Однотактный усилитель мощности: Однотактный усилитель мощности

Однотактный усилитель мощности

+E_к

Однотактный
УМ используется для получения небольших
мощностей (рисунок 2.25).

U_вх

VT

R₂

R_э

C_э

C₁

R₁

R_н

T_р

U_вых

Рисунок
2.25 – Однотактный УМ

Назначение
элементов.

Т.
к. R_вых
усилительных каскадов с ОЭ составляет
обычно
сотни Ом и ед. КОМ, а R_н
обычно в несколько десятков раз меньше,
то для согласования R_н
и R_вых
усилителя мощности ставят понижающие
трансформаторы, с коэффициентом n
= w1
/ w2
=

,
где w1
и
w
2-число витков первичной и вторичной
обмоток. Т. е. при \определенном
n
можно добиться равенства R_вых
=
R_н,
т. е. выполнить условие получения P_max
в нагрузочном устройстве.

Делитель
R_б1
/ R_б2
фиксирует по постоянному току потенциал
базы.

R_э
– элемент эмиттерной температурной
стабилизации.

R_э
шунтирован конденсатором С_э,
который позволяет исключить ООС по
переменному току, снижающую К_р.

C_р
– разделительный конденсатор, не
пропускает постоянную составляющую
тока, т. е. исключает шунтирование входной
цепи каскада цепью источника питания
по постоянному току.

Однотактный
УМ работает в режиме А
и усиление входного (например,
синусоидального) сигнала происходит
за один такт, т. е. положительная и
отрицательная полуволны усиливаются
одновременно.

Двухтактный
УМ состоит из двух симметричных плеч
(рисунок 2.26). Транзисторы VТ₁
и VТ₂,
которые подбирают с max близкими
характеристиками, работают в одинаковом
режиме. Единственным отличием в работе
плеч УМ является противофазность I
и U
в цепях баз транзисторов и из этого
следует противофазность I
и U
в коллекторных цепях.

+E_к

T_р
вых

U_вх

ω₁₂

ω₂₁

ω₂₂

ω₁₁

R₂

R₁

VT₂

U_вх2

U_вх1

VT₁

Рисунок
2. 26 – Двухтактный УМ

Назначение
элементов двухтактного УМ аналогично
назначению соответствующих элементов
однократного УМ с учетом того, что они
обслуживают два транзистора. Входной
трансформатор Т_р
вх
обеспечивает получение двух одинаковых
по модулю, но противофазных напряжений
U_вх1
и U_вх2.
Выходной трансформатор Т_р
вых
суммирует переменные выходные тока и
напряжения транзисторов. К вторичной
обмотке Т_р
вых
подключен нагрузочный резистор.

Преимущества
двухтактных усилителей наиболее ощутимы
при использовании режима В.
В отсутствии входного сигнала U_вх
= 0, U_бэ
обоих транзисторов равны нулю. U_н
= 0, к коллектору каждого транзистора
относительно эмиттера приложено
постоянное напряжение + Е_к.

Процесс
усиления входного сигнала осуществляется
в два такта работы схемы. Первый такт
сопровождается усилением одной полуволны
с участием
1-го транзистора, а второй
такт – усилением другой полуволны с
участием другого транзистора.

Преимуществами
двухтактного УМ, работающего в режиме
В,
являются:

• обеспечение
  большой мощности в нагрузке по сравнению
  с однотактным УМ;

• меньшая
  чувствительность к пульсациям напряжения
  питания;

• возможность
  получения высокого к.п.д. за счет работы
  в режиме В.

К
недостаткам двухтактного УМ можно
отнести:

• необходимость
  в двух идентичных транзисторах;

• необходимость
  в выходном трансформаторе с выводом
  средней точки первичной обмотки;

• наличие
  двух противофазных входных напряжений,
  что
  также требует наличия
  трансформатора, а это увеличивает массу
  и
  габариты усилителя.

Трансформаторные усилители мощности: схемы, ВАХ, формулы КПД

Пример HTML-страницы

Рассмотрим однотактный усилитель мощности, в котором трансформатор включен по схеме с ОЭ (рис. 2.41). Трансформаторы ТР₁ и ТР₂ предназначены для согласования нагрузки и выходного сопротивления усилителя и входного сопротивления усилителя с сопротивлением источника входного сигнала соответственно. Элементы R и D обеспечивают начальный режим работы транзистора, а С увеличивает переменную составляющую, поступающую на транзистор Т.

Для анализа схемы изобразим семейство выходных характеристик транзистора, линии нагрузки и временные диаграммы (рис. 2.42).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Линия 1 — это линия нагрузки по постоянному току, выходящая из точки, соответствующей Ек, а наклон ее определяется омическим сопротивлением первичной обмотки трансформатора ТР2. Точка 0 является начальной рабочей точкой транзистора. Через нее проходит линия нагрузки по переменному току 2, наклон которой определяется приведенным сопротивлением.

Из построений следует, что напряжение на транзисторе может достигать почти удвоенной величины Е_к.

Проведем количественный анализ рассматриваемой схемы:

Р′_Н = (UКТ/ √2 ) · (IКТ/ √2 ) = ½ ·UКТ·IКТ где Р′_Н — выходная, мощность, приведенная к первичной обмотке трансформатора ТР₂;

Р_Н = Р′_Н ·ηТР где η ТР− КПД ТР₂ (ηТР= 0,75 − 0,95).

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания P_ПОТР = Е_К · I_КН. Следовательно, КПД усилителя η = Р_Н / P_ПОТР = ½ ·UКТ·I КТ·η ТР/ (EК· I_КН ) Для идеального усилителя U_КТ = Е_К, I_КТ = I_КН, ηТР = 1, а следовательно, теоретический КПД усилителя η ТЕОР= 0,5 Реальный же КПД η_РЕАЛ = 0,3 + 0,35

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности (рис. 2.43).

Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис. 2.43, а), либо с ОБ (рис. 2.43, б).

Обе схемы могут работать в режиме класса «В» (резисторы R₁ и R₂ не используются) либо в режимах классов «АВ» или «А» (резисторы R₁ и R₂ обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).

Временные диаграммы, соответствующие классу «В» (рис. 2.44), показывают, что двухтактный усилитель можно рассматривать как две независимые схемы, работающие поочередно, каждая в течение полупериода входного сигнала.

Проведем количественный анализ двухтактного усилителя, работающего в режиме класса «В» при включении транзисторов по схеме с общей базой (рис. 2.43, б). Средний ток (постоянная составляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока I_К0

I_срТ1 = I_срТ2 = 1/π· I_КТ + I_К0. Таким образом, ток и мощность, потребляемые усилителем от источника тока, соответственно равны:

I ПОТР= ( IсрТ1+ IсрТ2) ≈ 2 · ( 1/π · IКТ+ IК0)PПОТР= EК· IПОТР= 2 · EК/π · ( IКТ+ π · IК0) = 2 /π · EК

· I_l I_l=IКТ+π·IК0

Так же, как это делалось ранее для однотактного усилителя мощности, определим Р′_Н = ½ ·UКТ·I КТ Р_Н = Р′_Н ·ηТР= ½ ·UКТ·IКТ·ηТР

Следовательно, КПД двухтактного усилителя мощности в режиме класса «В» η = Р_Н / P_ПОТР = π/4 ·U КТ·IКТ·ηТР/ (EК· I_КН )

Для идеального усилителя U_КТ = Е_К , I_КТ =I1, η_ТР = 1, а следовательно, теоретический КПД η_ТЕОР = π / 4 = 0,78 Реальный же КПД η_РЕАЛ = 0,6 ÷ 0,7

Поскольку трансформатор является нежелательным элементом усилителей мощности, так как имеет большие габариты и вес, относительно сложен в изготовлении, то в настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности.

Что означают термины «Push-Pull» и «Single-Ended»?

 

Что означают термины «Push-Pull» и «Single-Ended»?

Выходные каскады усилителя

Существует два основных типа выходных каскадов для гитарных усилителей: несимметричный и двухтактный. Эти термины относятся к «топологии» схемы выходного каскада усилителя, то есть к способу соединения компонентов выходного каскада. Основное различие между этими двумя типами заключается в подключении трубок к выходному трансформатору и в типе используемого трансформатора.

Что означает «двухтактный»?

В двухтактном усилителе источник питания подключается к центральному отводу трансформатора, а трубка подключается как к верхнему, так и к нижнему концу первичной обмотки с центральным отводом. Это позволяет лампам проводить чередующиеся циклы входного сигнала. Двухтактный каскад может быть смещен классом А, где ток течет в обеих трубках в течение всего входного цикла (но в противоположных направлениях в выходном трансформаторе, поэтому они суммируются синфазно во вторичной обмотке, в то время как ток смещения постоянного тока компенсируется). , чтобы предотвратить насыщение сердечника и позволить использовать сердечники меньшего размера без зазора), или класс AB, где ток течет попеременно в обеих половинах, но меньше полного цикла в каждой, или класс B, где ток течет только половину времени в каждой трубке. . Большинство конструкций относятся к классу AB для наилучшей эффективности и выходной мощности с минимальными кроссоверными искажениями (но не обязательно с лучшим «тоном»).

Для работы двухтактного каскада требуется как минимум две лампы, но их может быть больше, подключенных параллельно с каждой стороны, в результате чего получается усилитель с четырьмя, шестью или даже восемью выходными лампами для усилителей большей мощности. Это называется «параллельной двухтактной операцией». Еще одним преимуществом двухтактной схемы является то, что в выходном трансформаторе несимметричный постоянный ток незначителен или отсутствует, если лампы согласованы, а выходной каскад сбалансирован, поскольку ток течет в противоположных направлениях к каждой лампе, что позволяет использовать меньший трансформатор с меньшим железо (перевод: дешевле). Кроме того, даже порядковые гармоники и продукты искажения, генерируемые в выходном каскаде, компенсируются (перевод: хорошо для любителей Hi-Fi, возможно, плохо для гитаристов!) меньшая фильтрация источника питания. Этот каскад обычно обрезается симметрично, что приводит к более странным гармоническим искажениям.

Одним из возможных недостатков в работе класса AB или класса B является то, что ток питания постоянного тока резко меняется между отключенным и полным сигналом, что требует более жесткой фильтрации для предотвращения «провала» питания, если только это не то, что вы ищете, как это иногда бывает в случае гитарное усиление в зависимости от стиля исполнителя.

Что означает «несимметричный»?

Выходной каскад однотактного гитарного усилителя обычно имеет смещение класса A, чтобы максимизировать выходную мощность до искажения. Первичная обмотка выходного трансформатора не имеет ответвления по центру, а имеет только два контакта. Одно соединение идет к блоку питания, другое к пластине силовой трубки или трубок. Лампы также могут быть соединены параллельно для большей мощности, как в двухтактном каскаде, что приводит к тому, что называется «параллельным несимметричным».

Несимметричный каскад — тип выходного каскада, использовавшийся в почтенных гитарных усилителях Fender Champ и бесчисленных миллионах ранних радиоприемников и телевизоров. Он возвращается в высококачественный ламповый звук в виде однотактного триодного каскада, который предположительно является «совершенным» в воспроизведении звука Hi-Fi. Он так же неэффективен, как и хорошо звучит, выдавая очень низкий уровень мощности по сравнению с двухтактными выходными каскадами. Еще одна проблема каскадов этого типа заключается в том, что трансформатор должен выдерживать непрерывный постоянный ток. Это приводит к физически большему и более дорогому выходному трансформатору, который должен иметь зазор, чтобы предотвратить насыщение сердечника из-за этого смещения постоянного тока.

Недостатки несимметричного входа включают: отсутствие подавления гула источника питания, что требует более жесткой фильтрации для удержания гула на приемлемом уровне, отсутствие подавления гармоник четного порядка (большое преимущество для гитаристов!), и в целом асимметричное ограничение перегрузок, которое дополнительно подчеркивает гармоники четного порядка (которые более приятны для слуха, чем гармоники нечетного порядка). Эти «недостатки» придают однотактному выходному каскаду уникальный тон по сравнению с двухтактным выходным каскадом. «Лучше» это или нет — дело вкуса. Некоторые гитаристы предпочитают однотактные выходные каскады, другие предпочитают двухтактные.

 

---

Copyright © 1999–2007  Рэндалл Эйкен. Запрещается воспроизводить в любой форме без письменного разрешения Aiken Amplification.

Отредактировано 18.02.14

 

Что такое несимметричный усилитель? – Митхат Конар (блог)

Однотактные усилители, независимо от того, сделаны ли они на триодах (как в однотактных триодах или усилителях SET), пентодах или полупроводниковых устройствах, вошли в сознание потребителей аудио высокого класса. пару десятилетий назад, и они по-прежнему имеют особую привлекательность для определенного лагеря аудиофилов. Это может заставить некоторых из нас задаться вопросом, есть ли у этих людей что-то, на что мы должны обратить внимание.

Однако, похоже, существует некоторая путаница в отношении того, что такое несимметричный усилитель. Так что я решил попытаться немного прояснить ситуацию.

Итак, что именно

является однотактным усилителем?

Было бы проще, если бы мы сначала рассмотрели то, что не является несимметричным усилителем.

Подавляющее большинство усилителей мощности звука, которые не основаны на технологии переключения, представляют собой так называемые «двухтактные» усилители. В двухтактном усилителе мощность, подаваемая на динамик, обрабатывается двумя устройствами (или двумя наборами устройств). Чтобы несколько упростить ситуацию, два (набора) устройств включены параллельно, но эффективно работают с обратной полярностью — отсюда и «толкание» и «тяга». Такая конструкция приводит к значительному уменьшению класса гармонических искажений, значительному повышению эффективности выходного каскада или тому и другому вместе.

В случае двухтактных усилителей с трансформаторной связью два (набора) устройств управляются с обратной полярностью, и их выходы соответствующим образом суммируются через выходной трансформатор. В бестрансформаторных твердотельных конструкциях два (набора) устройств дополняют друг друга, то есть одно основано на кремнии NPN или N-канала, а другое — на кремнии PNP или P-канала. ^* Устройства питаются от общего источника, но сконфигурированы так, что они насыщаются в противоположных направлениях. Оба этих подхода дают одинаковые преимущества линейности и эффективности.

В однотактном усилителе есть, если угодно, только «толкать» или «толкать». Только одно устройство (или набор устройств) подает ток на нагрузку без причудливого снижения искажений или повышения эффективности. Такая топология может показаться привлекательной своей кажущейся чистотой. Однако за кажущуюся чистоту приходится платить высокую цену, в которую мы могли бы и в конечном итоге могли бы погрузиться глубже. Но это не поможет ответить на вопрос, поставленный в этом посте.

Возможно, вы заметили, что я ограничил приведенное выше обсуждение выходными каскадами. Полностью независимые от технологии, используемой в выходном каскаде, каскады, предшествующие выходу, могут быть несимметричными или нет. Использование несимметричных драйверов и каскадов усиления напряжения совершенно ничем не примечательно даже в современных конструкциях. Следовательно, обычное и общепринятое использование термина «несимметричный» в бытовой электронике означает идентификацию технологии, используемой в выходном каскаде .

Также стоит отметить, что «несимметричный» прозвище не имеет ничего общего с блоками питания . Источник питания, генерирующий положительное и отрицательное напряжение, называется «биполярным»; тот, который генерирует только положительное напряжение, является «униполярным». Существует множество несимметричных усилителей, использующих биполярные источники питания, а также двухтактные усилители, использующие однополярные источники питания. На самом деле, подавляющее большинство двухтактных ламповых усилителей и многие ранние двухтактные полупроводниковые усилители используют однополярные источники питания.

Наконец, все однотактные усилители относятся к классу A . Двухтактные усилители преимущественно относятся к классу AB, но могут быть и класса A, AB, B и множества других. Высококачественные двухтактные усилители класса А не редкость.

Итак, как я узнаю, действительно ли схема однотактная?

Благодаря известности усилителей SET, разработанных в 1990-х и 2000-х годах, в настоящее время на рынке доступны модели с пометкой «несимметричные», но не соответствующие общепринятому определению. Не говоря уже о том, подходит ли вам однотактный усилитель, как вы можете быть уверены, что рассматриваемая вами конструкция действительно является однотактной? Вот несколько рекомендаций:

• В полностью ламповом усилителе, если имеется только одна выходная лампа, почти наверняка имеет однотактную конструкцию.
• Если имеется более одной выходной лампы, она может быть несимметричной. Проверьте, питаются ли лампы от одного и того же источника, и, если возможно, подключите их к одному отводу выходного трансформатора. Если они есть, то, вероятно, односторонние.
• В твердотельном усилителе, если в выходном каскаде используются устройства «N» и «P», это почти наверняка двухтактный ( , а не несимметричный).
• Даже если в выходном каскаде имеется только N или только P устройств, он все равно не может быть несимметричным. Возможно, один набор устройств настроен как «квазикомплементарный». Действовать с осторожностью.
• Однотактные выходные каскады являются обжорами мощности, поэтому твердотельные конструкции, даже те, которые генерируют умеренную мощность, потребуют значительного теплоотвода. «Несимметричный усилитель», который имеет тот же радиатор, что и двухтактный усилитель класса AB с эквивалентным номиналом, почти наверняка не является несимметричным.