Меню

Дифференциальный каскад усилителя мощности



Дифференциальный усилительный каскад

Дифференциальный усилительный каскад также называют параллельно-балансным каскадом. Рассмотрим каскад на транзисторах n-p-n, который выполнен по схеме сбалансированного моста (рис.6.5.). Плечами моста являются сопротивления RK1 и RK2, транзисторы VT1 и VT2. Выходное напряжение снимается по диагонали моста (между коллекторами транзисторов или с коллекторов). На транзисторе VT3 собрана схема источника стабильности тока IЭ, который определяет сумму эмиттерных токов IЭ1 и IЭ2 транзисторов VT1 и VT2. В схему источника стабильного тока входят резисторы R1, R2, R3 и источник питания ЕК2. Транзистор VT4 находится в диодном включении и выполняет функцию термостабилизирующего элемента (для повышения стабильности тока IЭ в зависимости от изменения температуры). Найдем напряжение между точками 1–2 схемы:

если пренебречь током IБ3, который существенно меньше IЭ, и принять IЭ = IК3 » IЭ3. Если IБ3

Определим коэффициенты усиления по напряжению дифференциального каскада. Входной ток каскада при одинаковых параметрах обоих транзисторов

, (6.9.)

где rВХ ¾ входное сопротивление транзистора. Входной ток создает приращение коллекторных токов ± DIK1, 2 = ±b×IВХ и напряжений на коллекторах

Из (6.9.) и (6.10.) определяем коэффициенты усиления по напряжению каскада

. (6.11.)

Если RГ = 0, то (6.11.) примет вид

. (6.12.)

Т.к. приращение выходного напряжения DUВЫХ = DUK1 – DUK2 = 2×DUK , то коэффициент усиления каскада по дифференциальному выходу (дифференциальный коэффициент усиления) находят из соотношения

. (6.13.)

Дифференциальное входное напряжение при сигналах UВХ1 и UВХ2 неодинаковой полярности будет равно UВХ = UВХ1 + UВХ2, а дифференциальное выходное напряжение UВЫХ = КUД ×(UВХ1 + UВХ2).

При подключении входных напряжений одинаковой полярности (синфазных сигналов) выходное напряжение

Если UВХ1 > UВХ2, то входную цепь можно представить как на рис.6.13. Напряжение UВХ1 можно представить как синфазное напряжение ЕСИНФ, приложенное одновременно к обоим входам, а разность еГ = UВХ1 – UВХ2 ¾ как дифференциальное входное напряжение между входами. Если еГ = 0 (т.е. сигналы одинаковы по величине), то к обеим базам прикладывается ЕСИНФ. Напряжение на коллекторе транзистора VT3 возрастает (рис.6.5.), что вызывает некоторое увеличение тока IЭ. Это обусловливает положительные приращения токов эмиттера и коллектора транзисторов VT1 и VT2 и уменьшение UБАЛ на DUБАЛ. Приращение DUБАЛ появляется на выходах UВЫХ1 и UВЫХ2 как величина синфазной ошибки при усилении. Синфазную ошибку усиления оценивают коэффициентом синфазной передачи каскада

Читайте также:  Мощность электропривода для экрана

, (6.15.)

который обычно много меньше единицы. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС)

. (6.16.)

Величина КОСС обычно составляет –20¸–60дБ. КООС показывает, насколько влияние дифференциального входного сигнала больше синфазного напряжения.

При интегральном исполнении дифференциальных усилительных каскадов в качестве динамических нагрузок часто используют транзисторы. Подобные схемы позволяют обеспечить значения коэффициента усиления К значительно большие, чем в схемах с реактивными нагрузками. Пример построения такой схемы на транзисторах p-n-p представлен на рис.6.14. Транзисторы VT3 и VT4 выполняют функцию динамических нагрузок каскада, при этом транзистор VT3 находится в диодном включении. Ток IК1 транзистора VT1, протекающий также через транзистор VT3, создает напряжение UБЭ3, определяющее входное напряжение UБЭ4. Если транзисторы VT3 и VT4 близки по параметрам, то ток IК4 будет близок к IК1 (это явление получило название токового зеркала).

Если еГ = 0, то схема находится в режиме покоя (баланса). Токи IЭ1 = IЭ2 = IЭ , IК1 = IК2 = IК4 » IЭ /2. Ток IК4 протекает через транзистор VT2, ток IН = 0, поэтому UВЫХ = 0.

Пусть источник входного сигнала имеет полярность как на рис.6.14. входной ток IВХ увеличивает ток IБ1 и уменьшает ток IБ2. Это изменение базовых токов вызывает изменение коллекторных токов:

, (6.17.)

, (6.18.)

. (6.19.)

При этом ток нагрузки

, (6.20.)

поэтому напряжение на выходе

. (6.21.)

Коэффициент усиления каскада по напряжению

. (6.22.)

Для увеличения входного напряжения дифференциального каскада нужно работать при малых токах, поэтому входное сопротивление нужно иметь как можно большим. Существенное повышение входного сопротивления дает выполнение дифференциального каскада на полевых транзисторах (рис.6.15.). данная схема применяется также с динамическими нагрузками.

Источник

Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадом

Усилитель имеет следующие основные технические характеристики:

Читайте также:  Мощность 100 квт сила тока

Номинальная выходная мощность . 55 Вт
Коэффициент гармоник . 0,07%
Полоса рабочих частот . 20. 50 000 Гц
Отношение сигнал-шум. 89 дБ
Напряжение питания . ±36 В
Ток покоя . 100 мА

Одной из особенностей данного усилителя мощности является его питание от двухполярного источника. Это позволяет включить нагрузку между выходов усилителя и общим проводом без переходного конденсатора.

Другая особенность состоит в применении входного .балансного дифференциального каскада, обладающего хорошей термостабильностью.

 Puc.1

Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1.

Он состоит из входного каскада (транзисторы VT1. VT2>, каскада усиления напряжения (VT3) а выходного (VT4-VT7) я элементов защиты выходных транзисторов (VD3-VD6). Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада с несимметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. Сигнал ООС подается с выхода через резистор R6 на базу транзистора VT2. Дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с нулевым напряжением общего провода, и если по каким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя станет отличным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада поступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилитель напряжения и через резистор Д7 на выходной каскад. Выходной каскад выполнен на составных комплементарных транзисторах VT4, VT6 и VT5, VT7, обладающих большим входным и весьма малым выходным сопротивлениями.

Диоды VD1 и VD2 создают начальное смещение выходного каскада и обеспечивают температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Через конденсатор вольтдобавки С5 подключается ПОС в цель. коллекторной нагрузки транзистора VT3, обеспечивая тем самым получение максимального размаха выходного напряжения. Диоды VD3, VD4 и VD5, VD6 защищают выходные транзисторы, шунтируя в случае перегрузки, переходы транзисторов. Элементы СЗ, С6, R.14, C7, L1 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах.

Читайте также:  Расчет мощности насоса по котлу

Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов диоды VD1 и VD2 устанавливают на общий с транзисторами VT6 VT7 теплоотвод. Катушка L1 намотана на резисторе R15 (МЛТ-2) и содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,8. Резисторы R12 и R13 изготовлены из высокоомного провода (манганин, константан).

Налаживание усилителя заключается в проверке правильности монтажа При правильном монтаже и использовании исправных элементов дополнительной настройки не требуется. Для питания усилителя необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±36 В ток не менее 1,2 А.

источник:
Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения. М. Радио и связь. 1986г.

Источник