Двутактный усилитель мощности

Наиболее полно преимущество класса В реализуется вдвухтактных схемах. Микроминиатюризация электронных устройств привела кразработке двухтактных усилителей с бестрансформаторным

выходом (БВК). БВК являются схемами с последовательнымпитанием и параллельным включением нагрузки.

Наибольшее распространение получили усилительныекаскады, построенные на паре разнотипных, но с одинаковымипараметрами транзисторах. Схема такого БВК показана на рис.4. 14 Здесь использованы два транзистора разного типа: один транзистор

типа p – n – p (VT1), другой транзистор типа n – p –n (VT2).

Транзисторы, как правило, включены по схеме с общимколлектором, т.к. это обеспечивает минимальное выходноесопротивление, что особенно важно при работе усилителя нанизкоомную нагрузку.. Конденсатор С1 разделяет по постоянномутоку источник входного сигнала и вход усилителя, конденсатор С2разделяет – сопротивление нагрузки и эмиттерные цепитранзисторов. Резисторы R1 и R2 напряжение смещения на оба

транзистора, обеспечивая их работу в классе А.

Работа схемы. Так как транзисторы разнотипные, то в каждый полупериододин транзистор открыт, другой закрыт. Открытый транзистор всесвои возможности тратит на усиление одной полуволны входного

сигнала. (Использует всю динамическую характеристику MN см.рис.4.12 кл. B) В следующий полупериод транзисторы меняются местами, иуже другой транзистор усиливает вторую полуволну входного

сигнала. В результате в нагрузке протекает переменный ток судвоенной амплитудой. Так как транзисторы включены по схеме собщим коллектором, которая усиления по напряжению не дает, усиление мощности происходит за счет усиления тока.

 

Усилитель постоянного тока

Усилители постоянного тока часто называются усилителямимедленно изменяющихся величин или усилителями сгальваническими связями. Особенностью схем усилителей постоянного тока является

отсутствие в них реактивных элементов – индуктивностей, конденсаторов, трансформаторов. Для медленно изменяющегосянапряжения сопротивление катушки индуктивности  L   L

будет равно нулю, а сопротивление конденсатора Х с =1/С равнобесконечности. Отсюда становится ясным, что связь междукаскадами не может быть емкостной и не может быть индуктивной.

Это вызывает серьезные трудности при проектировании усилителейпостоянного тока.

Область применения усилителей постоянного тока широка. Они применяются в разных устройствахавтоматики, так как многиедатчики (термодатчики, фотодатчики) систем регулированиявыдают сигнал в виде постоянного тока. Из-за гальванической связи между каскадами любоеизменение коллекторного напряжения предыдущего каскада, вызванное изменением напряжения источника питания Еки

старением элементов схемы или изменением температурыокружающей среды, последующими каскадами ощущается какполезный сигнал и усиливается. Непостоянство выходного напряжения, вызванное

причинами, не зависящими от уровня входного сигнала, называетсядрейфом нуля. Для сравнения различных усилителей постоянноготока дрейф нуля приводится к входу усилителя. Дрейф определяется

в мВ/сутки (временный дрейф нуля) или для полупроводниковыхусилителей в мВ/град (температурный дрейф). Например, Uвх.др= Uвых.др/КU = 3 мВ/сутки считается небольшим. В полупроводниковых усилителях наиболее ощутимтемпературный дрейф нуля, вызываемый первым каскадомусилителя, так как изменение коллекторного напряжения первоготранзистора усиливает остальные каскады. Поэтому во входнойцепи усилителя применяется температурная стабилизация. Эффективным средством снижения дрейфа являетсяприменение дифференциальных усилителей

 

.

Пример дифференциального усилительного каскада(интегральная микросхема К1УТ221) с двумя источниками питанияпоказан на рисунке 4.15.

Каскад представляет собой сбалансированный мост, верхниеплечи которого образуют резисторы Rк1 иRк2, а нижние –транзисторы VТ1 и VТ2. Рабочая точка транзисторовобеспечивается источником питания Ек2, благодаря которому наэмиттеры транзисторов подан минус, т. е. на базы поданплюс. Транзистор VТ3, резисторы R1, R2, R3 и транзистор VТ4 вданном включении образуют источник стабильного тока. В подобных схемах часто один вход заземляют, а входнойсигнал подают на другой вход. Если подать, например, на вход VТ1 положительный сигнал, VТ1 откроется, его ток эмиттераувеличится, а, поскольку общий ток эмиттеров Iэ=const, токтранзистора VТ2 Iэ2 уменьшится на ту же величину. Таким образом, коэффициент усиления по напряжению дифференциального каскадабудет такой же, как у одного транзистора. Дифференциальный усилитель имеет широкоераспространение, так как является главной составной частьюоперационных усилителей.

Операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ) – это высококачественныйусилитель постоянного тока (УПТ) работающий в режиме глубокойотрицательной обратной связи (ООС) и предназначенный длявыполнения различных операций над аналоговыми величинами.Это наиболее распространенная аналоговая интегральнаямикросхема (ИМС). В ОУ сосредоточены основные достоинстваусилительных схем. Идеальный операционный усилитель имееткоэффициент усиления по напряжению  K u (105 106), большоевходное сопротивление  R вх(105 Ом), малое выходноесопротивление вых0 R  (десятки Ом), минимальный дрейф нуля,усиливает сигналы в широком спектре частот: от нуля до десятковмегагерц. Схемные обозначения ОУ приведены на рис. 4.16 а,б.

ОУ имеет два входа: вход 1 называют инвертирующим,вход 2 – неинвертирующим. Выходное напряжение U выхсвязано свходными напряжениями U вх1 и U вх2 соотношением  U вых K U U вх2 U вх1 .Из (4.1) следует, что ОУ воспринимает только разностьвходных напряжений, называемую дифференциальным входнымсигналом, и нечувствителен к любой составляющей входногонапряжения, воздействующей одновременно на оба входа(синфазный входной сигнал).В качестве источника питания ОУ используют двуполярныйисточник напряжения ( E п,  E п). Средний вывод этого источника,как правило, является общей шиной для входных и выходныхсигналов. Применение двух источников питания при подключениинагрузки к их общей точке позволяет формировать на выходедвуполярное напряжение. Следовательно, передаточнаяхарактеристика усилителя расположена в двух квадрантах. На рис.4.17 а,б приведены передаточные характеристики идеального ОУсоответственно для неинвертирующего (рис. 4,17 а) иинвертирующего (рис. 4.17, б) входов. У реальных ОУ они могутбыть смещены (см. пунктирную линию 1 на рис 4.17 а,б) навеличину U 0, называемую напряжением смещения.__

Сумматор на ОУ

Суммирующий усилитель является разновидностью

инвертирующего масштабного усилителя.

Интегратор на ОУ

Дифференциатор на ОУ

Компаратор на ОУ

В импульснойтехникешироко применяется ОУ при егоработе в нелинейном режиме. Ранеемы рассматривали работу ОУ влинейном усилительном режиме. Как только входной сигналпревышает значение, допустимое для зоны линейности, выходноенапряжение ОУ ограничено значением вых max U. Это ограничениенапряжения вызвано тем, что при больших сигналах транзисторывыходных каскадов ОУ работают в ключевом режиме, при этомпредельно достижимое выходное напряжение вых max U ненамного

меньше ЭДС источника. Таким образом, передаточнаяхарактеристика ОУ содержит участок положительного насыщения,когда ΔUвх>Uгр(ΔUвх=Uвх1 - Uвх2) и отрицательного насыщения, когда ΔUвх<- Uгр. Посколькукоэффициент усиления ОУ очень велик(К ), то Uгр. весьмамало. В реальных ИМС – неболее

несколькихмилливольт. Значит выходное напряжение ОУ зависитот того, какое из входныхнапряженийбольше, т.е. ОУ являетсясхемой сравнение напряжений и это его свойство используется вкомпараторах.

Компаратор – это устройство, предназначенное длясравнения двух напряжений. Компаратор изменяет уровеньвыходного напряжения, когда уровни непрерывно изменяющихсявходных сигналов становятся равными. Компаратор также называютнуль-органом, так как в моментсрабатываниясигналнавходе

 U = U вх2- U вх10.

Напрактике наиболее широкое распространение имееткомпаратор, у которого уровни включения и выключения несовпадают, такая схема носит название порогового элемента илитриггера Шмитта. Схемаоднопорогового компаратора на ОУ безцепи обратной связи, у которогонапряжениявключения и

Входнойизменяющийся сигнал U вхподается наинвертирующий вход, а неинвертирующий входподключается кобщей шине устройства через источник эталонного напряжения E эт. В этом случае при идеальном ОУ (R вх) напряжение междунвертирующим и неинвертирующим входами достигнетнулевого

уровня, когдауровень и полярность входного напряжения будут вточности равны параметрам эталонного напряжения. В этот моментпроизойдет срабатывание компаратора, на выходе вместо + U вых max получаем - U вых max. Напряжение E этназываютпорогомсрабатывания