Amplificatoare cu tranzistoare multiple

Am legat un amplificator de 1W in clasa D la un amplificator mai puternic in clasa AB. (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Amplificatoare cu tranzistoare multiple

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

De ce este obișnuit ca circuitele amplificatorului să utilizeze mai multe etape ale tranzistorilor decât un singur tranzistor (sau două tranzistoare într-un circuit push-pull)? Descrieți câteva dintre avantajele utilizării mai multor etape ale tranzistorului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vă voi lăsa să cercetați răspunsul (răspunsurile) la această întrebare pe cont propriu!

Note:

O întrebare destul de simplă, dar utilă pentru a discuta totuși.

Întrebarea 3

Descrieți funcția fiecărui component în acest circuit amplificator în două etape:

De asemenea, fiți pregătiți să explicați ce efect va avea asupra semnalului de ieșire eșecul unei componente (fie deschis, fie scurtcircuitat).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R 1 = Q 1 biasing
R2 = Q1 biasing
R 3 = sarcina Q 1
R 4 = stabilitatea Q 1 (împiedică scurgerea termică)
R 5 = Q 2 biasing
R 6 = Q 2 biasing
R 7 = sarcina Q 2
R8 = stabilitate Q 2 (împiedică scurgerea termică)
C 1 = Cuplarea semnalului de intrare la Q 1
C 2 = bypass AC pentru Q 1
C 3 = Cuplarea între etapele amplificatorului
C 4 = bypass AC pentru Q 2
C 5 = Cuplaj semnal de ieșire la încărcare
Q 1 = amplificare în prima etapă
Q 2 = amplificarea în a doua etapă

Note:

Răspunsurile din secțiunea "Răspunsuri" sunt minime: suficient pentru a ajuta studenții care se luptă cu conceptele. În timpul discuțiilor, aș aștepta mai multe detalii decât aceste fraze scurte.

Asigurați-vă că vă provocați pe studenți cu eșecuri ipotetice ale componentelor în acest circuit. Asigurați-vă că înțeleg fiecare funcție a componentei în acest circuit, în afară de memorarea unei fraze!

Întrebarea 4

În unele aplicații în care tranzistorii trebuie să amplifice curenți foarte mari, tranzistoarele bipolare sunt paralelizate astfel încât evaluările lor curente să adauge:

Cu toate acestea, dacă tranzistoarele sunt direct paralele, după cum se arată, pot apărea probleme de fiabilitate. O modalitate mai bună de a "ghemuia" mai multe tranzistoare împreună este să conectați un rezistor de mlaștină cu valoare mică la fiecare terminal de emițător:

Explicați în ce scop aceste rezistențe servesc într-o rețea tranzistor paralelă. Și exact ce înseamnă "înfundarea", oricum "# 4"> Dezvăluiți răspunsul Ascundeți răspunsul

Blocarea este un termen de proiectare, adică introducerea unei cantități sau cantități într-un circuit astfel încât orice diferențe intrinseci dintre componente să devină nesemnificative în comparație. În acest circuit, rezistențele de înfundare ajută la asigurarea unei împărțiri mai uniforme între cele trei tranzistoare.

Următoarele întrebări: vă puteți gândi la dezavantajele utilizării rezistențelor de împrăștiere în circuitele de mare putere?

Note:

Odată am avut ghinionul de a efectua reparații la nivel de componentă pe un invertor de putere mare (208 volți, trifazat) care utilizează mari "bănci" de tranzistori bipolare direct paralele pentru elementele de comutare finale. Aceste invertoare au avut un obicei prost de a distruge tranzistoarele și am observat că în mod invariabil vor exista doar unul sau două tranzistoare din aproximativ o duzină pe fiecare șină de radiatoare de căldură care a fost suflată - și mă refer la suflante, găuri aruncate prin metalul TO-3 cazuri! - în timp ce restul era perfect. Aceste bănci de tranzistori nu au folosit rezistoare de împrăștiere, deci distribuția actuală între ele a fost destul de dezechilibrată.

În cazul în care studenții cer, ar trebui să le spui că rezistențele de împrăștiere nu sunt folosite doar în băncile cu tranzistori. Băile de diode redresoare mari (în care mai multe diode sunt paralele) beneficiază, de asemenea, de rezistențele de împrăștiere.

În ceea ce privește aplicațiile în care rezistențele de împrăștiere sunt impracticabile, este posibil să se obțină o fiabilitate mai bună prin utilizarea mai multor tranzistoare (sau diode) decât este necesar, cu o divizare uniformă a curentului. Cu alte cuvinte, supra-construi circuitul.

Întrebarea 5

În unele aplicații în care tranzistorii trebuie să amplifice curenți foarte mari, tranzistoarele bipolare sunt paralele împreună, astfel încât ratingurile lor curente să se adauge. Când acest lucru se face, este o idee bună să utilizați rezistențe de împrăștiere la racordurile emițătorului tranzistor pentru a vă asigura o echilibrare echilibrată a curenților:

Cu toate acestea, dacă folosim MOSFET-uri în loc de BJT-uri, nu trebuie să folosim rezistențe de inundații:

Explicați de ce MOSFET-urile nu necesită rezistențe de împrăștiere pentru a ajuta la distribuirea uniformă a curentului, în timp ce BJT-urile fac.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cantitatea de tensiune de control variază în funcție de temperatura pentru BJT, dar nu și pentru MOSFET.

Note:

Răspunsul dat aici este intenționat vag. Lăsați elevii dvs. să facă cercetarea necesară! Spuneți-le că notele de aplicare ale producătorilor sunt surse valoroase de informații pentru astfel de întrebări.

Întrebarea 6

Primul circuit amplificator prezentat aici este cuplat direct, în timp ce al doilea este cuplat capacitiv .

Care dintre aceste două modele ar fi mai potrivite pentru utilizarea într-un circuit de voltmetru DC (amplificarea unei tensiuni DC măsurate) "# 6"> Răspuns dezvălui Ascunde răspuns

Lățimea de bandă a circuitului amplificatorului direct cuplat se extinde până la 0 Hz, spre deosebire de celălalt amplificator. Acest lucru îl face potrivit pentru amplificarea semnalului DC. Circuitul amplificator cuplat capacitiv ar fi mai potrivit pentru aplicații în care semnalele AC sunt tratate exclusiv.

Următoarele întrebări: în fiecare dintre aceste circuite de amplificare, identificați punctul în care faza semnalului devine deplasată cu 180 o . Cu alte cuvinte, arată unde semnalul de tensiune devine inversat și apoi inversat din nou, astfel încât ieșirea să fie în fază cu intrarea.

Note:

O întrebare bună pentru a vă întreba pe elevi este următoarea: "Ce este lățimea de bandă ?" Este important ca elevii să înțeleagă conceptul de bază al "lățimii de bandă" și ce factori îl influențează într-un circuit.

Solicitați studenților să prezinte valori posibile (în microfaradele) pentru condensatorul de cuplare din al doilea circuit, pe baza valorilor obișnuite ale rezistorului (între 1 kΩ și 100 kΩ) și un domeniu modest de frecvență audio (1 kHz până la 20 kHz). Nu sunt necesare valori exacte aici, dar este important să se poată realiza o estimare aproximativă a capacității (minime) necesare, dacă nu pentru alt motiv decât pentru a demonstra capacitatea lor de a înțelege capacitatea condensatorului de cuplare.

Întrebarea 7

Una dintre problemele cu circuite amplificatoare cuplate capacitiv este răspunsul scăzut al frecvenței joase: pe măsură ce frecvența semnalului de intrare scade, toate reactanțele capacitive cresc, ducând la un câștig de tensiune scăzut. O soluție la această problemă este adăugarea unui condensator în calea curentului colector al stadiului inițial de tranzistor:

Explicați modul în care prezența acestui condensator "compensator" ajută la depășirea pierderii câștigului obținut în mod normal ca rezultat al celorlalte condensatoare din circuit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Reactanța de creștere a condensatorului suplimentar la frecvențe joase crește câștigul primei trepte de tranzistor prin creșterea impedanței de la primul colector de tranzistori la șina de alimentare + V.

Note:

Această tehnică este folosită în mod obișnuit în circuitele de amplificare video, deși un circuit amplificator video complet nu ar fi atât de brut (fără bobine de vârf).

Întrebarea 8

Acest circuit amplificator de tranzist în două trepte este cuplat la transformator :

Ce avantaj beneficiază un amplificator cuplat la transformator care are circuite peste circuite folosind alte metode de cuplare "# 8"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Transformatoarele permit transformarea impedanței între etape, precum și inversarea fazei (dacă se dorește). Cu toate acestea, inductanța lor parazită (scurgere) și capacitatea de inter-bobinare pot determina amplificatorul să aibă caracteristici ciudate de răspuns în frecvență.

Următoarele întrebări: etichetați polaritatea transformatorului utilizând notația "punct" pentru a nu se realiza nicio inversare a semnalului de la intrare la ieșire (după cum se arată).

Note:

Cereți studenților dvs. să explice ce este transformarea impedanței și de ce este important, mai ales în circuitele amplificatoare. Aceasta va fi o revizuire bună atât a teoriei transformatorului, cât și a teoremei de transfer maxim de putere.

În ceea ce privește inversarea fazelor, o provocare distractivă aici este aceea de a le oferi studenților specificația "convenției punctuale" necesare pentru acest transformator particular pentru a obține caracteristica non-inversoare a acestui circuit amplificator în două trepte. Cu alte cuvinte, trebuie să le deseneze puncte apropiate de înfășurările transformatorului (cu relația relativă corespunzătoare) pentru a produce faza prezentată de simbolurile cu unde sinusoidale în diagramă.

Întrebarea 9

Să presupunem că doi ingineri discutau unde să pună un potențiometru în acest circuit amplificator audio, pentru a fi folosit ca un control al volumului:

Care opțiune ar fi mai bună și de ce "# 9"> Dezvăluiți răspunsul Ascundeți răspunsul

Opțiunea nr. 1 este cu siguranță cea mai bună alegere, deoarece setarea potențiometrului nu va afecta biasingul Q2 așa cum ar fi în cazul opțiunii # 2.

Note:

Scopul acestei întrebări este de ai face pe elevi să înțeleagă că biasingul fiecărei trepte de tranzistor este important într-un amplificator în mai multe trepte. Una dintre provocările majore ale proiectării unui amplificator în mai multe trepte este de a asigura cuplarea adecvată a semnalelor între etape fără a crea probleme de părtinire.

Întrebarea 10

Amplificatoarele de frecvență radio folosesc adesea inductori mici denumiți bobine de vârf în circuitul de cuplare între etapele tranzistorului. Descrieți scopul acestor inductoare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vârfurile de vârf sunt adăugate la circuitele amplificatoare pentru a ajuta la contracararea reactanței capacitive la frecvențe înalte.

Note:

Răspunsul pe care l-am oferit pentru această întrebare este foarte minim și este suficient pentru a oferi studenților dvs. un indiciu. Cereți studenților dvs. să explice de ce reactanța capacitivă este o problemă în circuitele de amplificare a tranzistorului de înaltă frecvență și de ce ar fi folosit un inductor pentru a contracara X C. De asemenea, întrebați dacă există dezavantaje pentru introducerea bobinelor de vârf în circuitele amplificatorului.

Întrebarea 11

Un design al amplificatorului audio push-pull folosește două tranzistoare identice și un transformator cu capăt central pentru a cupla puterea la sarcină (de obicei, un difuzor, într-un sistem de frecvență audio):

Spre deosebire de circuitele amplificatoare push-pull pereche complementare, acest circuit necesită absolut o etapă de preamplificator denumită splitter de fază, cuprinsă aici de tranzistorul Q1 și rezistoarele R3 și R4.

Explicați ce este scopul circuitului "splitter de fază" și de ce este necesar să conduceți corespunzător tranzistoarele de putere Q 2 și Q 3 .

Sugestie: determinați relațiile de fază dintre semnalele de tensiune la bornele de bază, colector și emițător ale tranzistorului Q 1, în raport cu solul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un circuit "splitter de fază" produce două tensiuni de ieșire complementare (180 o întrerupte în fază unul de altul), după cum este necesar pentru a acționa tranzistoarele de putere la momente opuse în ciclul de undă audio.

Următoarele întrebări: în mod obișnuit, rezistențele colectorului și emițătorului circuitului de separare a fazelor (R 3 și R 4 în acest exemplu) sunt dimensionate în mod egal. Explică de ce.

Note:

Cereți elevilor să analizeze calitativ semnalele de undă de tensiune în toate părțile acestui circuit. Când Q1 efectuează actualul "panou de panou de lucru panou panou implicit" itemscope>

Întrebarea 12

Examinați acest circuit amplificator audio push-pull:

Răspundeți la următoarele întrebări despre acest circuit pe baza analizei dvs.:

Cum se realizează divizarea fazelor în acest circuit "# 12"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Transformatorul de intrare T1 oferă divizarea fazelor.
R 1 stabilește punctul Q al ambelor tranzistoare.
Dacă R 1 a eșuat, ambele tranzistoare ar intra în modul de decuplare.
Dacă firul care conectează baza tranzistorului Q2 la transformatorul de intrare (T1) nu va funcționa corect, jumătate din forma de undă de ieșire va fi tăiată.

Note:

Cereți studenților dvs. să prezinte motive detaliate pentru răspunsurile lor. Răspunsurile furnizate pentru această întrebare sunt minime - este treaba dvs. ca instructor pentru a vă asigura că elevii își gândesc calea prin această întrebare și nu doar repetă ceva pe care l-au citit sau au auzit de la alții.

Întrebarea 13

Următorul circuit al amplificatorului are o problemă. În ciuda prezenței unui semnal de intrare puternic (așa cum este confirmat de o măsurare a osciloscopului la TP1), nu există niciun sunet provenit de la difuzor:

Explicați o abordare logică, pas cu pas, pentru a identifica sursa problemei, luând măsurători de tensiune. Rețineți, cu cât este mai eficientă tehnica dvs. de depanare (cu cât sunt efectuate mai puține măsurători), cu atât mai bine!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Te voi lasa sa te distrezi sa-ti stabilesti propriile strategii aici!

Note:

Această întrebare poate ocupa cu ușurință o mare parte din timpul dvs. de discuție, așa că asigurați-vă că faceți loc pentru aceasta în programul dvs.!

O modalitate excelentă de a ajuta studenții să înțeleagă conceptele implicate în acest circuit și de a-și îmbunătăți tehnica de depanare este de a realiza o tablă de demonstrație pe scară largă a acestui circuit, pe care o puteți defecta pe partea din spate prin deconectarea cablurilor, a întrerupătoarelor de deschidere sau de închidere, etc, apoi, să aibă elevii să ia un osciloscop și practică găsirea de probleme în circuitul de măsurare a tensiunii numai. Am construit tabele demonstrative similare pentru sala de clasă proprie și le-am considerat extrem de utile în construirea și evaluarea abilităților de depanare.

Întrebarea 14

Un circuit obișnuit de amplificator de tranzistoare cu bandă largă este proiectarea cascode, utilizând etape tranzistorice comune și emițător de bază:

Ce avantaj beneficiază amplificatorul cascode de peste modelele de amplificatoare "normale" cu un singur sau cu mai multe trepte? "# 14"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Combinația dintre o primă etapă colector comună și o a doua etapă comună de bază reduce în mod semnificativ efectele debilitante ale capacității de interjuncție în cele două tranzistoare. Majoritatea amplificatoarelor cascode nu necesită nici o neutralizare, fie: un testament al eficacității designului.

Note:

Aceasta este una dintre puținele aplicații populare pentru configurația comună a tranzistorului de bază și este o soluție care a fost implementată cu tranzistoare cu efect de câmp, precum și tranzistoare bipolare (și chiar tuburi de electroni, înainte de asta!). Cereți studenților dvs. să explice modul în care funcționează circuitul, în special notarea câștigului de tensiune al fiecărei etape și localizarea capacităților de interjuncție (efectul Miller) din circuit.

Întrebarea 15

Să presupunem că a fost construit următorul amplificator tranzistor cu trei trepte:

Cu nici un emițător de împământare rezistori oriunde în acest circuit, câștigul de tensiune de fiecare etapă este garantat să fie mare, dar instabil, de asemenea. Cu trei etape aranjate astfel, una care se hrănește în următoarea, câștigul final de tensiune va fi foarte mare și foarte instabil.

Cu toate acestea, dacă vom adăuga un alt rezistor la circuit (R feedback ), ceva foarte interesant are loc. Dintr-o dată, câștigul de tensiune general al circuitului amplificatorului este scăzut, dar stabilitatea acestui câștig devine mult îmbunătățită:

Interesant, câștigul de tensiune al unui astfel de circuit va fi aproape egal cu coeficientul celor două rezistoare evidențiate, feedback-ul R și R în :

A V R feedback


R in

Această aproximare este valabilă pentru variațiile mari ale câștigului individual al tranzistorului (β), precum și a temperaturii și a altor factori care ar lovi în mod normal răul în circuitul fără rezistență de reacție în poziție.

Descrieți rolul pe care joacă rezistorul de reacție în acest circuit și explicați modul în care adăugarea feedback-ului negativ este un beneficiu general pentru performanța acestui circuit. De asemenea, explicați cum puteți spune că acest feedback este negativ în natură ("degenerativ").

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul de reacție oferă o cale de semnal pentru feedback-ul negativ, care "tames" câștigul și instabilitatea nedreaptă, altfel inerent unui astfel de circuit de amplificator tranzitoriu cu trei trepte.

Putem spune că feedback-ul este negativ în natură, deoarece provine dintr-un număr impar de faze de amplificare inversoare (există încă o relație inversă între ieșire și intrare).

Următoarea întrebare: cât de mult presupuneți că înlocuirea unui tranzistor cu un parametru β sau r ' e diferit ar afecta fiecare circuit "note ascunse"> Note:

Deși circuitul prezentat este puțin prea brut pentru a fi practic, el ilustrează puterea feedback-ului negativ ca o influență stabilizatoare.

Întrebarea cu privire la natura degenetară a feedback-ului este una importantă. Discutați cu studenții noștri cum nu puteați pur și simplu să ridicați semnalul de feedback de oriunde în circuit!

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →