Мостовые схемы. 
Мостовые схемы

МОСТОВЫЕ СХЕМЫ

Анализ исходных данных для расчета усилителя начинается с определения структуры оконечного каскада. Исходя из величины сопротивления нагрузки и требуемой мощности, рассчитывается действующее значение напряжения в нагрузке.

.

далее, сравнив амплитудное значение напряжения () с напряжением питания, делается вывод о возможности использования обычных оконечных каскадов для получения заданной мощности. Важно отметить, что в случае применения двухтактных эмиттерных повторителей в оконечных каскадах, все напряжение питания распределяется между плечами схемы поровну. При максимальном значении входного сигнала один из транзисторов комплементарной пары открыт и ток через него течет в нагрузку, вызывая на ней падение напряжения, другой из транзисторов закрыт и оставшаяся половина напряжения питания падает на нем. Значит, для получения заданной мощности в нагрузке при помощи обычных оконечных каскадов напряжение питания должно более чем в два раза превышать амплитуду напряжения на нагрузке. Однако в ряде случаев напряжение питания является ограниченным (например, УНЧ автомобильных магнитол). Для увеличения мощности при ограниченном напряжении источника питания широкое применение нашли мостовые схемы. Рассмотрим их особенности.

В мостовой схеме два выходных каскада включаются в противофазе и работают на общую нагрузку, которая включается между каскадами (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Мостовая схема оконечного каскада, распределение токов

Нагрузка может подключаться к мостовой схеме непосредственно даже при однополярном питании, поскольку потенциал покоя обоих выходов одинаков. Поскольку каскады работают в противофазе, средняя точка нагрузки должна быть заземлена. Таким образом, каждый из каскадов мостовой схемы работает на нагрузку. Выходное напряжение:

. (9.1).

Выходное напряжение (на нагрузке) и ток в нагрузке оказывается вдвое больше, чем напряжение каждого каскада относительно земли. Следовательно, при одном и том же напряжении питания выходная мощность на нагрузке получается в четыре раза большей. Для транзистора с конечным сопротивлением насыщения:

(9.2).

(9.3).

(9.4).

где R_НАС — сопротивление насыщения транзистора.

На рис. 9.2 поясняется принцип действия мостовой схемы.

Рис. 9.2. Мостовая схема оконечного каскада, распределение токов

В момент времени, когда уровень входного сигнала максимален (первая полуволна на рис. 9.2), полностью открыт транзистор и транзистор, управляющийся сигналом, повернутым по фазе на 180°, т. е. всё напряжение питания, за исключением напряжения насыщения транзисторов и, приложено к нагрузке. В следующий момент времени (вторая полуволна) при максимальном значении сигнала открыты транзисторы и, иными словами, к нагрузке опять приложено практически все напряжение питания, но другими полюсами, что приводит к изменению направления протекающего тока на противоположное.

Рассмотрим основные виды мостовых схем. Далее приводится мостовая схема последовательного возбуждения (рис. 9.3, а) и её модификация (рис. 9.3, б).

а.

б Рис. 9.3. Мостовые схемы последовательного возбуждения

В схеме, изображенной на рисунке 9.3, работает как неинвертирующий, — как инвертирующий. Коэффициенты усиления усилителей определяются элементами, , и для схемы (рис. 9.3, а). Для схемы на рис. 9.3, б коэффициенты усиления определяются, , и .

,(9.5).

где — импеданс цепи, .

Недостатком приведенных схем является то, что на инвертирующие усилители сигнал подается с искажениями, которые вносит предшествующий неинвертирующий усилитель.

Рис. 9.4. Мостовая схема с параллельным способом подключения сигнала

При идентичном значении коэффициента усиления, как и при последовательном подключении, оба плеча мостовой схемы получают сигнал одновременно. работает как неинвертирующий, — как инвертирующий.

Положительным свойством схемы, изображенной на рис. 9.5, является то, что коэффициент усиления в обеих ветвях одинаков:

. (9.6).

Рис. 9.5. Симметричная мостовая схема

Кроме того, возможно подключение незаземлённых источников сигнала.

Проектирование УНЧ — комплексная задача поиска технического решения, удовлетворяющего ряду противоречивых требований технического задания по требуемой мощности, диапазону воспроизводимых частот, уровню линейных и нелинейных искажений, динамическому диапазону, шумам и многим другим критериям.

В пособии содержатся общие сведения о разработке усилителей мощности низких частот, необходимая информация по принципам построения получивших широкое распространение трехкаскадных усилителей. Рассмотрены методы построения оконечных каскадов, технические решения, позволяющие избежать разрушения активных элементов при изменении режима их работы, методы обеспечения стабильности рабочих параметров. Подробно изложен принцип расчета гармонических искажений оконечного каскада. Отдельное внимание уделяется теории обратной связи, благодаря которой достигается стабильность работы усилителя и выполнение требований технического задания по уровню гармонических искажений. Проанализированы основные каскады предусиления и входной дифференциальный каскад. Приводится информация о различных источниках тока и эффективности их применения.

Однако ввиду ограниченности объема в пособии не содержится в полном объеме информация о всевозможных эффектах, присущих разрабатываемым схемам, и способах борьбы с ними. Не уделено должного внимания применению появившихся в последнее время различных пакетов схемотехнического моделирования, таких как Micro CAP, EWB и т. д., которые основаны на применении в достаточной мере точных моделей компонентов и алгоритмов расчета, что дало бы возможность некой предварительной проверки рассчитанного усилителя до макетирования и возможность корректирования режимов работы с отслеживанием изменения свойств.

Отдельного рассмотрения заслуживают УНЧ, строящиеся с использованием иных активных элементов, таких как полевые транзисторы и электронные лампы. Применение такого рода приборов, обладающих несравненно большей линейностью, в отличие от биполярных транзисторов, дает возможность построения высококлассных звуковых усилителей. Однако упомянутые приборы обладают присущими им эффектами, которые требуют отдельного рассмотрения и пояснения методов борьбы с ними. Кроме того, существует целый класс интегральных операционных усилителей, которые находят широкое применение в современной звуковоспроизводящей аппаратуре. Следует отметить, что, обладая навыками работы с биполярными транзисторами, гораздо легче освоить принципы работы с иными компонентами.

ток подключение частота транзистор

Библиографический список

• 1. ГОСТ 7.32−2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.
• 2. Титце У. Полупроводниковая схемотехника: [пер. с нем.] / У. Титце, К. Шенк. — М.: ДМК Пресс, 2008.
• 3. Титце У. Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство: [пер. с нем.] / У. Титце, К. Шенк. — М.: Мир, 1983.
• 4. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике / П. Шкритек. — М.: Мир, 1991.
• 5. Хоровиц П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл.? М.: Мир, 2002.
• 6. Остапенко Г. С. Усилительные устройства / Г. С. Остапенко. — М.: Радио и связь, 1989.
• 7. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / К. М. Брежнева [и др.]; под. ред. Б. Л. Перельмана. — М.: Радио и связь, 1981.
• 8. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: справочник / В. Л. Аронов [и др.]; под общ. ред. Н. Н. Горюнова. — 2-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
• 9. Ровдо А. А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах / А. А. Ровдо. — М.: Додека, 2002.
• 10. Морган Джонс. Ламповые усилители: [пер. с англ.] / Д. Морган. — М.: ДМК Пресс, 2007.
• 11. Ежков Ю. С. Справочник по схемотехнике усилителей. — М.: ИП Радио Софт, 2002.
• 12. Интернет-источник. — http://mosfet.data-chip.ru/
• 13. Интернет-источник. — http://www.rlocman.ru/datasheet/data.html?di= 56 443
• 14. Разевиг В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. Вып. 2. Модели компонентов аналоговых устройств / В. Д. Разевиг. — М.: Радио и связь, 1992.
• 15. Разевиг В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. Вып. 3. Моделирование аналоговых устройств / В. Д. Разевиг. — М.: Радио и связь, 1992.
• 16. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CAP 5 / В. Д. Разевиг. — М.: «Солон», 1997.
• 17. ГОСТ 7.1−2003. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления.