Ранее я снял видео ¨Классификация усилителей мощности - классы A,B,AB,C,D,G,H¨.
Там рассказывалось об отличии этих классов и о качественных показателях этих классов.
Сегодня я решил показать более детально о процессах происходящих в данных классах.
Я думаю, что после этого видео вопросов у вас останется гораздо меньше.
И так - схемы классов A,B и AB отличаются только токами покоя.
И что это значит для усилителя, его КПД, нелинейных искажений?
Вот есть график сигналов - давайте разбираться.
Для начала превращаем усилитель в усилитель класса B.
В усилителе класса B оба транзистора закрыты, то есть работают с отсечкой.
PR1(белый) - это график исходного входного сигнала. Все остальное - токи, мощности и напряжения на определенных участках схемы.
Давайте по порядку рассматривать этот график.
Это токи в транзисторах Q1(красный график) и Q2(зеленый график).
На графике отчетливо видно, что ток через транзистор Q1 начинает протекать только при достижении напряжения входного сигнала около 0,5 вольта, а прекращает протекать при том же входном сигнале но уже при спаде до этого значения.
То же происходит и с транзистором Q2 , но уже на отрицательном участке синусоиды входного сигнала.
Как мы видим все, что ниже 0.5 вольта не вызывает протекания тока ни через один транзистор.
Если взять реальный музыкальный сигнал, то это проявиться в том что тихих сигналов вообще не будет, а громкие будут проходить с огромными искажениями.
Как вы видите и мощности тоже распределены только на части синусоиды.
А розовый график это напряжение на нагрузке.
Здесь ступенька на сигнале значительно сократилась по времени.
Все просто - входной сигнал мы увеличили до 8 вольт и за счет высокой скорости нарастания входного сигнала время ступеньки значительно сократилось.
Что естественно сказалось на уменьшении нелинейных искажений выходного сигнала.
Однако это не означает, что его можно использовать для усиления аудио-сигнала. Музыку слушать на таком усилителе будет слушать, мягко говоря, очень проблематично.
Теперь давайте превратим наш усилитель в усилитель класса AB.
Для этого нам необходимо обеспечить смещение на транзисторах в 0,5 вольта.
Начнем, как в предыдущем случае, с токов.
При входном напряжении 1 вольт мы видим, что токи в транзисторах не падают до нуля и токи имеют неискаженную синусоидальную форму.
При увеличении входного напряжения до 4 вольт мы увидим что транзисторы Q1, Q2 закрываются при входном напряжении приблизительно 2,5 вольта.
Но обратите внимание, что это транзистор не участвующий в формировании нужной части синусоиды.
То есть Q1 формирует положительный полупериод и открыт на протяжении всего полупериода и закрывается только при 2.5 вольта отрицательного полупериода.
То же происходит и с транзистором Q2.
То есть закрытие транзистора никак не влияет на качество выходного сигнала, но при этом он перестает потреблять ток от источника питания повышая тем самым КПД усилителя.
Что и доказывает следующий график мощности на транзисторах(голубой и синий).
Вот еще один интересный график.
Белый график входное напряжение, а розовый - выходное.
Отличаются они только тем, что усиление эмиттерного повторителя по напряжению меньше единицы, поэтому выходное напряжение несколько ниже входного.
А вот мощности на транзисторах вроде бы должны быть тоже синусоидальными?
Оказывается нет.
На что указывает этот график мощностей?
Что с уменьшение падения напряжения коллектор-эмиттер мощность падающая на транзисторе уменьшается, что в свою очередь реабилитирует следующий график(фиолетовый), отображающий мощность на резисторе нагрузки.
Как мы видим на нем чистая синусоида.
А теперь превратим наш усилитель в усилитель класса A.
Если в усилителе класса B ток через нагрузку был равен току через транзистор, то в классе A при малом входном напряжении ток в нагрузке значительно ниже тока через транзистор.
Куда же идет остальной ток? А идет он через оба транзистора одновременно.
Не совершая при этом никакой полезной работы, кроме нагрева окружающей среды,путем нагрева радиаторов транзисторов.
При этом КПД усилителя при тихих звуках стремиться к нулю, увеличиваясь при громких звуках.
При этом транзистор противоположного плеча закрыт полностью.
Увеличение тока покоя транзистора проблемы уже не исправит.
В этом случае необходимо повышать напряжение источника питания.
И последний график - мощности пр входном напряжении 8 вольт.
При выходной мощности в нагрузке 3 ватта мы наблюдаем среднюю мощность падающую на транзисторах 14 ватт. И минимальная мощность порядка семи ватт.
Промежуточный вывод: Класс B можно использовать в каких нибудь звонках, сигнализациях, игрушках где амплитуда входного сигнала постоянна.
Классы A и AB можно и нужно и используются в качественных усилителях мощности.
А теперь посмотрим на качественные показатели данных усилителей путем анализа Фурье гармоник выходного сигнала.
А третья гармоника еще в десять раз меньше. Остальные нечетные гармоники монотонно уменьшаются с ростом частоты гармоники.
Четные же гармоники исчезающе малы и меньше 20 нановольт.
Вторая гармоника уже достигает 350 микровольт, а третья тоже не на много отстает от второй - 320 микровольт.
Четвертая гармоника около пяти микровольт, а шестая и восьмая меньше 150 нановольт. После третьей гармоники самая крупная пятая - около 30 микровольт.
Как мы видим в усилителе класса A гармоники сигнала в тысячи раз меньше основной гармоники. То есть нелинейные искажения с достаточной силой будут замаскированы основной гармоникой и вряд ли будут услышаны человеческим ухом.
Теперь посмотрите на график гармоник в усилителе класса АB.
Если вторая гармоника в тех же пределах, что и в классе A, то третья гармоника в классе AB в 18 раз больше чем в усилителе класса A и равна 90 микровольт.
Осталось только посмотреть эти же
параметры класса B.
При 8 вольтах третья гармоника более 200 милливольт, а вторая около 200 микровольт.
Это подтверждает тот вывод, что с повышением входного напряжения в усилителе класса B уменьшаются нелинейные искажения за счет сокращения ступеньки.
Комментариев нет:
Отправить комментарий