Несимметричные однотранзисторные усилительные каскады просты и дёшевы, но, по природе своей, нелинейны и имеют большой коэффициент нелинейных искажений (КНИ, THD), поэтому, в современной высококачественной аппаратуре, постепенно переходят на симметричные двухтранзисторные усилительные каскады на комплементарных парах транзисторов, которые имеют значительно меньший коэффициент нелинейных искажений (КНИ, THD).
Количественная формула (аналог количественной формулы соединений (молекул) в химии) симметричного УНЧ с токовым управлением выходными транзисторами: R10VT10 (резисторов - 10, транзисторов - 10).
Схема (аналог структурной формулы соединений (молекул) в химии):
Рис.1. Снимок модели простого симметричного УНЧ с токовым управлением выходными транзисторами в Circuit Simulator'е
Модель УНЧ в Circuit Simulator'е
Адрес модели УНЧ в Circuit Simulator'е:
УНЧ работает в режиме 100% ("чистого") класса B с точным 180° и быстрым переключением токов выходных транзисторов.
Для увеличения входного сопротивления (Rin=Uin/Iin=100мВ/198.817нА=502 975 Ом=502.975 кОм) на входе УНЧ, в первом каскаде, применены два несимметричных эмиттерных повторителя с непосредственной гальванической связью с источником сигнала, не охваченные общей отрицательной обратной связью (ООС), но в эмиттерных повторителях итак 100% локальная (местная) ООС по напряжению.
Второй каскад выполнен по симметричной двухтранзисторной схеме с ОЭ с раздельной нагрузкой. Резистор Rg - общий резистор в цепи эмиттеров для обоих комплементарных транзисторов второго каскада.
Первый и второй каскады образуют вертикальный дифференциальный каскад с последовательным (вертикальным), а не с параллельным (горизонтальным), как в обычном дифференциальном каскаде, питанием по постоянному току, и с неодинаковыми входными сопротивлениями: высокоомное для неинвертирующего входа и низкоомное для инвертирующего входа.
Третий, раскачивающий, каскад (драйвер) - симметричный, на двух комплементарных транзисторах по схеме с ОЭ с объединённой (общей) нагрузкой с резисторами локальной отрицательной обратной связи в цепях эмиттеров. Управление выходными транзисторами - токовое, при котором не требуются элементы смещения напряжения на базах выходных транзисторов и их термостабилизация. При токовом управлении выходными транзисторами УНЧ работает в режиме 100% ("чистого") класса B с точным 180° и быстрым переключением токов выходных транзисторов, при котором искажения типа "ступенька" не возникают вовсе.
Выходные транзисторы - комплементарные, по двухтранзисторной схеме Дарлингтона.
Сигнал общей (кроме первого каскада) ООС через резистор Rf подаётся на общий для двух транзисторов второго каскада резистор Rg. Резисторы Rf и Rg образуют делитель напряжения, который определяет, какая часть выходного сигнала будет поступать на эмиттеры второго каскада, и определяют теоретический коэффициент усиления УНЧ по напряжению: Theo Ku=Rf/Rg=10k/100=100. Действительный коэффициент усиления УНЧ по напряжению равен Fact Ku=Uout/Uin=9.925В/100мВ=99.25.
Краткая словесная формула усилителя: "Вертикальный диф. каскад с высокоомным неинвертирующим входом+симметричный драйвер с токовым управлением выходными транзисторами+комплементарные двухтранзисторные Дарлингтоны+общая ООС".
Усреднённая максимальная выходная мощность УНЧ на нагрузке 8 Ом равна: Pout average = 8.835 Вт.
Двухпетлевая общая ООС лучше стабилизирует напряжение в средней точке, чем однопетлевая общая ООС, как в обычных УНЧ с параллельным дифференциальным каскадом, что уменьшает дрейф нуля в средней точке.
Из-за двухпетлевой общей ООС напряжение в средней точке устанавливается автоматически и в какой либо регулировке не нуждается, т.е., при правильной сборке, УНЧ начинает работать сразу.
В общем, усилитель является усилителем постоянного тока (УПТ), операционным усилителем (ОУ), на дискретных элементах без частотнозависимых элементов (конденсаторов) и может применяться до частот, в которых есть соответствующие комплементарные пары транзисторов. Вообще же, усилитель является так же неким подобием микроскопа для "рассматривания" очень мелких электрических сигналов.
Для удешевления УНЧ номиналы всех резисторов выбраны из ряда номиналов E1 (один номинал на декаду).
Рис.2. Результат вычисления коэффициента нелинейных искажений (КНИ, THD) простого симметричного УНЧ с токовым управлением выходными транзисторами в Circuit Simulator'е THDMETR'ом.
УНЧ имеет коэффициент нелинейных искажений (КНИ, THD) измеренный в Circuit Simulator'е THDMETR'ом:
THDR%=0.0000004943% (THDF%=0.0000004943%), что в
0.000924982%/0.0000004943%≈1871 раз меньше, чем УСИЛИТЕЛЬ С НИЗКИМИ ИСКАЖЕНИЯМИ <0,001% VK-5 POWER AMPLIFIER.
Низкий уровень постоянной составляющей (DC component, нулевой гармоники) свидетельствует о хорошей стабилизации напряжения в средней точке и малом дрейфе нуля, а низкий уровень чётных гармоник свидетельствует о хорошей симметричности выходного сигнала.
Майоров в статьях о динамических искажениях в журнале "РАДИО" пишет, что для уменьшения динамических искажений, возникающих при большой и глубокой общей ООС, нужно уменьшать общую (глобальную) ООС и её глубину и обходиться локальными (местными) ООС.
Приложение 1.
Файлы THDMETR'а для скачивания
#усилители #оконечные усилители #унч #умзч #симметричные усилители #circuit simulator #thdmetr #ltspise #электроника
