Усилители мощности выпол. по мостовой схеме

Содержание
Содержание
Введение
Назначение и применение усилителей
Параметры и характеристики усилителей
Классификация усилителей
Методы построения и реализация усилителей мощности
Заключение
Список литературы

п.д., вычисленное по формуле
,
составило величину 24%.
Для моделирования мостового усилителя схема усилителя мощности класса АВ была оформлена как Subcircuit, и на основе двух таких усилителей был собран мостовой усилитель, схема которого приведена на рис.14. Левый и правый выводы элемента Subcircuit АВ представляют собой соответственно вход и выход усилителя класса АВ, а верхний и нижний – клеммы для подключения источников питания. Для формирования двух одинаковых парафазных сигналов использовались два трансформатора с коэффициентом трансформации 1, обмотки которых соединялись надлежащим образом.
Значение к.п.д., вычисленное аналогично предыдущему измерению, дало результат 27%.
Проведенное моделирование позволяет сделать вывод, что, с одной стороны, к.п.д. мостовых усилителей заметно больше, чем к.п.д. усилителей с классическим включением нагрузки, с другой – что повышение к.п.д. не настолько велико, чтобы существенно усложнять схему усилителя.
Рис.14. Моделирование мостового усилителя класса АВ Расхождение измеренных значений к.п.д. мостового усилителя с ранее сделанными оценками, по-видимому, можно объяснить тем, что при парафазном включении нагрузки на элементах усилителя начинает рассеиваться несколько другая мощность, чем при ее классическом включении, и мощность, рассеиваемая на элементах двух усилителей в целом, становится больше, чем удвоенная мощность, рассеиваемая на них при классическом включении нагрузки.
 3.3. Нелинейные искажения в мостовых усилителях
Возникновение нелинейных искажений в усилительных каскадах и их уровень определяется передаточной характеристикой усилительного каскада. Так, для усилителя мощности класса А передаточная характеристика имеет вид, изображенный на рис.15. Рабочая точка такого усилителя выбрана таким образом, что при отсутствии входного сигнала выходное напряжение равно приблизительно половине источника питания, при входном сигнале, большем некоторой положительной величины, выходное
напряжение ограничивается источником питания, а при входном сигнале ниже некоторой отрицательной величины транзистор запирается и выходное напряжение обращается в ноль.
Рис.15. Передаточная характеристика усилителя мощности
класса А (схематично) Разложим функцию в ряд в точке :
Коэффициенты k2, k3, k4, … в приведенном выражении определяют амплитуды гармоник частоты входного сигнала, содержащихся в выходном сигнале.
Поскольку выбранное положение рабочей точки не является ни точкой экстремума, ни точкой перегиба, все коэффициенты kn отличны от нуля и выходной сигнал содержит все гармоники частоты входного сигнала, что приводит к большому значению коэффициента нелинейных искажений усилителя. Для снижения этого значения следует выставить рабочую точку не на положение , а на точку перегиба передаточной характеристики. В этой точке коэффициент k2 обращается в 0, вторая гармоника (как правило, имеющая самую большую амплитуду) зануляется, и коэффициент нелинейных искажений принимает минимальное значение.
Предлагаемое решение проблемы понижения коэффициента нелинейных искажений не является удачным, поскольку, во-первых, связано с прецизионной настройкой, во-вторых, рабочая точка уходит с положения , что приводит к ухудшению динамического диапазона выходного напряжения.
Другим способом понизить амплитуды гармоник в составе выходного напряжение усилителя является применение двухтактных каскадов. Действительно, в двухтактном усилителе используется комлементарный аналог исходного усилительного каскада, поэтому суммарная передаточная характеристика может быть представлена в виде суммы исходной передаточной характеристики и ее симметричного отображения :
.
Процедура образования суммарной передаточной характеристики двухтактного каскада из передаточных характеристик его отдельных половинок проиллюстрирована на рис.16. Поскольку при приведенном сложении все слагаемые с четными степенями взаимно уничтожаются, выходной сигнал двухтактного каскада не содержит четных гармоник, и коэффициент нелинейных искажений делается даже меньше, чем при надлежащем выборе рабочей точки однотактного каскада. Кроме того, появляется дополнительная возможность –положение рабочей точки можно выставить таким, чтобы в разложении коэффициент перед обращался в 0, в этом случае выходной сигнал будет содержать только гармоники, начиная с пятой, и коэффициент нелинейных искажений примет минимальное значение.
Рис.16. Формирование передаточной характеристики двухтактного каскада Главным недостатком усилителей мощности класса А является постоянный сквозной ток, протекающих через оба транзистора, вызывающий сильный нагрев компонентов схемы и приводящий к мизерному значению к.п.д.
Следует отметить еще один недостаток двухтактных усилительных каскадов. Все сделанные рассуждения хороши в теории. На практике при построении двухтактного каскада приходится неизбежно сталкиваться с проблемой выбора комплементарной пары транзисторов. Только при совпадении всех их параметров свойства двухтактного каскада будут именно такими, какие предсказывает теория. Но обеспечить полное совпадение параметров транзисторов комплементарной пары в принципе невозможно, потому что они изготовляются из различных полупроводниковых материалов. По этой причине суммироваться на рис.16 будут не идеально симметричные передаточные характеристики, и это приведет к неизбежному наличию в составе выходного сигнала всех гармоник, начиная со второй.
Использование в двухтактном усилителе мощности усилительных каскадов режима В и АВ приводит к несколько худшим результатам в отношении коэффициента нелинейных искажений. Однако значения коэффициента полезного действия этих усилительных каскадов сильно повышает их конкурентоспособность.
Другим способом снижения коэффициента нелинейных искажений является применение мостовых усилителей, построенных по схеме рис.11. В этом случае суммарная передаточная характеристика опять определяется выражением
,
где – передаточная характеристика одного из используемых усилителей. Но, в отличие от комплементарного двухтактного каскада, в схеме рис.11 используются два отдельных усилителя, построенные с использованием совершенно одинаковых элементов, и, даже с учетом их индивидуальных различий, соблюсти одинаковость параметров этих усилителей гораздо проще, чем в случае комплементарного двухтактного усилителя.
 4. Заключение
Идея применения усилителей мощности, собранных по мостовой схеме, известна давно. Различные схемы с применением мостовой схемы включения нагрузки приведены в большом количестве источников, например, [3], [4], [5]. В настоящее время большое количество коммерческих организаций выставляет на продажу усилители мощности с мостовой схемой включения нагрузки – [6], [7]. Такие усилители мощности выполняются также в виде интегральных микросхем [8].
В настоящей работе выдвинуты некоторые соображения по оптимальной конструкции и сферах применения мостовых усилителей мощности. Эти соображения касаются не только усилителей мощности классов А, В и АВ, рассмотренных в работе. Они распространяются также и на усилители мощности других классов – D, T, G, H и других.
Основным применением усилителей мощности с мостовым включением нагрузки остается высококачественное воспроизведение звука.
 Литература
1. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Радио и связь, 1990.
2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир,
1982.
3. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. –
М.: Мир, 1991.
4. Атаев Д.И., Болотников В.А. Практические схемы высококачест-
венного звуковоспроизведения. – М.: Радио и связь. 1986.
5. Николаев А.П., Малкина М.В. 500 схем для радиолюбителей. –
Уфа.: SASHKIN SOFT, 1998.
6. http://www.superzvuk.ru/index.php/pioneer/7346-pioneer-gm-3500t-2----
7. http://www.chipdip.ru/product/nk140.aspx
8. http://www.radio-lubitel.ru/dvuchkanalnie-mostovie-usiliteli
24