Основные параметры усилителя

Схема смещения с фиксированным током базы

В простейшей схеме смещения применяется резистор смещения базы между базой и батареей базы Vсмещ. Использовать существующий источник Vпит, вместо нового источника смещения, – очень удобно. Пример данной схемы смещения показан в каскаде аудиоусилителя в детекторном приемнике в разделе «Радиочастотные схемы» главы 9

Обратите внимание на резистор между базой и клеммой батареи. Подобная схема показана на рисунке ниже

Напишите уравнение закона напряжений Кирхгофа для контура, включающего в себя батарею, RБ и падение напряжения VБЭ на переходе транзистора, на рисунке ниже

Обратите внимание, что мы используем обозначение Vсмещ, хотя на самом деле это Vпит. Если коэффициент β велик, мы можем сделать приближение, что IК = IЭ

Для кремниевых транзисторов VБЭ ≅ 0.7 В.

Схема смещения с фиксированным током базы

\

\

\

\

\[I_Э = { V_{смещ} — V_{БЭ} \over R_Б / \beta }\]

Коэффициент β малосигнальных транзисторов, как правило, лежит в диапазоне 100–300. Предположим у нас есть транзистор β=100, какое номинал резистора смещения базы потребуется, чтобы достичь тока эмиттера 1 мА?

Решение уравнения I_Э для определения R_Б и подстановка значений β, V_смещ, V_БЭ и I_Э дадут результат 930 кОм. Ближайший стандартный номинал равен 910 кОм.

\(\beta = 100 \qquad V_{смещ} = 10 В \qquad I_К \approx I_Э = 1 мА \)

\[R_Б = { V_{смещ} — V_{БЭ} \over I_Э / \beta } = { 10 — 0,7 \over 1 мА / 100 } = 930 кОм \]

Чему будет равен ток эмиттера при резисторе 910 кОм? Что случится с током эмиттера, если мы заменим транзистор на случайный с β=300?

\(\beta = 100 \qquad V_{смещ} = 10 В \qquad R_Б = 910 кОм \qquad V_{БЭ} = 0,7 В\)

\[I_Э = { V_{смещ} — V_{БЭ} \over R_Б / \beta } = { 10 — 0,7 \over 910 кОм / 100 } = 1,02 мА \]

\(\beta = 300 \)

\[I_Э = { 10 — 0,7 \over 910 кОм / 300 } = 3,07 мА \]

При использовании резистора стандартного номинала 910 кОм ток эмиттера изменится незначительно. Однако при изменении β со 100 до 300 ток эмиттера утроится. Это неприемлемо для усилителя мощности, если мы ожидаем, что напряжение на коллекторе будет изменяться от почти V_пит до почти земли. Тем не менее, для сигналов низкого уровня от микровольт до примерно вольта точка смещения может быть отцентрирована для β, равного квадратному корню из (100·300), что равно 173. Точка смещения будет по-прежнему дрейфовать в значительном диапазоне. Однако сигналы низкого уровня не будут обрезаны.

Схема смещения с фиксированным током базы по своей природе не походит для больших токов эмиттера, которые используются в усилителях мощности. Ток эмиттера в схеме смещения с фиксированным током базы не стабилен по температуре. Температурный уход – это результат большого тока эмиттера, который вызывает повышение температуры, которое вызывает увеличение тока эмиттера, что еще больше повысит температуру.

Амплитудная характеристика — усилитель

Амплитудная характеристика усилителя выражает зависимость выходного напряжения от входного. На рис. 90, а приведена амплитудная характеристика усилителя, снятая на звуковой частоте. Нижний изгиб А А характеристики обусловлен внутренними шумами усилителя и помехами, а верхний ВС вызван нелинейностью характеристик усилительных элементов.
 

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряжения от входного. В рабочей области входных напряжений она обычно прямолинейна, а при входных напряжениях, превышающих расчетные, искривляется из-за перегрузки усилительных элементов.
 

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряжения от величины подаваемого на вход синусоидального напряжения неизменной частоты.
 

Амплитудная характеристика усилителя никогда не проходит через начало координат, так как резисторы и особенно транзисторы являются источниками шума. Последний и задает уровень минимального усиливаемого сигнала. Максимальный сигнал ограничивают допустимым уровнем нелинейных искажений. Приближенно оценим допустимый сигнал по предельным режимам работы транзистора — насыщения и отсечки.
 

Амплитудная характеристика усилителя близка к характеристике релейного типа.
 

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряжения от величины подаваемого на вход синусоидального напряжения неизменной частоты.
 

Амплитудная характеристика усилителя ( усилителя-детектора), применяемого при осциллографировании, должна быть линейна до напряжения, превышающего среднеквадратичное напряжение помехи примерно в 10 раз для того, чтобы записать все всплески напряжения помех без искажения.
 

Амплитудная характеристика усилителя, выполненного на электронных приборах ( рис. 1.7), в принципе нелинейна, однако может содержать участки ОА, где кривая носит приблизительно линейный характер с большой степенью точности. Рабочий диапазон входного сигнала не должен выходить за пределы линейного участка ( ОА) амплитудной характеристики усилителя, иначе нелинейные искажения превысят допустимый уровень.
 

Амплитудная характеристика ампли-тронного усилителя ( рис. 1 — 128) свидетельствует о том, что усилительный режим ам-илитрона может быть получен лишь при определенных мощностях Яйх входного сигнала, а также при определенных неличинах Л) — мощности источника питания.
 

Амплитудную характеристику усилителя снимают следующим образом. После этого вход осциллографа подключают к выходу усилителя ( точка Z) и определяют выходное напряжение. Измерения прекращают, когда увеличение напряжения входного сигнала не пржодит к увеличению вапряжеяжя сигнала на выходе. По полученный данным строят графюс амплитудной характеристики наподобие показанного яа рнс. Из него определяют коэффициент усиления усилителя при работе на линейной части характеристики.
 

Звук

Усилитель выдает очень свободное красивое звучание с превосходной детализацией, богатыми тембрами и длинными естественными послезвучиями живых инструментов. Сцена выстраивается максимально точно и масштабно, с достоверной передачей пропорций и местоположения виртуальных источников звука в пространстве. Все вполне соответствует представлениям о том, как должен играть хороший усилитель категории High End. Никакой синтетики, жесткости или «дискретности», которую в звучании класса D обнаруживают некоторые адепты старой школы, не наблюдается. Напротив, Marantz PM-KI RUBY успешно сочетает лучшие объективные характеристики с фирменной утонченной и легкой подачей музыкального материала.

Это типично «марантцовское» звучание проявляется, в первую очередь, в излишней интеллигентности при воспроизведении металла и тяжелого рока. В то же время классика любых составов, джаз и вокал звучат очень живо и натурально. Весьма похожий, возможно, даже чуть более красивый и приторный характер звучания проявляли усилители Marantz прошлых лет, работающие в классе АВ, что позволяет сделать вывод о нейтральном характере звучания усилителей мощности класса D.

Подключение к усилителю Marantz PM-KI RUBY акустики разной мощности, с разной чувствительностью и разным импедансом дало вполне ожидаемый результат: отсутствие какой либо выраженной реакции на изменение этих параметров. С любой стереопарой усилитель справлялся одинаково уверенно.

Даже на самой сложной нагрузке и на высокой громкости на удивление стабильно воспроизводились нижние ноты контрабаса — они звучали абсолютно четко, без гула, с натуральной передачей ощущения вибрирующей струны и откликающейся на эту вибрацию деки инструмента. Одним словом, все происходило ровно так, как и должно происходить с усилителем, имеющим заявленное сочетание мощности и коэффициента демпфирования.

Краткое описание классов усилителей

Мы увидели, что рабочая точка постоянного тока Q усилителя определяет классификацию усилителя. Устанавливая положение точки Q наполовину на линии нагрузки кривой характеристик усилителей, усилитель будет работать как усилитель класса А. Перемещая Q вниз по линии нагрузки изменит усилитель в классе АВ, В или С.

Тогда класс работы усилителя относительно его рабочей точки постоянного тока может быть задан как:

Мы рассмотрели здесь ряд классификаций усилителей, начиная от линейных усилителей мощности до нелинейных переключающих усилителей, и видели, как класс усилителей отличается вдоль линии нагрузки усилителей.