Amplificatoare BJT de clasă B

Amplificator LECO Complet Part 1 Tests (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Amplificatoare BJT de clasă B

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Măsurați și înregistrați cu atenție toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului, selectând valorile rezistorului suficient de mari pentru a face ca deteriorarea tuturor componentelor active să fie puțin probabilă.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Când elevii au început să învețe despre dispozitivele cu semiconductori și sunt cel mai probabil să le deterioreze prin conexiuni necorespunzătoare în circuitele lor, recomand să experimenteze componente mari de putere (diode rectificative 1N4001, tranzistoare de putere TO-220 sau TO-3, etc.) și utilizarea unor surse de alimentare cu baterii uscate, mai degrabă decât a unei surse de alimentare la bord. Acest lucru scade probabilitatea deteriorării componentelor.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului (la capătul superior) și pentru a evita epuizarea tranzistorului (la capătul inferior). Vă recomandăm rezistențe între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Circuitul prezentat aici este un amplificator standard push-pull, compus dintr-o pereche complementară de tranzistori de joncțiune bipolară:

Trace curentul în acest circuit în perioadele în care tensiunea instantanee a sursei de semnal (V in ) este pozitivă și pentru acele perioade în care este negativă. Determinați la ce moment fiecare tranzistor este "pornit" (efectuarea curentului).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarea întrebare: ați clasifica acest circuit de amplificator ca fiind un emițător obișnuit, un colector obișnuit sau o notă comună "ascunsă"> Note:

Lăsați elevii să urmărească curentul în circuit pe o diagramă desenată pe tablă, astfel încât toți să poată vedea analiza. După analizarea funcționării sale, întrebați-le de ce cred că acest amplificator se numește "push-pull".

O altă modalitate de a aborda acest circuit este din perspectiva aprovizionării curente și a scufundării curente. Care surse de tranzistor curente la rezistența de sarcină, și care tranzistor se scufunda curent de la rezistența de sarcină?

Întrebarea 3

Amplificatoarele de clasă B sunt foarte preferate pentru modelele de clasă A pentru aplicații de mare putere, cum ar fi amplificatoarele de putere audio. Explicați de ce este acest lucru.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Amplificatoarele de clasă B sunt mult mai eficiente decât amplificatoarele de clasă A, ceea ce înseamnă că nu pierd atât de multă energie sub formă de disipare a căldurii.

Note:

Discutați de ce amplificatoarele de clasă B sunt mai eficiente decât elevii dvs. cu amplificatoare de clasă A. Ce este un amplificator de clasă A care îl face atât de ineficient pentru aplicațiile de mare putere?

Întrebarea 4

Un student construiește următorul circuit de amplificare push-pull și observă că forma de undă de ieșire este distorsionată de forma inițială a undelor sinusoidale de către generatorul de funcții:

Gândindu-ne că poate acest circuit necesită biasing DC, la fel ca circuitele amplificatorului de clasă A, studentul pornește funcția "DC offset" a generatorului de funcții și introduce unele tensiuni DC la semnalul de intrare. Rezultatul este de fapt mai rău:

Evident, problema nu va fi rezolvată prin biasing semnalul de intrare AC, deci ceea ce cauzează această distorsiune în forma de undă de ieșire "# 4"> Răspuns dezvălui Ascunde răspuns

Vă dau un indiciu: acest tip de denaturare se numește distorsiune crossover și este cel mai răspândit tip de distorsiune în modelele de amplificatoare de clasă B.

Întrebare provocată: deoarece acest tip de amplificator tranzistor este deseori denumit "design push-pull", descrieți cauza acestei distorsiuni în ceea ce privește "împingerea" și "tragerea" tranzistoarelor.

Note:

Distorsiunea transversală este destul de ușor de înțeles, dar este mai dificil de fixat decât o singură față de "tăiere" distorsiuni elevii sunt obișnuiți să vadă în clasa amplificatoarelor de clasă A. Dacă credeți că ar putea ajuta elevii să înțeleagă mai bine, întrebați-i cum un circuit amplificator push-pull ar răspunde la o tensiune de intrare DC încetinită : cea care a început negativ, a ajuns la zero volți, apoi a crescut în direcția pozitivă. Monitorizați cu atenție statutul de tranzistori, deoarece acest semnal de intrare se schimbă lent de la negativ la pozitiv, iar motivul pentru această formă de denaturare ar trebui să fie evident pentru toți.

Întrebarea 5

Ce s-ar întâmpla cu forma de undă a tensiunii de ieșire a acestui amplificator dacă tranzistorul NPN a eșuat între colector și emițător?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Jumătatea pozitivă a formei de undă ar fi "lipsă":

Note:

Cereți studenților dvs. să identifice care tranzistor "surse" curent la sarcină, și care tranzistor "scufunda" curent de la sarcină, iar răspunsul ar trebui să fie ușor de înțeles.

Întrebarea 6

Un mod simplu dar nepractic de a elimina distorsiunea încrucișată într-un amplificator de clasă B este de a adăuga două surse de tensiune mici la circuitul de genul acesta:

Explicați de ce această soluție funcționează pentru a elimina denaturarea încrucișată.

De asemenea, explicați ce scop practic ar putea servi acest circuit amplificator push-pull, deoarece câștigul său de tensiune este de numai 1 (0 dB).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Fiecare sursă de tensiune determină ca tranzistorul respectiv să fie la marginea pornirii când tensiunea instantanee a intrării (V in ) este de 0 volți.

Astfel de circuite de amplificare sunt utilizate în mod tipic ca tampoane de tensiune : diminuând în mod eficient impedanța de ieșire a sursei (amplificând capacitatea curentă de aprovizionare / scufundare) astfel încât să furnizeze mai mult curent unei sarcini.

Întrebare de provocare: cum ai estimat impedanța de ieșire a unui astfel de circuit amplificator "note ascunse"> Note:

Cereți studenților dvs. să coreleze aceste surse de tensiune de părtinire la tensiunile de polarizare de curent continuu observate anterior în modelele de amplificatoare de clasă A. Cât de mult tensiune cred ei ar fi necesar pentru a părtinire în mod corespunzător fiecare tranzistor?

Întrebarea 7

Două metode de biare a perechilor de tranzistor push-pull sunt prezentate aici:

Care dintre aceste două metode este preferată și de ce "# 7"> Dezvăluiți răspunsul Ascundeți răspunsul

Biasingul cu diode este preferat, deoarece tensiunea de polarizare rămâne stabilă în ciuda fluctuațiilor tensiunilor de alimentare ale șinei.

Note:

Întrebați-vă studenților ce este special cu privire la o diodă care oferă doar cantitatea potrivită de tensiune de polarizare pentru tranzistori.

Întrebarea 8

Într-un circuit de amplificator de clasă B, în mod corect părtinitor, cât ar trebui să fie tensiunea între punctele A și B ?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

0 volți, în toate momentele în timp!

Următoarele întrebări: explicați modul în care acest fapt poate fi util în depanarea circuitelor amplificatoare push-pull și, de asemenea, explicați modul în care acest fapt dovedește că amplificatorul are un câștig de tensiune al unității (1).

Note:

Provocați elevilor să aplice Legea de tensiune a lui Kirchhoff la "buclele" din jurul acestor două puncte, ca atare:

Știind că tensiunea dintre punctele A și B este zero, întrebați-vă pe elevii dvs. ce picături de tensiune trebuie să fie peste rezistențele de biasing. Această întrebare prefigurează conceptul de "teren virtual" în circuitele amplificatorului operațional. Ideea este că două sau mai multe puncte dintr-un circuit pot fi ținute la același potențial fără a fi conectate împreună. Cu alte cuvinte, punctele sunt practic mai degrabă comune decât cele obișnuite .

Întrebarea 9

O modalitate de a spori foarte mult câștigul curent (A I ) al unui amplificator push-pull clasa B este de a folosi perechi Darlington în loc de tranzistori unici:

Singura problemă cu circuitul amplificator de perechi Darlington indicată este că rețeaua inițială de polarizare nu va mai fi suficientă. Dacă nu se schimbă altceva în acest circuit, amplificatorul va prezenta o anumită distorsiune încrucișată.

Efectuați modificările necesare circuitului pentru a împiedica în mod corespunzător noile tranzistoare și explicați de ce sunt necesare aceste modificări.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Cereți studenților să estimeze tensiunea suplimentară de polarizare necesară cu cele două (noi) tranzistoare adăugate la circuit. Cât de mult de biasing tensiune, pe tranzistor, a fost necesar, cu doar două tranzistori în circuitul "panoul de lucru panel panoul panou-default" itemscope>

Întrebarea 10

Transistoarele PNP de mare putere tind să fie mai puține și mai scumpe decât tranzistoarele NPN de mare putere, ceea ce complică construirea unor circuite amplificatoare push-pull complementare de mare putere. O soluție ingenios la această problemă este de a modifica circuitul de bază Darlington push-pull, înlocuind tranzistorul final PNP cu un tranzistor NPN, după cum urmează:

Combinația cascadă a unui tranzistor NPN și PNP este numită pereche Sziklai sau pereche complementară Darlington . În acest caz, tranzistorul mic PNP controlează tranzistorul de putere NPN mai mare din perechea Sziklai, realizând aceeași funcție de bază ca o pereche PNP Darlington.

Modificați circuitul prezentat aici pentru a utiliza diodele în rețeaua de polarizare în loc de rezistențe. Soluția nu este exact aceeași pentru acest circuit, așa cum este pentru un circuit convențional de împingere Darlington!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Discutați despre diferența dintre cele două jumătăți ale acestui circuit amplificator (jumătatea superioară a lui Darlington și jumătatea inferioară a lui Sziklai), acordând o atenție deosebită numărului de joncțiuni PN între bornele de bază și (emițătorul final).

Întrebarea 11

O variantă populară a amplificatorului de clasă B este amplificatorul Class AB, conceput pentru a elimina orice urmă de distorsiune încrucișată. Ce face diferența dintre un amplificator de clasă B și un amplificator de clasă "# 11"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Diferența fundamentală dintre operațiunile de clasă B și clasa AB este biasing: ambele tranzistoare sunt "pornite" pentru un moment scurt în timp în jurul punctului de trecere zero în circuitul de clasă AB, unde se presupune că se află un singur tranzistor la un moment dat într-un circuit de clasă B.

Amplificatoarele care funcționează în modul Clasa AB sunt mai puțin eficiente din punct de vedere energetic decât funcționarea pură a clasei B.

Note:

Cereți studenților dvs. să identifice în mod specific schimbările care ar trebui să fie făcute în următorul circuit de clasa B, pentru ca acesta să funcționeze ca un amplificator de clasă AB:

Discutați de ce se dă denumirea "Clasa AB" acestui mod de funcționare. Cum funcționează clasa AB în comparație cu clasa A clasă sau pur clasa B "panoul panoului de lucru panou panou panou implicit" itemscope>

Întrebarea 12

Un plus interesant pentru circuitul amplificator push-pull clasic B este protecția la supracurent, sub forma a încă două tranzistoare și a două rezistoare suplimentare adăugate la circuit:

Această formă de protecție la supracurent este obișnuită în circuitele de alimentare DC alimentate cu tensiune, dar funcționează bine și în circuitele de amplificare. Explicați modul în care tranzistoarele și rezistoarele adiționale funcționează împreună pentru a proteja tranzistoarele principale de la deteriorări în cazul unei supraîncărcări.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă se întâmplă ca curentul excesiv să treacă printr-un tranzistor de putere, căderea de tensiune pe acest rezistor emițător va fi suficientă pentru a activa tranzistorul auxiliar, care apoi "aruncă" curentul de bază al tranzistorului de putere supraîncărcat la sarcină.

Întrebare provocare: ce procedeu matematic ați folosi pentru a mări rezistențele emițătorului "note hidden"> Note:

Dacă elevii au dificultăți în a înțelege modul în care funcționează acest circuit, ar putea fi util să le arătați acest circuit (dintr-o sursă de curent continuu reglementată):

Întrebați-i cum funcționează tranzistorul Q2 în acest circuit pentru a proteja tranzistorul Q1 de supraîncărcare.

Un mod interesant de a explica funcționarea acestei forme de protecție la supracurent este acela de a spune că atunci când tranzistorul auxiliar începe să conducă (curentul de bază scurtcircuitat de tranzistorul principal de putere), acesta scade în mod efectiv β al tranzistorului principal de putere. Prin transformarea bruscă a tranzistorului de putere mai puțin eficient la amplificare, sursa de semnal "simte" mai mult din sarcină. Aceasta determină ca tensiunea sursei de semnal să se încarce, limitând în cele din urmă curentul de sarcină în timpul procesului.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →