загрузка...
загрузка...
На головну

Схеми двотактних бестрансформаторних підсилювачів

У транзисторних підсилювачах потужності для узгодження низкоомной навантаження і вихідного опору можна не використовувати трансформатори (рис. 62, 63). Основними достоїнствами цих підсилювачів є відсутність трансформатора, так як вихідний опір транзисторів, включених з ОК, мало, і управління двома транзисторами загальним сигналом.

Схема підсилювача потужності на двох транзисторах протилежних типів електропровідності, але з однаковими параметрами (комплементарна пара) показана на рис. 62. Режими транзисторів по постійному струму задаються базовим дільником R1R2 і вибираються такими, щоб потенціал U0 загальної точки транзисторів дорівнював напрузі Ек. В цьому випадку постійного струму в навантаженні не буде.

Вхідний сигнал Uc через розділовий конденсатор С одночасно надходить на бази транзисторів VT1 і VT2. Позитивний напівперіод 1 сигналу збільшує струм бази транзистора VT1 і зменшує струм бази транзистора VT2. При цьому збільшується струм колектора транзистора VT1 і зменшується струм колектора транзистора VT2, що рівносильно появі в цих токах змінних складових, які збігаються за напрямком і підсумовуються в навантаженні. У напівперіод 2 збільшуються базовий і колекторний струми транзистора VT2, а ці струми транзистора VT1 зменшуються. У навантаженні знову відбувається складання змінних складових струмів колекторів, т. Е. Утворюється другий напівперіод вихідного напруги. Так безтрансформаторні підсилювачі працюють в режимі А.

Малюнок 62 - Схема двотактного бестрансформаторного підсилювача потужності з двома ІП

Крім того, вони можуть працювати в режимах В і АВ.

Схема підсилювача з одним джерелом живлення показана на рис. 63. Каскад на транзисторі VT3 забезпечує двотактний режим роботи вихідних транзисторів VT1 і VT2. Резистори R1 і R2 задають режим роботи транзисторів по постійному струму.

При приході негативної напівхвилі Uвх струм колектора VT3 збільшується, що призводить до збільшення напруги на базах транзисторів VT1 і VT2. При цьому VT2 закривається, а через VT1 протікає струм колектора по ланцюгу: + Uп, перехід К-Е VT1, С2 (при цьому заряджається), Rн, корпус.

При приході позитивної напівхвилі Uвх VT3 подзакривается, що призводить до зменшення напруги на базах транзисторів VT1 і VT2 - VT1 закривається, а через VT2 протікає струм колектора по ланцюгу: + С2, перехід Е-К VT2, корпус, Rн, С2.

Таким чином забезпечується протікання струму обох напівхвиль вхідного напруги через навантаження. Для узгодження вихідних опорів транзисторів і опору навантаження, транзистори VT1 і VT2 включені за схемою із загальним колектором.

Малюнок 63 - Схема двотактного бестрансформаторного підсилювача потужності з одним ІП

Для сучасних силових електронних пристроїв характерно широке використання інтегральних схем, що дозволяє зняти обмеження на складність електронної схеми, не викликаючи збільшення обсягу і маси пристрою. Це, в свою чергу, веде до поліпшення якісних характеристик електронних пристроїв.

Типова схема включення інтегральної мікросхеми К174УН7 показана на рис. 64.

Малюнок 64 - Типова схема включення ІМС К174УН7

Вхідний сигнал надходить на висновок 8 мікросхеми з движка потенціометра R1 - регулятора гучності, а навантаження підключається до висновку 12 через розділовий конденсатор С8, запобігає потраплянню в неї постійної напруги. Коригувальна ланцюг С2, R2 забезпечує передачу сигналу ООС з виходу підсилювача на його вхід, а ланцюг С4, С5, С7, R4 служить для корекції АЧХ частотозавісімой ООС з виходу підсилювача на вхід одного з його проміжних каскадів. При нерівномірності амплітудно-частотної характеристики не більше 3 дБ смуга пропускання підсилювача дорівнює від 40 Гц до 20 кГц; напруга джерела живлення +18 В.

В останнє десятиліття в схемотехніці підсилювачів потужності звукових частот (УМЗЧ) отримали розвиток два взаємовиключних напрямки:

- Поліпшення суб'єктивного якості відтворення звуку, як правило, за рахунок зменшення економічності (ККД) підсилювача;

- Підвищення економічності підсилювача і зменшення його розмірів при збереженні високих якісних показників.

Перший напрямок характерно використанням в вихідних каскадах УМЗЧ потужних польових транзисторів і радіоламп (Hi-End), які працюють дуже часто в режимах класу А. Другий напрямок характерно для переносної і автомобільної звуковідтворювальної апаратури. Саме в реалізації цього напрямку широко використовуються підсилювачі класу D, а в високоякісної звуковідтворювальної стаціонарної апаратури клас D використовується найчастіше в підсилювачах для сабвуфера.

Як вже говорилося, всього існує п'ять основних класів режимів роботи активних елементів (транзисторів або ламп).

Режим роботи класу А

Активний елемент (транзистор або лампа) відкритий весь період сигналу. Підсилювачі потужності класу А вносять мінімальні спотворення в підсилюваний сигнал, але мають дуже низький ККД. Вони використовуються в однотактний і двотактних УМЗЧ, де особливо важливо, щоб рівень нелінійних спотворень був низьким. Підсилювачі класу А - найдорожчі.

Режим роботи класу В

Активний елемент (транзистор або лампа) відкритий тільки один напівперіод вхідного сигналу. Підсилювачі класу В мають високий ККД, а й коефіцієнт нелінійних спотворень у них помітно вище.

Режим роботи класу АВ

Активний елемент (транзистор або лампа) в цьому режимі відкритий один напівперіод повністю і частина іншого напівперіоду вхідного сигналу. Режим класу АВ - це щось середнє між класами А і В. Підсилювачі класу АВ мають більш високий ККД, ніж підсилювачі класу А, але вносять в сигнал менші нелінійні спотворення, ніж підсилювачі класу В. Це найбільш поширений клас масових УМЗЧ.

Режим роботи класу D

У режимі роботи класу D відбувається перетворення вхідного сигналу в імпульси прямокутної форми однаковоюамплітуди, тривалість яких пропорційна значенню сигналу в кожен заданий момент часу (т. Н. ШІМ - широтно-імпульсна модуляція). Активні елементи вихідного каскаду при цьому працюють в ключовому режимі і мають два стани: транзистор або замкнений, або повністю відкритий. Підсилювачі класу D мають максимальний ККД, т. К. Основні втрати енергії на вихідних потужних ключах відбуваються тільки в момент перемикання, у відкритому стані втрати енергії мінімальні і будуть тим менше, чим менше опір відкритого ключа. Звичайні підсилювачі класу D мають ККД понад 90% і досить великий коефіцієнт нелінійних спотворень (близько 10%), але застосування нових технологій дозволяє знизити коефіцієнт нелінійних спотворень до часток відсотка. Це помітно розширило сферу застосування класу D в сучасних УМЗЧ.

Основні принципи роботи УМЗЧ класу D

Принципова схема найпростішого УМЗЧ класу D показана на рис. 65. Він складається з широтно-імпульсного модулятора (ШІМ) на транзисторі Q1, двухтактного потужного транзисторного ключа Q2, Q3 і фільтра нижніх частот (ФНЧ), який відфільтровує імпульсні високочастотні складові струму через гучномовець.

Дільник на резисторах R1 і R2 задає напруга зсуву Q1 і симетрію всієї схеми. R4, С4 - ланцюг емітерний термостабілізації цього транзистора. С1 - конденсатор фільтра напруги живлення. С5, R5, L1, С6 - фільтр нижніх частот (ФНЧ). С7 - розділовий конденсатор.

До складу підсилювача класу D входить також генератор трикутного або пилкоподібної напруги. Частота роботи цього генератора лежить, як правило, в межах 200 ... 600 кГц. Розмах «пилки» від генератора і коефіцієнт посилення каскаду на Q1 обрані так, щоб вихідні транзисторні ключі Q2 і Q3 відкривалися поперемінно до насичення при переході напруги «пилки» через нуль.

Малюнок 65 - Принципова схема найпростішого УМЗЧ класу D

Епюри напруг, що пояснюють роботу цієї схеми, показані на рис. 66. До моменту часу t1 (Див. Рис. 66) звуковий сигнал на вході відсутній. «Пила» абсолютно симетрична, і на емітера транзисторів Q2 і Q3 утворюються симетричні прямокутні імпульси - меандр. При подачі на вхід підсилювача сигналу НЧ «пила» буде зміщуватися вгору або вниз. Зміняться моменти відмикання транзисторів і, як наслідок, тривалість вихідних імпульсів і пауза між ними (див. Рис. 66). Ці параметри будуть змінюватися за законом вхідного низькочастотного (звукового) сигналу. Отриманий імпульсний сигнал зі змінною шпаруватістю називають широтно-імпульсним, або ШІМ-сигналом, а процес його отримання - широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). ШІМ-сигнал містить НЧ-складову, за формою повторює сигнал, що модулює. Якщо ШІМ-сигнал з виходу транзисторних ключів пропустити через ФНЧ, то він пропустить цю складову на гучномовець і придушить ВЧ-складові ШІМ-сигналу. За рахунок неповного придушення ВЧ-складової змінну напругу на гучномовці буде кілька порізаним, що можна побачити на збільшеному фрагменті до нижнього графіку рис. 66.

Малюнок 66 - Епюри напружень найпростішого УМЗЧ класу D

Підсилювачі класу D на біполярних транзисторах пішли в минуле. Основою сучасного УМЗЧ класу D є потужні ключі на МДП-транзисторах, що відрізняються високою швидкодією і низьким опором каналу у відкритому стані. При використанні таких транзисторів в ключовому режимі досягається високий ККД. Спеціалізовані мікросхеми, звані драйверами, забезпечують управління зовнішніми ключами на МДП-транзисторах.

Наступним етапом у розвитку УМЗЧ класу D стало створення мікросхем, в які інтегрований не тільки драйвер, але і вихідні ключі на МДП-транзисторах. Саме до таких мікросхем відносяться МР7720 фірми MPS (Monolithic Power Systems).

Мікросхема УМЗЧ МР7720

УМЗЧ на цій мікросхемі має номінальну потужність 20 Вт при опорі навантаження 4 Ом і напрузі живлення 24 В. Діапазон відтворюваних частот -20 Гц .... 20 кГц. Він має ККД 90% при нелінійних спотвореннях не більше 0,1% для всього діапазону частот і вихідної потужності 1 Вт (0,06 ... 0,07% для частоти 1 кГц). Напруга живлення 7,5 ... 24 В.

В мікросхему вбудовані два вихідних ключа на МДП-транзисторах, які включені послідовно з харчування (напівміст). Типова принципова схема УМЗЧ класу D на мікросхемі МР7720 зображена на рис. 67, а призначення висновків цієї мікросхеми наведено в таблиці 3.

Малюнок 67 - Принципова схема УМЗЧ класу D на мікросхемі МР7720

Таблиця 3 - Призначення висновків мікросхеми МР7720

Схема включення цієї мікросхеми дуже нагадує ОУ або УМЗЧ на мікросхемах, які працюють в звичних режимах класів А, В або АВ. Мікросхема U1 МР7720 має диференційний вхід (висновки 1 і 2), його позитивний (неівертірующій) висновок в даній схемі використовується як вхід напруги зсуву, який задає режим мікросхеми, а головне - симетрію схеми. Напруга зсуву на неівертірующем вході (висновок 1) має дорівнювати половині напруги живлення, воно формується дільником R3, R2. Конденсатор С2 блокує цей висновок по змінній напрузі. Слід зауважити, що асиметрія схеми може привести до збільшення нелінійних спотворень і навіть до перегріву одного з вихідних ключів і виходу мікросхеми з ладу. Вхідний сигнал надходить на інвертується вхід мікросхеми (висновок 2) через розділовий конденсатор С1 і обмежує резистор R1. Коефіцієнт посилення по напрузі мікросхеми визначається співвідношенням номіналів резисторів ланцюга ООС R1 і R4 і може бути розрахований за формулою: KU= R4 / R1.

Для підвищення розмаху вихідних імпульсів мікросхеми використовується відома за звичайними двотактним безтрансформаторним підсилювачів схема підвищення ККД з конденсатором вольтодобавки С7, який включений між виходом (висновком 7) і входом ланцюга вольтодобавки (висновок 5). Для захисту внутрішніх ланцюгів мікросхеми від перевантаження паралельно С7 підключений стабілітрон D2 з напругою стабілізації 6,2 В. Для виділення посиленого сигналу і придушення високочастотних імпульсних складових в навантаженні до виходу (висновок 7) підключений ФНЧ, що складається з дроселя L1 і конденсатора С8. Конденсатор С9 - розділовий.

Діод Шотткі D1 гасить індукційні струми і викиди ЕРС, що виникають в L1 в моменти перемикання вихідних ключів, коли обидва ключі замкнені. Частота ШІМ-перетворення задається ланцюгом зворотного зв'язку R4, СЗ, і при вказаних на схемі номіналах вона становить 600 кГц. При більшій частоті збільшуються втрати потужності, а при меншій - нелінійні спотворення. С4 - конденсатор ООС по високій частоті. Конденсатори Сб, С5 - розв'язує фільтра харчування.

підсилювачі потужності «-- попередня | наступна --» Умови самозбудження генераторів
загрузка...
© om.net.ua