Однотактные и двухтактные усилители мощности

В двухтактном положительная полуволна усиливается одним транзистором, отрицательная – другим; в однотактном и положительная и отрицательная полуволны усиливаются одним транзистором.

Однотактный усилитель малой мощности:

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Режим работы по постоянному току выбирается таким образом, чтобы φ точки А при отсутствии входного сигнала был равен 0, для исключения протекания постоянного тока через динамик.

Двухтактный усилитель мощности:

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Когда положительная полуволна на входе достигает напряжения для отпирания VT1 (0,6 В), последний открывается, ток от источника питания через транзистор протекает в нагрузку, выделяя на ней напряжение практически идентичное входному, VT2 при этом заперт.

При отрицательной полуволне отпирается VT2, VT1 закрыт отрицательным потенциалом.

При входном напряжении < 0,6В оба транзистора закрыты.

Диоды находятся вблизи транзисторов и имеют с ними непосредственный тепловой контакт.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru При использовании переменных резисторов, можно устанавливать положение рабочей точки исходя из требуемой экономичности и величины нелинейных искажений.

Каскад на VT1 – источник тока (с целью увеличения КU).

Каскад на VT2 обеспечивает положение рабочей точки. VT2 открывается и закрывается таким образом, чтобы его напряжение база-эмиттер было ≈0,6В. В нижнем положении движка потенциометра (переменного резистора) (R2=0) Uкэ2=0,6В, в верхнем положении (R2=5,1 кОм) Uкэ2=3,6В.

VT2 располагается вблизи транзисторов VT7 или VT5.

Изменяя положение движка R2, меняем положение рабочей точки и устанавливаем ток покоя УМ.

Rвх≈ Rвх.тр.∙h21;

RвыхОднотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru ;

Схема Дарлингтона(верхнее положение движка R2):

h21≥ h21(4)∙ h21(5);

Uбэ экв≈1,2В(Uбэ4+ Uбэ5);

Uк экв >0,7В(Uкэ4+ Uбэ5).

Схема Шиклаи: позволяет применять одинаковые транзисторы в выходном каскаде,

h21э≥ h21(6)∙ h21(7);

Uбэ экв≈0,6В(Uбэ6);

Uк экв >0,7В(Uкэ6+ Uбэ7).

VD3 предназначен для симметрирования усилителей положительной и отрицательной полуволн по входному напряжению. Он должен быть мощным и высокочастотным.

Генераторы гармонических колебаний. Условия самовозбуждения генераторов (баланс фаз и баланс амплитуд). Автогенераторы. Стабилизация частоты и амплитуды в автогенераторах. Мультивибраторы. Симметричные и несимметричные мультивибраторы на ОУ.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Генераторами называются электронные схемы, формирующие переменные напряжения требуемой формы. Генератор можно получить из усилителя, охватив его положительной ОС. Автогенераторами называют генераторами с независимым возбуждением.

Усиление – это процесс преобразования энергии источника питания по закону входного сигнала, а генераторы осуществляют преобразование энергии источника питания в переменное напряжение требуемой частоты.

Для возникновения генерации необходимо выполнение двух условий:

  1. баланс фаз – фазовые сдвиги сигнала, создаваемые усилителем Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и звеном ПОС Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru должны быть кратны Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru .
    Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru
  2. баланс амплитуд – произведение коэффициента усиления и коэффициента ОС Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , т.е. усилитель должен компенсировать все потери с цепи ОС.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Кроме того, для получения сигнала неискаженной формы необходимо, чтобы Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Если Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru происходит затухание колебаний, если Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , то возникает прогрессирующее нарастание амплитуды сигнала на входе и выходе до ее ограничения, обусловленного напряжением источников питания и форма сигнала отлична от синусоидальной.

Равенство соответствует установившемуся режиму и возможно только при некотором соотношении коэф. ООС и ПОС.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Генератор синусоидальных колебаний на ОУ (LC-генератор)

Баланс фаз означает, что колебания в замкнутой системе могут возобновляться только тогда, когда фаза выходного напряжения схемы ОС и фаза входного напряжения совпадают. Баланс амплитуд означает, что для возбуждения генератора усилителю необходимо компенсировать потери в схеме ОС.

Регулируя Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , добиваемся равенства ПОС и ООС, что выражается в наличии на выходе незатухающих и неискаженных гармонических колебаний.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Недостаток:большие масса и объем, для частот ниже нескольких кГц.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Для получения колебаний низкой частоты (менее 1 кГц) приходится использовать большие значения L и C, что увеличивает габариты и массу устройства. Для этого используют LC-генератор с мостом Вина.

Мост Вина не осуществляет сдвига фаз на резонансной частоте. Для возникновения незатухающий колебаний необходимо выполнение следующих условий:

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Для получения гармонических колебаний с малыми искажениями используют инерционно-нелинейную цепь ООС. Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала уменьшается R3 (термистор) или увеличивается R4 (позистор).

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Стабильность такого генератора Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , а если необходима более высокая стабильность Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , используется кварцевый генератор.

Условие баланса амплитуд:

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

RC-генераторы.

Для получения гармонических колебаний низкой и инфранизкой частот (от нескольких сотен килогерц до долей герц) применяют RC-генераторы.

Представленная RС-цепь не осуществляет сдвига по фазе передаваемого сигнала на квазирезонансной частоте, т.е. Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Эта схема включается между выходом усилителя и неинвертирующим входом ОУ. Элементу Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru предназначены для получения требуемого коэффициента усиления. В схеме возникают автоколебания при соотношении Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , частота которых определяется формулой Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Если Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , то частоту автоколебаний определяют из соотношения Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , причем должно быть выполнено условие Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru .

Для получения гармонических колебаний с малыми искажениями используют инерционно-нелинейную цепь ООС. Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала уменьшается сопротивление Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru или увеличивается Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Поэтому вместо Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru включается миниатюрный полупроводниковый терморезистор или вместо Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru - металлический терморезистор.

Другое представление схемы:

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы (выполняются на основе триггера Шмита). Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Рассматриваемый генератор является симметричным и для него длительность импульса и паузы равны tи=tn=R2C×ln(1+ Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru ), при R3=R4 tи=tп=R2C×ln3, период повторения импульсов Тп=(tи+tп)=2tи, скважность Q= Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Изменяя t=R2C и величины R3, R4, можно регулировать длительность, частоту и амплитуду импульсов.

Предположим, что на выходе напряжение +12В, а на неинвертирующем входе +2В. Конденсатор заряжается через Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru до +2В. Так как напряжение на инвертирующем входе становится больше, чем на неинвертирующем входе, происходит переброс триггера Шмита, на выходе устанавливается максимальное отрицательное напряжение (-12В), на неинвертирующем входе -2В. Конденсатор перезаряжается через Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru до -2В и т.д.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Мультивибраторы, у которых длительность импульсов и пауз не равны (tи≠tn), называются несимметричными.

Тп=(tи+tп).

Активные и пассивные фильтры. Фильтры высоких частот (ФВЧ) и низких частот (ФНЧ). Полосовой и режекторный (заградительный), LC и RC фильтры. Полоса пропускания, полоса заграждения, добротность, затухание, крутизна спада на переходном участке. Фильтры Баттерворта, Бесселя, Чебышева и др. Достоинства и недостатки. Фильтр Салена и Кея. Фильтр с параллельной ОС, универсальный и биквадратный фильтр, гиратор

По выполняемым функциям фильтры делятся на:

- ФВЧ (фильтры высоких частот)

- ФНЧ (фильтры низких частот)

- ПФ (полосовые фильтры)

- РФ (режекторные фильтры)

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru Фильтры низких частот (ФНЧ) пропускают на выход все частоты, начиная от нулевой (постоянный ток) и до некоторой заданной частоты среза Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , и ослабляют все частоты, превышающие Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Диапазон частот от 0 до Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru называется полосой пропускания, а диапазон частот, превышающих Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru - полосой подавления. Частота среза – это та частота, при которой напряжение на выходе фильтра падает до уровня 0,707 от напряжения в полосе пропускания (т.е. падает на 3 дБ), Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru - частота, при которой выходное напряжение на 3 дБ выше, чем выходное напряжение в полосе подавления.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Полосовой фильтр пропускает все частоты в полосе между нижней частотой среза Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и верхней Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru . Все частоты ниже Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и выше Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru ослабляются. Диапазоны частот от Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru до Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и от Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru до Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru являются переходными участками.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Фильтры высоких частот (ФВЧ) ослабляют все частоты, начиная от нулевой и до частоты Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru , и пропускают все частоты, начиная от Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и до верхнего частотного предела схемы.

Режекторный полосовой фильтр (заграждения) ослабляет вес частоты между Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru и пропускает все остальные частоты.

Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru

Пассивные фильтры построены из катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов. Используемые в пассивных фильтрах катушки индуктивности обладают активным сопротивлением, межвитковой емкостью и потерями в сердечнике, что делает их свойства далекими от идеальных.

Достоинства пассивных фильтров:

1. не нуждаются в источниках питания

2. могут быть очень высокочастотными

Недостаток: влияние цепей друг на друга.

Активные фильтры содержат в своей конструкции усилитель.

Достоинства активных фильтров:

  • Однотактные и двухтактные усилители мощности - student2.ru в них используются только R и C, свойства которых ближе к идеальным, чем у L;
  • относительно дешевы;
  • могут обеспечивать усиление в полосе пропускания;
  • обеспечивают развязку входа от выхода (высокое входное и низкое выходное сопротивление), следовательно, легко сделать многокаскадными;
  • легко настраиваются;
  • фильтры для очень низких частот могут быть построены из компонентов с умеренными значениями параметров;
  • невелики по размерам и массе.

Недостатки:

· нуждаются в источнике питания;

· рабочий диапазон частот ограничен максимальной рабочей частотой ОУ и не превышает несколько МГц.

Фильтры характеризуются порядком или количеством полюсов. Каждый полюс дает ослабление ~ 6 дБ/окт или 20 дБ/дек (в зависимости от типа частотной характеристики фильтра может быть > или < 6 дБ/окт).

Наши рекомендации