Мускулът
Високоговорителят има 8 Ω (други са 4 и 12 Ω; антените – 50 и 75 Ω). За 5 W в него трябват ~9 V и над 1 A на върха. Крайното стъпало е емитерен повторител (ОК от тема 3): не усилва напрежение, но усилва ток – и има малко Rизх. Цялото усилване по напрежение трябва да направи предкрайното (възбудителното) стъпало.
Захранването е ±12 V. Входът е синус 1 kHz с амплитуда 3 V. Сега, в клас B: в товара отиват 0,295 W, от захранването се взимат 1,9 W – КПД = 15,5 %, клирфактор kh = 13,3 %.
вход на високоговорителя
Спектър на изхода · клирфактор kh = 13 %
амплитуда на хармониците
Входът: звукът, както е записан
входът x(n)
Изходът: звукът на високоговорителя
изходът y(n)
Започни с клас B при 1 V: синусът на товара е накъсан около нулата („стъпало“), kh е над 40 %, а думата звучи като от счупено радио. При 10–11 V стъпалото е малка част от вълната – kh пада под 4 %, а КПД стига ~65–70 %. Клас AB маха стъпалото напълно. Клас A е чист, но гори ~26 W, дори без сигнал. Звукът е в свой мащаб, за да се сравнява формата.
Клас A: чисто, но горещо
В клас A транзисторът тече винаги. Токът на покой трябва да е по-голям от върха на тока в товара – тук ~1,2 A, постоянно, независимо дали свири музика. Затова КПД е най-много 25 % (50 % с трансформатор), а останалото е топлина. Ползва се в предусилвателите (теми 1–6), където мощността е малка.
Клас B: двутактно – двама, които дърпат трион
Двама комплементарни транзистори – NPN и PNP, „огледални близнаци“ – са свързани като повторители към общ товар. NPN бута положителната полувълна, PNP – отрицателната. Без сигнал и двата са запушени и ток почти не тече – КПД стига 78,5 %.
Проблемът е около нулата. Всеки транзистор тръгва чак при ~0,6 V на прехода си. Докато сигналът е между −0,6 и +0,6 V, и двамата „почиват“ и изходът стои на нула. Това са преходните изкривявания – най-лоши са при тиха музика.
Клас AB: двата винаги леко будни
Два диода между базите дават на всеки транзистор предварително ~0,65 V – точно колкото му трябва, за да тръгне. В покой тече малък ток (тук ~50 mA). Стъпалото изчезва, а КПД остава близо до B. Малките емитерни резистори (0,47 Ω) стабилизират тока.
Опасност: топлият транзистор пуска повече ток при същото UБЕ → загрява се още → топлинен пробег. Затова диодите (или „умножителят на UБЕ“ с транзистор) се слагат на радиатора на крайните и следят температурата им.
Колко от захранването стига до високоговорителя
клас A (теория) клас B (теория): π/4·Um/E сега – клас B
Пунктирите са теорията. При клас B КПД расте право пропорционално на амплитудата и стига π/4 ≈ 78,5 % при Um = E. Клас A стига едва 25 % дори на максимум. Бялата точка е измерена в симулатора за избрания клас; при AB е малко под B, защото токът през диодите на отместването също се плаща.
Предкрайното стъпало, bootstrap и ООВ
- Изходната амплитуда не стига до E: губят се UКЕ на транзистора и падът върху RЕ. Предкрайното стъпало има нужда от захранване над изхода. Bootstrap е кондензатор от изхода към захранването на предкрайното: когато изходът се качва, „повдига“ и захранването му (последователна ПОВ по захранване).
- Обща ООВ от изхода към входа намалява още изкривяванията (тема 5).
- При еднополярно захранване (+E) товарът е през голям кондензатор. Ако няма мощен PNP, се правят квазикомплементарни стъпала с еднотипни транзистори.
- Клас D: транзисторите са само ключове, а сигналът е ШИМ (тема 9). КПД > 90 %.
Самопроверка
1. Защо клас A е неикономичен?
Токът на покой е поне колкото върха на тока в товара и тече винаги – η ≤ 25 %.
2. Какво е „стъпалото“ в клас B и как се маха?
Около нулата и двата транзистора са запушени (UБЕ ≈ 0,6 V) – преходни изкривявания. Маха се с малко отместване (два диода между базите) → клас AB.
3. E = 12 V, Um = 12 V, клас B. Колко е КПД?
π/4 ≈ 78,5 %.
4. Защо диодите на отместването се монтират на радиатора?
За да следят температурата на крайните транзистори и да намаляват отместването, когато те се загреят – иначе топлинен пробег.