Alle drei Teile erfüllen die gleiche Aufgabe – die Leistung des Ausgangssignals so weit zu erhöhen, dass Sie eine Last mit niedriger Impedanz – einen Treiber oder Kopfhörer – antreiben können. Wie machen Sie das? Es ist ganz einfach: Die Gleichstromversorgung der PA wird entnommen und in Wechselstrom umgewandelt, allerdings so, dass die Form des Ausgangssignals die Form des Eingangssignals wiederholt.

Das ist gerade auf dem Bild zu sehen. Am Eingang haben wir ein kleines (Miau!) Signal, am Ausgang ein großes (MIAU!). Dabei hat sich seine Form (miau! -MEOW!) überhaupt nicht verändert. Danke Cat.

Aber leider ist alles nur theoretisch gut. In der Praxis verwenden wir beim Entwurf von Funkgeräten nicht ideale Widerstände, Kondensatoren und insbesondere Transistoren. Daher kann sich die Form des Ausgangssignals stark von der des Eingangssignals unterscheiden, und dieses Problem wird als Verzerrung bezeichnet. Alle Kaskaden des Verstärkers tragen ihre fünf Kopeken zum Signalschaden bei, aber der Löwenanteil davon – ich würde sagen, ein ganzer Rubel in Kleingeld – wird von der letzten Kaskade eingebracht, wenn sie falsch konstruiert oder berechnet ist.

Warum ist Verzerrung schlecht? Nun, um keine Demagogie zu betreiben, streichen Sie einfach, sagen wir, jedes fünfte Wort aus diesem Artikel. Was ist passiert? Nein, die Bedeutung ist natürlich noch klar, aber es ist schon etwas anders, oder? Das Gleiche gilt auch für den Ton.

Schauen wir uns also verschiedene Möglichkeiten zum Aufbau der Endstufen der PA an, die auch als Klassen (oder Betriebsarten) von Verstärkern bezeichnet werden. Wahrscheinlich gehört – Klasse-A-Verstärker, Klasse-AB-Verstärker – das war's.

Schauen wir uns zunächst das allgemeine Schaltbild der PA-Ausgangsstufe an.

Dies ist eine Push-Pull-Ausgangsstufe mit komplementären Transistoren. Wie Sie sehen können, enthalten die Basiskreise der Transistoren Spannungsquellen, die die anfängliche Verschiebung des Arbeitspunkts jedes Transistors bewirken. Es hängt also vom Wert dieser Spannung ab, in welchem ​​Modus (Klasse) diese oder jene Ausgangsstufe arbeitet.

Nun, fangen wir in der Reihenfolge an – im Modus А .

Wir erhalten diesen Modus bei einer ziemlich großen Vorspannung , so dass

wobei I0 der Kaskadenruhestrom ist. Somit befinden sich beide Transistoren in der aktiven Zone und wenn der Kollektorstrom eines Transistors abnimmt, steigt der Strom des anderen. Als Ergebnis all dieser Tänze erhalten wir eine nahezu perfekte Linearität der Kaskade und ein völliges Fehlen nichtlinearer Verzerrungen. ABER. Es gibt immer ein ABER, ist Ihnen das schon aufgefallen? Erstens entspricht die von der Stromversorgung aufgenommene Leistung dem Doppelten der Leistung des Ausgangssignals und ist ein konstanter Wert, unabhängig vom Eingangssignal. Das heißt, wenn der Verstärker eine maximale Ausgangsleistung von 100 Watt entwickelt, beträgt die vom Netzteil verbrauchte Leistung 200 Watt, und es spielt keine Rolle, mit welcher Lautstärke Sie Musik hören. Und wenn der Verstärker zweikanalig ist, also Stereo? Was ist, wenn es ein Heimkino ist? Weiter. Wie Sie wissen, neigen Ausgangstransistoren dazu, sich zu erhitzen. Das heißt, sie verbrauchen etwas Energie. Im Fall von Modus A beträgt die Verlustleistung für einen Transistor:

wobei a der Ausgangsspannungshub ist.

Was bekommen wir? Ein weiteres Merkmal der Klasse A ist, dass die Verlustleistung der Transistoren umso größer ist, je niedriger das Eingangssignal ist. Das heißt, wenn Sie einen funktionierenden Verstärker ohne Eingangssignal belassen, heizt er sich wie ein Ofen auf, da bei fehlendem Eingangssignal die Verlustleistung des Transistors gleich der maximalen Ausgangsleistung des Verstärkers ist. Ich möchte übrigens sagen, dass dies in der Praxis getestet wurde – mein Technics A 900 Reference erwärmt sich tatsächlich stärker, wenn an seinem Eingang kein Signal anliegt – ich war über diesen Umstand einmal sehr überrascht und wollte ihn sogar ziehen zur Reparatur eingetroffen. Ein weiterer wichtiger Parameter des Verstärkers ist der Wirkungsgrad. Nun, verstehen Sie – mit einer solchen Erwärmung der Transistoren werden wir keine menschliche (Miau!) oder Katzeneffizienz erreichen.

Der Wirkungsgrad berechnet sich wie folgt:

wobei a, wie in der vorherigen Formel, der Bereich der Ausgangsspannung ist. Somit ist der Wirkungsgrad nicht konstant und steigt mit zunehmendem Eingangssignal und damit der Ausgangsleistung an und erreicht einen Maximalwert von 50 %. (Möchten Sie eine Flasche Bier trinken? Miau, das geht nicht – gießen Sie die Hälfte der Flasche in die Toilette, trinken Sie die restliche Hälfte aus und holen Sie sich noch einmal die ganze Flasche.) Ja, das ist alles, aber es sollte sein bemerkte, dass dieses Bier einfach ausgezeichnet sein wird. Es stimmt, desto offensiver wird es sein, die Hälfte rauszuwerfen.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Was ist gut an Klasse A? Erstens hervorragende Linearität und keine Verzerrung – die Ausgangswellenform bleibt die gleiche wie am Eingang. Dafür müssen wir jedoch mit einem tödlichen Stromverbrauch und einem extrem geringen Wirkungsgrad des Verstärkers bezahlen. Nicht jeder kann solche Opfer bringen, und diese Betriebsart von Verstärkern wird nur in sehr hochwertigen Systemen der Hi-End-Klasse verwendet, deren Kosten bei 1000 zertrampelten Waschbären beginnen und die wie geformte Särge aussehen.

Die nächste Verstärkerklasse ist Klasse B

Betrachten Sie wie beim letzten Mal eine Push-Pull-Kaskade auf komplementären Transistoren.

Aufgrund der Besonderheiten des Verstärkerbetriebs in diesem Modus wurde die Schaltung etwas vereinfacht. Wie Sie sehen, gibt es überhaupt keine Vorspannung, das heißt, die Transistoren öffnen ausschließlich über das Eingangssignal. Die Besonderheit dieses Modus besteht also darin, dass bei fehlendem Eingangssignal beide Transistoren geschlossen sind und die Kaskade absolut nichts von der Stromquelle verbraucht - I0 = 0. Liegt ein Eingangssignal an, arbeiten die Transistoren abwechselnd – Transistor T1 arbeitet für positive Halbwellen, T2 für negative Halbwellen. Sehen wir uns an, wie es uns mit dem Stromverbrauch, der Effizienz und der Erwärmung der Transistoren ergeht.

Zunächst führen wir einen bestimmten Koeffizienten ein – den sogenannten Auslastungskoeffizienten.

das heißt, das Verhältnis der Ausgangsspannung zu einem bestimmten Zeitpunkt zur maximalen Ausgangsspannung. In menschlicher Hinsicht zeigt diese Zahl die momentane Auslastung des Verstärkers – entweder er schleppt Elektronen in Eimern mit halsbrecherischer Geschwindigkeit – a=1, oder er schläft sogar – a=0.

Die Ausgangsleistung errechnet sich also nach folgender Formel:

;

Verlustleistung des Arbeitstransistors:

Energieverbrauch:

Nun, im Allgemeinen ist im Fall von Modus B alles in Ordnung – der Stromverbrauch steigt mit zunehmendem Eingangssignal und dementsprechend auch die Ausgangsleistung. Der maximale Stromverbrauch liegt bei a=1

Auch der Wirkungsgrad steigt mit der Signalstärke und erreicht 78,5 %. Nun, es ist eine ganz andere Sache. (Miau! Nun ja – 20 % des Bieres einzuschenken ist nicht 50 %.)

Es scheint also, dass uns etwas fehlt. Nun ja, sicher – sie haben die Verzerrungen vergessen. Und die ganze Katze mit seinem Bier. Lenkt ab.

Schauen wir uns also die Verzerrungen an.

Uuuu ... da sind wir angekommen - schauen Sie, was los ist. In einer reinen Klasse erwartet uns ein sehr großes mmm ... (Miau! Arsch!) Na ja, so etwas in der Art - nichtlineare oder, wie sie auch genannt werden, transiente Verzerrungen der 1. Art. Sie sehen – in der Grafik – anstatt dass die Sinuswelle sanft durch Null geht, wie es beim Eingangssignal der Fall ist, erhalten wir im Allgemeinen einen Einbruch von einiger Breite – das heißt, den Moment, in dem das Signal ganz verschwindet – gibt es keinen. Warum passiert das? Damit sich der Transistor öffnen und arbeiten kann, muss an der Basis eine gewisse Schwellenspannung angelegt werden – bei Silizium-Bipolartransistoren beträgt sie 0,7 Volt.

Das ist es, was wir bekommen. Angenommen, die Stärke der positiven Halbwelle beginnt abzunehmen. Transistor T1 beginnt zu schließen. Und irgendwann kommt der Moment, in dem der Wert der ersten Halbwelle unter 0,7 Volt fällt und T1 schließt, T2 jedoch noch nicht geöffnet hat und erst dann öffnet, wenn das Signal in eine negative Halbwelle übergeht und sein Wert eine Spannung erreicht von -0,7 Volt. Somit entsteht ein Loch im Signal mit einer Breite von 1,4 Volt. Ay ah ah, was machen wir jetzt? (Bier trinken, 20 % in die Toilette gießen, miau!)

Nun, um diesen Teil nicht mit einer traurigen Note zu beenden, möchte ich gleich sagen, dass die Lösung für dieses Problem gefunden wurde, sie wurde vor langer Zeit gefunden und sie heißt Modus AB . Einige Kompromisse zwischen Signalqualität und Leistungsparametern. Aber wir werden dies im nächsten Teil betrachten. (Und wir werden auch Klasse D in Betracht ziehen – einen digitalen Verstärker, miau!)

Veröffentlichung: radiokot.ru

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