Amplificator de putere în contratimp

Scopul lucrarii

Lucrarea are ca scop studiul experimental al unor aspecte ale functionarii unui amplificator de putere în contratimp de clasa B sau AB.

Elemente teoretice

Etajele de putere pentru semnalele de frecventa audio se pot realiza cu tranzistoare functionând în clasa A (când elementul activ ce debiteaza putere în sarci 111r179b na este permanent în conductie) sau în clasa B, în contratimp (elementul activ ce debiteaza putere în sarci 111r179b na este în conductie o semiperioada a semnalului).

În schema de principiu din fig.12.1, în care este reprezentat un amplificator de putere de clasa B în contratimp cu tranzistoarele complementare, curentul prin sarcina este asigurat de tranzistorul T₁ pe semialternanta pozitiva si de tranzistorul T₂ pe semialternanta negativa. Reducerea distorsiunilor de neliniaritate se face prin utilizarea unei reactii negative de tensiune sau/si prin trecerea la o functionare în clasa AB, care consta în prepolarizarea celor doua tranzistoare în asa fel încât ele sa se afle, în absenta semnalului, la limita de conductie ( si nu blocate, ca în cazul functionarii în clasa B ); amplificatorul de putere în clasa AB pastreaza performantele energetice (randamentul ramâne bun) dar se obtine o caracteristica de transfer mai liniara si semnalul de iesire va fi mai putin distorsionat.

În ceea ce priveste reactia negativa, distorsiunile de neliniaritate sunt considerate ca perturbatii interne amplificatorului si vor fi micsorate de (1+b_rA) ori ; cu cât factorul de reactie (1+b_rA) este mai mare, cu atât distorsiunile de neliniaritate vor fi mai mici, la acelasi nivel cu semnalul de sarcina.

Distorsiunile de neliniaritate cresc odata cu cresterea frecventei semnalului, deoarece, în acest caz, scade amplificarea fara reactie, A si deci factorul de reactie (1+b_rA).

Functionarea în clasa AB se poate realiza, de exemplu, sub forma din fig. 12.3, pentru un circuit cu o singura sursa de polarizare, în care sarcina se cupleaza prin capacitate. Prin rezistenta R circula curentul de colector al tranzistorului T₃ , care asigura o cadere de tensiune de circa 1.2 -1.3 V la bornele ei, suficienta pentru mentinerea în conductie a tranzistoarelor T₁ si T₂ , în absenta semnalului ( tensiunea continua din emitoarele celor doua tranzistoare de putere se stabileste printr-o reactie negativa de curent continuu ). Rezistenta R₁ asigura închiderea curentului de colector al tranzistorului T₃ si contribuie la formarea sarcinii de colector a tranzistorului T₃. Semnalul variabil se aplica pe baza tranzistorului T₃.

La etajul final trebuie sa se realizeze o plasare corecta a punctului static de functionare în scopul utilizarii cât mai bune a tensiunii sursei de alimentare. Se defineste coeficientul de utilizare a tensiunii de alimentare sub forma :

(12.1)

unde V₀ - amplitudinea semnalului de sarcina, presupus sinusoidal;

V_ovv - valoarea vârf la vârf a tensiunii de iesire;

E_c^' =2E_c - tensiunea de alimentare aplicata efectiv etajului final de putere.

Punctul static de functionare trebuie astfel ales încât , cu semnal de iesire nedistorsionat, sa aiba o valoare cât mai apropiata de 1. Pentru circuitul din fig. 12.3, tensiunea pe emitoarele tranzistoarelor finale nu poate ajunge la 0 ( ramâne tensiunea de saturatie a tranzistorului T₂ ) si nici la E_c^' ( ramâne ca diferenta tensiunea V_BE1 si tensiunea de saturatie a tranzistorului T₃ ). Asa cum se vede si în fig. 12.5, se obtine : DV_inf DV_sup.

Din punct de vedere energetic, se pot deduce urmatoarele relatii:

Puterea utila în sarcina :

(12.2)

(cu valoarea maxima pentru k k_max) ;

Puterea absorbita de la sursa de alimentare de etajul final :

(12.3)

Randamentul : (12.4)

Puterea disipata de tranzistoarele de putere :

(12.5)

Desfasurarea lucrarii

Circuitul folosit pentru simulari este cel din figura de mai jos:

Forma de unda obtinuta la primul subpunct sunt:

La subpunctul urmator s-a constatat ca limitarea semnalului apare de la o amplitudine a semnalului de 2.3V si formele de unda au forma urmatoare:

Valoarea obtinuta la borna 9 este:  E_c =2E_c=15V

Tensiunea continua obtinuta la borna 3 este: V(3) 9.23V

5.) Pentru potentiometrul P₁ pozitionat la stânga obtinem:

Tensiunea continua la borna 3 are valoarea: 7,51V.

V_0max=10.601V

Forma de unda obtinuta la borna 3, pentru un semnal V₀<V_0max are forma:

iar pentru un semnal de intrare ce introduce limitari:

Pentru potentiometrul P₁ potitionat la dreapta obtinem:

Tensiunea continua la borna 3 are valoarea: 1,83 V.

V_0max=2,59 V

Forma de unda obtinuta la borna 3, pentru un semnal V₀<V_0max are forma:

iar pentru un semnal de intrare ce introduce limitari:

6.) Forma de unda obtinuta pentru un semnal de intrare cu amplitudinea de 30 m, frecventa de 20 kHz, fara înlaturarea reactiei si cu potentiometrul P₂ în pozitia minima are forma:

Forma de unda obtinuta pentru un semnal de intrare cu amplitudinea de 30 m, frecventa de 20 kHz, fara înlaturarea reactiei si cu potentiometrul P₂ în pozitia maxima are forma:

Forma de unda obtinuta în urma legarii bornei 4 la masa, cu amplitudinea semnalului de 6 mV , frecventa de 20 kHz si potentiometrul P₂ în pozitia minima si cu înlaturarea reactiei are forma:

Forma de unda obtinuta în urma legarii bornei 4 la masa, cu amplitudinea semnalului de 6 mV , frecventa de 20 kHz si potentiometrul P₂ în pozitia maxima si cu înlaturarea reactiei are forma:

Forma de unda obtinuta pentru un semnal de intrare cu amplitudinea de 30 m, frecventa de 1 kHz, fara înlaturarea reactiei si cu potentiometrul P₂ în pozitia minima are forma:

Forma de unda obtinuta pentru un semnal de intrare cu amplitudinea de 30 m, frecventa de 1 kHz, fara înlaturarea reactiei si cu potentiometrul P₂ în pozitia maxima are forma:

Forma de unda obtinuta în urma legarii bornei 4 la masa, cu amplitudinea semnalului de 6 mV , frecventa de 1 kHz si potentiometrul P₂ în pozitia minima cu înlaturarea reactiei are forma:

Forma de unda obtinuta în urma legarii bornei 4 la masa, cu amplitudinea semnalului de 6 mV , frecventa de 1 kHz si potentiometrul P₂ în pozitia maxima cu înlaturarea reactiei are forma: