Wzmacniacze BJT klasy B.

Tranzystor bipolarny | cz.1 - teoria | #18 [Podstawy] (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Wzmacniacze BJT klasy B.

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Przedstawiony tutaj obwód jest standardowym wzmacniaczem typu push-pull, składającym się z komplementarnej pary tranzystorów z dwubiegunowym złączem:

Śledź prąd w tym obwodzie w okresach, gdy chwilowe napięcie źródła sygnału (V in ) jest dodatnie, a dla okresów, gdy jest ujemny. Określić, w którym momencie każdy z tranzystorów jest "włączony" (prąd przewodzący).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: czy ten obwód wzmacniacza zostałby sklasyfikowany jako wspólny nadajnik, wspólny kolektor lub wspólne "ukryte uwagi"> Uwagi:

Poproś uczniów, aby śledzili prąd w obwodzie na wykresie narysowanym na tablicy, aby wszyscy mogli zobaczyć analizę. Po przeanalizowaniu jego działania zapytaj ich, dlaczego uważają ten wzmacniacz za "push-pull".

Innym sposobem podejścia do tego obwodu jest perspektywa obecnego pozyskiwania i obecnego zatonięcia . Jakie źródła tranzystorów płyną do rezystora obciążenia, a który tranzystor obniża prąd z rezystora obciążenia?

pytanie 3

Wzmacniacze klasy B są zdecydowanie preferowane w porównaniu do modeli klasy A do zastosowań o dużej mocy, takich jak wzmacniacze mocy audio. Wyjaśnij, dlaczego tak jest.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wzmacniacze klasy B są znacznie wydajniejsze niż wzmacniacze klasy A, co oznacza, że ​​nie tracą one tyle energii w postaci rozpraszania ciepła.

Uwagi:

Przedyskutuj, dlaczego wzmacniacze klasy B są bardziej wydajne niż wzmacniacze klasy A ze swoimi uczniami. Co takiego jest w wzmacniaczu klasy A, który sprawia, że ​​jest tak nieefektywny w aplikacjach o dużej mocy?

Pytanie 4

Student buduje następujący obwód wzmacniacza push-pull i zauważa, że ​​kształt fali wyjściowej jest zniekształcony z wyjściowego kształtu fali sinusoidalnej przez generator funkcji:

Myśląc, że być może ten obwód wymaga polaryzacji prądu stałego, podobnie jak obwody wzmacniacza klasy A, uczeń włącza funkcję "przesunięcia DC" generatora funkcji i wprowadza trochę napięcia stałego do sygnału wejściowego. Wynik jest gorszy:

Oczywiście problem nie zostanie rozwiązany przez odchylenie sygnału wejściowego AC, więc co powoduje to zniekształcenie w przebiegu wyjściowym "# 4"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dam ci wskazówkę: ten rodzaj zniekształceń nazywa się zniekształceniem zwrotnym i jest to najbardziej rozpowszechniony typ zniekształceń w projektach wzmacniaczy klasy B.

Pytanie dotyczące wyzwania: ponieważ ten typ wzmacniacza tranzystorowego często określa się mianem "push-pull", opisz przyczynę tego zniekształcenia pod względem "wypychania" i "ciągnięcia" tranzystorów.

Uwagi:

Zniekształcenie zwrotnicy jest dość łatwe do zrozumienia, ale trudniejsze do naprawienia niż jednostronne "przycinanie" zniekształceń, jakie studenci widzą w projektach wzmacniaczy klasy A. Jeśli uważasz, że może to pomóc twoim uczniom lepiej zrozumieć, zapytaj ich, jak obwód wzmacniacza push-pull zareaguje na wolno zmieniające się napięcie wejściowe DC: jeden, który zaczął ujemny, udał się do zera woltów, a następnie zwiększył się w dodatnim kierunku. Uważnie monitoruj status tranzystorów, ponieważ ten sygnał wejściowy powoli zmienia się z ujemnego na dodatni, a przyczyna tej formy zniekształcenia powinna być widoczna dla wszystkich.

Pytanie 5

Co stanie się z przebiegiem napięcia wyjściowego tego wzmacniacza, jeśli tranzystor NPN nie zostanie otwarty między kolektorem a nadajnikiem?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dodatnia połowa fali będzie "brakująca":

Uwagi:

Poproś uczniów o wskazanie, które tranzystorowe "źródła" są obecne w ładunku, a który tranzystor "pochłania" prąd z obciążenia, a odpowiedź powinna być łatwa do zrozumienia.

Pytanie 6

Prostym, ale niepraktycznym sposobem wyeliminowania zniekształceń zwrotnych w wzmacniaczu klasy B jest dodanie do obwodu dwóch małych źródeł napięcia:

Wyjaśnij, dlaczego to rozwiązanie działa w celu wyeliminowania zniekształceń.

Wyjaśnij także, w jakim celu może służyć ten układ wzmacniacza push-pull, ponieważ jego wzmocnienie napięcia wynosi tylko 1 (0 dB).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Każde źródło napięcia odchyla swój odpowiedni tranzystor tak, aby znajdowało się na krawędzi włączenia, gdy chwilowe napięcie wejścia (V in ) wynosi 0 woltów.

Takie obwody wzmacniacza są zwykle używane jako bufory napięciowe : skutecznie zmniejszają impedancję wyjściową źródła (zwiększając jego bieżącą zdolność pozyskiwania / opadania), tak aby mógł dostarczać więcej prądu do obciążenia.

Pytanie dotyczące wyzwania: jak oszacowałbyś impedancję wyjściową takiego obwodu wzmacniacza "notatki ukryte"> Uwagi:

Poproś uczniów, aby powiązali te napięciowe źródła napięcia z napięciami polaryzacji prądu stałego poprzednio zaobserwowanymi w projektach wzmacniaczy klasy A. Jak duże napięcie będzie uważać za konieczne, aby właściwie polaryzować każdy tranzystor?

Pytanie 7

Dwie metody parowania par tranzystorów push-pull pokazane są tutaj:

Która z tych dwóch metod jest preferowana i dlaczego "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Preferowane jest promowanie z diodami, ponieważ napięcie polaryzacji pozostaje stabilne pomimo wahań napięcia szyny zasilającej.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, co jest specjalnego w diodzie, która zapewnia odpowiednią ilość napięcia polaryzacyjnego dla tranzystorów.

Pytanie 8

W prawidłowo obranym obwodzie wzmacniacza klasy B, jakie powinno być napięcie między punktami A i B ?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

0 woltów, w każdej chwili!

Pytania uzupełniające: wyjaśnij, jak ten fakt może być przydatny w rozwiązywaniu problemów z obwodami wzmacniacza push-pull, a także wyjaśnij, w jaki sposób fakt ten potwierdza, że ​​wzmacniacz ma wzmocnienie napięcia jedności (1).

Uwagi:

Rzuć wyzwanie swoim uczniom, aby zastosowali Prawo Napięcia Kirchhoffa do "pętli" wokół tych dwóch punktów, jako takich:

Wiedząc, że napięcie między punktami A i B wynosi zero, zapytaj uczniów, jakie spadki napięcia muszą występować na rezystorach odchylających. To pytanie zapowiada koncepcję "wirtualnej ziemi" w obwodach wzmacniaczy operacyjnych. Jest to idea, że ​​dwa lub więcej punktów w obwodzie może być utrzymywanych z tym samym potencjałem, bez faktycznego połączenia ze sobą. Innymi słowy, punkty są praktycznie powszechne, a nie są faktycznie wspólne ze sobą.

Pytanie 9

Jednym ze sposobów znacznego zwiększenia prądu (A I ) wzmacniacza push-pull klasy B jest wykorzystanie par Darlington zamiast pojedynczych tranzystorów:

Jedyny problem z pokazanym obwodem wzmacniacza pary Darlington polega na tym, że oryginalna sieć odchylająca nie będzie już wystarczająca. Jeśli w tym obwodzie nie zmieni się coś innego, wzmacniacz będzie wykazywał pewne zniekształcenia.

Narysuj niezbędne modyfikacje obwodu, aby właściwie obciążyć nowe tranzystory i wyjaśnij, dlaczego te modyfikacje są konieczne.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Poproś uczniów, aby oszacowali dodatkowe napięcie progowe wymagane z dwoma (nowymi) tranzystorami dodanymi do obwodu. Ile napięcia napięcia na tranzystor było potrzebne przy tylko dwóch tranzystorach w obwodzie "panel sterowania panelem - domyślnie" itemscope>

Pytanie 10

Tranzystory PNP wysokiej mocy są zwykle rzadsze i droższe od tranzystorów NPN o wysokiej mocy, co komplikuje konstrukcję obwodów wzmacniacza push-pull o dużej mocy. Pomysłowym rozwiązaniem tego problemu jest zmodyfikowanie podstawowego obwodu push-pull Darlington, zastępującego tranzystor końcowy PNP tranzystorem NPN, jak poniżej:

Kaskadowe połączenie tranzystora NPN i PNP nazywane jest parą Sziklai lub uzupełniającą parę Darlington . W tym przypadku mały tranzystor PNP steruje większym tranzystorem mocy NPN w parze Sziklai, wykonując tę ​​samą podstawową funkcję, co para PNP Darlington.

Zmodyfikuj obwód pokazany tutaj, aby korzystać z diod w sieci polaryzacji zamiast tylko rezystorów. Rozwiązanie to nie jest takie samo dla tego obwodu, jak dla konwencjonalnego obwodu push-pull Darlington!

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Omów różnicę między dwiema połówkami tego obwodu wzmacniacza (górna połowa Darlingla i dolna połowa Sziklai), zwracając szczególną uwagę na liczbę połączeń PN między terminalami podstawowymi i (końcowymi) nadajnikami.

Pytanie 11

Popularną odmianą wzmacniacza klasy B jest wzmacniacz klasy AB, zaprojektowany w celu wyeliminowania wszelkich śladów zniekształceń zwrotnicy. Co odróżnia wzmacniacz klasy B od wzmacniacza klasy AB "# 11"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Podstawowa różnica między operacjami klasy B i AB polega na tym, że oba tranzystory są "włączone" przez krótki moment w czasie wokół punktu zero-crossover w obwodzie klasy AB, gdzie tylko jeden tranzystor powinien być włączony w danym momencie. w obwodzie klasy B.

Wzmacniacze pracujące w trybie Class AB są mniej energooszczędne niż w czystej klasie B.

Uwagi:

Poproś uczniów o wskazanie zmian, które należałoby wprowadzić w następującym obwodzie klasy B, aby działał jako wzmacniacz klasy AB:

Omów dlaczego nazwa "klasa AB" jest nadawana temu trybowi działania. Sposób działania klasy AB różni się od czystego panelu klasy "A" lub "klasy B" panelu domyślnego "itemscope"

Pytanie 12

Ciekawym dodatkiem do podstawowego wzmacniacza push-pull klasy B jest zabezpieczenie nadprądowe, w postaci dwóch dodatkowych tranzystorów i dwóch dodatkowych rezystorów dodanych do obwodu:

Ta forma zabezpieczenia nadprądowego jest powszechna w obwodach zasilania prądem stałym regulowanych napięciem, ale sprawdza się również w obwodach wzmacniacza. Wyjaśnij, jak działają dodatkowe tranzystory i rezystory, aby chronić główne tranzystory mocy przed uszkodzeniem w przypadku przeciążenia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli zdarzy się, że nadmiar prądu przepływa przez tranzystor mocy, spadek napięcia na tym rezystorze emiterowym wystarczy, aby włączyć pomocniczy tranzystor, który następnie "przecina" prąd bazowy tranzystora mocy przeciążonej do obciążenia.

Pytanie dotyczące wyzwania: jaką matematyczną procedurę używałbyś do rozmiaru rezystorów emitera "notatek ukrytych"> Uwagi:

Jeśli uczniowie mają trudności ze zrozumieniem, jak działa ten zespół obwodów elektrycznych, warto byłoby pokazać im ten obwód (z regulowanego zasilacza prądu stałego):

Zapytaj ich, jak działa tranzystor Q2 w tym obwodzie, aby zabezpieczyć tranzystor Q1 przed przeciążeniem.

Ciekawym sposobem wyjaśnienia działania tej formy zabezpieczenia nadprądowego jest stwierdzenie, że kiedy pomocniczy tranzystor zaczyna przewodzić (zwierając prąd podstawowy z dala od głównego tranzystora mocy), skutecznie zmniejsza β głównego tranzystora mocy. Dzięki nagłemu sprawieniu, że główny tranzystor mocy jest mniej skuteczny w wzmacnianiu, źródło sygnału "odczuwa" większy ładunek. Powoduje to zanikanie napięcia źródła sygnału, co ostatecznie ogranicza prąd obciążenia w procesie.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →