산업기술
산업 제조
이 장의 공통 이미 터 섹션에서 출력 파형이 반파 정류 모양과 유사한 SPICE 분석을 보았습니다. 입력 파형의 절반만 재생되고 나머지 절반은 완전히 차단되었습니다. 당시 우리의 목적은 전체 파형을 재현하는 것이었으므로 이것이 문제였습니다. 이 문제에 대한 해결책은 증폭기 입력에 작은 바이어스 전압을 추가하여 트랜지스터가 전체 웨이브 사이클 동안 활성 모드를 유지하도록 하는 것이었습니다. 이 추가를 바이어스 전압이라고 합니다. .
반파장 출력은 일부 애플리케이션에서 문제가 되지 않습니다. 일부 응용 프로그램은 필요 바로 이런 종류의 증폭은 전파 재생 이외의 모드에서 증폭기를 작동할 수 있고 특정 응용 분야에는 다른 재생 범위가 필요하기 때문에 증폭기가 입력 파형을 재생하는 정도를 지정하여 설명하는 것이 유용합니다. 클래스에 따라 . 증폭기 클래스 작동은 알파벳 문자 A, B, C 및 AB로 분류됩니다.
A급 전체 입력 파형을 충실히 재현합니다.
작동은 트랜지스터가 활성 모드에서 전체 시간을 보낼 때만 얻을 수 있으며 차단 또는 포화에 도달하지 않습니다. 이를 달성하기 위해 충분한 DC 바이어스 전압은 일반적으로 컷오프와 포화 사이의 정확히 중간에 트랜지스터를 구동하는 데 필요한 레벨로 설정됩니다. 이렇게 하면 AC 입력 신호가 증폭기의 높은 신호 한계 레벨과 낮은 신호 한계 레벨 사이에 완벽하게 "중앙"이 됩니다.
클래스 A:앰프 출력은 입력을 충실히 재현합니다.
작동은 DC 바이어스 전압이 없는 공통 이미 터 증폭기에 AC 신호가 처음 적용되었을 때 수행한 것입니다. 트랜지스터는 베이스-이미터 접합을 순방향 바이어스하기에는 입력 전압이 너무 낮거나(또는 극성이 잘못된 경우) 차단 상태에서 나머지 절반을 활성 모드에서 시간의 절반을 보냈습니다.
클래스 B:바이어스는 파형의 절반(180°)이 재생되는 정도입니다.
그 자체로 클래스 B 모드에서 작동하는 증폭기는 그다지 유용하지 않습니다. 대부분의 경우 파형의 절반을 제거하여 파형에 도입된 심각한 왜곡은 허용되지 않습니다. 그러나 클래스 B 작동은 두 개의 증폭기가 푸시-풀로 작동되는 경우 유용한 바이어싱 모드입니다. 쌍, 각 증폭기는 한 번에 파형의 절반만 처리:
클래스 B 푸시 풀 증폭기:각 트랜지스터는 파형의 절반을 재생합니다. 반쪽을 결합하면 전체 웨이브를 충실하게 재현합니다.
트랜지스터 Q1은 "푸시"(접지에 대해 양의 방향으로 출력 전압 구동), 트랜지스터 Q2는 출력 전압을 "풀"(음의 방향, 접지에 대해 0볼트 방향). 개별적으로 이러한 각 트랜지스터는 클래스 B 모드에서 작동하며 입력 파형 주기의 1/2 동안만 활성화됩니다. 그러나 둘 다 함께 팀으로 작동하여 입력 파형과 모양이 동일한 출력 파형을 생성합니다.
클래스 A 설계에 비해 클래스 B(푸시-풀) 증폭기 설계의 결정적인 이점은 더 큰 출력 전력 기능입니다. 클래스 A 설계에서 트랜지스터는 전류 전도를 멈추지 않기 때문에 열의 형태로 상당한 에너지를 발산합니다. 파동 주기의 모든 지점에서 활성(전도) 모드에 있으며 상당한 전류를 전도하고 상당한 전압을 떨어뜨립니다. 사이클 전체에 걸쳐 트랜지스터에 의해 상당한 전력이 소모됩니다. 클래스 B 설계에서 각 트랜지스터는 컷오프 모드에서 절반의 시간을 소비하며 여기서 제로 전력을 소비합니다(제로 전류 =제로 전력 손실). 이것은 각 트랜지스터가 "휴식"하고 냉각할 시간을 제공하는 반면 다른 트랜지스터는 부하의 부담을 지게 됩니다. 클래스 A 증폭기는 설계가 더 단순하지만 트랜지스터 열 발산이라는 단순한 이유로 저전력 신호 애플리케이션으로 제한되는 경향이 있습니다.
클래스 AB로 알려진 또 다른 클래스의 증폭기 작동 클래스 A와 클래스 B 사이 어딘가에 있습니다. 트랜지스터는 전류 전도 시간의 50% 이상 100% 미만을 소비합니다.
증폭기의 입력 신호 바이어스가 약간 음(클래스 A 작동의 바이어스 극성 반대)이면 출력 파형은 클래스 B 바이어싱보다 더 "클리핑"되어 트랜지스터가 대부분의 시간을 소비하는 작동이 됩니다. 차단 모드의 시간:
클래스 C:전도가 반주기 미만(<180°) 동안입니다.
처음에는 이 계획이 완전히 무의미해 보일 수 있습니다. 결국 증폭기가 이처럼 심하게 파형을 클리핑하는 경우 증폭기가 얼마나 유용할 수 있습니까? 출력이 어떤 종류의 조건도 없이 직접 사용되는 경우 실제로 유용성이 의심됩니다. 그러나 출력에 탱크 회로(병렬 공진 인덕터-커패시터 조합)를 적용하면 증폭기에서 발생하는 간헐적인 출력 서지가 탱크 회로에 의해 유지되는 고주파수 발진을 작동시킬 수 있습니다. 이것은 무거운 플라이휠이 회전을 유지하기 위해 이따금 "킥"되는 기계에 비유될 수 있습니다.
공진 회로를 구동하는 클래스 C 증폭기.
클래스 C라고 함 작동에서 트랜지스터(들)가 제로 전력을 소비하는 차단 모드에서 대부분의 시간을 보내기 때문에 이 방식은 또한 높은 전력 효율성을 즐깁니다. 출력 파형 감쇠율(증폭기의 "킥" 사이의 진동 진폭 감소)은 설명을 위해 여기에서 과장되었습니다. 출력의 튜닝된 탱크 회로 때문에 이 회로는 한정된 고정 진폭의 신호를 증폭하는 경우에만 사용할 수 있습니다. 클래스 C 증폭기는 FM(주파수 변조) 무선 송신기에 사용될 수 있습니다. 그러나 클래스 C 증폭기는 왜곡으로 인해 AM(진폭 변조) 신호를 직접 증폭하지 못할 수 있습니다.
클래스 A, B, AB 또는 C와 상당히 다른 또 다른 종류의 증폭기 작동을 클래스 D라고 합니다. . 이것은 다른 동작 클래스처럼 바이어스 전압의 특정 측정값을 적용하여 얻을 수 없지만 증폭기 회로 자체를 근본적으로 재설계해야 합니다. 이 장에서 클래스 D 앰프가 어떻게 만들어졌는지 정확히 조사하기에는 너무 이르지만 기본 작동 원리를 논의하기에는 너무 이르지 않습니다.
급 D 증폭기는 빠르게 펄스를 생성하여 입력 전압 파형의 프로파일을 재생합니다. 구형파 출력 . 출력 파형의 듀티 사이클(시간 "켜짐" 대 총 사이클 시간)은 입력 신호의 순간 진폭에 따라 달라집니다. (아래 그림은 이 원리를 보여줍니다.
클래스 D 증폭기:입력 신호 및 필터링되지 않은 출력.
입력 신호의 순시 전압이 클수록 출력 구형파 펄스의 듀티 사이클이 커집니다. 클래스 D 설계에 명시된 목표가 있다면 능동 모드 트랜지스터 작동을 피하는 것입니다. 클래스 D 증폭기의 출력 트랜지스터는 활성 모드에 있지 않고 차단 또는 포화 상태일 뿐이므로 열 에너지가 거의 소실되지 않습니다. 그 결과 증폭기의 전력 효율이 매우 높아집니다. 물론 이 전략의 단점은 출력에 고조파가 압도적으로 많다는 것입니다. 다행히도 이러한 고조파 주파수는 일반적으로 입력 신호의 주파수보다 훨씬 크기 때문에 상대적으로 쉽게 저역 통과 필터로 필터링할 수 있어 원래 입력 신호 파형과 더 유사한 출력을 얻을 수 있습니다. 클래스 D 기술은 일반적으로 산업용 인버터(모터 및 기타 대형 장치를 구동하기 위해 DC를 AC 전력으로 변환하는 장치) 및 고성능 오디오 증폭기와 같이 극도로 높은 전력 수준과 상대적으로 낮은 주파수가 발생하는 곳에서 볼 수 있습니다.
전자공학 연구에서 접하게 될 용어는 quiescent입니다. , 이는 회로의 제로 입력 조건을 지정하는 수정자입니다. 예를 들어 대기 전류는 0 입력 신호 전압이 적용된 회로의 전류량입니다. 트랜지스터 회로의 바이어스 전압은 트랜지스터가 바이어스 전압이 없는 경우보다 입력 신호 전압이 0인 콜렉터 전류의 다른 레벨에서 작동하도록 합니다. 따라서 증폭기 회로의 바이어스 양이 대기 값을 결정합니다.
증폭기의 대기 전류
클래스 A 증폭기에서 대기 전류는 포화 값의 정확히 절반이어야 합니다(포화와 차단 사이의 중간, 정의에 따른 차단은 0임). 클래스 B 및 클래스 C 증폭기는 신호가 적용되지 않은 상태에서 차단되어야 하기 때문에 대기 전류 값이 0입니다. 클래스 AB 증폭기는 차단 바로 위의 매우 낮은 대기 전류 값을 갖습니다. 이를 그래픽으로 설명하기 위해 때때로 "부하선"이 아래 그림에 표시된 특정 값의 부하 저항에 연결된 상태에서 작동 범위를 설명하기 위해 트랜지스터의 특성 곡선 위에 표시됩니다.
Vsupply에서 포화 전류까지의 트랜지스터 특성 곡선 위에 그려진 로드 라인의 예
부하 라인은 컬렉터 전류 범위에 대한 컬렉터-이미터 전압 플롯입니다. 부하 라인의 오른쪽 하단 모서리에서 전압은 최대이고 전류는 0이며 차단 조건을 나타냅니다. 선의 왼쪽 상단 모서리에서 전압은 0이고 전류는 최대로 포화 상태를 나타냅니다. 부하 라인이 다양한 트랜지스터 곡선과 교차하는 지점 표시는 주어진 기본 전류에 대한 실제 작동 조건을 나타냅니다.
정지 작동 조건은 이 그래프에서 하중선을 따라 단일 점 형태로 표시될 수 있습니다. 클래스 A 증폭기의 경우 정지점은 (아래 그림)과 같이 부하 라인의 중간에 있습니다.
클래스 A의 정지점(점).
이 그림에서 정지점은 40μA의 기본 전류를 나타내는 곡선에 나타납니다. 이 회로의 부하 저항을 더 큰 값으로 변경하면 부하 저항이 클수록 포화 상태에서 최대 컬렉터 전류가 제한되지만 컬렉터-이미터 전압은 변경되지 않기 때문에 부하 라인의 기울기에 영향을 미칩니다. 끊다. 그래픽으로 결과는
에서와 같이 왼쪽 상단 지점이 다르고 오른쪽 하단 지점이 동일한 하중선입니다.
부하 저항 증가로 인한 부하 라인입니다.
새로운 부하 라인이 이전과 같이 평평한 부분을 따라 75μA 곡선을 가로채지 않는 방법에 유의하십시오. 특성 곡선의 수평이 아닌 부분이 포화 상태를 나타내기 때문에 이것은 매우 중요합니다. 로드 라인이 곡선의 수평 범위 외부에서 75μA 곡선을 가로채도록 하면 증폭기가 해당 기본 전류량에서 포화된다는 의미입니다. 부하 저항 값을 높이면 부하 라인이 이 새로운 지점에서 75μA 곡선을 가로채게 되었으며, 이는 이전보다 낮은 기본 전류 값에서 포화가 발생함을 나타냅니다.
회로에 있는 기존의 낮은 값의 부하 저항을 사용하면 75µA의 기본 전류가 비례 컬렉터 전류(기본 전류에 β를 곱한 값)를 생성합니다. 첫 번째 부하 선 그래프에서 75μA의 기본 전류는 β 비율에서 예측할 수 있듯이 40μA에서 얻은 것보다 거의 두 배의 컬렉터 전류를 제공했습니다. 그러나 트랜지스터가 컬렉터 전류를 계속 조절하기에 충분한 컬렉터-이미터 전압을 잃기 시작하기 때문에 컬렉터 전류는 기본 전류 75µA와 40µA 사이에서 약간 증가합니다.
선형(왜곡 없음) 작동을 유지하려면 트랜지스터가 포화되는 지점에서 트랜지스터 증폭기를 작동해서는 안 됩니다. 즉, 부하 라인이 컬렉터 전류 곡선의 수평 부분에 잠재적으로 떨어지지 않는 곳입니다. 포화되기 전에 증가된 기본 전류로 이 트랜지스터를 얼마나 "밀어낼" 수 있는지 알기 전에 아래 그림의 그래프에 몇 가지 곡선을 더 추가해야 합니다.
더 많은 기본 전류 곡선은 포화 세부 사항을 보여줍니다.
이 그래프에서 곡선의 직선 부분에 떨어지는 부하 라인의 가장 높은 전류 지점이 50μA 곡선의 지점임을 알 수 있습니다. 이 새로운 포인트는 클래스 A 작동을 위한 최대 허용 입력 신호 레벨로 간주되어야 합니다. 또한 클래스 A 작업의 경우 정지점이 이 새로운 최대 지점과 컷오프 사이의 중간이 되도록 바이어스를 설정해야 합니다.
새로운 정지점은 포화 영역을 방지합니다.
이제 서로 다른 DC 바이어스 전압 레벨의 결과에 대해 조금 더 알게 되었으므로 실용적인 바이어싱 기술을 조사할 시간입니다. 원하는 작동 클래스에 대해 증폭기를 바이어스하기 위해 AC 입력 신호와 직렬로 연결된 DC 전압 소스(배터리). 실생활에서 정밀하게 보정된 배터리를 증폭기 입력에 연결하는 것은 실용적이지 않습니다. 주어진 바이어스 요구 사항에 대해 올바른 양의 전압을 생성하도록 배터리를 사용자 정의할 수 있다고 해도 해당 배터리는 제조된 전압을 무기한으로 유지하지 않습니다. 방전이 시작되고 출력 전압이 떨어지면 증폭기는 클래스 B 작동으로 표류하기 시작합니다.
예를 들어 아래 그림에서 SPICE 시뮬레이션의 공통 이미 터 섹션에 설명된 이 회로를 사용하십시오.
비실용적인 기본 배터리 바이어스.
2.3볼트 "Vbias" 배터리는 실제 증폭기 회로에 포함하는 것이 실용적이지 않습니다. 이 증폭기의 바이어스 전압을 얻는 훨씬 더 실용적인 방법은 15볼트 배터리에 연결된 전압 분배기 네트워크를 사용하여 필요한 2.3볼트를 개발하는 것입니다. 결국 15볼트 배터리는 필요에 따라 이미 존재하며 전압 분배기 회로는 설계 및 구축이 쉽습니다. 아래 그림에서 이것이 어떻게 보이는지 봅시다.
전압 분배기 바이어스.
총 15볼트(예:R2의 경우 8466Ω 및 R3의 경우 1533Ω)에서 R3에 걸쳐 2.3볼트를 생성하는 R2 및 R3에 대해 한 쌍의 저항 값을 선택하면 베이스 사이에 원하는 값 2.3볼트가 있어야 합니다. 및 신호 입력 없이 바이어싱을 위한 이미터. 유일한 문제는 이 회로 구성이 AC 입력 신호 소스를 전압 분배기의 R3과 병렬로 직접 배치한다는 것입니다. AC 소스가 R3에서 떨어지는 DC 전압을 압도하는 경향이 있기 때문에 이는 허용되지 않습니다. 병렬 구성요소는 반드시 동일한 전압을 가지므로 AC 전압 소스가 DC 전압 분배기의 저항 하나에 직접 연결되면 AC 소스가 "승리"하고 신호에 DC 바이어스 전압이 추가되지 않습니다.
이유가 분명하지 않을 수 있지만 이 계획을 작동시키는 한 가지 방법 커플링 커패시터를 배치하면 됩니다. 아래 그림과 같이 AC 전압 소스와 전압 분배기 사이.
커플링 커패시터는 전압 분배기 바이어스가 신호 발생기로 흐르는 것을 방지합니다.
커패시터는 AC 소스와 DC 전압 분배기 사이에 고역 통과 필터를 형성하여 트랜지스터의 거의 모든 AC 신호 전압을 통과시키고 모든 DC 전압이 AC 신호 소스를 통해 단락되는 것을 차단합니다. 중첩 정리와 그것이 어떻게 작동하는지 이해한다면 이것은 훨씬 더 이해가 됩니다. 중첩에 따르면 모든 선형 양방향 회로는 한 번에 하나의 전원만 고려한 다음 모든 전원의 효과를 대수적으로 추가하여 최종 결과를 찾는 방식으로 단편적인 방식으로 분석할 수 있습니다. 커패시터와 R2-R3 전압 분배기 회로를 증폭기의 나머지 부분과 분리한다면 AC와 DC의 중첩이 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 더 쉬울 것입니다.
AC 신호 소스만 유효하고 신호 주파수에서 임피던스가 임의로 낮은 커패시터를 사용하면 거의 모든 AC 전압이 R3에 나타납니다.
신호 주파수에서 커플링 커패시터의 임피던스가 매우 낮기 때문에 와이어 조각과 매우 유사하게 동작하므로 중첩 분석의 이 단계에서 생략할 수 있습니다.
DC 소스만 적용되면 커패시터가 개방 회로로 나타나므로 커패시터와 단락된 AC 신호 소스 모두 아래 그림의 R2-R3 전압 분배기 작동에 영향을 미치지 않습니다.
DC 분석에 관한 한 커패시터는 개방 회로로 보입니다.
아래 그림에서 이 두 가지 개별 분석을 결합하면 트랜지스터의 베이스에 연결할 준비가 된 (거의) 1.5V AC와 2.3V DC의 중첩을 얻을 수 있습니다.
결합된 AC 및 DC 회로.
충분히 이야기하십시오. 이제 아래 그림에서 전체 증폭기 회로의 SPICE 시뮬레이션을 할 시간입니다. 2000Hz에서 임의의 낮은(0.796Ω) 임피던스를 얻기 위해 100μF의 커패시터 값을 사용합니다.
전압 분배기 바이어스의 SPICE 시뮬레이션.
<사전>전압 분배기 바이어싱 vinput 1 0 sin (0 1.5 2000 0 0) c1 1 5 100u r1 5 2 1k r2 4 5 8466 r3 5 0 1533 q1 3 2 0 mod1 rspkr 3 4 8 v1 4 0 dc 15 .model mod1 npn .트란 0.02m 0.78m .plot tran v(1,0) i(v1) .끝위의 그림에서 출력 파형의 상당한 왜곡에 주목하십시오. 사인파는 대부분의 입력 신호의 음의 반주기 동안 잘립니다. 이것은 트랜지스터가 차단 모드에 들어가지 않아야 할 때 차단 모드로 들어가고 있음을 알려줍니다(이전과 같이 클래스 A 작동의 목표를 가정하고 있습니다). 왜 이런거야? 이 새로운 바이어싱 기술은 이전과 정확히 동일한 양의 DC 바이어스 전압을 제공해야 합니다. 그렇죠?
커패시터와 R2-R3 저항 네트워크가 언로드되면 정확히 2.3볼트 상당의 DC 바이어스를 제공합니다. 그러나 이 네트워크를 트랜지스터에 연결하면 더 이상 언로드되지 않습니다. 트랜지스터의 베이스를 통해 끌어온 전류는 전압 분배기를 로드하여 트랜지스터에 사용할 수 있는 DC 바이어스 전압을 줄입니다. 아래 그림의 다이오드 전류 소스 트랜지스터 모델을 사용하여 설명하면 바이어스 문제가 분명해집니다.
다이오드 트랜지스터 모델은 전압 분배기의 부하를 보여줍니다.
전압 분배기 출력은 구성 저항기의 크기뿐만 아니라 부하를 통해 얼마나 많은 전류가 분배기에서 분리되는지에 따라 달라집니다. 트랜지스터의 베이스-에미터 PN 접합은 바이어스 전류와 IR3 모두가 R2 저항을 통해 끌어당겨져서 이전에 R2와 R3. 2.3V의 DC 바이어스 전압을 얻으려면 R2 및/또는 R3 값을 조정하여 기본 전류 부하의 영향을 보상해야 합니다. 증가 R3에서 DC 전압이 떨어지고 R2의 값을 낮추거나 R3의 값을 높이거나 둘 다.
R2 및 R3 조정 후 출력 왜곡 없음.
<사전>전압 분배기 바이어싱 vinput 1 0 sin (0 1.5 2000 0 0) c1 1 5 100u r1 5 2 1k r2 4 5 6k <--- R2가 6k로 감소 r3 5 0 4k <--- R3이 4k로 증가 q1 3 2 0 mod1 rspkr 3 4 8 v1 4 0 dc 15 .model mod1 npn .트란 0.02m 0.78m .plot tran v(1,0) i(v1) .끝위의 그림에서 6kΩ 및 4kΩ(각각 R2 및 R3)의 새로운 저항 값은 우리가 원하는 대로 클래스 A 파형을 재생산합니다.
검토:
<울>관련 워크시트:
<울>산업기술
트랜지스터는 전기 신호를 증폭하거나 생성하는 데 사용되는 반도체 장치입니다. 따라서 직류 또는 교류 응용 응용 응용 응용 응용 프로그램에서 작동할 수 있습니다. 이 기사는 s8550 트랜지스터에 대해 자세히 알아보는 데 도움이 될 것입니다. S8550 트랜지스터란 무엇입니까? S8550 트랜지스터는 PNP 트랜지스터의 예입니다. PNP 트랜지스터 s8550은 역 바이어스 동안 열린 상태를 유지하도록 합니다. 이는 역 바이어스 동안 역 바이어스 동안 접지된 상태로 알려져 있습니다. 대조적으로, 포워딩 바이어스 동안 베이
소방서는 미국에서만 매년 백만 건 이상의 화재에 대응합니다. 그리고 그 숫자는 1970년대 이후 꾸준히 감소하고 있지만 화재는 여전히 발생할 때마다 극도로 위험한 상황의 가능성을 제시합니다. 그러나 그것들은 모두 타지만 모든 불이 같은 것은 아닙니다. 화재를 분류하고 진화하는 방법을 위해 소방 전문가들은 화재를 분류하는 시스템을 개발했습니다. 화재 등급은 무엇을 설명합니까? 화재 등급은 가장 좋은 소화 또는 진압 방법을 포함하여 다른 공통 기능과 함께 존재하는 연료 소스를 설명합니다. 정밀 가공과 같이 화재 위험이 높은 산업에서