 |
Двухтактный усилитель мощности
|
|
|
|
Рассказывая в начале этой статьи о назначении каскадов усилителя, я, как бы забегая вперед, сказал, что в выходных каскадах, являющихся усилителями мощности, радиолюбители используют такие же маломощные транзисторы, как и в каскадах усиления напряжения. У вас тогда, естественно, мог возникнуть вопрос, а может быть возникал: как это достигается? Отвечаю на него сейчас. Такие каскады называют двухтактными усилителями мощности. Причем они могут быть трансформаторными, т.е. с использованием в них трансформаторов, или бестрансформаторными. В ваших конструкциях будут применены обе разновидности двухтактного усилителя колебаний звуковой частоты. Разберемся в принципе их работы. Упрощенная схема двухтактного трансформаторного каскада усиления мощности и графики, иллюстрирующие его работу, приведены на (рис. 6). В нем, как видите, два трансформатора и два транзистора. Трансформатор Т1 межкаскадный, связывающий предоконечный каскад со входом усилителя мощности, а трансформатор Т2 - выходной. Транзисторы V1 и V2 включены по схеме ОЭ. Их эмиттеры, как и средний вывод вторичной обмотки межкаскадного трансформатора, «заземлены» - соединены с общим проводником источника питания Uи.п. - отрицательное напряжение питания на коллекторы транзисторов подается через первичную обмотку выходного трансформатора Т2: на коллектор транзистора V1 - через секцию Iа, на коллектор транзистора V2 - через секцию Iб. Каждый транзистор и относящиеся к нему секции вторичной обмотки межкаскадного трансформатора и первичной обмотки выходного трансформатора представляют обычный, уже знакомый вам однотактный усилитель. В этом нетрудно убедиться, если прикрыть листком бумаги одно из таких плеч каскада. Вместе же они образуют двухтактный усилитель мощности.
|
|
|
|
| Рис. 6 Двухтактный трансформаторный усилитель мощности и графики, иллюстрирующие его работу. |
Сущность работы двухтактного усилителя заключается в следующем. Колебания звуковой частоты (графика на рис. 6) с предоконечного каскада подаются на базы обоих транзисторов так, что напряжения на них изменяются в любой момент времени в противоположных направлениях, т.е. в противофазе. При этом транзисторы работают поочередно, на два такта за каждый период подводимого к ним напряжения. Когда, например, на базе транзистора V1 отрицательная полуволна, он открывается и через секцию Iа первичной обмотки выходного трансформатора идет ток только этого транзистора (график б). В это время транзистор V2 закрыт, так как на его, базе положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод, наоборот, положительная полуволна будет на базе транзистора V1, а отрицательная - на базе транзистора V2. Теперь открывается транзистор V2 и через секцию Iб первичной обмотки выходного трансформатора идет ток его коллектора (график в), а транзистор V1, закрываясь, «отдыхает». И так при каждом периоде звуковых колебаний, подводимых к усилителю. В обмотке трансформатора коллекторные токи обоих транзисторов суммируются (график г), в результате на выходе усилителя получаются более мощные электрические колебания звуковой частоты, чем в обычном однотактном усилителе. Динамическая головка В, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, преобразует их в звук.
82 Усилительные каскады с ОЭ, ОБ, ОК.
Упрощенная схема двухтактного трансформаторного каскада усиления мощности и графики, иллюстрирующие его работу, приведены на (рис. 6). В нем, как видите, два трансформатора и два транзистора. Трансформатор Т1 межкаскадный, связывающий предоконечный каскад со входом усилителя мощности, а трансформатор Т2 - выходной. Транзисторы V1 и V2 включены по схеме ОЭ. Их эмиттеры, как и средний вывод вторичной обмотки межкаскадного трансформатора, «заземлены» - соединены с общим проводником источника питания Uи.п. - отрицательное напряжение питания на коллекторы транзисторов подается через первичную обмотку выходного трансформатора Т2: на коллектор транзистора V1 - через секцию Iа, на коллектор транзистора V2 - через секцию Iб. Каждый транзистор и относящиеся к нему секции вторичной обмотки межкаскадного трансформатора и первичной обмотки выходного трансформатора представляют обычный, уже знакомый вам однотактный усилитель. В этом нетрудно убедиться, если прикрыть листком бумаги одно из таких плеч каскада. Вместе же они образуют двухтактный усилитель мощности.
|
|
|
|
|
| Рис. 6 Двухтактный трансформаторный усилитель мощности и графики, иллюстрирующие его работу. |
Сущность работы двухтактного усилителя заключается в следующем. Колебания звуковой частоты (графика на рис. 6) с предоконечного каскада подаются на базы обоих транзисторов так, что напряжения на них изменяются в любой момент времени в противоположных направлениях, т.е. в противофазе. При этом транзисторы работают поочередно, на два такта за каждый период подводимого к ним напряжения. Когда, например, на базе транзистора V1 отрицательная полуволна, он открывается и через секцию Iа первичной обмотки выходного трансформатора идет ток только этого транзистора (график б). В это время транзистор V2 закрыт, так как на его, базе положительная полуволна напряжения. В следующий полупериод, наоборот, положительная полуволна будет на базе транзистора V1, а отрицательная - на базе транзистора V2. Теперь открывается транзистор V2 и через секцию Iб первичной обмотки выходного трансформатора идет ток его коллектора (график в), а транзистор V1, закрываясь, «отдыхает». И так при каждом периоде звуковых колебаний, подводимых к усилителю. В обмотке трансформатора коллекторные токи обоих транзисторов суммируются (график г), в результате на выходе усилителя получаются более мощные электрические колебания звуковой частоты, чем в обычном однотактном усилителе. Динамическая головка В, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, преобразует их в звук.
|
|
|
На рис.7,а приведена схема усилителя, в котором общим электродом транзистора для входной и выходной цепей является база. Такая схема включения называется схемой с общей базой (ОБ), Для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении используется специальный источник GЭ. Но можно обойтись и без него, заменив его делителем напряжения, состоящим из резисторов R1 и R2, как показано на рис.7,б.
Еще одним способом включения транзистора является включение по схеме с общим коллектором (ОК). Наиболее распространенная схема усилители с ОК приведена на рис.7,в.
Выходной сигнал снимается с резистора RЭ включенного в эмиттерную
Цепь транзистора. Из рисунка видно, что UBX~=UБЭ~+UВЫХ~. Отсюда следует:
UВЫХ~=UBX~-UБЭ~.
Таким образом, при включении транзистора по схеме с ОК усиления входного сигнала по напряжению не происходит. Наоборот, амплитуда выходного напряжения оказывается даже несколько меньше амплитуды входного напряжения. Но зато в этой схеме усиливается входной сигнал по току, чего нет в схеме с ОБ. Поэтому в схеме с ОК происходит усиление по мощности. Достоинством схемы с ОК является также ее большое входное и малое выходное сопротивления. Большое входное сопротивление позволяет подключать такой каскад к маломощным источникам сигналов и другим усилительным каскадам, имеющим большое выходное сопротивление, не снижая их качественных показателей.
В то же время благодаря малому выходному сопротивлению усилителя с ОК к нему можно подключать другие устройства с малым входным сопротивлением. Благодаря этим особенностям усилитель с ОК широко применяется в качестве согласующего каскада. Он включается между каскадом с большим выходным сопротивлением и каскадом с малым входным сопротивлением.
Амплитуда выходного напряжения в схеме с ОК мало отличается от амплитуды входного напряжения, т. е. как бы повторяет его. Так как выходное напряжение снимается с эмиттера, усилитель с ОК получил название эмиттерного повторителя.
|
|
|
83 Электронные генераторы синусоидальных колебаний
Электронные генераторы - это устройства, преобразующие электрическую энергию источника постоянного тока (источника питания) в энергию электрических колебаний заданных формы и частоты.
Форма электрических колебаний может быть различной. Генераторы, формирующие синусоидальные колебания, называются генераторами синусоидальных, или гармонических колебаний. Если форма колебаний отличается от синусоидальной (прямоугольные, треугольные, пилообразные и т.д.), то такие генераторы называются импульсными, или релаксационными.
По принципу управления генераторы разделяются на две группы – генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним (независимым) возбуждением. Последние, по существу, являются усилителями мощности высокой частоты, работающими на резонансную нагрузку и здесь рассматриваться не будут.
Схема автогенератора обычно содержат усилитель, охваченный обратной связью. Для построения автогенератора синусоидальных колебаний элементы схем либо усилителя, либо ОС должны обладать явно выраженными частотными свойствами. Наиболее часто используются два типа усилительных схем – с резонансными (колебательными) контурами и с резистивно-емкостными цепями. Автогенераторы, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называют автогенераторами типа LC, а автогенераторы, построенные на основе схемы усилителя на RC цепях,– автогенераторами типа RC или RC генераторы. Генерирование колебаний с частотами меньше 15 – 20 кГц на резонансных LC контурах затруднено и неудобно из-за их громоздкости. В низкочастотном диапазоне широко используются генераторы типа RC. Они могут генерировать весьма стабильные синусоидальные колебания в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Кроме того, они имеют малые габариты и массу. Конечно, наиболее полно преимущества генераторов типа RC проявляются в области низких частот.
Здесь мы будем рассматривать автогенераторы синусоидальных колебаний, построенные на основе RC цепей, которые нашли широкое применение в устройствах электронной автоматики и вычислительной техники.
в процессе функционирования генератора можно выделить два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима, что изображено на рисунке 2.
Рисунок 2. Процесс установления колебаний в генераторе
84 Генераторы пилообразного напряжения.
Генератор (см. рисунок) обеспечивает получение пилообразного напряжения с хорошей линейностью.
Транзистор Т1 генератора с резистором R1 в цепи эмиттера представляет собой источник тока с выходным сопротивлением, равным нескольким мегомам. Током этого источника заряжается конденсатор С2.
|
|
|
Ввиду большого выходного сопротивления источника тока обеспечивается хорошая линейность напряжения заряда. Когда напряжение на конденсаторе С2 достигает величины, при которой открывается однопереходный транзистор Т2, происходит быстрый разряд конденсатора.
Рис.1 Генератор пилообразного напряжения, схема
Частота повторения колебаний регулируется резистором R3 (регулировкой тока заряда конденсатора С2). Эта частота не зависит от колебаний напряжения питания, поскольку и напряжение, при котором открывается транзистор Т2, и ток заряда при этом изменяются пропорционально, компенсируя влияние друг друга на частоту повторения.
Пилообразное напряжение снимают непосредственно с конденсатора С2. На резисторе R2 в моменты разряда конденсатора возникают импульсы, которые могут быть использованы для синхроцизации.
При номиналах деталей, указанных на схеме, частота повторения может изменяться в пределах 0,1—4 кГц; размах пилообразного напряжения составляет 10 В, амплитуда синхронизирующих импульсов — 5 В.
86 Логические элементы «ИЛИ», «И», «НЕ».
Основой цифровой электроники являются логические элементы. На их основе состоят различные триггеры, дешифраторы, счётчики и т.д. Вот, к примеру, говорят же в процессоре миллионы транзисторов, но как их так собрали, ничего не перепутав и всё упорядочив? Из транзисторов собраны логические элементы, из логических элементов собраны различные счётчики, дешифраторы, триггеры, а из триггеров озу память и т.д., а всё вместе в сборе получается, процессор.Компоненты процессора собраны в одном кристалле, но когда-то были громоздкие платы, выполняющие такую же функцию.
Зная, как работают логические элементы, можно понять, как работают и все остальные цифровые микросхемы и научиться составлять самому схемы.
Элемент И
Смысл элемента в том, чтобы получить на выходе логический уровень нужно подать на все входы логические единицы (в данном примере их только два, но бывает и больше), то есть И на 1 вход И на 2 вход. Если подать единицу только на один вход, из выхода не будет напряжение идти, будет логический ноль. Думаю по таблице истинности понять его работу нетрудно. На рисунке изображён элемент 2И, то есть у него 2 входа. Наши российские (и советские) микросхемы это все серии ЛИ, например К155ЛИ1.
Элемент ИЛИ
Чтобы на выходе появился логический уровень, нужно чтобы на любом входе ИЛИ на все входы подать логическую единицу. У элемента бывает более чем 2 входа, так же как и на элементе И. Элементы ИЛИ это микросхемы серии ЛЛ, например К155ЛЛ1.
Элемент НЕ
Элемент НЕ выполняет роль инвертора. На выходе всегда логическая единица, пока на входе логический нуль и наоборот. Наши микросхемы это серии ЛН: К155ЛН1, К561ЛН2 и т.д.
Исключительное ИЛИ
Этот логический элемент имеет необычный смысл работы: на выходе появится логический уровень в том случае, если только на одном из входов будет присутствовать логическая единица. Если на оба входа (или на все) подать одинаковые уровни, тогда на выходе уровень не изменится.
87 Классификация, маркировка и применение микросхем
Интегральная (микро)схема (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, ммикрочип (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.
Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).
Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:
-толстоплёночная интегральная схема;
-тонкоплёночная интегральная схема.
Гибридная микросхема (также микросборка) — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.
Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные(толстоплёночные)пассивные элементы размещённые на поверхности кристалла.
Классификация
Степень интеграции
В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции, разная для цифровых и аналоговых микросхем (указано количество элементов для цифровых схем):
-малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,
-средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,
-большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле,
-сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле,
-ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле,
-гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.
В настоящее время название УБИС и ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Itanium, 9300 Tukwila, содержат два миллиарда транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10 000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом.
Технология изготовления
Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).
Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:
-толстоплёночная интегральная схема;
-тонкоплёночная интегральная схема.
Гибридная микросхема (также микросборка) — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.
Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные(толстоплёночные)пассивные элементы размещённые на поверхности кристалла.
|
|
|
