Symulacja i pomiar, czyli LTspice i Analog Discovery 2 w rękach konstruktora (14). Wzmacniacze w klasach A, B i AB

Symulacja i pomiar, czyli LTspice i Analog Discovery 2 w rękach konstruktora (14). Wzmacniacze w klasach A, B i AB
Pobierz PDF Download icon

O klasach wzmacniaczy napisano już tyle publikacji, że trudno dodać coś nowego. Wydaje się, że najmniej materiałów można znaleźć na temat symulacji wzmacniaczy w kontekście ich pracy w różnych klasach. Niniejszy cykl artykułów doskonale wpisuje się więc w tę tematykę. Po wstępnych symulacjach z zastosowaniem programu LTspice jak zwykle zweryfikujemy pomiary w układzie rzeczywistym. Zajmiemy się jedynie klasami A, B i AB.

Spis treści

Symulacja wzmacniacza w klasie AB

Symulacja i pomiary wzmacniacza pracującego w klasie B nie dały choćby zadowalających wyników. Czy jest jakaś metoda, aby je poprawić.

Popatrzmy jeszcze raz na rysunek 6. Gdyby udało się jakąś metodą dosunąć do siebie charakterystyki obu tranzystorów, możliwa by była eliminacja martwej strefy. Popatrzmy jeszcze raz na fragment przebiegu wyjściowego wzmacniacza klasy B (rysunek 11). Łatwo zauważyć, że różnica napięć maksymalnych sygnału wejściowego i wyjściowego jest równa w przybliżeniu napięciu UBE przewodzącego tranzystora.

Rysunek 14. Ilustracja zasady działania wzmacniacza klasy AB

Jeśli więc między bazy tranzystorów wstawimy dwie diody krzemowe, to będą one pełniły funkcję przesuwników napięcia, tym samym zrealizujemy w praktyce dosunięcie do siebie charakterystyk (rysunek 14). Mówimy, że wzmacniacz o takiej konfiguracji pracuje w klasie AB, kąt przepływu jest większy niż 180° i mniejszy niż 360°. Sprawdźmy tę koncepcję najpierw w symulacji.

Rysunek 15. Schemat symulowanego wzmacniacza klasy AB

Na rysunku 15 pokazano schemat ideowy narysowany w edytorze schematów programu LTspice. Wszystkie nastawy są skopiowane z poprzedniej symulacji, doszła jedynie komenda definiująca temperaturę diod (.param td=25). Wyniki przedstawiono na rysunku 16. Po wprowadzonych zmianach wzmacniacz ma parametry znacznie lepsze, choć szału nie ma. W sygnale wyjściowym obserwujemy tylko nieznaczne zniekształcenia w pobliżu przejścia przez zero, a zawartość harmonicznych zmalała do ok. 5%. Tego powinno dać się już słuchać, wiele tanich radyjek łazienkowych prawdopodobnie nie ma lepszych parametrów.

Rysunek 16. Wyniki symulacji wzmacniacza klasy AB

Pomiary wzmacniacza w klasie AB

Pozostała już tylko praktyczna weryfikacja symulacji. Przeróbka wzmacniacza nie jest duża, to zaledwie dodanie dwóch diod do układu. A efekt?

Faktycznie, zdumiewająco dobry. Można powiedzieć, że to zupełnie nowa jakość. Najpierw porównajmy wizualnie przebiegi wyjściowe w fizycznych wzmacniaczach klasy B i AB (rysunek 17).

Rysunek 17. Porównanie przebiegów wyjściowych wzmacniaczy klasy A, B i AB

W tym celu najpierw zmierzymy napięcie wyjściowe wzmacniacza klasy B i zapiszemy go jako przebieg referencyjny (zielony). Następnie zmodyfikujemy wzmacniacz, dodając diody i ponownie zmierzymy przebieg wyjściowy (niebieski). Czułości wszystkich kanałów (250 mV/dz), w tym referencyjnego, są takie same, co pozwala porównać wzajemne relacje wielkości wszystkich sygnałów.

A teraz najważniejszy pomiar – określenie zawartości harmonicznych. Jeszcze raz na chwilę wrócimy do wzmacniacza klasy B, aby na jednym wykresie nanieść jego widmo jako przebieg odniesienia Trace3. Będzie on następnie zestawiony z widmem przebiegu wyjściowego wzmacniacza AB (Trace 2). Korzystając z opcji Measure, mierzymy współczynniki THD obu wzmacniaczy dla sygnału o częstotliwości 500 Hz. Wyniki przedstawiono na rysunku 18. Wzmacniacz klasy B ma THD=–7,829 dBc, co odpowiada 40,6%, natomiast wzmacniacz klasy AB ma THD=–38,17 dBc, czyli 1,23%.

Rysunek 18. Porównanie widma sygnałów wyjściowych oraz współczynników THD rzeczywistych wzmacniaczy klasy B i AB

W obu przypadkach jest to wynik lepszy niż w symulacjach. Uważny Czytelnik zauważy pewnie, że wyniki tego pomiaru są nieco inne niż analogiczne pomiary wykonywane wcześniej. Układ był jednak przemontowywany, mogły się też zmienić warunki zewnętrzne.

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik październik 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień - październik 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje październik 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna październik 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich październik 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów