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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA amplificadores de potencia Parte uno. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Bueno, más precisamente, no el principio, sino el final, porque, como verdaderos indios, el Gato y yo (¡Miau! - en adelante, las notas del Gato) decidimos comenzar esta saga sobre la mente desde las etapas finales. De hecho, tendré que cargar con la culpa por dos, ya que el Gato no tiene la menor idea de por qué los humanos necesitamos aparatos como amplificadores de potencia para cada perro. Bueno, ellos, los gatos, no entienden esto: ya gritan muy poderosamente cuando alguien les pisa la cola. (¡MEAAAAY!) Sí, sí. Lo siento, no lo digo por malicia. Bueno, no tomemos al gato por la cola y comencemos. ¿Qué es un amplificador de potencia? Además, para abreviar, lo llamaremos MENTE. Convencionalmente, su diagrama estructural se puede dividir en tres partes: Estas tres partes realizan una tarea: aumentar la potencia de la señal de salida a un nivel tal que sea posible controlar una carga de baja impedancia: un cabezal dinámico o unos auriculares. ¿Cómo lo hicieron? Es muy simple: la corriente continua de alimentación del PA se toma y se convierte en corriente alterna, pero de tal manera que la forma de la señal de salida repite la forma de la señal de entrada.
Esto se demuestra exactamente en la figura. En la entrada tenemos una señal pequeña (¡miau!), en la salida una grande (¡MIAU!). Al mismo tiempo, su forma (¡miau! -¡MIAU!) no ha cambiado en absoluto. Gracias gato. Pero, lamentablemente, todo está bien sólo en teoría. En la práctica, al diseñar equipos de radio, utilizamos resistencias, condensadores y especialmente transistores no ideales. Por lo tanto, la forma de la señal de salida puede diferir significativamente de la señal de entrada, y este problema se llama distorsión. Todas las etapas del amplificador aportan su granito de arena al daño de la señal, pero la mayor parte (yo diría, un rublo entero en cambio) la aporta la etapa final si está mal construida o calculada. ¿Por qué es mala la distorsión? Bueno, para no caer en la demagogia, simplemente elimine, digamos, una de cada cinco palabras de este artículo. ¿Qué pasó? No, el significado, por supuesto, sigue siendo claro, pero es un poco diferente, ¿verdad? Lo mismo ocurre con el sonido. Entonces, veamos las diferentes formas de construir etapas finales de PA, que también se denominan clases (o modos de funcionamiento) de amplificadores. Probablemente hayas escuchado: amplificador de clase A, amplificador de clase AB, esto es lo que es. Comencemos mirando el diagrama del circuito general de la etapa de salida del PA.
Esta es una etapa de salida push-pull que utiliza transistores complementarios. Como puede ver, los circuitos básicos de los transistores incluyen fuentes de voltaje que forman el desplazamiento inicial del punto de operación de cada transistor. Entonces, es precisamente la magnitud de este voltaje lo que determina en qué modo (clase) funcionará esta o aquella etapa de salida. Bueno, comencemos en orden - modo А . Podemos lograr este modo con un voltaje de polarización bastante alto.
donde I0 es la corriente de reposo en cascada. Por tanto, ambos transistores están en la zona activa y a medida que disminuye la corriente del colector de un transistor, aumenta la corriente del otro. Como resultado de todos estos bailes, obtenemos una linealidad casi perfecta de la cascada y una ausencia total de distorsiones no lineales. PERO. Siempre hay algún PERO, ¿te has dado cuenta? En primer lugar, la potencia consumida de la fuente de alimentación es igual al doble de la potencia de la señal de salida y es un valor constante, independiente de la señal de entrada. Es decir, si el amplificador desarrolla una potencia de salida máxima de 100 vatios, entonces la potencia consumida de la fuente de alimentación será de 200 vatios y no importa a qué volumen escuche música. ¿Y si el amplificador es de dos canales, es decir, estéreo? ¿Y si es un cine en casa? Más. Los transistores de salida, como saben, tienen la mala costumbre de calentarse. Es decir, disipan algo de poder. En el caso del modo A, la potencia disipada por un transistor es la siguiente:
donde a es la oscilación del voltaje de salida. ¿Que estamos haciendo? Otra característica de la clase A es que la disipación de potencia de los transistores es mayor cuanto menor es la señal de entrada. Es decir, si dejas el amplificador funcionando sin señal de entrada, se calentará como una estufa, ya que en ausencia de señal de entrada, la potencia disipada del transistor es igual a la potencia máxima de salida del amplificador. Por cierto, quiero decir que esto se ha probado en la práctica: mi referencia Technics A 900 en realidad se calienta más si no se suministra ninguna señal a su entrada; en un momento me sorprendió mucho esta circunstancia e incluso quise tomarla. para reparación. Otro parámetro importante del amplificador es la eficiencia. Bueno, ya lo entiendes: con tal calentamiento de los transistores, no conseguiremos ninguna eficiencia humana (¡Miau!) o felina. La eficiencia se calcula así:
donde a, como en la fórmula anterior, es la oscilación del voltaje de salida. Así, la eficiencia no es constante y aumenta a medida que la señal de entrada, y por tanto la potencia de salida, aumenta y alcanza un valor máximo del 50%. (¿Quieres beber una botella de cerveza? Miau, nada saldrá bien: vertimos la mitad de la botella en el inodoro, bebemos la mitad restante y volvemos a correr por toda la botella). Sí, eso es aproximadamente, pero debería Cabe señalar que esta cerveza será simplemente excelente. Es cierto que será más ofensivo tirar la mitad. Entonces, resumamos: ¿qué tiene de bueno la clase A? En primer lugar, una excelente linealidad y falta de distorsión: la forma de la señal de salida sigue siendo la misma que en la entrada. Pero tenemos que pagar por esto con un consumo de energía exorbitante y una eficiencia de amplificador extremadamente baja. No todo el mundo puede hacer tales sacrificios, y este modo de funcionamiento de los amplificadores se utiliza sólo en sistemas Hi-End de muy alta calidad, cuyo coste empieza en 1000 mapaches pisoteados y parecen ataúdes perfilados. La siguiente clase de amplificadores es la clase B. Al igual que la última vez, consideremos una cascada push-pull que utiliza transistores complementarios.
El circuito se ha simplificado un poco debido a las características específicas del funcionamiento del amplificador en este modo. Como puede ver, no hay ninguna polarización, es decir, los transistores se abren exclusivamente desde la señal de entrada. Por tanto, la peculiaridad de este modo es que, en ausencia de una señal de entrada, ambos transistores están cerrados y la cascada no consume absolutamente nada de la fuente de alimentación: I0 = 0. Si hay una señal de entrada, los transistores funcionan alternativamente: el transistor T1 funciona para medias ondas positivas y el T2 para medias ondas negativas. Veamos cómo nos va con el consumo de energía, la eficiencia y el calentamiento de los transistores. Primero, introduzcamos un cierto coeficiente a, el llamado coeficiente de utilización.
es decir, la relación entre el voltaje de salida actual y el voltaje de salida máximo. Para decirlo en lenguaje humano, esta figura muestra qué tan ocupado está el amplificador en este momento: o está transportando cubos de electrones a una velocidad vertiginosa - a=1, o está completamente inactivo - a=0. Entonces, la potencia de salida se calcula mediante la siguiente fórmula:
disipación de potencia del transistor de trabajo:
el consumo de energía:
Bueno, en general, en el caso del modo B, todo es justo: el consumo de energía aumenta a medida que aumenta la señal de entrada y, en consecuencia, crece la potencia de salida. El consumo máximo de energía en a=1 alcanza
La eficiencia también aumenta al aumentar el nivel de la señal y alcanza el 78,5%. Bueno, ese es un asunto completamente diferente. (¡Miau! Bueno, sí, derramar el 20% de la cerveza no es el 50%). Entonces, parece que nos perdimos algo. Bueno, así es, se olvidaron de las distorsiones. Y todo el Gato con su cerveza. Distrae. Entonces, echemos un vistazo a las distorsiones.
Uuuuu... ahí es donde terminamos - mira lo que está pasando. En la clase B pura nos espera un mmm muy grande... (¡Miau! ¡Culo!) Bueno, sí, algo así: distorsiones no lineales o, como también se les llama, transitorias de primer tipo. Verá, en el gráfico, en lugar de que la sinusoide pase suavemente por cero, como ocurre en la señal de entrada, generalmente obtenemos una caída de cierta amplitud, es decir, el momento en que la señal desaparece por completo, no la hay. ¿Por qué está pasando esto? El caso es que para que el transistor se abra y comience a funcionar, necesita un cierto voltaje umbral suministrado a la base; para los transistores bipolares de silicio es igual a 1 voltios.
Eso es lo que obtenemos. Digamos que la magnitud de la media onda positiva comienza a disminuir. El transistor T1 comienza a cerrarse. Y llega un momento en que el valor de la primera media onda cae por debajo de 0,7 voltios y T1 se cierra, pero T2 aún no se ha abierto, y se abrirá solo cuando la señal entre en media onda negativa y su valor alcance un voltaje. de -0,7 voltios. Así, obtenemos un agujero en la señal de 1,4 voltios de ancho. Ay ah ah, ¿qué debemos hacer ahora, eh? (Bebe cerveza, vierte un 20% en el inodoro, ¡miau!) Bueno, para no terminar esta parte con una nota triste, seguiré adelante y diré que se encontró una solución a este problema, se encontró hace mucho tiempo y se llama modo AB . Cierto compromiso entre la calidad de la señal y los parámetros de potencia. Pero veremos esto en la siguiente parte. (También veremos un amplificador digital de Clase D, ¡miau!) Publicación: radiokot.ru
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