/0,1 V = 63. Jeden stopień tranzystorowy, biorąc pod uwagę obciążenie małej impedancji wejściowej tranzystorów mocy, nie zapewni takiego wzmocnienia, dlatego przynajmniej dwa stopnie są potrzebne. Diagramy na rys. 51-53. Nadmierne wzmocnienie jest tłumione przez wprowadzenie OOS (ryc. 53) o stosunku rezystancji R6 / R5 około 60 ... 70.

Autor: V.Polyakov, Moskwa

Zobacz inne artykuły Sekcja Początkujący amator radiowy.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Hełm chirurga 3D 03.08.2013 Sony produkuje zestawy słuchawkowe 3D do celów rozrywkowych od 2011 roku. Teraz firma zdecydowała się wypuścić podobne rozwiązanie dla potrzeb medycznych. Istniejący już model HMZ-T2 został przekształcony w HMM-3000MT, który będzie służył jako endoskop. Kask 3D pomoże chirurgowi dosłownie zajrzeć do wnętrza pacjenta, a można to zrobić zarówno w trybie 2D, jak i 3D. W porównaniu z klasycznym endoskopem zwiększa się dokładność odczytów urządzenia i wygoda lekarza. W końcu chirurg nie musi już monitorować zewnętrznego ekranu. HMM-3000MT ma ten sam ekran OLED 0,7', co wersja „cywilna”, o rozdzielczości 720p. Jednak urządzenie medyczne zostało zoptymalizowane do użytku w pozycji stojącej i otrzymało systemy wspomagające równowagę. Dostępny jest również tryb obrazu w obrazie oraz możliwość odwracania obrazu.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Cząsteczka z fotonów

▪ Oświetlenie LED o skuteczności 135 lm/W

▪ Oczyszczanie wody celulozowej

▪ Pamięć 1000 razy szybsza niż flash

▪ Gigantyczna wywrotka

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Dozymetry. Wybór artykułu

▪ artykuł Uzyskanie wysokiej jakości dźwięku. sztuka wideo

▪ artykuł Co tłumaczy różnicę w brzegach rzek płynących w kierunku południka? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł z góry Huangshan. Cud natury

▪ artykuł Jeszcze raz o zmianie dysku twardego w komputerze. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Kolorowe mapy. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024