Amplifier Audio Kelas B

Amplifier Kelas B (Push Pull) (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Amplifier Audio Kelas B

Bab 6 - Litar Bersepadu Analog


BAHAGIAN DAN BAHAN

  • Empat 6 volt bateri
  • Dual operation amplifier, model TL082 disyorkan (Radio Shack catalog # 276-1715)
  • Satu transistor kuasa NPN dalam pakej TO-220- (Radio Shack catalog # 276-2020 atau setaraf)
  • Satu transistor kuasa PNP dalam pakej TO-220- (Katalog Radio Shack # 276-2027 atau setaraf)
  • One 1N914 switching diode (Radio Shack catalog # 276-1620)
  • Satu kapasitor, 47 μF elektrolitik, 35 WVDC (Radio Shack catalog # 272-1015 atau setaraf)
  • Dua kapasitor, 0.22 μF, tidak terpolarisasi (Radio Shack catalog # 272-1070)
  • Satu potometerometer 10 kΩ, tayar linier (Radio Shack catalog # 271-1715)

Pastikan anda menggunakan op-amp yang mempunyai laju membunuh tinggi. Elakkan LM741 atau LM1458 untuk sebab ini.

Lebih dekat dengan dua transistor, lebih baik. Jika boleh, cobalah untuk mendapatkan transistor TIP41 dan TIP42 yang sesuai dengan transistor kuasa NPN dan PNP dengan penarafan pelesapan masing-masing 65 watt. Jika anda tidak boleh mendapatkan transistor TIP41 NPN, TIP3055 (tersedia dari Radio Shack) adalah pengganti yang baik. Jangan gunakan transistor kuasa yang sangat besar (iaitu kes TO-3), kerana op-amp mungkin mempunyai masalah memandu arus yang mencukupi untuk pangkalan mereka untuk operasi yang baik.

RUJUKAN CROSS

Pelajaran Dalam Litar Elektrik, Jilid 3, bab 4: "Transistor Bipolar Junction"

Pelajaran Dalam Litar Elektrik, Jilid 3, bab 8: "Penguatkuasaan Operasi"

OBJEKTIF PEMBELAJARAN

  • Bagaimana untuk membina penguat kelas B "push-pull" menggunakan transistor bipolar pelengkap
  • Kesan "penyimpangan crossover" dalam litar penguat tolak tarik
  • Menggunakan maklum balas negatif melalui op-amp untuk membetulkan litar tidak linear

GAMBARAJAH SKEMATIK

ILUSTRASI

ARAHAN

Projek ini adalah penguat audio yang sesuai untuk menguatkan isyarat output daripada radio kecil, pemain pita, pemain CD, atau sebarang sumber isyarat audio lain. Untuk operasi stereo, dua penguat yang sama perlu dibina, satu untuk saluran kiri dan lain-lain untuk saluran yang betul. Untuk mendapatkan isyarat masukan untuk penguat ini untuk menguatkan, hanya sambungkannya ke output radio atau peranti audio lain seperti ini:

Litar penguat ini juga berfungsi dengan baik dalam menguatkan isyarat audio "tahap-peringkat" dari komponen stereo berkualiti tinggi dan komponen modular. Ia memberikan kuasa bunyi yang mengejutkan apabila dimainkan melalui pembesar suara yang besar, dan mungkin berjalan tanpa heatsink pada transistor (walaupun anda perlu mencuba sedikit sebelum memutuskan untuk melepaskan penyejukan haba, kerana pelesapan kuasa berbeza-beza mengikut jenis speaker digunakan).

Matlamat mana-mana litar penguat adalah untuk menghasilkan semula waveshape input seberapa tepat yang mungkin. Pembiakan sempurna tidak mungkin, tentu saja, dan apa-apa perbezaan antara output dan input waveshapes dikenali sebagai herotan . Dalam penguat audio, penyelewengan boleh menyebabkan nada yang tidak menyenangkan disempitkan dengan bunyi sebenar. Terdapat banyak konfigurasi berlainan litar penguat audio, masing-masing dengan kelebihan dan kelemahannya sendiri. Litar tertentu ini dipanggil "kelas B, " litar tarik-tarik .

Kebanyakan penguat kuasa "audio" menggunakan konfigurasi kelas B, di mana satu transistor memberikan kuasa kepada beban semasa separuh daripada kitaran gelombang gelombang (ia menolak ) dan transistor kedua menyediakan kuasa kepada beban untuk setengah kitaran yang lain (ia tarik ). Dalam skema ini, transistor tidak kekal "pada" untuk seluruh kitaran, memberikan setiap masa untuk "berehat" dan sejuk semasa kitaran bentuk gelombang. Ini menjadikan litar penguat cekap kuasa, tetapi membawa kepada jenis ketiadaan yang berbeza yang dikenali sebagai "penyimpangan crossover."

Ditunjukkan di sini adalah bentuk gelombang sinus, bersamaan dengan nada audio malar isipadu malar:

Dalam litar penguat menolak-tarik, kedua-dua transistor bergilir menguatkan separuh kitaran penggantian bentuk gelombang seperti ini:

Jika "tangan" di antara dua transistor tidak disegerakkan dengan tepat, walaupun, bentuk gelombang keluaran penguat mungkin kelihatan seperti ini dan bukan gelombang sinus tulen:

Di sini, keputusan distorsi dari fakta bahawa terdapat kelewatan antara satu transistor yang dimatikan dan transistor lain menghidupkan. Jenis penyimpangan ini, di mana bentuk gelombang "mengempang" di titik silang antara separuh kitaran positif dan negatif, dipanggil penyimpangan crossover . Satu kaedah biasa untuk mengurangkan penyimpangan crossover adalah untuk mengecilkan transistor supaya titik-turn / on-turn mereka sebenarnya bertindih, supaya kedua - dua transistor berada dalam keadaan pengalihan untuk masa yang singkat semasa tempoh crossover:

Bentuk amplifikasi ini secara teknikal dikenali sebagai kelas AB dan bukannya kelas B kerana setiap transistor adalah "on" selama lebih daripada 50% masa semasa kitaran bentuk gelombang lengkap. Walau bagaimanapun, kelemahan untuk melakukan ini adalah peningkatan penggunaan kuasa litar penguat, kerana semasa momen masa di mana kedua-dua transistor sedang menjalankan, terdapat arus yang dijalankan melalui transistor yang tidak akan melalui beban, tetapi hanya "dipendekkan "Dari satu rel bekalan kuasa kepada yang lain (dari -V hingga + V). Bukan sahaja ini pembaziran tenaga, tetapi ia menghilangkan lebih banyak tenaga haba dalam transistor. Apabila transistor meningkat pada suhu, ciri-ciri mereka berubah (V akan jatuh ke hadapan voltan, β, rintangan simpang, dan sebagainya), menjadikan pembentukan yang sukar.

Dalam eksperimen ini, transistor beroperasi dalam mod kelas B tulen. Iaitu, mereka tidak pernah melakukan pada masa yang sama. Ini menjimatkan tenaga dan mengurangkan pelesapan haba, tetapi memudaratkan penyimpangan crossover. Penyelesaian yang diambil dalam litar ini adalah menggunakan op-amp dengan maklum balas negatif untuk memacu transistor dengan cepat melalui zon "mati" yang menghasilkan gangguan crossover dan mengurangkan jumlah "meratakan" bentuk gelombang semasa crossover.

Yang pertama (kiri) op-amp yang ditunjukkan dalam gambarajah skematik adalah tidak lebih daripada penampan. Penampan membantu mengurangkan beban input kapasitor / rangkaian perintang, yang telah diletakkan di dalam litar untuk menyaring mana-mana voltan bias DC daripada isyarat masukan, mencegah mana-mana voltan DC daripada menjadi diperkuat oleh litar dan dihantar ke speaker di mana ia boleh menyebabkan kerosakan. Tanpa op-amp penampan, litar penapisan kapasitor / perintang mengurangkan frekuensi rendah ("bass") penguat dan menguatkan frekuensi tinggi ("treble").

Fungsi op-amp kedua sebagai penguat pembalik yang keuntungan dikawal oleh potensiometer 10 kΩ. Ini tidak lebih daripada menyediakan kawalan kelantangan untuk penguat. Biasanya, pembalikkan litar op-amp mempunyai resistor maklum balas yang disambungkan secara langsung dari terminal output op-amp ke terminal input terbalik seperti ini:

Jika kita menggunakan isyarat keluaran yang dihasilkan untuk memacu terminal asas bagi pasangan transistor tarik-tarik, namun, kita akan mengalami penyelewengan crossover yang signifikan, kerana akan ada zon "mati" dalam operasi transistor apabila voltan asas dari + 0.7 volt ke - 0.7 volt:

Jika anda telah membina litar penguat dalam bentuk akhir, anda boleh memudahkannya dalam bentuk ini dan mendengar perbezaan kualiti bunyi. Sekiranya anda belum memulakan pembinaan litar, gambarajah skema yang ditunjukkan di atas akan menjadi titik permulaan yang baik. Ia akan menguatkan isyarat audio, tetapi ia akan menjadi bunyi yang dahsyat!

Sebab penyimpangan crossover ialah apabila isyarat keluaran op-amp adalah antara + 0.7 volt dan - 0.7 volt, transistor tidak akan menjalankan, dan voltan output kepada pembesar suara akan menjadi 0 volt untuk keseluruhan 1.4 voltan asas asas swing voltan. Oleh itu, terdapat "zon" dalam julat isyarat input di mana tiada perubahan dalam voltan keluaran pembesar akan berlaku. Di sinilah teknik biasing rumit biasanya diperkenalkan kepada litar untuk mengurangkan jurang "1.4 volt ini dalam tindak balas isyarat input transistor. Biasanya, seperti ini dilakukan:

Kedua-dua dioda yang disambungkan akan menurunkan kira-kira 1.4 volt, bersamaan dengan gabungan V akan jatuh ke hadapan voltan dua transistor, menghasilkan satu senario di mana setiap transistor berada di ambang menghidupkan apabila isyarat masukan adalah sifar volt, menghilangkan zon isyarat 1.4 "mati" yang wujud sebelum ini.

Malangnya, penyelesaian ini tidak sempurna: apabila transistor memanas dari mengendalikan kuasa ke beban, V mereka akan jatuh ke hadapan voltan akan berkurang dari 0.7 volt ke sesuatu yang kurang, seperti 0.6 volt atau 0.5 volt. Diod, yang tidak tertakluk kepada kesan pemanasan yang sama kerana mereka tidak menjalankan arus yang besar, tidak akan mengalami perubahan yang sama dalam penurunan voltan ke hadapan. Oleh itu, diod akan terus memberikan voltan bias 1.4 voltan yang sama walaupun transistor memerlukan voltan bias yang kurang kerana pemanasan. Hasilnya adalah bahawa litar melayang ke operasi AB kelas, di mana kedua-dua transistor akan berada dalam keadaan pengaliran sebahagian masa. Ini, tentu saja, akan menyebabkan lebih banyak pelesapan haba melalui transistor, memburukkan masalah perubahan drop voltan ke hadapan.

Penyelesaian yang biasa untuk masalah ini adalah pemasukan perintang "maklum balas" pampasan suhu di kaki pemancar litar transistor tarik-tarik:

Penyelesaian ini tidak menghalang pengubahsuaian serentak kedua-dua transistor, tetapi hanya mengurangkan keterukan masalah dan menghalang pelarian terma. Ia juga mempunyai kesan malang untuk memasukkan rintangan pada laluan semasa beban, mengehadkan arus output penguat. Penyelesaian yang saya pilih dalam percubaan ini adalah salah satu yang memanfaatkan prinsip maklum balas negatif op-amp untuk mengatasi keterbatasan melekat pada litar output transistor tarik-tarik. Saya menggunakan satu diod untuk memberikan voltan bias 0.7-volt untuk pasangan tarik-tarik. Ini tidak mencukupi untuk menghapuskan zon isyarat "mati", tetapi ia mengurangkan sekurang-kurangnya 50%:

Oleh kerana kejatuhan voltan satu diod akan sentiasa kurang daripada gabungan voltan gabungan dua jurang pemancar asas transistor, transistor tidak boleh menyala serentak, dengan itu mencegah operasi kelas AB. Seterusnya, untuk membantu menyingkirkan distorsi crossover yang lain, isyarat maklum balas op-amp diambil dari terminal output penguat (terminal pemancar transistor) seperti ini:

Fungsi op-amp adalah untuk mengeluarkan isyarat voltan yang mana ia perlu untuk memastikan dua terminal input pada voltan yang sama (0 volt differential). Dengan menyambung wayar umpan balik ke terminal pemancar transistor tarik-tarik, op-amp mempunyai keupayaan untuk merasakan apa-apa "mati" zon di mana transistor tidak menjalankan, dan mengeluarkan isyarat voltan yang sesuai ke pangkalan transistor dengan cepat memacu mereka ke konduksi lagi untuk "bersaing" dengan bentuk isyarat input. Ini memerlukan op-amp dengan laju membunuh tinggi (keupayaan untuk menghasilkan voltan keluaran yang pantas naik atau cepat), oleh sebab itu op-amp TL082 telah ditetapkan untuk litar ini. Operasi op-am yang lebih perlahan seperti LM741 atau LM1458 mungkin tidak dapat bersaing dengan dv / dt yang tinggi (kadar perubahan voltan dari masa ke masa, juga dikenali sebagai de / dt ) yang diperlukan untuk operasi penyimpangan rendah.

Hanya beberapa kapasitor yang ditambahkan ke litar ini untuk membawanya ke dalam bentuk terakhirnya: sebuah kapasitor 47 μF yang disambung secara selari dengan diod membantu untuk menjaga voltan yang berterusan voltan 0.7 volt walaupun perubahan voltan yang besar dalam output op-amp, sementara 0.22 μF kapasitor yang dihubungkan antara pangkalan dan pemancar transistor NPN membantu mengurangkan penyelewengan crossover pada tetapan volum rendah: