Dvojčinné výkonové zesilovače

Dvojčinný koncový tranzistorový zesilovač ve třídě A Nastavení pracovního bodu tranzistorů T1 a T2 :Ze zdroje +UN teče proud I přes odpor RB do středu sekundárního vinutí transformátoru Tr1. Zde se rozdělí na proud IB, který teče tranzistorem T1 a na proud IB, který teče tranzistorem T2. Tyto proudy jsou stejně velké, ale opačné velikosti. Tím se nastaví pracovní body ve třídě A tranzistorů T1 a T2.

Zesilování střídavého signálu:Střídavý signál se transformuje do sekundárního vinutí transformátoru Tr1.Při kladné půlvlně je kladnější signál na bázi tranzistoru T1 a zápornější na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T1 je oproti klidovému pracovnímu bodu více otevřen a teče jím větší kolektorový proud IC1, tranzistor T2 je oproti klidovému pracovnímu bodu více zavřen a teče jím menší kolektorový proud IC2,.Kolektorové proudy IC1 a IC2 tečou do primárního děleného vinutí transformátoru Tr2, kde se rozdíl těchto proudů indukuje do sekundárního vinutí transformátoru Tr2 a tento proud teče přes zátěž (reproduktor).Při záporné půlvlně je činnost opačná.

+

-

I B1

I B2

I C1

I C2

10 A

20 A

30 A

40 A

50 A

60 A

70 A

80 A

UCE [V]1

Výstupní charakteristika

IB [A]

IC [mA]

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Převodní charakteristika

1020304050607080

UCC

IC max

2

4

6

8

10

12

14

16

18

PA PA

P1

P2P2

P1

Tranzistor T1 více otevřen

Tranzistor T2 více zavřen

Tranzistor T1 více zavřen

Tranzistor T2 více otevřen

93,5mW1093,510118,5

ΔIΔUΔIΔUΔP33

CCE222

Dvojčinný koncový tranzistorový zesilovač ve třídě B Nastavení pracovního bodu tranzistorů T1 a T2 :Ze zdroje +UN teče proud I přes odpor RB do středu sekundárního vinutí transformátoru Tr1. Zde se rozdělí na proud IB, který teče tranzistorem T1 a na proud IB, který teče tranzistorem T2. Pro třídu B platí, že proudy IB = 0, tím je nastaví pracovní body ve třídě B tranzistorů T1 a T2.

Zesilování střídavého signálu:Střídavý signál se transformuje do sekundárního vinutí transformátoru Tr1.Při kladné půlvlně je kladnější signál na bázi tranzistoru T1 a zápornější na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T1 je oproti klidovému pracovnímu bodu otevřen a teče jím kolektorový proud IC1, tranzistor T2 je oproti klidovému pracovnímu bodu zavřen a neteče jím menší kolektorový proud IC2,.Kolektorové proud IC1 teče do primárního děleného vinutí transformátoru Tr2, kde se indukuje do sekundárního vinutí transformátoru Tr2 a tento proud teče přes zátěž (reproduktor).Při záporné půlvlně je činnost opačná.

+

-

I B1

I B2

I C1

I C2= 0

10 A

20 A

30 A

40 A

50 A

60 A

70 A

80 A

UCE [V]1

Výstupní charakteristika

IB [A]

IC [mA]

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Převodní charakteristika

1020304050607080

UCC

IC max

2

4

6

8

10

12

14

16

18

PB´ PB

´

Nastavení pracovního bodu zesilovače ve třídě B

PB

PB

195,5mW10195,521097,752ΔPP :platí signál zesilovaný úplný Pro

signálu) hozesilované půůvln 1 pro (platí97,75mW

1097,751011,58,5ΔIΔUΔIΔUΔP

332

33CCE222

Jedná se kombinaci předchozích dvou variant ( třída A a třída B ).

Proudy báze jednotlivých tranzistorů nejsou nulové , ale jsou sníženy na minimální hodnotu ( v pracovním bodě je např. 10 A ). Tím se posune poloha pracovního bodu na zatěžovací přímce a toto zapojení vykazuje určité zkreslení zesilovaného signálu.

Dvojčinný koncový tranzistorový zesilovač ve třídě AB

10 A

20 A

30 A

40 A

50 A

60 A

70 A

80 A

UCE [V]1

Výstupní charakteristika

IB [A]

IC [mA]

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Převodní charakteristika

1020304050607080

UCC

IC max

2

4

6

8

10

12

14

16

18

PAB´ PAB

´

Nastavení pracovního bodu zesilovače ve třídě AB

PAB PAB

Dvojčinný výkonový zesilovač ve třídě B s komplementární tranzistory

Komplementární (doplňkové) tranzistory jsou tranzistory, které mají opačnou vodivost.

Jeden tranzistor je typu PNP a druhý je typu NPN (platí pro bipolární tranzistory)

Pro unipolární tranzistory platí, že jeden tranzistor je s kanálem P a druhý s kanálem N.

Tuto vlastnost lze využít u koncových zesilovačů, pracující v dvojčinném zapojení.

Jedná se o soufázové buzení a zapojení se pak chová jako dvojčinný zesilovač.

Předpokládejme dvě zcela shodná zapojení s tranzistory PNP a NPN.

V kolektorech obou obvodů jsou tranzistory RC, předpětí báze je nulové, takže kolektorovými obvody procházejí pouze malé zbytkové proudy.

Přivedeme-li na vstup každého tranzistoru střídavé sinusové napětí, které v okamžiku t1 vzrůstá od nulové hodnoty do kladných hodnot, v čase t2 je opět nulové a klesá do záporných hodnot, v čase t3 je nulové a opět vzrůstá.

Kladná půlperioda vstupního signálu v obvodu s tranzistorem PNP nevyvolá téměř žádnou změnu kolektorového proudu. Tranzistor byl v klidovém stavu uzavřen a kladné napětí jej ještě více uzavře, takže výstupní kolektorové napětí se nezmění, a proto bude na kolektorovém výstupu tranzistoru plné napětí zdroje UCC = -10 V.

Při záporné půlperiodě vstupního střídavého signálu na bázi se tranzistor typu PNP otevře a v závislosti na velikosti amplitudy střídavého signálu na vstupu, může toto kolektorové napětí vzrůst z napětí -10 V na téměř nulovou hodnotu.

Při kladné půlvlně je tranzistor PNP opět uzavřen atd.

U tranzistoru NPN je tomu naopak. Je otevírán kladným napětím na vstupu.

Záporná půlvlna na vstupu neovlivní poměry na výstupu.

V podstatě tedy kladná půlvlna vstupního napětí otevírá tranzistor NPN a neovlivňuje tranzistor PNP a naopak záporná půlvlna otevírá tranzistor PNP a nemá vliv na tranzistor NPN.

Dvojčinný výkonový zesilovač třídy B s komplementárními tranzistory (SE) a 2 napájecími zdroji

Oba tranzistory jsou bez budícího signálu uzavřeny a chovají se téměř jako rozpojený obvod. Rezistor RC v kolektorovém obvodu se uplatňuje pouze v jedné půlperidě, a to ještě u každého rezistoru v jiné.

Oba obvody lze spojit v jeden a rezistor RC = RZ považovat za společný pro oba tranzistory.

Též vstupy obou dílčích obvodů můžeme spojit => zesilovač třídy B s komplementárními tranzistory a se dvěma napájecími zdroji.

Nevýhoda :

- tranzistory PNP a NPN musí mít stejné parametry

- oba zdroje musí shodné vlastnosti

Obr. 58.1

Dvojčinný výkonový zesilovač třídy B s komplementárními tranzistory (SE)a 1 napájecím zdrojem

Pro odstranění nevýhody použití dvou napájecích zdrojů se používá zapojení s jedním napájecím zdrojem u tohoto zesilovače.

Rezistor RZ nemusí být průchozí pro stejnosměrný proud a v sérii s ním může být zařazen kondenzátor s dostatečně velkou kapacitou. V okamžiku, kdy je tranzistor NPN zavřen dojde k nabití kondenzátoru, v okamžiku, kdy je tranzistor NPN otevřen, kondenzátor slouží jako zdroj a přes otevřený tranzistor se vybíjí a vybíjecí proud teče opačným směrem než byl proud nabíjecí.

Tím tento kondenzátor pracuje jako druhý zdroj.

Nevýhoda :

- tranzistory PNP a NPN musí mít stejné parametry

Dvojčinný výkonový zesilovač třídy B s komplementárními tranzistory s jedním napájecím zdrojem v zapojení SC

Jelikož je obtížné vybrat dvojici komplementárních tranzistorů se zcela symetrickými vlastnostmi, je výhodné používat zapojení se společným kolektorem.

Toto zapojení s napěťovou zápornou zpětnou vazbou neklade tak velké nároky na symetrii použitých tranzistorů, proto se v mnohých případech emitorovému sledovači dává přednost.

Otázky ke zkoušení1) Popiš jak se provede nastavení pracovního bodu dvojčinného zesilovače ve třídě A.

2) Popiš jaký je princip zesilování střídavého signálu dvojčinným zesilovačem ve třídě A

3) Popiš jak se provede nastavení pracovního bodu dvojčinného zesilovače ve třídě B.

4) Popiš jaký je princip zesilování střídavého signálu dvojčinným zesilovačem ve třídě B

5) Vysvětli co jsou komplementární tranzistory.

6) Popiš jak pracují komplementární tranzistory při zesilování střídavého signálu.

7) Popiš princip činnosti dvojčinného zesilovače s komplementárními tranzistory a se dvěma napájecími zdroji.

8) Popiš princip činnosti dvojčinného zesilovače s komplementárními tranzistory a s jedním napájecím zdrojem.