Двухтактные усилители на транзисторах одного типа проводимости.

 

Усилитель состоит из устройства формирования противофазных сигналов

 

и усилителей противофазных сигналов (рис.12.11).

 

		E п
R 1
	VT 1	VT 3
R 0
R 3	C р
C р	а
	Vt 2	VT 4
R 2	R 4	R н

 

Рис.12.11. Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности на транзисторах одного

 

типа проводимости

 

 

Устройство формирования противофазных сигналов выполнено на транзисторах VT 1, VT 2. На транзисторах VT 3, VT 4 выполнен двухтактный усилитель мощности. Необходимым условием работы схемы является выполнения требований по температурной стабилизации рабочей точки всех транзисторов одновременно. В приведенной на рис.12.11 схеме используется метод термокопенсации рабочей точки (сопротивление R ₀). В схеме,

 

приведенной на рис.12.11 используется 100% ООС, поэтому такой усилитель мощности не обеспечивает усиления по напряжению.

 

Для того, чтобы убрать из схемы рис.12.11 разделительный конденсатор следует использовать двухполярный источник питания. Особенность построения усилителя такого усилителя мощности заключается в необходимости выбора транзисторов VT 3, VT 4 с одинаковыми характеристиками: постоянный потенциал в точке a должен быть равен нулю.

 

 

Основным недостатком всех аналоговых усилителей мощности является низкий КПД схем. Для усилителей мощности класса A предельное значение КПД составляет 50 %, для аналоговых усилителей мощности класса В и АВ –

 

75 80%. Устранить этот недостаток можно использованием ключевых усилителей мощности.

 

Ключевые усилители мощности

В ключевых усилителях транзисторы работают в каскадах класса D.

 

Поэтому мощность потерь в транзисторах очень мала, что и обеспечивает высокий КПД. Применение ключевого режима для усиления непрерывных сигналов основано на сглаживании в нагрузке импульсов тока транзистора.

 

Представление аналогового сигнала в цифровом (импульсном) виде базируется на теореме Котельникова: аналоговый сигнал сколь угодно точно можно представить отсчетами с частотой, равной удвоенной верхней частоте спектра сигнала:

 

 

^{F отсч 2 F в} – для идеальных восстанавливающих фильтров

(12.15)

F _отсч5...10 F _в–для реальных восстанавливающих фильтров

 

Ключевой усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией (КУМ

 

С ШИМ).

 

Структурная схема такого усилителя представлена на рис.12.12.

 

+ E п		L ф
	ЭК

C ^ф R н

 

U с	1 Модулятор
ГТИ
			ШИМ

 

- E п

ЭК

 

 

Рис.12.12. К1, К2 – электронные ключи, ГТЧ – генератор тактовой частоты,

 

L_фC_ф – восстанавливающий фильтр

 

Принцип работы схемы поясняют временные диаграммы рис. 12.13.

В точках 3 и 4 сигнал представляет собой широтно-импульсно

модулированный

сигнал,

в

котором

t

информативным

параметрам

является

t

длительность импульса. Длительность импульса

прямо пропорциональна амплитуде аналогового

t

сигнала

1.

Частота

следования

импульсов

выбирается согласно

теореме

Котельникова и

t

задается ГТЧ.

+Eп

t

На

рис.

12.13.

приведены

временные

диаграммы,

поясняющие работу

ключевого

усилителя мощности с ШИМ. 1–сигнал на входе

-Eп

КУМ с ШИМ; 2–тактовые импульсы на выходе

Рис. 12.13 Временные диаграммы

генератора тактовых импульсов; 3– выходной

 

 

сигнал с модулятора ШИМ, соответствующей положительной полуволне синусоиды входного сигнала 1; 4– выходной сигнал с модулятора ШИМ,

 

соответствующей отрицательной полуволне синусоиды входного сигнала 1; 5–

 

усиленный сигнал с обоих выходов модулятора ШИМ.

 

После прохождения суммированного после ключей сигнала через восстанавливающий фильтр в нагрузку подается аналоговый сигнал 6.

 

Для увеличения КПД схемы необходимо использовать быстродействующие ключи, которые имеют минимальное сопротивление в открытом состоянии и максимальное сопротивление в закрытом состоянии.

 

КПД ключевых усилителей с ШИМ при больших амплитудах входного сигнала достаточно высок и составляет ~90%.