Ενισχυτικές Διατάξεις 1 Ενισχυτές Ισχύος σε τάξη Β Οι ενισχυτές τάξης Α παρουσιάζουν χαµηλή απόδοση λόγω της µόνιµης κατανάλωσης V CE I C στο τρανζίστορ. Για να µειωθεί η κατανάλωση ισχύος σε ηρεµία (~ θερµότητα) µετακίνηση Q προς σε χαµηλότερες τιµές. Αν Ι C =0, κατανάλωση ισχύος σε ηρεµία 0. ηλαδή τοποθετώντας το Q στο σηµείο αποκοπής επιτυγχάνεται: αύξηση της απόδοσης του ενισχυτή αφού αποφεύγεται η κατανάλωσης ισχύος σε ηρεµία (απουσία σήµατος εισόδου) και αυξάνεται η ισχύς στο φορτίο Με τον τρόπο υφίσταται ρεύµα συλλέκτη µόνο κατά τη µία ηµιπερίοδο του σήµατος εισόδου (ηµιτονοειδής διέγερση)
Ενισχυτικές Διατάξεις 2 Στάδιο Εξόδου σε Τάξη Β Το BJT αγει µόνο στη θετική ηµιπερίοδο του σήµατος εισόδου ηλαδή ο ενισχυτής άγει όταν ισχύει Το τρανζίστορ στην αποκοπή (i c =0) όταν Όταν v I < 0.7V, i C = 0 Το κύκλωµα λειτουργεί περισσότερο ως ανορθωτής παρά ως ενισχυτής Απαιτείται ένα επιπλέον στάδιο το οποίο θα επιτρέπει και την λειτουργία του ενισχυτή κατά τη διάρκεια της αρνητικής ηµιπεριόδου ιπλά τρανζίστορ µε χρήση Μ/Τ (µη πρακτικό) Συµπληρωµατικά τρανζίστορ
Ενισχυτικές Διατάξεις 3 Στάδιο εξόδου συµπληρωµατικής συµµετρίας Καθώς η v I αυξάνεται θετικά και ξεπερνά τα 0.7V περίπου, το Q N αρχίζει να άγει και λειτουργεί ως ακόλουθος εκποµπού. Η v ο ακολουθεί την v I (v ο = v I 0.7V) και το Q N παρέχει ρεύµα φορτίου. Στο µεταξύ η επαφή ΒΕ του Q P είναι ανάστροφα πολωµένη από τα 0.7V της ΒΕ του Q Ρ, οπότε το Q N είναι σε αποκοπή. Αρα: b) v I > V BEN = 0.7 V, Q N = ON, Q Ρ = OFF, i L =i EN i CN Q N στον κόρο αν v O > V CC - V CENsat. Q P στην αποκοπή για v I > -0.7 V. Με την ίδια λογική για την αρνητική ηµιπερίοδο, όταν η v I γίνει περισσότερο αρνητική από -0.7V, το Q P θα αρχίζει να άγει και να λειτουργεί ως ακόλουθος εκποµπού. Η v ο ακολουθεί πάλι την v I (v ο = v I 0.7V) αλλά τώρα το Q P είναι σε αποκοπή. Ετσι: a) Για -0.7V v I 0.7V, Q N και Q P είναι σε αποκοπή v O = 0 V c) v I < -V BEP = -0.7 V, Q N = OFF, Q Ρ = ON, i L = i EP i CP Q P στον κόρο αν v O < - V CC V ECPsat Q N στην αποκοπή αν v I < 0.7 V.
Ενισχυτικές Διατάξεις 4 Χαρακτηριστική µεταφοράς Όταν Αντίστοιχη Τάξη Α Όταν Όταν
Ενισχυτικές Διατάξεις 5 Παραµόρφωση περάσµατος Υπάρχει µία περιοχή τιµών της v I (γύρω από το 0) όπου και τα δύο τρανζίστορ βρίσκονται στην αποκοπή και η v O =0 Αυτή η νεκρή ζώνη έχει ως αποτέλεσµα την εµφάνιση της παραµόρφωσης περάσµατος (crossover distortion) Η επίδραση της είναι περισσότερο εµφανής όταν έχουµε µικρού πλάτους σήµα εισόδου
Ενισχυτικές Διατάξεις 6 Παραµόρφωση περάσµατος (παράδειγµα) T1 2N3904 V1 12 VF1 VF2 R1 100 VG1 V2 12 T2 2N3906
Ενισχυτικές Διατάξεις 7 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β Απλουστεύσεις : α) αγνοούµε νεκρή ζώνη β) V CEN-sat = V ECP-sat = 0 V µέγιστη διακύµανση v O είναι V CC v O V CC Η µέση ισχύς στην αντίσταση φορτίου είναι µε v O =V o peak sin (ωt) ίδιο µε τάξη Α Η µέση ισχύς που µεταφέρεται από τη θετικό τροφοδοτικό ( V CC ) κατά τη διάρκεια της θετικής ηµιπεριόδου 0 t T/2 (i C = 0 για T/2 t T) είναι
Ενισχυτικές Διατάξεις 8 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β (ΙΙ) Από πριν έχουµε Με δεδοµένο ότι, έχουµε τελικά
Ενισχυτικές Διατάξεις 9 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β (ΙΙΙ) Η µέση ισχύς που µεταφέρεται από τo αρνητικό θετικό τροφοδοτικό (- V CC ) κατά τη διάρκεια της αρνητικής ηµιπεριόδου T/2 t T, είναι ίση µε την αντίστοιχη ισχύ που υπολογίσαµε από το V CC, άρα Οπότε Η αποδοτικότητα µετατροπής ενέργειας τάξης Β (ακριβής για V o-peak > 0.7 V)
Ενισχυτικές Διατάξεις 10 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β (ΙV) Μέγιστη θεωρητικά αναµενόµενη αποδοτικότητα µετατροπής ενέργειας τάξης Β Εφόσον έχουµε V CC v o V CC θα είναι Κατανάλωση ισχύος στα τρανζίστορ P Disp (V o peak =0)=0 {ακριβέστερα όταν V o peak 0.7V}
Ενισχυτικές Διατάξεις 11 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β (V) Για ποια τιµή της V o peak έχουµε την µέγιστη κατανάλωση ισχύος στα τρανζίστορ? Για να βρούµε την µέγιστη P Disp διαφορίζουµε την εξίσωση ως προς V o peak και την εξισώνουµε µε µηδεν (µηδενισµός παραγώγου) Το ½ της P Disp(max) καταναλώνεται στο Q N και το άλλο ½ στο Q P Αύξηση της V o peak πάνω από την τιµή 2V CC /π µειώνει την κατανάλωση ισχύος ενώ ταυτόχρονα αυξάνει την ισχύ φορτίου. Όµως αυξάνεται και η THD
Ενισχυτικές Διατάξεις 12 Υπολογισµοί Ισχύος push-pull τάξης Β (Περίληψη) Ισχύς από τα τροφοδοτικά: max V o-peak = V CC Ισχύς στο φορτίο: max V ο-peak = V CC Αποδοτικότητα ενέργειας µετατροπής Κατανάλωση ισχύος στα τρανζίστορ Μέγιστη κατανάλωση ισχύος στα τρανζίστορ για τάση:
Ενισχυτικές Διατάξεις 13 Παράδειγµα Ι P Disp =P Dav P Lav
Ενισχυτικές Διατάξεις 14 Παράδειγµα Ι (συν.)
Ενισχυτικές Διατάξεις 15 Παράδειγµα Ι - εξοµοίωση Pn W T1 2N3904 V1 12 W PL VG1 0 R1 100 V2 12 T2 2N3906 W Pp
Ενισχυτικές Διατάξεις 16 Παράδειγµα Ι εξοµοίωση (συν) Pn W T1 2N3904 V1 12 W PL VG1 0 R1 100 V2 12 T2 2N3906 W Pp n sim PLav 0.647 = = = P P 0.419 0.419 V V CC CC 0.772
Ενισχυτικές Διατάξεις 17 Παράδειγµα ΙΙ Να σχεδιαστεί βαθµίδα εξόδου push-pull τάξης Β η οποία να παρέχει ισχύ 20W σε φορτίο 8Ω. Η τάση τροφοδοσίας να επιλεγεί έτσι ώστε η V CC να είναι 5V µεγαλύτερη από τη µέγιστη τάση εξόδου (για να αποφευχθεί ο κορεσµός και η συνεπαγόµενη µη γραµµική παραµόρφωση). Βρείτε την απαιτούµενη τροφοδοσία, το µέγιστο ρεύµα που δίδει κάθε τροφοδοτικό, τη συνολική ισχύ τροφοδοσίας, την αποδοτικότητα µετατροπής ενέργειας και τη µέγιστη ισχύ που θα πρέπει να µπορεί να καταναλώνει το κάθε τρανζίστορ µε ασφάλεια Προσδιορισµός V CC P Lav =20W, R L =8V άρα έχω Προσδιορισµός µεγίστου ρεύµατος από κάθε τροφοδοτικό
Ενισχυτικές Διατάξεις 18 Παράδειγµα ΙΙ (συν) Προσδιορισµός συνολικής ισχύος τροφοδοσίας Προσδιορισµός αποδοτικότητας µετατροπής ενέργειας Προσδιορισµός µέγιστης ασφαλούς κατανάλωσης ισχύος επί των τρανζίστορ