Усилитель мощности класса B
Когда ток коллектора протекает только в течение положительного полупериода входного сигнала, усилитель мощности известен как class B power amplifier.
Класс B Эксплуатация
Смещение транзистора в режиме работы класса B таково, что при нулевом сигнале ток коллектора не возникает. Вoperating pointвыбирается при напряжении отключения коллектора. Итак, при подаче сигналаonly the positive half cycle усиливается на выходе.
На рисунке ниже показаны формы входных и выходных сигналов во время работы класса B.
При подаче сигнала схема смещается в прямом направлении на положительный полупериод входа и, следовательно, течет ток коллектора. Но во время отрицательного полупериода входа схема имеет обратное смещение и ток коллектора будет отсутствовать. Следовательноonly the positive half cycle усиливается на выходе.
Поскольку отрицательный полупериод полностью отсутствует, искажение сигнала будет высоким. Кроме того, когда подаваемый сигнал увеличивается, рассеиваемая мощность будет больше. Но по сравнению с усилителем мощности класса А выходная эффективность увеличивается.
Что ж, чтобы свести к минимуму недостатки и добиться низких искажений, высокого КПД и высокой выходной мощности, в этом усилителе класса B используется двухтактная конфигурация.
Двухтактный усилитель класса B
Хотя эффективность усилителя мощности класса B выше, чем у усилителя класса A, поскольку используется только один полупериод входного сигнала, искажения высоки. Кроме того, входная мощность не используется полностью. Чтобы компенсировать эти проблемы, в усилителе класса B введена двухтактная конфигурация.
строительство
Схема двухтактного усилителя мощности класса B состоит из двух идентичных транзисторов T 1 и T 2 , базы которых подключены к вторичной обмотке входного трансформатора T r1 с центральным отводом . Эмиттеры закорочены, и на коллекторы подается питание V CC через первичную обмотку выходного трансформатора T r2 .
Компоновка схемы двухтактного усилителя класса B такая же, как и у двухтактного усилителя класса A, за исключением того, что транзисторы смещены при отсечении, а не используются резисторы смещения. На рисунке ниже показана конструкция двухтактного усилителя мощности класса B.
Принцип работы схемы двухтактного усилителя класса B подробно описан ниже.
Операция
Схема двухтактного усилителя класса B, показанная на рисунке выше, показывает, что оба трансформатора имеют центральные отводы. Когда на вход не подается сигнал, транзисторы Т 1 и Т 2 находятся в отключенном состоянии и, следовательно, токи коллектора не протекают. Поскольку от V CC не поступает ток , энергия не теряется.
Когда подается входной сигнал, он подается на входной трансформатор T r1, который разделяет сигнал на два сигнала, которые на 180 o не совпадают по фазе друг с другом. Эти два сигнала подаются на два идентичных транзистора Т 1 и Т 2 . Для положительного полупериода база транзистора T 1 становится положительной, и ток коллектора течет. В то же время транзистор Т 2 имеет отрицательный полупериод, который переводит транзистор Т 2 в состояние отсечки, и, следовательно, ток коллектора не течет. Форма волны отображается, как показано на следующем рисунке.
В течение следующего полупериода транзистор T 1 переходит в состояние отсечки, а транзистор T 2 переходит в состояние проводимости, обеспечивая выходной сигнал. Следовательно, для обоих циклов каждый транзистор работает попеременно. Выходной трансформатор T r3 служит для объединения двух токов, создавая почти неискаженную форму выходного сигнала.
Эффективность мощности двухтактного усилителя класса B
Ток в каждом транзисторе - это среднее значение полусинусоидальной петли.
Для полусинусоидальной петли I dc определяется выражением
$$ I_ {dc} = \ frac {(I_C) _ {max}} {\ pi} $$
Следовательно,
$$ (p_ {in}) _ {dc} = 2 \ times \ left [\ frac {(I_C) _ {max}} {\ pi} \ times V_ {CC} \ right] $$
Здесь вводится коэффициент 2, поскольку в двухтактном усилителе есть два транзистора.
Действующее значение тока коллектора = $ (I_C) _ {max} / \ sqrt {2} $
Действующее значение выходного напряжения = $ V_ {CC} / \ sqrt {2} $
В идеальных условиях максимальной мощности
Следовательно,
$$ (P_O) _ {ac} = \ frac {(I_C) _ {max}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} = \ frac {( I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} {2} $$
Теперь общая максимальная эффективность
$$ \ eta_ {total} = \ frac {(P_O) _ {ac}} {(P_ {in}) _ {dc}} $$
$$ = \ frac {(I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} {2} \ times \ frac {\ pi} {2 (I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} $$
$$ = \ frac {\ pi} {4} = 0,785 = 78,5 \% $$
КПД коллектора будет таким же.
Следовательно, двухтактный усилитель класса B повышает эффективность, чем двухтактный усилитель класса A.
Комплементарный двухтактный усилитель класса B
Двухтактный усилитель, который только что обсуждался, повышает эффективность, но использование трансформаторов с центральным отводом делает схему громоздкой, тяжелой и дорогостоящей. Чтобы упростить схему и повысить эффективность, можно использовать дополнительные транзисторы, как показано на следующей принципиальной схеме.
Вышеупомянутая схема использует транзистор NPN и транзистор PNP, соединенные в двухтактной конфигурации. Когда подается входной сигнал, в течение положительного полупериода входного сигнала NPN-транзистор проводит ток, а PNP-транзистор отключается. Во время отрицательного полупериода NPN-транзистор отключается, а PNP-транзистор проводит.
Таким образом, транзистор NPN усиливается в течение положительного полупериода входа, а транзистор PNP усиливается во время отрицательного полупериода входа. Поскольку оба транзистора дополняют друг друга, но действуют симметрично при подключении в двухтактной конфигурации класса B, эта схема называетсяComplementary symmetry push pull class B amplifier.
Преимущества
Преимущества двухтактного усилителя класса B с дополнительной симметрией заключаются в следующем.
Поскольку нет необходимости в трансформаторах с центральным ответвлением, вес и стоимость снижаются.
Равные и противоположные напряжения входного сигнала не требуются.
Недостатки
Недостатки двухтактного усилителя с комплементарной симметрией класса B следующие.
Трудно получить пару транзисторов (NPN и PNP), которые имели бы аналогичные характеристики.
Нам нужны как положительные, так и отрицательные напряжения питания.