Аналого – дискретні підсилювачі

Зважаючи на недоліки підсилювачів класу D, для забезпечення високого ККД використовують підсилювачі з аналого-дискретним режимом роботи транзисторів. Це аналогові підсилювачі, в яких здійснюється сходинко подібне керування напругою втрат на транзисторах. Таке керування напругою втрат може бути реалізоване зміною (перемиканням) коефіцієнта трансформації вихідного трансформатора. Проте найбільш простим є спосіб перемикання напруги живлення в залежності від миттєвого значення коливання. Схемо технічно найбільш простим є підсилювач з двома джерелами живлення. Двотактний каскад підсилювача такого типу містить два однакових плеча, які працюють почергово, кожне у свій півперіод коливання.

а) б)

Рис. 3.19. Спрощений варіант аналого дискретного підсилювача: а) схема електрична принципова одного плеча з живленням від двох джерел; б) залежність величини напруги живлення від величини напруги підсилюваного сигналу.

Простіша схема одного плеча (рис. 3.19. а) з живленням від двох джерел містить два послідовно ввімкнених транзистори VT₁, VT₂. Розглянемо роботу наведеної схеми протягом одної четвертої періоду синусоїдального підсилювального сигналу. При малих величинах вхідного сигналу працює тільки транзистор VT₁. Його живлення здійснюється через діод VD від джерела з меншою напругою Е1. При цьому транзистор VT₂ закритий напругою колектор-емітера (Uке₁) першого транзистора. При малих величинах вхідної напруги Uке₁ спів розмірне з Е₁. В міру росту миттєвого значення вхідної напруги U_вх збільшується вихідний струм транзистора VT1 і напруга на опорі навантаження, а напруга Uке₁ – зменшується. У деякий момент часу Uвх >Uке₁ і транзистор VT₂ починає відкриватись, причому настільки швидко, наскільки швидко зменшується величина Uке₁. При струмі емітера транзистора VT₂, що дорівнює струму колектора VT₁, струм через діод припиняється і діод закривається, відключивши тим самим джерело Е₁. У зв‘язку із сказаним стає зрозумілою функція діода в даній схемі – відключення Е₁, тому й діод називається комутуючим. Починаючи з моменту закривання діода, схема живиться від джерела Е₂. В наступну чверть періоду всі процеси відбуваються у зворотному порядку. Якщо знехтувати тривалістю перемикання, то напруга живлення Еж має вигляд сходинко подібної функції (рис. 3.19. б). Оскільки транзистор VT₁ працює весь півперіод, а VT₂ – допоміжний, кут відсічки основного транзистора 0=90°, а додаткового – менше. Тому коректно вважати, що основний транзистор працює в режимі В, а допоміжний – в режимі С. У зв‘язку з цим двотактні підсилювачі з живлення від двох джерел живлення називають підсилювачами класу ВС. У наведеній схемі транзистор VT₁ не повинен доходити до режиму насичення, оскільки при цьому з‘явиться обмеження його колекторного струму, що приведе до утворення сходинки на сигналах півхвилі вихідної напруги в областях моментів перемикання джерел (рис.3.19. б. пунктирна лінія). Для запобігання таких спотворень у базове коло першого транзистора вмикається резистор R₁, завдяки якому швидкість відкривання транзистора VT₁ зменшується, і до моменту наближення транзистора до насичення вхідна напруга вже достатня для відкривання VT₂. Необхідність у двох джерелах живлення ускладнює підсилювальний пристарій, а при живленні від гальванічних елементів ускладнює його експлуатацію через неодночасність їх розряду. Тому були розроблені схеми підсилювачів класу ВС, які живляться лише від одного джерела живлення. Прикладом такого підсилювача може бути підсилювач із зустрічно – паралельним ввімкненням плеч.

Рис 3.20. Аналого дискретний підсилювач із зустрічно – паралельним ввімкненням плеч.

У даній схемі VT₁, VT₂, VD₁ і обмотка 1-2 вихідного трансформатора утворюють одне плече двотактного каскаду, аналогічне наведеному на рис. 3.19. а. Елементи VT₃,VT₄,VD₂ та обмотка 3-4 утворюють друге плече підсилювача обмотки 1-1, 3-4 первинними обмотками (рис. 3.20) вихідного трансформатора, причому номери виводів відповідають черговості намотки. Вторинна обмотка трансформатора з під‘єднаним до неї опором навантаженням на схемі не показані. Використані у схемі транзистори мають взаємно протилежні типи провідності. В силу симетрії схеми постійна напруга на конденсаторі С₁ складає Е/2 і саме вона служить джерелом меншої напруги першого плеча. Менша напруга живлення другого плеча утворюється послідовним увімкненням джерела Е і конденсатора С₁ і дорівнює різниці Е-U_С1= Е/2. Більшою напругою живлення кожного плеча служить напруга джерела Е. Плечі каскаду працюють почергово. У півперіод роботи першого плеча конденсатор С₁ частково розряджається, а в другий півперіод він настільки ж під заряджається, оскільки струми, що протікають через діоди VD₁ та VD_2, у відповідні півперіоди однакові. Тому завжди Е_С = Е/2, отже, відносна величина меншої напруги . Приймемо, що перемикання джерел живлення відбувається миттєво, а опори повністю відкритих транзисторів і прямі опори діодів дорівнюють нулеві. Дані припущення спростять аналіз і водночас зроблять його результати такими, що їх можна застосувати до всіх видів схем. Вважаємо, що підсилення відбувається без спотворень і напруга на навантаженні . Для підсилювачів класу ВС слід розглядати два випадки. Перший відповідає U_m<U_с, при цьому джерело Е не розглядається, отже, ми маємо звичайний підсилювач режиму В з джерелом U_с і ККД,

де , а .

Для другого випадку тобто випадку коли величина ККД може бути знайдена з виразу:

Графік залежності величини коефіцієнту корисної дії від амплітуди підсилюваного сигналу побудований за вище наведеними формулами при умові синусоїдального сигналу зображено на рис.3.21.

Рис.3.21. Залежність величини ККД від напруги підсилюваного сигналу.

Дата добавления: 2014-11-18