www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua

Русский: Русская версия English: English version

Translate it!

+ Поиск по всему сайту
+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по каталогу схем
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

ВСЕ СТАТЬИ А-Я

БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
СПРАВОЧНИК
АРХИВ СТАТЕЙ

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ, НОВИНКИ ЭЛЕКТРОНИКИ

ФОРУМЫ
ВАШИ ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
ОТЗЫВЫ О САЙТЕ

КАРТА САЙТА

Бесплатная техническая библиотека РАЗДЕЛЫ БЕСПЛАТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ:
Архив и лента новостей
Книги и сборники
Технические журналы
Архив статей и поиск
Схемы и сервис-мануалы
Электронные справочники
Русские инструкции
Радиоэлектронные и электротехнические устройства

СКАЧАЙТЕ БЕСПЛАТНО:

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Автомобильные электронные устройства
Аккумуляторы, зарядные устройства
Акустические системы
Альтернативные источники энергии
Антенны
Антенны КВ
Антенны телевизионные
Антенны УКВ
Антенные усилители
Аудио и видеонаблюдение
Аудиотехника
Блоки питания
Бытовая электроника
Бытовые электроприборы
Видеотехника
ВЧ усилители мощности
Галогенные лампы
Генераторы, гетеродины
Гирлянды
Гражданская радиосвязь
Детекторы напряженности поля
Дозиметры
Дом, приусадебное хозяйство, хобби
Зажигание автомобиля
Заземление и зануление
Зарядные устройства, аккумуляторы, батарейки
Защита электроаппаратуры
Звонки и аудио-имитаторы
Измерения, настройка, согласование антенн
Измерительная техника
Индикаторы, датчики, детекторы
Инструмент электрика
Инфракрасная техника
Кварцевые фильтры
Компьютерные интерфейсы
Компьютерные устройства
Компьютерный модинг
Компьютеры
Личная безопасность
Люминесцентные лампы
Медицина
Металлоискатели
Микроконтроллеры
Микрофоны, радиомикрофоны
Мобильная связь
Модернизация радиостанций
Модуляторы
Молниезащита
Музыканту
Начинающему радиолюбителю
Ограничители сигнала, компрессоры
Освещение
Освещение. Схемы управления
Охрана и безопасность
Охрана и сигнализация автомобиля
Охрана и сигнализация через мобильную связь
Охранные устройства и сигнализация объектов
Переговорные устройства
Передатчики
Передача данных
Предварительные усилители
Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы
Применение микросхем
Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп
Работа с CAD-программами
Радиолюбительские расчеты
Радиолюбителю-конструктору
Радиоприем
Радиостанции портативные
Радиостанции, трансиверы
Радиоуправление
Разная бытовая электроника
Разные компьютерные устройства
Разные узлы радиолюбительской техники
Разные устройства гражданской радиосвязи
Разные электронные устройства
Разные электроустройства
Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Регуляторы тембра, громкости
Регуляторы тока, напряжения, мощности
Сварочное оборудование
Светодиоды
Синтезаторы частоты
Смесители, преобразователи частоты
Спидометры и тахометры
Справочник электрика
Справочные материалы
Стабилизаторы напряжения
Студенту на заметку
Телевидение
Телефония
Теория антенн
Техника QRP
Технологии радиолюбителя
Технология антенн
Трансвертеры
Узлы радиолюбительской техники
Усилители мощности
Усилители мощности автомобильные
Усилители мощности ламповые
Усилители мощности транзисторные
Усилители низкой частоты
Устройства защитного отключения
Фильтры и согласующие устройства
Цветомузыкальные установки
Цифровая техника
Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки
Электрику
Электрику. ПТЭ
Электрику. ПУЭ
Электрические схемы автомобилей
Электрические счетчики
Электричество для начинающих
Электробезопасность, пожаробезопасность
Электродвигатели
Электромонтажные работы
Электронный впрыск топлива
Электропитание
Электроснабжение
Электротехнические материалы

СТАТЬИ БЕСПЛАТНО:
Батарейки и аккумуляторы
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому - простые рецепты
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель
Конспекты лекций, шпаргалки
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Мобильные телефоны
Моделирование
Опыты по физике
Опыты по химии
Нормативная документация по охране труда
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей
Радио - начинающим
Секреты ремонта
Советы радиолюбителям
Строителю, домашнему мастеру
Справочная информация
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Функциональный состав импортных ТВ
Функциональный состав, пульты, шасси, эквиваленты импортных телевизоров
Чудеса природы. Увлекательное путешествие вокруг земного шара
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

ЖУРНАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Блокнот Радиоаматора
Домашний компьютер
Домашний ПК
КВ журнал
КВ и УКВ
Квант
Компьютерра
Конструктор
Левша
Моделист-конструктор
М-Хобби
Наука и жизнь
Новости электроники
Новый Радиоежегодник
Популярная механика
Радио
Радио Телевизия Електроника
Радиоаматор
Радиодело
Радиодизайн
Радиокомпоненты
Радиоконструктор
Радиолюбитель
Радиомир
Радиосхема
Радиохобби
Ремонт и сервис
Ремонт электронной техники
Сам
Сервисный центр
Силовые машины
Схемотехника
Техника - молодежи
Химия и жизнь
ЭКиС
Электрик
Электроника
Юный техник
Юный техник для умелых рук
Я - электрик
A Radio. Prakticka Elektronika
Amaterske Radio
Chip
Circuit Cellar
Electronique et Loisirs
Electronique Pratique
Elektor Electronics
Elektronika dla Wszystkich
Elektronika Praktyczna
Everyday Practical Electronics
Evil Genius
Funkamateur
Nuts And Volts
QEX
QST
Radiotechnika Evkonyve
Servo
Stereophile

КНИГИ СЕРИЙНЫЕ БЕСПЛАТНО:
Библиотека по автоматике
Библиотека электромонтера
Библиотечка Квант
Библиотечка электротехника
Знай и умей
Массовая радиобиблиотека

КНИГИ ПО РАДИОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Аппаратура СВЧ
Запись и воспроизведение звука
Ламповая аппаратура
Начинающему радиолюбителю
Охрана и безопасность
Радиолокация, навигация
Радиотехнические технологии
Радиоуправление, моделизм
Робототехника
Схемотехника
Теоретическая электроника, радиотехника
Усилители
Цифровая обработка сигналов
Электроника в быту
Электроника в медицине
Электроника в науке
Электроника для музыканта

КНИГИ ПО РЕМОНТУ БЕСПЛАТНО:
Ремонт аудиотехники
Ремонт бытовая техники
Ремонт видеотехники
Ремонт телевизоров ламповых
Ремонт телевизоров полупроводниковых
Ремонт мониторов
Ремонт оргтехники
Ремонт радиоприемников
Ремонт телефонов и факсов
Спутниковое телевидение
Теория телевидения
Теория ремонта электроники

КНИГИ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ БЕСПЛАТНО:
Измерения и метрология
Измерительная аппаратура
Измерительная техника. Схемы и описания

КНИГИ ПО СВЯЗИ БЕСПЛАТНО:
Антенны
Аппаратура любительской радиосвязи
Линии связи, передача данных
Мобильные телефоны
Теория и практика радиосвязи

КНИГИ ПО ЭЛЕКТРИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автоматика, автоматизация, управление
Аккумуляторы, элементы питания, зарядные устройства
Альтернативные источники энергии
Источники питания, стабилизаторы, преобразователи
Молниезащита
Осветительная аппаратура
Охрана труда, электробезопасность, пожаробезопасность
Релейная защита
Сварка, сварочное оборудование
Теория электротехники
Устройства телемеханики
Электрику, электромонтажнику, электромеханику
Электрические сети, воздушные и кабельные линии
Электродвигатели
Электрооборудование
Электропривод
Электростанции, подстанции
Электротехнические справочники
Энергетика, электроснабжение

СБОРНИКИ БЕСПЛАТНО:
В помощь радиолюбителю
Радиоаматор-лучшее
Радиоежегодник

СПРАВОЧНИКИ БЕСПЛАТНО:
Зарубежные микросхемы и транзисторы
Измерительная техника. Схемы и описания
Медицинская аппаратура
Механизмы импортной аудио и видеоаппаратуры
Прошивки зарубежной аппаратуры
Пульты ДУ импортных телевизоров
Радиокомпоненты Atmel
Радиокомпоненты Cirrus Logic
Радиокомпоненты Maxim
Радиокомпоненты Microchip
Радиокомпоненты Mitsubishi
Радиокомпоненты Motorola
Радиокомпоненты National Semiconductor
Радиокомпоненты Panasonic
Радиокомпоненты Philips
Радиокомпоненты Rohm
Радиокомпоненты Samsung
Радиокомпоненты Sharp
Радиокомпоненты Sony
Радиокомпоненты Toshiba
Соответствие моделей и шасси телевизоров
Строчные трансформаторы HR
Строчные трансформаторы Konig

СХЕМЫ И СЕРВИС-МАНУАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Бытовая техника Beko
Бытовая техника Braun
Бытовая техника Candy
Бытовая техника Elenberg
Бытовая техника Elica
Бытовая техника Gorenje
Бытовая техника Hansa
Бытовая техника Merloni
Бытовая техника SEB
Бытовая техника Snaige
Бытовая техника Stinol
Бытовая техника Universal
Бытовая техника Whirpool

Зарубежные DVD-плееры
Зарубежные автомагнитолы
Зарубежная аудиоаппаратура
Зарубежные видеокамеры
Зарубежные видеомагнитофоны и видеоплееры
Зарубежные мониторы
Зарубежные моноблоки
Зарубежные телевизоры
Зарубежные телефоны
Зарубежные факсы

Мобильники Benq-Siemens
Мобильники Eastcom
Мобильники Ericsson
Мобильники Fly Bird
Мобильники LG
Мобильники Maxon
Мобильники Mitsubishi
Мобильники Motorola
Мобильники Nokia
Мобильники Panasonic
Мобильники Pantech
Мобильники Samsung
Мобильники Sharp
Мобильники Siemens
Мобильники Sony-Ericsson
Мобильники TCL
Мобильники Voxtel

Отечественные телевизоры
Отечественная аудиоаппаратура

Справочники по вхождению в режим сервиса

Схемы блоков питания импортных телевизоров и видеотехники

Телевизоры Avest
Телевизоры Beko
Телевизоры, аудио, видеотехника Elenberg, Cameron, Cortland
Телевизоры Erisson
Телевизоры Rainford
Телевизоры Roadstar
Телевизоры Rolsen
Телевизоры Vestel
Телевизоры Витязь
Телевизоры Горизонт
Телевизоры Рекорд
Телевизоры Рубин

Станки металлообрабатывающие
Электроинструмент Bocsh
Электроинструмент Makita

БЕСПЛАТНЫЙ АРХИВ СТАТЕЙ
(150000 статей в Архиве)

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ:
Библиотечка Квант указатель
Библиотека по автоматике указатель
Библиотека электромонтера указатель
Библиотечка электротехника указатель
Блокнот Радиоаматора указатель
В помощь радиолюбителю указатель
Знай и умей указатель
Массовая радиобиблиотека указатель
КВ и УКВ указатель
КВ журнал указатель
Квант указатель
Конструктор указатель
Моделист-конструктор указатель
Наука и жизнь указатель
Новости электроники указатель
Новый Радиоежегодник указатель
Популярная механика указатель
Радио указатель
Радиоаматор указатель
Радиоаматор-лучшее указатель
Радиоежегодник указатель
Радиодело указатель
Радиодизайн указатель
Радиокомпоненты указатель
Радиоконструктор указатель
Радиолюбитель указатель
Радиомир указатель
Радиосхема указатель
Радиохобби указатель
Ремонт и сервис указатель
Ремонт электронной техники указатель
Сам указатель
Сервисный центр указатель
Силовая электроника указатель
Схемотехника указатель
Техника - молодежи указатель
Химия и жизнь указатель
ЭКиС (Электронные компоненты и системы) указатель
Электрик указатель
Электроника указатель
Юный техник указатель
Я - электрик указатель

СПРАВОЧНИК БЕСПЛАТНО

ПАРАМЕТРЫ РАДИОДЕТАЛЕЙ БЕСПЛАТНО

ДАТАШИТЫ БЕСПЛАТНО

ПРОШИВКИ БЕСПЛАТНО

РУССКИЕ ИНСТРУКЦИИ БЕСПЛАТНО


Стол заказов СТОЛ ЗАКАЗОВ:

СХЕМЫ ПОД ЗАКАЗ:
Импортные DVD
Импортные автоаудио
Импортные аудио
Импортные видеокамеры
Импортные видеомагнитофоны
Импортные кондиционеры
Импортные мониторы
Импортные моноблоки
Импортные проекторы
Импортные СВЧ-печи
Импортная спутниковая аппаратура
Импортные стиральные машины
Импортные телевизоры
Импортные телефоны
Импортные факсы
Импортные фотоаппараты
Импортные холодильники

Отечественные автоаудио
Отечественные видеомагнитофоны
Отечественные магнитофоны
Отечественные мониторы
Отечественные приборы
Отечественные радиолы
Отечественные радиоприемники
Отечественные усилители
Отечественные цветные телевизоры
Отечественные черно-белые телевизоры
Отечественные электрофоны


Бонусы БОНУСЫ:

НА ДОСУГЕ:
Интерактивные флеш-игры
Игры он-лайн
Ваши истории
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика

ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ

ССЫЛКИ

ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ

Оставить отзыв о сайте

ДИАГРАММА
© 2000-2017

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека Как скачивать файлы с сайта? Как скачивать файлы с сайта? Добавить в закладки, оставить отзывДобавить в закладки, оставить отзыв

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Большая подборка статей со схемами, иллюстрациями, комментариями Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Стабилизация режима усилителей класса АВ

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

Комментарии к статье Комментарии к статье

В предлагаемой вниманию читателей статье представлен способ автоматической регулировки напряжения смещения двухтактных усилителей для стабилизации тока, потребляемого усилителем при прохождении усиливаемого сигнала через ноль и в состоянии покоя.

К достоинствам статьи можно отнести методику расчета и проверки стабильности режима выходного каскада УМЗЧ.

Усилители класса АВ наиболее распространены среди линейных усилителей мощности, поскольку позволяют сочетать высокую экономичность усилителей класса В с отсутствием искажений в усилителях класса А. Однако формирование необходимого для этого напряжения смещения транзисторов, поддерживающего плечи двухтактного каскада в режиме оптимального начального тока (тока покоя), было и остается основной проблемой построения таких усилителей, проблемой стабилизации их параметров. Объясняется это нестабильностью характеристик транзисторов, их зависимостью от температуры и уровня сигнала, а также от разброса и дрейфа параметров тех же транзисторов. В статье [1] речь идет не столько о стабилизации, сколько об обеспечении "определенности" режима. Достигнутый практический уровень характеризует подборка схем в [2]. Из них и из других известных автору публикаций видно, что приемлемого схемотехнического решения стабилизации режима усилителей этого класса до сих пор нет; не сформулировано однозначного способа (правила, критерия, алгоритма) регулирования напряжения смещения, который позволял бы автоматически устанавливать оптимальное напряжение смещения мощных транзисторов. Одно из решений этой проблемы предлагается ниже.

Критерий оптимальности

Режим усилителей наиболее эффективно стабилизируют методами обратной связи путем измерения некоторой электрической величины, зависящей от напряжения смещения, сравнения ее с эталонным значением и автоматического регулирования. Попытки регулировкой напряжения смещения стабилизировать ток покоя усилителей приводили или только к частичному решению задачи [3, 4], или к созданию усилителей [5], обладающих необходимой стабильностью, но проигрывающих высококачественным усилителям класса АВ по некоторым параметрам. Ток этих усилителей в момент прохождения усиливаемого сигнала через ноль - его называют начальным током - не равен току покоя усилителей; их правильнее отнести к усилителям с динамическим смещением. Для двухтактных усилителей со стабилизацией минимальных токов плеч [6], кроме того, опасно перевозбуждение. Только стабильные по всем параметрам усилители класса АВ можно считать совершенными, находящимися вне конкуренции.

Критерий оптимальности напряжения смещения усилителей класса АВ - стабильность начального тока, равного току покоя усилителя класса АВ и поддерживаемого автоматически.

Этот критерий оптимальности без его формулировки и без разделения понятий тока покоя и начального тока использован в [7]. Однако автор выбрал неудачную методику определения начального тока (в терминологии автора - тока покоя) путем его вычисления с помощью операционных усилителей как разницы между измеряемыми токами плеч и нагрузки. Кроме сложности реализации и довольно больших потерь мощности в измерительных резисторах, основной недостаток выбранной методики заключается в том, что погрешность определения может превосходить искомое значение. Развитием идей из [7] можно считать техническое решение [8], где достигнут хороший результат применительно к усилителям на полевых транзисторах, но недостаточно полно формулируются и выполняются требования, обязательные для любых усилителей класса АВ. Ниже подробно рассмотрен метод измерения начального тока с помощью детектора минимальных значений суммы токов в плечах двухтактного каскада.

Теоретическое обоснование

Для того чтобы выявить возможность измерения начального тока в двухтактном каскаде на фоне меняющихся сигналов, рассмотрим изменения токов в плечах такого каскада и их суммы в предположении, что ток сигнала в нагрузке изменяется по простейшему синусоидальному закону:

iн = lmsinα.

Здесь iн - мгновенное значение тока нагрузки; Im - его амплитуда; α = Ωt - фазовый угол; Ω - рабочая частота; t - время.

Характер изменения токов в плечах двухтактного каскада изображен на рис. 1 ,а, а суммы абсолютных значений токов - на рис. 1 ,б.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 1.

Ток нагрузки в двухтактном каскаде определяется разностью токов плеч или суммой абсолютных значений приращений токов плеч

iн = |Δi1| + lΔi2|.

При малых токах сигнала оба плеча усилителя работают в линейном режиме класса А. Приращения токов плеч по абсолютной величине равны половине тока нагрузки:

 |Δi1| + lΔi2| = 0,5iн = 0,5lmsinα,

и выражения для токов плеч будут иметь вид

при 0 ≤ α ≤ α0.

Здесь и далее через α0 обозначен фазовый угол, при превышении которого усилитель переходит из режима класса А в режим с отсечкой тока в плече.

Если все токи нормировать по отношению к максимальному току нагрузки (нормированные токи обозначены жирным шрифтом)

Iнач/Im = Iнач  и   Im/I= 1  то

 

при 0 ≤ α ≤ α0.

При α = α0 ток второго плеча уменьшается до нуля, т. е.

iнач - 0,5sinα0 = 0.

Из этого определяем α0 = arcsin2IНАЧ.

В режиме отсечки тока в одном плече ток нагрузки определяется приращениями тока другого плеча:

при α0 ≤ α ≤ π/2.

При α ≥ π/2 характер изменения токов повторяется в обратном порядке, а при α >π меняется знак тока нагрузки и его формирование производится другим плечом (см. рис. 1).

Сумма токов плеч 

имеет постоянное минимальное значение, определяемое только начальным током усилителя

(i1 + i2)мин = 2Iнач.

Это дает возможность сформулировать способ стабилизации: для стабилизации режима усилителя класса АВ при любом желаемом начальном токе необходимо и достаточно стабилизировать минимальное значение суммы токов плеч, равное двукратному значению начального тока одного плеча.

Обобщенная структурная схема

На рис. 2 приведена простейшая схема усилителя со стабилизацией начального тока по предлагаемому способу. Она получена доработкой схемы из [4] путем включения в нее резистора R13 и пикового детектора на транзисторе VT8. Импульсы напряжения на резисторе R13 максимальны при минимальном суммарном напряжении на резисторах R10 и R11, т. е. в режиме покоя усилителя и при прохождении сигнала через ноль. Эмиттерным током транзистора VT8 заряжается конденсатор C3 до напряжения, чуть ниже максимального напряжения на резисторе R13. При этом напряжение на входе регулятора напряжения смещения VT3 тем больше, чем меньше суммарное напряжение на резисторах R10 и R11. При уменьшении начального тока транзисторов VT6 и VT7 напряжение смещения возрастает, а при их возрастании - уменьшается. В результате начальный ток транзисторов оконечного каскада стабилизируется на уровне тока покоя.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 2.

Вне зависимости от конкретного исполнения, будь то трансформаторный или бестрансформаторный усилитель с параллельным или последовательным включением плеч, можно назвать обязательные для стабилизации его режима элементы. Эти элементы изображены на рис. 3, часть которых применяется, в частности, в усилителе, схема которого изображена на рис. 2. В обобщенную схему входят сам усилитель и регулятор напряжения смещения, за исключением нагрузки R„. Регулятором напряжения смещения служит транзистор VT3 с резистором R6.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 3.

Датчиками 1 и 2 токов в двух плечах усилителя на рис. 2 являются резисторы R10 и R11; суммирующее устройство реализовано последовательным включением этих резисторов: с них снимается напряжение, пропорциональное сумме токов. С помощью транзистора VT3 минимальное суммарное напряжение инвертируется в максимальное напряжение на резисторе R13. Детектирование этого напряжения осуществляется транзистором VT8 с RC-цепью R12С3.

Все эти элементы целесообразно объединить в специальный модуль стабилизации, поскольку именно ими в комплексе стабилизируется любой заданный начальный ток усилителя и обеспечивается равенство этого тока току покоя. В усилении сигнала эти элементы не участвуют. Ниже дано описание более сложного модуля стабилизации, предназначенного для симметричной схемы усилителя с датчиками тока, вынесенными к цепям питания.

Выбор начального тока

Обеспечивая возможность стабилизации начального тока, необходимо обосновать выбор его оптимального значения и допустимого интервала изменения. Для выбора оптимального тока Iнач рассмотрим зависимости основных параметров усилителя класса АВ от начального тока, меняющегося в максимальных пределах, т. е. от нуля (класс В) до 0,5Im (класс А) и от амплитуды тока сигнала.

Расчетные графики зависимости этих параметров от начального тока усилителя изображены на рис. 4,а.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 4.

Кривая КПД характеризует зависимость максимального коэффициента полезного действия усилителя от выбранного значения начального тока. При его увеличении максимальный КПД снижается от значения 0,785, свойственного усилителям класса В, до 0,5,свойственного усилителям класса А.

Кривая Pтепл/Pвых макс   рахактеризует максимальную тепловую мощность, выделяемую на выходных транзисторах, от выбранного начального тока усилителя. При начальном токе Iнач ≥ 0,13Im, максимальная тепловая мощность определяется именно этим током в состоянии покоя усилителя (восходящий прямолинейный участок кривой). При меньшем начальном токе максимальная тепловая мощность определяется в основном мощностью от переменного тока сигнала, выделяемой на усилительных транзисторах. Для усилителей класса В (при Iнач = 0) максимум тепловой мощности достигает 0,405Рвых макс.

Кривая tмин/T характеризует относительную продолжительность (в долях периода) минимума суммы токов плеч в зависимости от начального тока:

 tмин/T = α0/(π/2) = 2α0/С = (2arcsin (2Iнач))/π.

Эта зависимость характеризует необходимое быстродействие (время считывания) детектора минимальных значений. Продолжительность минимума суммы токов тем больше, а требования к пиковому детектору соответственно тем ниже, чем больше начальный ток. В классе А пиковый детектор вообще не нужен. С уменьшением начального тока требования к пиковому детектору, естественно, возрастают.

На рис. 4,б изображена зависимость тепловой мощности, выделяемой на усилительных транзисторах, от тока сигнала при разных начальных токах усилителя. На этих кривых наглядно видна зона оптимальных значений начального тока. Ею можно считать ток от 0 до 0,1Im. При максимальном токе этого диапазона гарантированно отсутствуют искажения типа "ступенька", а тепловая мощность, выделяющаяся на транзисторах в режиме покоя, не превосходит мощности, выделяемой на них в режиме сильного сигнала. Во всем возможном интервале значений токов сигнала она колеблется вокруг значения 0,4Рвых макс и максимально превосходит максимальную тепловую мощность усилителей класса В только на 10%, оставаясь меньше максимальной тепловой мощности усилителей класса А в 4,5 раза.

Максимальный КПД усилителя с таким начальным током равен 77 %, что только на 2 % ниже, чем в усилителях класса В. Дальнейшее увеличение начального тока, хотя и допустимо, не дает никакого энергетического выигрыша и почти не снижает искажений. Уменьшение же начального тока желательно с точки зрения снижения тепловых потерь мощности в режиме покоя. Целесообразность этого решает разработчик. Непосредственная стабилизация начального тока устраняет опасность работы с напряжениями смещения, полностью закрывающими усилитель, и тем самым опасность разрыва цепи общей отрицательной обратной связи (ООС). Нелинейные искажения уменьшаются посредством ООС и могут быть проконтролированы при налаживании усилителя. Начальный ток усилителя при этом может быть установлен значительно меньшим, чем 0,1Im.

Верхняя часть динамического диапазона усиливаемых сигналов, выводящих выходной каскад из режима класса А в режим класса АВ, связана соотношением Im/(2Iнач) При начальном токе 0,1Iона составляет 14 дБ, а при начальном токе 0,05Im - 20 дБ. Если мы посмотрим осциллографом усиливаемый сигнал, то увидим пиковые значения, на 14...20 дБ превышающие среднеквадратический уровень звуковых сигналов. Это означает, что если максимальная выходная мощность усилителей используется для неискажающего воспроизведения именно этих пиков, то большую часть времени усилитель работает при относительно малых уровнях сигнала, т. е. в режиме класса А. Этим оправдывается снижение тока покоя и, соответственно, потребляемой мощности в этом режиме. Максимальное значение начального тока рекомендуемого интервала выделено на рис. 4,а штриховкой.

Экспериментальный усилитель

На рис. 5 представлена схема высококачественного усилителя средней мощности, нагрузкой которого может служить акустическая система S-30.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 5.

При рассмотрении схемы можно считать замкнутыми попарно выводы 1 и 3, а также 4 и 6 модуля стабилизации. Выводы 2 и 5 являются противофазными выходами для управления регуляторами напряжения смещения.

Особенностями самого усилителя являются использование мощных полевых транзисторов в выходном каскаде и симметричность структуры для обеих полярностей усиливаемого сигнала. Напряжение смещения для полевых транзисторов образуется на резисторах R17 и R18 токами транзисторов VT1 и VT2, а их автоматическая регулировка - синхронной регулировкой токов предварительных каскадов усилителя транзисторами VT3 и VT4. Резисторы Rl9 и R20 служат для повышения динамической стабильности транзисторов, элементы С10, R21, R22 и L1 - для коррекции частотной характеристики системы с комплексным характером нагрузки.

Модуль стабилизации

Модуль стабилизации для симметричной схемы усилителя имеет изолированные от нагрузки измерители тока плеч, а в качестве источника образцового напряжения используется общий источник питания; кроме того, модуль имеет два противофазных выхода. Его схема изображена на рис. 6.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 6.

Измерительными датчиками минимального тока в плечах выходного каскада служат резисторы R1 и R3, шунтированные, как и в схеме на рис. 2, кремниевыми диодами VD1 и VD2 для обхода большим током нагрузки. Для суммирования используются уменьшенные копии этих токов, сформированные транзисторами VT3 и VT4 с токозадающими резисторами R4 и R5. Транзисторы VT1 и VT2 служат для компенсации напряжения база-эмиттер транзисторов VT3 и VT4. Благодаря этому напряжение на резисторах R4 и R5 можно считать равным напряжению на резисторах R1 и R3, а коэффициент передачи тока от измерителей к копирующим каскадам равным отношению сопротивлений резисторов R1 к R4 и R3 к R5.

Суммирующее устройство реализовано на резисторе R7. Масштабируемая копия тока нижнего плеча выходного каскада подается на него непосредственно через коллектор VT4, а соответствующая тому же масштабу копия тока верхнего плеча - транзистором VT3 через токовое зеркало на транзисторах VT5, VT6 с резисторами R6 и R8. Токи транзисторов VT4 и VT6 суммируются с током транзистора VT8 на резисторе R7. Минимум суммы токов VT4 и VT6 при этом превращается в максимум тока VT8, т. е. в максимум напряжения на резисторе R12 при прохождении усиливаемого сигнала через ноль и в режиме покоя усилителя.

В состоянии покоя это напряжение постоянно и максимально. По мере роста амплитуды сигнала оно получает сначала небольшие и редкие, затем глубокие и длительные провалы, приобретая вид хаотичной кривой, вершинами привязанной к максимальным значениям напряжения. Наиболее глубокие провалы соответствуют наибольшей амплитуде сигнала, наибольшая длительность провалов - наиболее низким усиливаемым частотам; плоские вершины соответствуют работе усилителя в режиме класса А, центры вершин - моментам перехода усиливаемого сигнала через ноль.

Пиковый детектор на транзисторе VT7 быстро заряжает конденсатор С1 до напряжения, чуть меньшего (на ΔUбэ ≈ 0,6 В) максимального напряжения на резисторе R12. Постоянная времени τзар ≈ C1·R12/h21Э7, где h21Э7 - коэффициент передачи тока базы транзистора VT7. Разрядка происходит медленнее. Ее постоянная времени τраз ≈ C1·R11.

Отношение  τзарраз = R12/(R11·h21Э7)  должно быть не более относительной продолжительности минимума суммы токов плеч, поскольку зарядка (считывание информации о минимуме суммы токов) должна производиться возможно быстро, а разрядка (хранение этой информации до следующего считывания) должна быть возможно длительной: τзарраз ≤ tмин/T.

Наиболее тяжелый режим работы пикового детектора - режим максимального сигнала на нижней усиливаемой частоте Fн когда провалы напряжения на резисторе R12 максимальны и по глубине, и по длительности. По допустимой амплитуде пульсаций на конденсаторе С1 в этом режиме  δп, выраженной в процентах, при известном сопротивлении разрядки (R11 в схеме рис. 6) можно рассчитать и минимальную емкость этого конденсатора 

Напряжение на этом конденсаторе в режиме покоя усилителя постоянно. В режиме усиления это напряжение приобретает на месте провалов входного напряжения неглубокие (измеряемые единицами или долями процентов) пилообразные импульсы при выходе усилителя из режима класса А, с медленным спадом и быстрым возвратом к максимальному значению в режиме класса А. Это напряжение в среднем остается пропорциональным начальному току усилителя и служит управляющим напряжением регуляторов смещения.

Пульсации управляющего напряжения неизбежно вносят на низших частотах сигнала небольшие искажения. Но эти искажения тем меньше, чем больше емкость накопительного конденсатора детектора; они вносятся только в сильный сигнал, выводящий усилитель из класса А, а в симметричной схеме, как наша, взаимно компенсируются плечами усилителя. В экспериментальном усилителе эти искажения никак не ощущаются.

В коллекторную цепь транзистора VT7 включена цепь C2R9, точно такая же, как и в эмиттерную - C1R11. Это позволяет получить второй противофазный выход модуля стабилизации. Резистор R10 служит для ограничения бросков тока транзистора VT7 при переходных процессах. Установка начального тока усилителя возможна выбором равных резисторов R1 и R3, а также подбором резистора R7 или R12. Режим стабилизации этого тока не требует впоследствии какой-либо подстройки.

Пример расчета элементов стабилизации

Выбранная акустическая система рассчитана на выходную мощность до 30 Вт. При номинальном ее электрическом сопротивлении 4 Ом и выходной мощности усилителя 15 Вт амплитуда тока составит 2,74 А. Максимальное рекомендуемое значение начального тока, равное току покоя выходных транзисторов, составляет Iнач макс = 0,1Im = 0,274А. Выбираем Iнач = 0,1 А.

Нормированное значение Iнач = Iнач/Im = 0,1/2,74 = 0,0365

Поскольку расчету подлежит замкнутая система с обратной связью, все элементы которой зависят друг от друга, мысленно разорвем ее в точке соединения собственно усилителя и модуля стабилизации. Зададимся удобным для работы номинальным напряжением управления регуляторами смещения, которое должно устанавливаться в этой точке в линейном режиме при выбранном начальном токе (токе покоя) Uупр = 10 В. Это дает возможность рассчитывать элементы двух схем независимо друг от друга.

В самом усилителе (см. рис. 5) для выбранных полевых транзисторов измеренное пороговое напряжение составляет 3,5...3,8 В. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов R17 и R18 такое напряжение достигается при токе транзисторов VT1 и VT2 в интервале 7,45...8,01 мА. Примерно такие же токи должны иметь транзисторы VT5 и VT6. Токи транзисторов VT3 и VT4 равны сумме токов VT1 и VT3 или VT2 и VT4; примем их равными 15 мА. При этом сопротивление резисторов R5 = R6 = (Uупр - ΔUбэ)/IVT3 = (10 - 0,6)/15·10-3 ≈ 620 Ом.

Неравенство порогового напряжения транзисторов VT7 и VT8 и соответствующих токов транзисторов VT1 и VT2 достигается автоматически действием ООС через резистор R13, обеспечивающей равенство токов стока транзисторов VT7 и VT8.

Переходим к расчету элементов модуля стабилизации (см. рис. 6). Сопротивление резисторов R1 и R3 выбираем таким, чтобы рабочее напряжение на них, обусловленное удвоенным начальным током, было заведомо меньше напряжения открывания (0,6 В) мощных кремниевых диодов VD1 иVD2: R1 = R3 < Uотк/(2Iнач) = 0,6/(2·0,1) = 3 Ом.

Выбираем R1 = R3 = 2 Ом.

Рабочее напряжение на этих резисторах в состоянии покоя усилителя, контролируемое при его настройке (правильнее сказать - при проверке настраивать нечего), составит

UR1 = UR3 = Iнач·R1 = 0,2 В.

При выбранных значениях R4 = R5 = 100 Ом токи транзисторов VT3 и VT4 будут уменьшенными в 50 раз копиями токов плеч усилителя. В режиме молчания и при переходе сигнала через ноль они будут равны 2 мА. Максимальное значение этих токов, равное 7 мА, определяется максимальным напряжением (0,7 В) на диодах VD1 и VD2. Сопротивление резистора R7 выбираем из условия, что максимальным током одного из

транзисторов VT3 или VT4 при прохождении достаточно сильного сигнала каскад

на транзисторе VT8 может закрываться: R7 = Eпит/(2·Iмакс) = 60/(2·7) = 4,3 кОм. Не опасно, если максимальные токи если максимальные токи транзисторов VT3 и VT4 будут несколько больше или меньше 7 мА. Они не несут информации о начальном токе усилителя, а транзистор VT8 или закрыт, или его ток минимален. В режиме молчания или при прохождении напряжения сигнала через ноль транзистор VT8 открыт и его коллектор-

ный ток максимален: 

IVT8 макс = (0,5·Eпит - ΔUбэ)/R7 - 2Iнач/50 = (0,5 · 60 - 0,6)/4,3 - (2 · 100)/50 = 3 мА.

При этом токе формируется номинальное напряжение управления регуляторами напряжения смещения. Сопротивление резистора R12 определяем из условия, что постоянное напряжение на нем в режиме молчания или пульсирующее в момент перехода усиливаемого сигнала через ноль будет на ΔUбэ больше, чем управляющее напряжение:

R12 = (Uупр + ΔUбэ)/IVT8 макс = (10 + 0,6)/3 = 3,6 кОм

Численный расчет минимальной емкости конденсатора С1 по формуле, приведенной в предыдущем разделе, при Fн = 20 Гц и δп = 3 % дает 82 мкФ. Примененные конденсаторы С1 и С2 имеют меньшую емкость, но она увеличена вдвое конденсаторами С4 и С5 самого усилителя (рис. 5).

Проверяем быстродействие пикового детектора:

τзарраз = R12/(R11·h21Э7) = 3600/(10000 · 100) = 0,0036;

 tмин/T = (2 · arcsin (2 · 0,0365))/π = 0,0465.

Соотношение   τзарраз ≤ tмин/T  выполняется с запасом.

Выведем формулу для проверочного расчета начального тока по выбранным и заданным параметрам элементов схемы. Ток покоя (он же начальный) мощных транзисторов определяется их напряжением смещения, которое при высокой или очень высокой крутизне восходящих участков характеристик полевых транзисторов не сильно отличается от порогового напряжения этих транзисторов, поэтому будем считать, что при любом начальном токе напряжение смещения примерно равно пороговому.

Учитывая, что токи транзисторов VT3 и VT4 (на рис. 5) делятся транзисторами дифференциальных каскадов пополам, имеем

Второе равенство равносильно первому, поскольку R5 = R6 и R17 = R18.

По схеме на рис. 6 можем записать 

Решая эти выражения совместно, получим для усилителя в целом

Здесь введены дополнительные индексы для обозначения узла, к которому принадлежит тот или иной резистор: мс - модуль стабилизации, ус - собственно усилитель.

Численный расчет с подстановкой в формулу данных усилителя при Uпор = 3,5 В дает значение Iнач = 102,5 мА при допустимой погрешности. Но особенно ценна возможность с помощью этой формулы оценить влияние на начальный ток усилителя дрейфа тех или иных параметров элементов усилителя и, в первую очередь, порогового напряжения полевых транзисторов. Совершенно недопустимое для многих усилителей изменение Uпор транзисторов на ±20 % привело бы к выходу их из строя или к сильным искажениям сигнала. В нашем случае оно только меняет начальный ток усилителя на ±12,5 %, что вполне допустимо и скорее всего даже не будет замечено слушателями.

Конструкция и детали

Усилитель выполнен на базе конструкции "Радиотехника У-101-стерео". Две печатные платы усилителя, соответствующие чертежу на рис. 7, устанавливают вместо печатных плат модулей УНЧ-50-8 на теплоотводы базового усилителя. Оконечные транзисторы VT7 и VT8 закрепляют на изолированных теплоотводах без дополнительной изоляции. Оксидные конденсаторы усилителя - К50-35, С7 - неполярный Jamicon NK, остальные - К10-17. Резисторы R19 и R20 - С5-16МВ, остальные - С2-33Н. Бескаркасный дроссель L1 от модуля УНЧ-50-8 содержит 16 витков провода ПЭВ-11,3, намотанных в два слоя с внутренним диаметром 5 мм.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 7.

Платы модулей стабилизации, чертеж которых изображен на рис. 8, устанавливают перпендикулярно на платы усилителя; они крепятся своими выводами 1-6. Конденсаторы - К50-35, резисторы - С2-33Н.

Стабилизация режима усилителей класса АВ
Рис. 8.

Заключение

Кажущаяся поначалу сложность модуля стабилизации оправдывается действенностью предлагаемого способа стабилизации, легкостью расчета и малой потребляемой мощностью этого модуля, атакже практически отсутствием необходимости налаживания усилителя. Это подтверждается и безупречной работой экспериментального усилителя в течение несколькихлет. Такая стабилизация режима мощных каскадов может быть применена как в усилителях высокого класса и повышенной надежности, так и в большинстве транзисторных усилителей, в устройствах контроля, измерения и автоматики.

Литература

  1. Грошев В. Я. Методы обеспечения определенности и стабильности начального режима двухтактных усилителей на биполярных транзисторах. - Радиотехника, 1989, № 2.
  2. Сухов Н. Лучшие конструкции УНЧ и сабвуферов своими руками. - С.-Пб.: Наука и техника, 2012.
  3. Моисеев В. К., Егоров Н.Н. Бестрансформаторныйдвухтакт-ный усилитель. Авт. свид. № 307487. БИ № 20, 1971.
  4. Ефремов В. С. Бестрансформаторный транзисторный двухтактный усилитель классаАВ. Авт. свид. № 663073. БИ № 18, 1979.
  5. Компаненко Л. Усилитель мощности с "нулевым" током покоя выходного каскада. - Радио, 2004, № 1,с. 18, 19.
  6. Ефремов В. С. Двухтактные усилители со стабилизацией минимальных токов плеч. В сб. Полупроводниковая электроника в технике связи, вып. 23. - М.: Радио и связь, 1983.
  7. Терешин В. Стабилизация тока покоя в усилителях мощности ЗЧ. - Радио, 1987, № 3, с. 33-35.
  8. Мулындин А. Стабилизация тока покоя УМЗЧ с полевыми транзисторами. - Радио, 2008, № 10, с. 9.

Автор: В. Ефремов

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

журналы Радиоаматор 2008 (архив за год)

журналы Техника - молодежи 1942 (архив за год)

книга Пневматические исполнительные устройства в системах автоматического управления. Казинер Ю.Я., Слободкин М.С., 1972

книга Ближний и дальний прием телевидения. Шур А.А., 1991

статья Обугливание сахара

статья Провизор-технолог при приеме рецептов и отпуск лекарственных средств по рецептам врачей. Типовая инструкция по охране труда

справочник Сервисные меню зарубежных телевизоров. Книга №18

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:

E-mail (не обязательно):

Комментарий:

[lol][;)][roll][oops][cry][up][down][!][?]