Схемотехника выходных каскадов усилителей мощности на транзисторах.
Всем доброго времени суток! В прошлом посте я рассказал про некоторые характеристики входных транзисторных усилителей включённых по схеме с общим эмиттером и с общим коллектором. Ниже я расскажу о выходных и предоконечных каскадах усиления
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Прежде всего, выходные каскады
предназначены для создания необходимой мощности в нагрузке усилителя. Вообще же не всякий усилитель является усилителем мощности. Что бы усилитель считался таким необходимо, чтобы выходная мощность усиленного сигнала была сопоставима с мощностью, которую подводят от источника питания. Усилители мощность в большинстве случаев работают в режиме класса усиления B или AB, но встречаются также и выходные усилители работающие в классе А (особенно в маломощной переносной аппаратуре). Также выходные каскады усиления могут быть
трансформаторными
или
бестрансформаторными
, в зависимости от того, как они взаимодействуют с нагрузкой.
Читайте также: Простая схема для создания кодового замка для входных дверей своими руками
Предоконечные каскады
служат в первую очередь для возбуждения выходных каскадов, так как в большинстве случаев усиления выходных каскадов не хватает. Также как и выходные каскады предоконечные могут быть трансформаторные и бестрансформаторые (резисторные и резисторно-емкостные), а также
однотактные
(класс усиления А) и
двухтактные
(класс усиления В и АВ).
Бестрансформаторные каскады
Начнём пожалуй с наиболее распространённых в настоящее время выходных и предоконечных каскадов – бестрансформаторных
, которые в настоящее время наиболее распространены. Данные типы каскадов называют также каскадами с резисторной или резисторно-емкостной нагрузкой, так как нагрузка связана с транзистором через некоторое сопротивление или через дополнительный конденсатор, который убирает постоянную составляющую сигнала. Как уже упоминалось выше бестрансформаторные каскады работают в однотактном или двухтактном режиме.
Однотактный выходной каскад
Однотактные бестрансформаторные схемы
выходных каскадов используют только
режим усиления класса А
. В таких каскадах нагрузка RН включается непосредственно в цепь коллектора или эмиттера транзистора. Данные типы каскадов имеют ограниченное применение: они используются в маломощных усилителях, где в качестве нагрузки используется головные телефоны («наушники») с сопротивлением 50 – 450 Ом и имеющие выходную мощность до нескольких милливатт.
Типовая схема однотактного бестрансформаторного каскада.
В качестве примера представлена типовая схема однотактного бестрансформаторного каскада с транзистором, включённым по схеме с ОЭ. Данная схема имеет усилительный транзистор (VT1) и телефон (BF1) в качестве нагрузки. Резисторы Rb1, Rb2, RE и конденсатор СE являются элементами цепей питания, а конденсатор СP служит для связи с предыдущим каскадом.
Данный тип каскада усиления характеризуется следующими показателями: выходная мощность, электрический КПД, частотная характеристика.
Выходная мощность
, которую может отдать данный каскад в нагрузку, зависит прежде всего от напряжения источника питания (Е0) и сопротивления нагрузки (RH), в качестве которой выступает телефон BF1. При этом ток покоя транзистора (IC) не должен превышать 0,5 IC max, а максимальное напряжение напряжения питания (Е0) не превышать 0,5 UCЕ max. Ориентировочно выходную мощность можно рассчитать по следующим формулам:
Электрический КПД
усилительного каскада в режиме усиления класса А практически не превышает 0,25 – 0,475 и возрастает с увеличением напряжения питания.
Основные недостатки однатактного
бестрансформаторного каскада являются низкий КПД и плохое использование транзистора по мощности в связи с чем данные типы каскадов применяются в маломощных усилителях до нескольких милливатт или в качестве
предоконечных
для возбуждения двухтактных оконечных каскадов.
Двухтактный выходной каскад
Двухтактные схемы
выходных каскадов работают в режиме усиления класса В и АВ. Как упоминалось в предыдущем посте в классе усиления В и АВ транзисторы усиливают только одну полуволну сигнала, так вот, чтобы был усилен полный сигнал необходимо использовать как минимум два транзистора, каждый из которых усиливает свою полуволну. Для того чтобы происходило усиление обеих полуволн двухтактные усилительные каскады выполняют на транзисторах различной структуры (p-n-p и n-p-n), но параметры которых если не одинаковы, то довольно близки по значению и отличаются лишь на несколько процентов. Такие транзисторы называются
комплементарными
.
Типовые схемы двухтактного усилителя: слева – схема с дополнительной симметрией и справа – схема с обратной связью.
Среди двухтактных бестрансформаторных усилителей
Читайте также: Выбор предусилителя с мощником (со стрелками): Onkyo Integra M-508 и Onkyo Integra P-308?
наибольшее распространение получила
схема с дополнительной симметрией
. В которой в качестве выходного каскада используются
комплементарные транзисторы
с ОК (VT2 и VT3) и
предоконечный однотактный каскад
(транзистор VT1). Резистор R1 является коллекторной нагрузкой VT1, а R2 используется для задания тока смещения (напомню, что при работе в классе АВ необходимо задать небольшой начальное напряжение смещения для избегания искажений). Конденсатор СР предназначен для связи выходного каскада с нагрузкой и разделения постоянной и переменной составляющей сигнала. Подбором сопротивлений резисторов R1 и R2 устанавливают напряжение симметрии в точке соединения транзисторов VT2, VT3 и конденсатора СР.
Обозначим параметры, которые характеризуют двухтактный бестрансформаторный каскад.
Выходная мощность
двухтактных бестрансформаторных каскадов ограниченна прежде всего напряжением питания (Е0) усилительного каскада и сопротивлением нагрузки(RH). Снижение выходной мощности происходит, прежде всего, из-за параметров транзисторов выходного каскада, прежде всего это сопротивление насыщения транзистора в режиме большого сигнала (ΔЕ0) и сопротивление в цепи эмиттера в случае использования составных транзисторов. Приблизительное значение выходной мощности и некоторых других параметров можно рассчитать по следующим формулам:
— максимальное значение выходной мощности:
— максимальный ток, протекающий через коллекторы транзисторов:
Электрический КПД
данного типа выходного каскада в максимальном случае в классе усиления В составляет 0,785, однако в режиме АВ, за счёт задания начального тока покоя и за счёт падения напряжения на насыщении (ΔЕ0) выходных транзисторов, он имеет несколько меньшую величину и возрастает с увеличением напряжения питания (Е0).
AudioKiller’s site
Статья опубликована в журнале Радио №12 за 2021 год.
В «классической» литературе по конструированию усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) схемотехнике выходного каскада уделяется большое внимание. Однако там рассматривается главным образом структура каскада и использование как комплементарных транзисторов, так и транзисторов одинаковой проводимости, а вот проблема влияния количества транзисторов на работу каскада вообще не ставится. Но количество транзисторов в выходном каскаде и способы их соединения весьма важны для конструирования высококачественных устройств. Попробуем восполнить этот пробел.
Структурная схема УМЗЧ по наиболее распространенной топологии Лина (Lin H. M.) показана на рисунке 1.
Рис. 1. Структура усилителя
Усилитель имеет трехкаскадную структуру. Первый каскад – дифференциальный (ДК). Он работает как преобразователь напряжения в ток (ИТУН – источник тока, управляемый напряжением), кроме того, он является воспринимающим узлом отрицательной обратной связи (ООС): из входного сигнала, поступающего на базу транзистора VT1, вычитается сигнал ООС, поступающий с выхода усилителя на базу транзистора VT2 через делитель напряжения R4, R3. Второй каскад усилителя на транзисторе VT3 осуществляет основное усиление по напряжению, поэтому он называется каскад усиления напряжения (КУН), или проще – усилитель напряжения. Этот каскад работает как преобразователь тока в напряжение (ИНУТ). Важной особенностью является высокое выходное сопротивление как самого каскада, так и его нагрузки, которое определяет не только коэффициент усиления каскада, но и его линейность.
На этом следует остановиться подробнее. Коэффициент преобразования каскада на транзисторе VT3 (зависимость выходного – коллекторного – напряжения от входного тока базы) вычисляется по формуле:
Здесь ( R ВЫХ VT3 || R J2 || R ВХ ВК ) – это суммарное сопротивление параллельно соединенных элементов: выходного сопротивления самого транзистора КУН VT3, внутреннее сопротивление источника тока J2, нагружающего транзистор VT3, и входное сопротивление следующего каскада – выходного каскада усилителя на транзисторах VT4, VT5. Чтобы обеспечить требуемое высокое усиление КУН (десятки тысяч раз), все сопротивления, входящие в формулу (1) должны иметь значения в сотни килоом и больше. Важным фактом является то, что входное сопротивление выходного каскада не просто влияет на работу КУН, а определяет его свойства.
Читайте также: Как подключить усилитель к штатной магнитоле и правильно настроить звук в машине
Последний, третий каскад усилителя – выходной каскад (ВК). Он выполнен по схеме повторителя напряжения, так как его функция – передача напряжения с выхода КУН в нагрузку (ИНУН). При этом каскад должен иметь высокое входное и низкое выходное сопротивления, а также быть способным отдавать в нагрузку значительный по величине ток. Вот этот каскад нас и будет интересовать в плане его оптимальной конфигурации для наилучшей работы как самого по себе, так и во взаимодействии с предыдущим каскадом (КУН).
Взаимодействие с КУН проявляется двумя факторами. Во-первых, ток в базы транзисторов выходного каскада поступает с коллектора транзистора КУН, который этот ток должен обеспечить. Во-вторых, величина входного сопротивления ВК влияет на коэффициент преобразования КУН (в дальнейшем для простоты будем называть этот параметр коэффициентом усиления). В нашем случае важно, что нелинейность входного сопротивления ВК, которая характерна для биполярных транзисторов, будет транслироваться в коэффициент усиления КУН и сделает этот каскад также нелинейным. В результате искажения, вносимые в сигнал каскадом усиления напряжения, заметно возрастут.
Обычно главным требованием, предъявляемым к выходному каскаду, является достаточно высокий коэффициент передачи тока. Это важно вот по какой причине. Выходной ток усилителя Iвых (он же является выходным током ВК) может достигать больших значений. Например, выходной мощности 200 Вт на нагрузке 4 ома соответствует выходной ток десять ампер. Входной ток ВК – это ток базы транзисторов VT4, VT5 вычисляется по формуле:
И этот ток базы потребляется из коллекторной цепи предыдущего каскада – КУН, который должен обеспечить требуемое значение тока. То есть ток покоя КУН должен быть заведомо больше максимально возможного тока базы ВК, иначе в выходном каскаде возникнет токовое голодание и произойдет ограничение выходного сигнала. Так что с точки зрения выходного каскада ток покоя КУН должен быть достаточно большим. Учитывая, что коэффициент передачи тока h21э мощных транзисторов невелик, и заметно снижается при больших токах, то требуемый ток покоя транзистора КУН для одной пары выходных транзисторов, как на рис.1, оказывается слишком большим. Принимая максимальный выходной ток Iвых равным десяти амперам, и учитывая коэффициент передачи тока современных мощных транзисторов ВК в схеме на рис. 1 равным при таком токе 20…50, получаем ток покоя VT3 лежащим в пределах 0,2…0,5 ампер. Это нереально ни с точки зрения тепловых процессов, ни с точки зрения нормальной работы усилителя. Кроме того, входное сопротивление ВК, определяемое по формуле:
и являющееся сопротивлением нагрузки КУН, оказывается слишком низким: при сопротивлении нагрузки 4 ома получается Rвх ВК = 80…200 ом.
Проблема решается применением составного эмиттерного повторителя в ВК. То есть сам выходной каскад УМЗЧ становится многокаскадным, а название «выходной каскад» относится в этом случае не к конкретному усилительному каскаду на том или ином транзисторе, а к определенному структурному звену усилителя. У составного эмиттерного повторителя общий коэффициент передачи тока h21э намного больше, чем у одиночного транзистора – он является произведением коэффициентов передачи каждого из транзисторов. При этом следует учитывать, что и при малых, и при больших токах коллектора величина h21э каждого из транзисторов сильно снижается, поэтому общий коэффициент передачи тока получается заметно меньше, чем хотелось бы.
Наиболее популярными являются схемы выходного каскада, использующие составные транзисторы Дарлингтона и двухкаскадного эмиттерного повторителя, рисунок 2 а, б. Именно двухкаскадная схема выходного повторителя описана в литературе и применяется наиболее широко. Гораздо реже используется трехкаскадная схема, рис. 2в. Такая схема применялась в конце ХХ века с мощными транзисторами предыдущего поколения, которые имели довольно низкий собственный коэффициент передачи тока h21э, поэтому приходилось использовать три транзистора для получения приемлемого усиления по току и входного сопротивления.
Рис. 2. Варианты выходного каскада усилителя.
Давайте рассмотрим работу каждой из схем, представленных на рисунке 2, и сравним их свойства. В данном случае нас интересуют влияние выходного каскада на предыдущий каскад – КУН, которое проявляется в потреблении от него тока баз транзисторов ВК, а также величине и линейности входного сопротивления ВК, влияющих на коэффициент усиления КУН и вносимые им искажения. Исследование будем проводить на модели (программа Multisim ). Как известно, симуляторы не идеально моделируют работу транзисторов и иногда имеют довольно большую погрешность, особенно в «тонких» аспектах их работы. Однако в данном случае погрешность будет мала, так как задействованы более точные низкочастотные модели транзисторов, в которых используются в основном входные характеристики и зависимости коэффициента передачи от тока коллектора, а эти свойства транзисторов как раз довольно хорошо моделируются современными симуляторами. Для моделирования использовались схемы, показанные на рисунке 2.
Для начала рассмотрим величину общего коэффициента передачи тока, получившегося у выходного каскада каждой структуры, рисунок 3. Из рисунка хорошо видно, что коэффициент передачи тока очень сильно зависит от выходного тока. И если снижением значения h21 при малых токах можно пренебречь (так как и выходной ток в числителе формулы (2) становится маленьким), то при больших токах снижение коэффициента передачи весьма неприятно. Коэффициенты передачи тока в ВК на составных транзисторах Дарлингтона и двухкаскадном довольно близки, при больших токах они становятся практически равными, и их величина составляет примерно 20000 раз. Этого явно недостаточно, поскольку по формулам (2) и (3) получаем: Iб=0,5 мА; Rвх ВК = 80 кОм. То есть входной ток ВК будет составлять порядка десяти процентов от тока покоя ВК, что заметно повлияет на работу последнего. А входное сопротивление ВК будет самым минимальным из тех сопротивлений, которые входят в формулу (1), следовательно, его влияние на коэффициент усиления КУН наибольшее и нелинейность входного сопротивления ВК заметно увеличит нелинейность КУН.
Рис. 3. Коэффициент передачи выходного каскада усилителя.
С трехкаскадной схемой дело обстоит намного лучше. Поскольку его коэффициент передачи при токе десять ампер равен 225000 раз, то Iб ~ 50 мкА; Rвх ВК=900 кОм. Ток баз транзисторов ВК достаточно мал, чтобы не влиять на режим работы транзистора КУН, а входное сопротивление ВК намного больше остальных сопротивлений, входящих в формулу (1), и его влиянием можно пренебречь. По этой причине нелинейность входного сопротивления ВК практически не скажется на работе КУН. Таким образом, трехкаскадный ВК выглядит более предпочтительным.
Однако приведенные выше рассуждения могут оказаться довольно приблизительными. Тем более что в двухкаскадном ВК ток базы транзисторов VT1, VT2 (рис. 2б) определяется не только током, отдаваемым в базы транзисторов VT3, VT4, но и их собственным током покоя. Использование симулятора позволяет определить величины токов и искажений транзисторов непосредственно. Токи баз транзисторов ВК (суммарный входной ток ВК) при синусоидальном входном сигнале для всех типов схем приведены на рисунке 4. Там же показан и график напряжения на входе ВК, чтобы сделать нагляднее нелинейность входного тока.
Рис. 4. Форма сигнала выходного каскада усилителя.
Графики на рисунке 4 подтверждают сделанные ранее предположения. Двойная амплитуда (пик-пик) входного тока ВК по схеме Дарлингтона и двухкаскадного примерно составляет один миллиампер. Также хорошо видна нелинейность этого тока, проявляющаяся в отличие графика тока от синусоидального графика напряжения. Графики тока несимметричны относительно оси времени и имеют заметную разницу амплитуд для положительной и отрицательной полуволн. Это означает наличие второй, а возможно и других четных гармоник значительной величины. Сами полуволны тока значительно более узкие, чем полуволны синусоиды входного напряжения. Это говорит о наличии значительных нечетных гармоник в спектре. Кроме того, форма тока аналогична форме сигнала при значительных искажениях типа «ступенька», несмотря на довольно большую величину тока покоя выходных транзисторов, равную примерно 200 миллиампер, что также указывает о значительные нелинейные искажения. Искажения типа «ступенька» проявляются несмотря на то, что параметры всех схем подобраны таким образом, чтобы в режиме класса АВ работали только выходные транзисторы ( VT3, VT4 на рис. 2б и VT5, VT6 на рис. 2в). На самом деле это не классические искажения «ступенька», возникающие при работе в режиме класса В, но похожие на них, поэтому для краткости я их буду так называть. Остальные транзисторы схемы в режим отсечки коллекторного тока не входят (т.е. работают в классе А). Это не относится к составным транзисторам Дарлингтона, у которых выходной транзистор открывается и закрывается вместе со своими внутренними элементами. На вид нелинейность двухкаскадного ВК несколько выше, чем у схемы Дарлингтона. Входной ток трехтранзисторной схемы ВК намного меньше, чем у остальных схем, и на первый взгляд более линеен.
О поведении ВК, содержащего три пары транзисторов судить по рисунку 4 сложно – уж очень мала амплитуда входного тока этого каскада. Поэтому тот же график показан на рисунке 5, но у него масштаб по оси тока в десять раз выше. Поведение трехкаскадного ВК также согласуется с приведенными выше рассуждениями. Амплитуда тока в этой схеме в десять раз меньше, чем у ВК с двумя парами транзисторов, а линейность заметно выше – график тока практически совпадает с синусоидой входного напряжения, и «ступенька» практически отсутствует. Следовательно, выходной каскад с тремя парами транзисторов действительно практически не влияет на работу КУН, не снижает его усиления и не повышает его нелинейность.
Рис. 5. Форма сигнала выходного каскада усилителя (растянуто).
В заключение давайте рассмотрим непосредственно нелинейные искажения, вносимые выходными каскадами разных типов. Выходной каскад – источник наибольших искажений, поэтому проблема их снижения является важной. Я твердо убежден, что даже при использовании глубокой общей отрицательной обратной связи (ООС), линеаризующей усилитель, необходимо добиваться максимальной линейности изначального усилителя при разомкнутой петле ООС. Прежде чем рассматривать нелинейные искажения, вносимые каждым из выходных каскадов, необходимо вспомнить, что входной сигнал на ВК поступает с выхода КУН, который является высокоомным. Поэтому на рисунке 6 показан коэффициент гармоник каждого из выходных каскадов при различном сопротивлении источника сигнала. Если источник сигнала является источником напряжения, и его внутреннее сопротивление близко к нулю, то искажения трехкаскадного ВК максимальны – сказывается три нелинейных входных характеристики на пути сигнала. Однако при повышении выходного сопротивления источника сигнала искажения выходного каскада начинают определяться нелинейностью его входного тока, и трехкаскадная схема демонстрирует почти вдесятеро лучшую линейность, по сравнению с двумя другими. Именно в таком режиме и работает реальный ВК.
Рис. 6. Искажения выходного каскада усилителя.
Рисунок 6 показывает искажения непосредственно ВК, но на самом деле влияние выходного каскада на сигнал усилителя является комплексным – он влияет также на режим работы КУН (отбирая у него ток), а значит и на линейность последнего; влияет на усиление и линейность КУН через входное сопротивление ВК, а также имеет собственную нелинейность. Поэтому необходимо оценить также и влияние схемотехники выходного каскада на усилитель в целом. Искажения усилителя в целом при использовании выходных каскадов различных типов показаны на рисунке 7. На рисунке изображены графики зависимости коэффициента гармоник УМЗЧ без общей ООС (чтобы ООС не снижала искажения и не нивелировала различия в типах ВК) от типа выходного каскада на разных частотах. Необходимость учета частоты вызвана тем, что каскад усиления напряжения охвачен местной частотнозависимой ООС (через конденсатор С на рис. 1), которая с ростом частоты снижает его выходное сопротивление. А величина выходного сопротивления КУН сказывается на величине искажений ВК. На низких и средних частотах нелинейные искажения усилителя с выходным каскадом, содержащим три пары транзисторов, почти в десять раз ниже, чем в традиционной двухтранзисторной схеме. На высоких частотах – ниже в полтора-два раза.
Рис. 7. Влияние типа выходного каскада на искажения усилителя в целом.
Выводы
1. Усилители, оснащенные выходным каскадом различных типов, имеет значительно различающиеся величины нелинейных искажений. Наименьшими искажениями обладает усилитель с выходным каскадом на трех парах транзисторов (рис. 2в). Это подтверждается как исследованием свойств каскадов и особенностей их работы, так и непосредственными измерениями. В настоящее время такой выходной каскад употребляется большей частью в усилителях без общей ООС, как раз из-за его высокой линейности.
2. Наихудшей в плане линейности является схема ВК с двумя парами транзисторов (рис. 2б). Схема, содержащая составные транзисторы Дарлингтона, имеет несколько более высокую линейность. Обратите внимание, что разница между этими каскадами маленькая. А параметры выходных транзисторов разных типов сильно различаются, так что может быть с какими-то транзисторами двухкаскадная схема окажется лучше, чем транзисторы Дарлингтона. Да и симулятор вносит некоторую погрешность в результат, вот только неизвестно, в чью пользу. Так что утверждать наверняка о том, что схема Дарлингтона всегда имеет преимущество перед двухкаскадной, я бы не стал.
3. Соотношения линейностей разных типов выходных каскадов «лучший-средний-худший» сохраняются для всех сторон работы как ВК отдельно, так и совместно с остальными каскадами усилителя. Следовательно, эти свойства закономерны и являются следствиями различий в схемотехнике выходных каскадов, независимо от типов применяемых транзисторов и режимов их работы.
Читайте также: Как правильно сделать расчет короба для сабвуфера своими руками в машину
Рекомендации
1. При охвате усилителя глубокой общей ООС, его искажения заметно снижаются. Поэтому разница в применении выходных каскадов различных типов будет мала. Тем более что на средних и особенно низких частотах, где различие линейных свойств ВК наибольшее, глубина ООС максимальна, и в наибольшей степени сглаживает различия в типах ВК. Таким образом, в бюджетных решениях с глубокой общей ООС можно рекомендовать схему на рисунке 2б, как наиболее простую и дешевую. Скорее всего, наиболее широкое применение этой схемы вызвано именно экономическими причинами (она применяется и в дорогих Hi-End усилитлелях — несмотря на заявления производителей о их бесконечной заботе о звуке, на самом деле они заботятся о прибылях, и экономят на всем, в том числе и на транзисторах ВК).
2. Выходной каскад на составных транзисторах Дарлингтона (рис. 2а) обладает чуть лучшей линейностью, чем схема с двумя парами транзисторов. Но при работе в режиме класса АВ в таком каскаде будут наибольшие проблемы, вызванные наличием неуправляемых токов транзистора из-а рассасывания неосновных носителей при его запирании. Это вызывает появление так называемых коммутационных искажений, которые в наибольшей степени проявляются именно в составных транзисторах Дарлингтона. В моем моделировании коммутационные искажения не учитывались. Так что такая схема может быть рекомендована лишь для супербюджетных или очень малогабаритных конструкций.
3. Наилучшей линейностью, заметно превосходящей конкурентов, обладает схема выходного каскада с тремя парами транзисторов (рис. 2в). Именно ее необходимо использовать для построения действительно высококачественных УМЗЧ. Тем более что она не намного сложнее других схем – дополнительно появляются всего два маломощных транзистора и один резистор, так что ее соотношение цена/качество этой схемы заметно лучше, чем у остальных. Тот факт, что глубокая общая ООС нивелирует разницу в работе выходных каскадов не следует принимать во внимание при разработке высококачественной звукотехники, поскольку здесь возникает ряд «тонких моментов», и наилучшей ситуацией является такая, когда исходный усилитель максимально линеен еще до охвата его цепью ООС . Именно игнорирование этого принципа приводит к тому, что субъективные оценки звучания усилителя получаются низкими и делаются заявления о «вреде» общей ООС.
Total Page Visits: 1843 — Today Page Visits: 5
Улучшение параметров выходного двухтактного каскада
Во всех транзисторных каскадах вообще и в двухтактном каскаде в частности возникают нелинейные искажения, которые зависят от многих факторов, а в частности от таких как нелинейность характеристик транзисторов и неполной симметрией плеч каскада. Чтобы уменьшить величину нелинейных искажений необходимо более тщательно подбирать транзисторы по величине коэффициента усиления, а также параметры самого каскада: режимы работы и применение отрицательной обратной связи.
Выходной каскад работающий в классе усиления B имеет значительно большие нелинейные искажения, чем каскад работающий в классе AB. Поэтому абсолютное большинство выходных каскадов работают в классе AB. Для установления такого режима работы необходимо создать некоторое напряжение смещения на базах транзисторов VT1 и VT2, которое зависит от величины сопротивления резистора R2. При этом уменьшается величина параметров Pвых.max и КПД каскада, поэтому величина тока коллектора транзисторов
VT1 и VT2 не должна превышать 0,1 iC max.
Для уменьшения зависимости параметров выходного каскада
от изменения температуры довольно часто вместо резистора R2 включают диоды или терморезисторы. В этом случае ток покоя выходных транзисторов устанавливается экспериментально: в случае, когда необходимо увеличить ток покоя последовательно с диодом включают резистор, а в случае, когда необходимо уменьшить ток покоя резистор ставят последовательно с диодом.
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
Однотактный каскад УМ.
Однотактные каскады УМ дают возможность получить полезную выходную мощность в подключенной нагрузке от долей ватта до 2 — 3 Вт.
Типовая схема такого каскада УМ с выходным трансформатором приведена на рис. 1.9.1, а. Ввиду того, что первичная обмотка выходного трансформатора имеет небольшое омическое сопротивление постоянному току Iко, в режиме покоя при Uвх = 0 почти все напряжение источника питания Ек приложено к коллектору транзистора и равно
Ек = Uкэ0 + Iэ0 * Rэ + Iк0 * r1 трансф» (1.1 — 1.25) * Uкэ0.
Поэтому нагрузочная линия по постоянному току проходит через рабочую точку под углом , значительно большим, чем нагрузочная линия для переменного тока, соответствующая динамическому режиму работы каскада (рис. 1.9.1, в). Наличие входного сигнала Uвх = Umвх * sinwt и базового тока iб = Iб0 + Imб * sinwt вызывает в выходной цепи каскада пульсирующий ток коллектора iк = Iк0 + Imк * sinwt и пульсирующее напряжение на коллекторе uк = Uкэ0 + Umк * sin(wt — p), отстающее по фазе на 180° от фазы входного напряжения в схеме с ОЭ.
нагрузки iн=Imн*sinwt, выделяя в нагрузке необходимую полезную мощность усиленного сигнала
Рвых = 0,5 * Imк * Umк = 0,5 * Imк2 *Rэкв к-да = 0,5 * Imн2 * Rн.
Коэффициент полезного действия транзисторного каскада УМ
Коэффициент усиления по мощности каскада УМ
Рис 1.9.1. Схема транзисторного однотактного каскада УМ с ОЭ:
а — с выходным трансформатором; б — с обмоткой э/м реле в коллекторной цепи; в — графический анализ работы этого каскада УМ в режиме класса А
При этом индуктируемая ЭДС во вторичной обмотке трансформатора создает ток
С учетом КПД трансформатора выходная мощность каскада УМ в режиме класса А ограничивается величиной
Pвых = Pдоп трапз * hтрасф
Рдоп транз = Рвых / hтранз
Выходной каскад усилителя:
однотактный и двухтактный.
Назначение выходных (оконечных) каскадов — усиливать мощность полезного сигнала для работы громкоговорителя. Поэтому их называют усилителями мощности. А мощность, как известно, равна произведению напряжения и тока. Следовательно, для получения значительной мощности усилителя необходимо, чтобы ток и напряжение были большими и не постоянной составляющей, а по переменному сигналу.
Поскольку выходные каскады потребляют от источников питания большую мощность, то важна их экономичность, т.е. коэффициент полезного действия (к.п.д.). Например, если какой-то выходной усилитель потребляет 1 Вт, а отдает в громкоговоритель переменную мощность 0,1 Вт, то, очевидно, его к.п.д. будет всего 10%. Это значить, что 90% потребляемой энергии напрасно теряются, т.е. нагревают транзисторы, резисторы и пр.
Для выделения на нагрузке большой мощности (десятки ватт и выше) применяют мощные транзисторы на вход которых подается бОльшая,чем в предварительных усилителях, амплитуда сигнала, которая захватывает значительную область характеристики транзистора, что приводит к нарастанию нелинейных искажений выходного сигнала. Величина максимальной неискаженной мощности и к.п.д. во многом зависит от согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой. Рассмотрим это поподробнее.
Электрическое согласование.
В электротехнике часто используют понятие «генератор» для источника тока и «нагрузка» для потребителя.
Рассмотрим рис.1 , где батарейка представляет собой генератор постоянного тока, а лампочка является нагрузкой. Так же усилитель можно принять как генератор, а следующий каскад — его нагрузка. И возникает вопрос о их согласовании. Часто думают, что генератор и потребитель согласуются по напряжению. Например, если бататарейка на 4,5 В, то тогда и лампачка должна быть на 4,5 В. В действительности, вопрос согласования сводится к соотношению между внутреннем (выходным) сопротивлением генератора и сопротивлением нагрузки.
На рис.1 к одной и той же батарейке сперва подключена автомобильная лампочка, затем лампочка для фонарика и, наконец, — бытовая лампа. На всех трех схемах указаны токи и напряжения, R — сопротивление ламп, Rб — внутреннее сопротивление батареи, Р — мощность, подаваемая на лампы от батареи. Сопротивление лампочек нелинейно, т.к. меняется от степени нагрева нити накала и поэтому зависит от протекающего тока через лампу.
В первом опыте ( рис.1а ) сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления батарейки R Rб выделяется значительная мощность (3,9 Вт), которая напрасно нагревает бататею. Следовательно и к.п.д. по мощности будет мало ((0,088/3,9)·100% = 2%).
Во втором опыте ( рис.1б )сопротивление лампы одного порядка, что и Rб , т.е. R ≈ Rб и значить выходное напряжение немного меньше ЭДС батареи. Ток в цепи средней величины, а мощность на нагрузке значительная (Р = 0,7 Вт), благодаря чему лампочка светит нормально. На Rб выделяется только 0,2 Вт, т.е. значительно меньше, чем на нагрузке. Поэтому и к.п.д. равно 35%.
В третьем опыте ( рис.1в ) сопротивление лампы значительно больше сопротивлнению батареи R>>Rб . Вследствие этого напряжение на клеммах почти равно ЭДС батареи. Ток в цепи очень мал и поэтому мощности (0.17 Вт) не хватает для зажигания лампы. Мощность на на Rб (0,008 Вт) тоже мала и поэтому к.п.д. равен всего 4,4%.
Из этих трех опытов видно, что при различных соотношениях между внутренним сопротивлением генератора и сопротивлением нагрузки, свойства цепи различны.
1. При необходимости обеспечения генератором максимального тока, нужно, чтобы сопротивление нагрузки было во много раз меньше внутреннего сопротивления генератора.
2. Если важно получить максимальную мощность от генератора, надо, чтобы сопротивление нагрузки было равным внутреннему сопротивлению генератора.
3. Когда требуется максимальное напряжение на выходе генератора, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки было во много раз больше внутреннего сопротивления генератора.
Рассмотрим на рис.2а , как будет изменяться мощность, выделяющая на нагрузке, при изменении Rн от нуля до бесконечно большой величины, если ЭДС и внутреннее сопротивление генератора Rг остаются неизменными.
Понятно, что при Rн«Rг ЭДС генератора почти полностью падает на Rг , и в нагрузку попадает только малая часть энергии генератора. По мере увеличения сопротивления нагрузки мощность, выделяющаяся в нагрузке, сначала растет, а затем, достигая точки, когда Rн = Rг , начинает падать ( рис.2б ).
Ее уменьшение в нагрузке при больших величинах Rн объясняется тем, что хотя при увеличении Rн падение напряжения на нем растет, приближаясь к величине ЭДС генератора, ток в цепи уменьшается, и результат уменьшения тока преобладает над результатом увеличения напряжения.
Из графика зависимости коэффициента полезного действия η (красная линия) при отдаче мощности от генератора в нагрузку видно, как к.п.д. возрастает до ηмакс = 60%, а затем начинает снижаться. Прямая синяя линия графика ( ηид ) показывает как мог бы расти к.п.д. в идеальном случае, если бы генератор не имел внутреннего сопротивления. Если бы, да кабы, а выросло то, что выросло.
При конструировании усилительного каскада руководствуются не каким-то одним основным требованием к усилителю, а считаются со многими факторами. На практике приходится прибегать к определенным компромиссам с учетом того, чтобы выходной каскад усилителя имело оптимальные, а не максимальные, параметры. И для этого важно согласовать сопротивление усилителя с нагрузкой.
Однотактный выходной каскад усилителя.
Для примера рассмотрим самый простой маломощный однотактный усилитель на транзисторе МП42 по схеме с ОЭ (рис.3).
У этого транзистора при коллекторном токе покоя Iкп = 1мА выходное сопротивление равно 30 кОМ, а при Iкп = 5 мА — 8 кОм. Если усилитель нагрузить на громкоговоритель с сопротивлением катушки в 4 Ом (это в 2000 раз меньше сопротивления усилителя), то ток будет 0,5 мА, а напряжение на катушке — 1 мВ. Поэтому и мощность будет 0,5 мкВт, а это явно маловато для раскачки громкоговорителя.
Попробуем в роли нагрузки использовать наушники. При питании схемы 6 В и Iкп = 1 мА сопротивление наушников будет 4 кОм. Получается на наушники подается мощность около 4 мВт и в наушниках уже можно что-то услышать.
Согласовать транзистор с большим выходным сопротивлением с нагрузкой с малым сопротивлением нагрузки можно при помощи трансформатора, который имеет свойство не только преобразовывать величину токов и напряжений, но и сопротивление нагрузки.
При условии отсутствия потерь в обмотках, найдем отношение напряжения U1 на зажимах первичной обмотки трансформатора ( рис.4 ) к входному току I1 при условии,что вторичная обмотка трансформатора нагружена на сопротивление нагрузки Rн через который протекает ток I2 и падение напряжения на нем U2 .Тогда коэффициент трансформации n будет равен:
где ω1 — число витков первичной, а ω2 — число витков вторичной обмотки.
Отсюда можно найти входное сопротивление трансформатора:
Rвх = nU2/(I2/n) = n²(U2/I2).
Но U2/I2 равно сопротивлению нагрузки Rн , поэтому
Трансформатор как бы преобразовал, изменил в n² раз величину сопротивления нагрузки. Поэтому, если при Rг ≠ Rн подключается нагрузка к генератору через трансформатор с коэффициентом трансформации n = √Rг/Rн , то входные сопротивления нагрузки и генератора будут равны.
На рис.5 тоже показана схема однотактного усилителя с термостабилизацией и выходным трансформатором, который обеспечивает хорошее согласование с громкоговорителем. В результате этого выходная мощность каскада доходит до 20 мВт. Базовое сопротивление R1 подбирается таким образом, чтобы Iкп был равен 6 мА.
Однотактный выходной каскад усилителя имеет существенные недостатки, а именно:
1) небольшой к.п.д.: примерно 5 — 20%;
2) относительно большие линейные искажения из-за постоянного подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора.
Двухтактный трансформаторный выходной каскад усилителя.
Особенность двухтактных выходных каскадов в том, что они имеют уже два транзистора и сравнительно большой к.п.д., который достигает 60 — 70%.
Как видно из рис.6а этот каскад имеет два входа относительно общего плюсового провода (все параметры в дальнейшем будут показываться относительно этого провода), на которые подают противофазные переменные напряжения. Это означает, что когда переменное напряжение на одной базе положительно, на другой базе будет отрицательное и, наоборот. Обратите внимание, что выходной трансформатор имеет среднюю точку в первичной обмотке.
Противофазное напряжение вырабатывается фазоинверсным каскадом. Он содержит два выхода и находится перед двухтактным выходным каскадом.
Разберемся, как работает двухтактный выходной каскад. На рис.6б показан момент, когда на первый вход действует положительное положительное напряжение, а на второй — отрицательное. В этом случае нижний транзистор заперт, а верхний открыт, т.е ток протекает только через верхнее плечо.
При перемене фазировки верхний транзистор закрыт, нижний — открыт ( рис.6в ). Получается, что одна полуволна переменного тока в трансформаторе формируется одним транзистором, а другая полуволна — другим. Следовательно, транзисторы потребляют энергию не одновременно, а по очереди, т.е. работают экономично. К тому же, при отсутствии входных сигналов, коллекторные токи покоя (Iкп) обоих транзисторов относительно малы, и во время пауз потребление каскада небольшое.
Теперь рассмотрим одну из наиболее распространенных схем фазоинверсного каскада ( рис.7а ). Особенность ее состоит в том, что в коллекторную цепь транзистора включен фазоинверсный трансформатор у которого средний вывод вторичной обмотки садится на общий провод. Трансформатор имеет два выхода на которых переменные напряжения всегда находятся в противофазе. Это видно на рис. 7б,в. , где во время положительного полупериода генератора точка 1 — положительна, а в точке 2 — отрицательна. При отрицательной полуволне все наоборот: 1 — отрицательна, а 2 — положительна.
На рис.8 приведена конкретная схема двухтактного выходного каскада с выходной мощностью 0,1 Вт.
Здесь нагрузкой является громкоговоритель с катушкой на 4 Ом. Выходные транзисторы должны быть одного типа и с почти одинаковыми коэффициентами усиления β . Резистор R1 подбирается таким, чтобы коллекторный ток покоя у транзистора V1 был 1 мА, а у V2, V3 — 2 мА, подбором резистора R2 .
В этой схеме средний вывод вторичной обмотки фазоинверсного трансформатора не соединен с общим проводом на прямую, а через резистор R3 = 100 Ом. Падение напряжения на нем небольшое (около 0.1 в), но оно надо для смещения обоих транзисторов, чтобы уменьшить нелинейные искажения выходного каскада.
Двухтактный безтрансформаторный выходной каскад усилителя.
Трансформаторы — объемные и довольно дорогие детали и их устранение уменьшают стоимость и вес выходных каскадов. Поэтому большинство современных выходных каскадов безтрансформаторные. Но сразу возникает проблема согласования малого сопротивления громкоговорителя (4 — 8 Ом) с сравнительно большим (1 — 10 кОм) выходным сопротивлением транзисторов.
Этого можно добиться, включая выходные транзисторы по схеме с ОК (эмиттерный повторитель) . Тогда их выходное сопротивление будет всего 10 — 100 Ом. Но при таком включении транзисторов они не будут усиливать по напряжению, т.е. какое напряжение подали на вход текое получило на выходе. А поскольку для получения значительной мощности на выходе выходного каскада нужно иметь значительное переменное напряжение (1 — 10 В) на его входе ( в отличии от схем с ОЭ). Поэтому применяют один — два каскада предварительного усиления, обычно с ОЭ, для усиления входного сигнала.
Но, даже в мощных транзисторах, переменное напряжение между базой и эмиттером не может превышать 0,5 — 0,8 В. Однако превышение этих параметров не будет, т.к. в схеме с ОК ( рис.9 ) входной сигнал распределяется между участком усиления ( Uбэ ) и нагрузкой ( Uвых ). Например, если входной сигнал равен 5 В, то из них 4,5 В действуют на нагрузку и 0,5 В — на управляющий участок.
Вместо фазоинверсного трансформатора ставят выходные транзисторы с противоположной проводимостью — n-p-n и p-n-p типа у которых параметры (мощность, коэффициент усиления β и пр.) должны быть одинаковыми. Подобранные таким образом транзисторы называются комплементарной парой , а схемы с такой парой — схемы с дополнительной симметрией .
Особенность такого выходного каскада состоит в том, что он управляется на двумя сигналами в противофазе, а только одним сигналом и имеет один вход. При положительной амплитуде входного сигнала (красная линия) открывается только нижний транзистор V2 , т.е. переменный коллекторный ток протекает через нижнее плечо схемы ( рис.9а ), а отрицательный сигнал открывает верхний транзистор V1 и ток протекает через верхнее плечо ( рис.9б ). Так получается, что в один полупериод ток через нагрузку протекает в одном направлении, а следующий полупериод — в другом.
Недостатком этой схемы является то, что она питается от двух гальванически связанных источников тока, т.к. для тока в нагрузке при положительной полуволне нужно ее напряжение замыкать на отрицательный полюс одного источника тока, а при отрицательной полуволне — на положительный другого.
Еще плохо то, что базы транзисторов «плавают», т.е. на них нет фиксированного небольшого напряжения смещения и открываются они не с начала полупериода, а лишь в тот момент, когда напряжение амплитуды сигнала достигнет значения для его открытия. В конце полупериода транзистор закрывается раньше, чем амплитуда дойдет до конца. Короче говоря, амплитуда обрезается в начале и в конце полупериода, что приводит к искажению сигнала — к так называемой «ступеньке» ( рис.10 ).
Этими недостатками лишена схема на рис.11 , где показаны предварительный и оконечный каскады.
Здесь, выходной переменный ток транзистора V2 в первый полупериод открывает транзистор V3 и в его коллекторной цепи протекает переменный ток ( IвыхV3 ), вызываемый заряженным конденсатором С5 .
При отсутствии сигнала конденсатор заряжен до напряжения, примерно равного половине напряжения источника тока.
Во втором полупериоде открывается V4 и протекает ток IвыхV4 , вызванный разностью напряжений источника тока и конденсатора С5 .
Диод V5 служит для температурной стабилизации выходных транзисторов.
Если питать усилитель (как в данном случае) от однополярного источника громкоговоритель приходится включать через разделительный конденсатор, что приводит на низких частотах к падению напряжения на конденсаторе. А это уменьшение полезной мощности в нагрузке и к.п.д. каскада. Для устранения этих недостатков, необходимо выбрать емкость разделительного конденсатора из условия
где Fн — низшая воспроизводимая частота сигнала усилительного каскада; Rн — сопротивление громкоговорителя. При этом может понадобиться конденсаторы с большой емкостью (тысячи микрофарад) и расчитаные на напряжение равное напряжению источника тока.
Громкоговоритель можно включить между выходом усилителя и искусственной средней точкой, образованной при помощи двух электролитических конденсаторов с равными емкостями ( рис.12 ). Тогда номинальное напряжение конденсаторов будет в два раза меньше, чем в схеме на рис.11 .
Что такое выходной транзистор? Ток покоя и каскадные усилители
Что такое выходной транзистор ? Выходными, или оконечными, транзисторами называют транзисторы, входящие в конструкцию выходных (последних) каскадов в каскадных усилителях (имеющих минимум два или три каскада) частоты. Кроме выходных имеются ещё и предварительные каскады, это все, некоторые расположены до выходного.
Каскад — это транзистор укомплектованный резистором, конденсатором и иными элементами, обеспечивающими его работу в качестве усилителя. Всё имеющееся в усилителе количество предварительных каскадов должно обеспечивать увеличение напряжения частоты таким образом, чтобы полученное значение было пригодно для функционирования выходного транзистора. В свою очередь сам выходной транзистор повышает мощность частотных колебаний до значения, обеспечивающего работу динамической головки.
При сборке максимально простых транзисторных усилителей выходной транзистор берётся такой же маломощный, как и на предварительных каскадах. Многие находят это весьма уместным с точки зрения эргономичности прибора. Показания выходной мощности у подобного усилителя невелики: от 10-20 мВт до полутора сотен.
[google_font font=»Open Sans» size=»25″ weight=»400″ italic=»0″ letter_spacing=»» color=»#626262″ subset=»»] В ситуациях, когда проблема экономии не стоит так остро, то в конструкции выходного каскада используется транзистор с более высокими мощностными показаниями.[/google_font]
Качественность работы усилителя определяют несколько параметров, но максимально точное представление можно получить по: данным о выходной мощности (Р вых), чувствительности и частотной характеристике.
Измерить ток покоя выходного транзистора
Током покоя называют коллекторный ток, который проходит по транзисторам выходных каскадов при условии, что сигнал отсутствует. В условно-идеальных (невозможных на самом деле) условиях значение такого тока должно находиться на нулевой отметке. На деле это не совсем так, собственная температура и характерные различия разнотипных транзисторов влияют на данный показатель. В наихудшем случае возможен перегрев, который станет причиной теплового пробоя транзистора.
Кроме того, существует ещё один показатель — напряжение покоя. Он демонстрирует значение напряжения соединительной точки транзисторов. Если питание у каскада двухполярное, то напряжение будет равно нулю, а если однополярное, тогда напряжение составляет 1/2 питающего напряжения.
Оба эти показателя должны быть стабилизированы и для этого в качестве первоочередной меры следует озаботиться о контроле температурного режима.
На роль стабилизатора обычно берётся дополнительный транзистор, которые в качестве балласта подсоединяется к базовым цепям (наиболее часто он при этом оказывается прямо на радиаторе, максимально близко к выходным транзисторам).
Чтобы выявить, каков ток покоя выходных транзисторов или каскадов, необходимо при помощи мультиметра измерить данные по падению напряжения для его эммитерных резисторов (значения обычно выражаются в милливольтах), а потом, опираясь на закон Ома и данные по реальному сопротивлению, можно будет вычислить нужный показатель: значение падения напряжения разделить на значение реального сопротивления — значения тока покоя для данного выходного транзистора.
[idea] Все замеры необходимо производить весьма осторожно, иначе придётся производить замену транзистора . [/idea]
Есть ещё один способ, гораздо менее травмоопасный. Взамен предохранителей потребуется установить сопротивление в 100 Ом и минимальную мощность в 0,5 Ватт для каждого канала. При отсутствии предохранителей сопротивление подсоединяется к разрыву питания. После осуществляется подача питания усилителю, производятся замеры показаний по падению напряжения на приведённом выше уровне сопротивления. Дальнейшая математика до крайности проста: падению напряжения в 1 В соответствует ток покоя величиной в 10мА. Аналогичным образом при 3,5 В получится 35 мА и так далее.
Классификация выходных каскадов
Есть несколько методов сборки выходного каскада:
- Из транзисторов, имеющих различную проводимость. Для этих целей чаще всего используют «комплементарные» (близкие по параметрам) транзисторы.
- Из транзисторов, имеющих одинаковую проводимость.
- Из транзисторов составного типа.
- Из полевых транзисторов.
Работа усилителя, сконструированного, при помощи комплементарных транзисторов, отличается простотой: положительная сигнальная полуволна запускает работу одного транзистора, а отрицательная — другого. Необходимо, чтобы плечи (транзисторы) работали в одинаковых режимах и для реализации этого используется базовое смещение.
Если усилитель использует в работе одинаковые транзисторы, то никаких принципиальных отличий от первого варианта это не имеет. За исключением того факта, что для подобных транзисторов сигнал отличаться не должен.
При работе с остальными разновидностями усилителей необходимо помнить, что отрицательное напряжение для p-n-p транзисторов, и положительное — для n-p-n транзисторов.
Обычно звание усилителя мощности принадлежит именно оконечному каскаду, поскольку он работает с самыми большими величинами, хотя с технической точки зрения так можно называть и предварительные каскады. К числу основных показателей усилителя можно отнести: полезную, отдаваемую в нагрузку мощность, КПД, полосу усиливаемых частот, коэффициент нелинейных искажений. На эти показатели весьма сильно влияет выходная характеристика транзистора. При создании усилителя напряжения может быть использована однотактная и двутактная схемы. В первом случае режим работы усилителя линейный (класс А). Данная ситуация характеризуется тем, что протекание тока по транзистору длится до тех пор пока не окончится период входного сигнала.
Однотактный усилитель отличается высокими показателями по линейности. Однако эти качества могут искажаться при намагничивании сердечника. Для предотвращения подобной ситуации необходимо озаботиться наличием цепи трансформатора с высоким уровнем индуктивности для первичной цепи. Это отразится на размерах трансформатора. К тому же, ввиду принципа его работы, он обладает достаточно низким КПД.
В сравнении с ним данные по двутактному усилителю (класс B) куда выше. Данный режим позволяет искажать форму транзисторного тока на выходе. Это увеличивает результат отношения переменного и постоянного токов, снижая вместе с тем уровень потребляемой мощности, это и считается самым главным плюсом применения двутактных усилителей. Их работа обеспечивается подачей двух равных по значению, но фазно противоположных напряжений. Если отсутствует трансформатор со средней точкой, то можно воспользоваться фазоинверсным каскадом, который снимет противоположные по фазе напряжения с соответственных резисторов цепей коллектора и эмиттера.
Существует двухтактная схема, не включающая в себя выходной трансформатор. Для этого потребуются разнотипные транзисторы, работающие как эмиттерные повторители. Если оказывать воздействие двуполярным входным сигналом, то будет происходить поочерёдное открытие транзисторов, и расхождение токов по противоположным направлениям.
Замена транзисторов
Поскольку УНЧ (усилители низких частот) становятся всё популярнее, то совершенно не лишним будет узнать, что делать, если такой прибор выйдет из строя.
В случае, если греется выходной транзистор, то велика вероятность, что он сломался или перегорел. В такой ситуации необходимо:
- Удостовериться в целостности всех прочих диодов и транзисторов, входящих в усилитель;
- Когда будет производиться ремонт очень желательно подсоединять усилитель к сети через лампочку в 40-100 В, это поможет сберечь оставшиеся целыми транзисторы при любых обстоятельствах;
- В первую очередь перемыкается участок эмиттер-база и транзисторы, потом осуществляется первичная диагностика УНЧ (любые изменения и реакции легко регистрируются при помощи свечения лампы);
- Основным показателем рабочего состояния и адекватной настройки транзистора можно считать данные по напряжению для участка база-эмиттер.
- Выявлять данные по напряжению межу корпусом и отдельными участками схемы — занятие практически бесполезное, никаких сведений о возможной поломке оно не даёт.
Даже наиболее упрощённый вариант проверки (до и после того как замена выходных транзисторов была произведена) обязательно должен включать в себя несколько пунктов:
- К базе и эмиттеру выходного транзистора подать минимальное напряжение, чтобы установился ток покоя;
- Проверить результативность своих действий по звуку или при помощи осциллографа («ступенька» и искажения сигнала при мощностном минимуме должны отсутствовать);
- При помощи осциллографа выявить симметрию по ограничениям на резисторы при максимальной мощности работы усилителя.
- Удостовериться, что «паспортная» и действительная мощности усилителя совпадают.
- Обязательно требуется проверить рабочее состояние токоограничительных цепей, при наличии таковых на оконечном каскаде. Здесь не обойтись без регулируемого нагрузочного резистора.
Первое включение после того как ремонтные работы были произведены:
- Нежелательно сразу же устанавливать выходные транзисторы, для начала прибор задействуется только с предварительным каскадом (каскадами), и лишь после этого подсоединять оконечный. В ситуациях, когда осуществить включение без выходного транзистора технически невозможно, следует заменить резисторы на имеющие номинальное значение в 5-10 Ом. Это исключит вероятность перегорания транзистора.
- Перед тем как осуществлять каждое повторное включение усилителя потребуется разрядка электролитических конденсаторов питания УНЧ.
- Проконтролировать данные по току покоя в условиях низкой и высокой температуры радиатора. Разница при соотношении должна быть не более двух раз. В противном случае придётся заняться термостабилизатором УНЧ.