Push -Plull Output

Выходной драйвер класса B с использованием пары дополнительных транзисторов PNP и NPN Биполярного соединения, настроенных в качестве подписчиков излучателя

Усилитель толкателя - это тип электронной схемы , которая использует пару активных устройств, которые попеременно снабжают ток или поглощают ток подключенной нагрузки. Этот вид усилителя может улучшить как грузоподъемность, так и скорость переключения.

Выходы Push -Plull присутствуют в цифровых цепях TTL и CMOS цифровых логических цепей и в некоторых типах усилителей и обычно реализуются дополнительной парой транзисторов , один рассеивающий или ток от нагрузки на землю или отрицательный источник питания, а другой Поставка или поиск тока на нагрузку от положительного источника питания.

Усилитель толкания более эффективен, чем один затратный усилитель «класса А» . Выходная мощность, которая может быть достигнута, выше, чем непрерывное рейтинг рассеяния транзистора или трубки, используемой отдельно, и увеличивает мощность, доступную для данного напряжения питания. Симметричная конструкция двух сторон усилителя означает, что гармоники четного порядка отменены, что может уменьшить искажение. ^{[ 1 ]} Ток постоянного тока отменяется в выходе, что позволяет использовать меньший выходной трансформатор, чем в одностороннем усилителе. Тем не менее, усилитель Push-Pull требует компонента, распределяющего фаз, который добавляет сложность и стоимость в систему; Использование центральных трансформаторов для ввода и вывода является общей техникой, но добавляет вес и ограничивает производительность. Если две части усилителя не имеют идентичных характеристик, может быть введено искажение, поскольку две половины входной формы волны неравномерны. Кроссоверское искажение может быть создано вблизи нулевой точки каждого цикла, так как одно устройство отключено, а другое устройство входит в свою активную область.

Аудио-усилитель с толкованием вакуумной трубки с трансформатором с 1924 года. Две выходные трубки триода находятся справа.

Около 1960 года, примерно в 1960 году, используется две выходные трубки с толканием -пулькой Magnavox, используется две выходные трубки 6BQ5 на канал. Две пары пробирных трубок видны перед выходными трансформаторами.

Пуль -пуль цепей широко используются во многих выходных этапах усилителя. Пара труб Audion , соединенные в Push -Pull, описана в патенте Edwin H. Colpitts США 1137384, предоставленной в 1915 году, хотя патент конкретно не претендует на соединение Push -Pull. ^{[ 2 ]} Техника была хорошо известна в то время ^{[ 3 ]} и принцип был заявлен в патенте 1895 года, предшествовавших электронным усилителям. ^{[ 4 ]} Возможно, первым коммерческим продуктом, использующим усилитель Push -Pull, был RCA, сбалансированный усилитель выпущенный в 1924 году для использования с их приемником Radiola III регенеративного вещания. ^{[ 5 ]} Используя пару вакуумных трубок с низким энергопотреблением в конфигурации Push-Pull, усилитель позволил использовать громкоговоритель вместо наушников, обеспечивая при этом приемлемый срок службы батареи с низким энергопотреблением в режиме ожидания. ^{[ 6 ]} Техника по -прежнему используется в системах аудио, радиочастотной, цифровой и электроники.

Цифровые схемы

Цифровое использование конфигурации Push -Pull - это выход TTL и связанных семей. Верхний транзистор функционирует как активное подтягивание в линейном режиме, в то время как нижний транзистор работает в цифровом виде. По этой причине они не способны накапливать столько тока, сколько они могут погрузиться (обычно в 20 раз меньше). Из -за того, как эти схемы схематически проводятся, с двумя транзисторами, сложенными вертикально, обычно с диодом, смещающимися между уровнями, они называются « тотемными полюсами ».

Недостатком простых выходов с толчком является то, что два или более из них не могут быть соединены вместе, потому что, если один попытался вытащить, пока другой пытался толкнуть, транзисторы могут быть повреждены. Чтобы избежать этого ограничения, некоторые выходы Push -Pull имеют третье состояние, в котором оба транзистора выключены. В этом состоянии, как говорят, вывод плавает (или, чтобы использовать запатентованный термин, Tri-Letable ).

Альтернативой выходу с нажатием является один переключатель, который отключает или подключает нагрузку на заземление (называемый открытым коллекционером или дренажного открытым выводом или вывод с открытым исходным кодом).

Аналоговые цепи

Обычная стадия усилителя, которая не является толкающим, иногда называется односторонним, чтобы отличить его от цепь толкания.

В аналоговых усилителях мощности Push -Pull эти два выходных устройства работают в антифазе (то есть на 180 ° друг от друга). Два антифазных выходов подключены к нагрузке таким образом, что приводит к добавлению сигналов, но компоненты искажения из-за нелинейности в выходных устройствах вычитаются друг от друга; Если нелинейность обоих выходных устройств одинакова, искажение значительно уменьшается. Симметричные схемы Push -Pull должны отменить даже гармоники порядка, например, 2F, 4F, 6F и, следовательно, содействовать гармоникам нечетного порядка, таких как F, 3F, 5F при въезде в нелинейный диапазон.

Усилитель толкания производит меньше искажений , чем один. Это позволяет усилителю Push-Pull Class-A или AB иметь меньше искажения для той же мощности, что и те же устройства, которые использовались в односторонней конфигурации. Искажение может произойти в данный момент переключателя выходов: «передача» не идеальна. Это называется кроссоверским искажением. Класс AB и класс B рассеивают меньше мощности для того же вывода, что и класс A; Общие искажения могут быть низко подлежат отрицательной обратной связи , а перекрестное искажение может быть уменьшено, добавив «ток смещения», чтобы сгладить передачу.

Усилитель Push-Pull Class-B является более эффективным, чем усилитель мощности класса A, поскольку каждое выходное устройство усиливает только половину формы выходного сигнала и отрезается в течение противоположной половины. Можно показать, что теоретическая эффективность полной мощности (мощность переменного тока в нагрузке по сравнению с потребляемой мощностью постоянного тока) на стадии Push -Pull составляет приблизительно 78,5%. Это сравнивается с усилителем класса А, который имеет эффективность 25%, если непосредственно управляет нагрузкой, и не более 50% для выпуска трансформатора. ^{[ 7 ]} Усилитель толкания-небольшая мощность с нулевым сигналом по сравнению с усилителем класса А, который рисует постоянную мощность. Рассеяние мощности в выходных устройствах составляет примерно одну пятую от рейтинга выходной мощности усилителя. ^{[ 7 ]} Усилитель класса А, напротив, должен использовать устройство, способное рассеять в несколько раз больше выходной мощности.

Выход усилителя может быть связан с непосредственной связью с нагрузкой, в сочетании с трансформатором или подключенным через конденсатор блокировки DC. Там, где используются как положительные, так и отрицательные источники питания, нагрузка может быть возвращена в среднюю точку (земля) источников питания. Трансформатор позволяет использовать единый источник питания полярности, но ограничивает низкочастотную реакцию усилителя. Аналогичным образом, с помощью одного источника питания, конденсатор может использоваться для блокировки уровня постоянного тока на выходе усилителя. ^{[ 8 ]}

Если используются биполярные переходные транзисторы, сеть смещения должна компенсировать отрицательный температурный коэффициент основания транзисторов до напряжения излучателя. Это может быть сделано путем включения резистора небольшого значения между эмиттером и выходом. Кроме того, водительская схема может иметь кремниевые диоды, установленные в тепловом контакте с выходными транзисторами, чтобы обеспечить компенсацию.

Выходные этапы вывода проталкивания

Категории включают:

Усилители трансформации трансформации трансформации

В настоящее время очень редко использовать выходные трансформаторы с усилителями транзисторов, хотя такие усилители предлагают наилучшую возможность для сопоставления выходных устройств (только с необходимыми только PNP или только устройствами NPN).

Выходные этапы тотема полюса

Два сопоставленных транзистора той же полярности могут быть организованы для подачи противоположных половинок каждого цикла без необходимости выходного трансформатора, хотя при этом цепь драйвера часто асимметричная, а один транзистор будет использоваться в конфигурации общего звена, в то время как другой используется в качестве последователя излучателя . Эта договоренность сегодня не используется, чем в 1970 -х годах; Он может быть реализован с небольшим количеством транзисторов (не так важно сегодня), но относительно трудно сбалансировать и сохранить низкое искажение.

Симметричный толчок -пуль

Каждая половина выходной пары «зеркала» другой, в том, что устройство NPN (или N-канал FET ) за половину будет соответствовать PNP (или P-каналу FET ) в другой. Этот тип расположения имеет тенденцию давать более низкие искажения, чем квазимметричные стадии, потому что даже гармоники отменяются более эффективно с помощью большей симметрии.

Квазимметричный толкал-пуль

В прошлом, когда PNP хорошего качества для транзисторов кремния NPN с высокой мощностью была ограничена, обходной путь состоял в том, чтобы использовать идентичные устройства вывода NPN, но питались из комплементарных цепей драйверов PNP и NPN таким образом, что комбинация была близкой к симметричной (но но никогда не так хорош, как иметь симметрию повсюду). Искажение из -за несоответствующего усиления на каждой половине цикла может быть серьезной проблемой.

Суперсимметричные выходные этапы

Использование некоторого дублирования во всей схеме драйвера, чтобы обеспечить симметричное приводной цепи, может улучшить соответствие, хотя асимметрия драйвера представляет собой небольшую долю процесса генерирования искажений. Использование улавливаемого мостового нагрузки позволяет гораздо большую степень сопоставления между положительными и отрицательными половинками, компенсируя неизбежные небольшие различия между устройствами NPN и PNP.

Квадратный толкал-пуль

Выходные устройства, обычно MOSFET или вакуумные трубки , настраиваются так, чтобы их характеристики передачи в квадратном законе второго гармоника, (которые генерируют искажение если они используются в одной схеме) отменяли искажение в значительной степени. То есть, поскольку напряжение затвора транзистора увеличивается, привод к другому устройству уменьшается на то же количество, а ток дренажа (или пластин) во втором устройстве примерно исправляет нелинейность при увеличении первого Полем ^{[ 9 ]}

Выходные этапы выводной трубки (клапан)

Вакуумные трубки (клапаны) недоступны в комплементарных типах (как и транзисторы PNP/NPN), поэтому усилитель пуль -пуль составляет пару идентичных выходных труб или групп труб с контрольными сетками , приводимыми в противодействие. Эти трубки проводят ток через две половины первичной обмотки выходного трансформатора с центральным нажатием. Токи сигнала добавляют, в то время как искажение сигнализирует из-за нелинейных характеристических кривых труб вычтения. Эти усилители были впервые разработаны задолго до разработки твердотельных электронных устройств; Они все еще используются как аудиофилами , так и музыкантами, которые считают их звучать лучше.

Усилители вакуумной трубки с толканием-пульбами обычно используют выходной трансформатор, хотя существуют выходные стадии трубки без трансформатора (OTL) (например, SEPP/SRPP и белый катодный последователь ниже). ^{[ Цитация необходима ]} Стадия фазового сплайтера, как правило, является еще одной вакуумной трубкой, но трансформатор с вторичным обмоткой в центре иногда использовался в некоторых дизайнах. Поскольку это по существу устройства в квадратном законе, комментарии относительно отмены искажений, упомянутые выше, применяются к большинству конструкций пуль-пуль при работе в классе A (то есть ни одно из устройств не приводится к его непроводящему состоянию).

Одиночный конец Push-Pull ( SEPP , SRPP или MU-фоллер ^{[ 10 ]}) Выходная стадия, первоначально называемая сбалансированным усилителем (патент США 2 310 342, февраль 1943 г.). похож на расположение тотема полюса для транзисторов в том, что два устройства последовательны между рельсами питания, но входной привод идет только к одному из устройств, нижней из пары; Отсюда (казалось бы, противоречивое) одностороннее описание. Вывод взят из катода верхнего (не непосредственно управляемого) устройства, которое действует частично между источником постоянного тока и катодным последователем, но получает некоторый диск от схемы пластины (анод) нижнего устройства. Следовательно, привод к каждой трубке может быть не равным, но схема имеет тенденцию сохранять ток через нижнее устройство несколько постоянным по всему сигналу, увеличивая усиление мощности и уменьшая искажение по сравнению с истинной односторонней односторонней выходной стадией.

Схема без трансформатора с двумя тетродными трубками датируется 1933 году: «Использование вакуумной трубки в качестве импеданса с кормлением пластин». JWHORTON в Журнале Франклинского института 1933 г. Том 216 Выпуск 6

Белый катодный последователь (патент 2358 428, сентябрь 1944 г. от ELC White) похож на конструкцию SEPP выше, но вход сигнала - в верхней трубке, действуя как катодный последователь, но одна, где нижняя труба (в общей конфигурации катода ), если накормляется (обычно через шаг-трансформатор) из тока в пластине (анод) верхнего устройства. По сути, он меняет роли двух устройств в Сеппе. Нижняя трубка действует частично между постоянной раковиной тока и равным партнером в рабочей нагрузке Push -Pull. Опять же, привод к каждой трубке, следовательно, может быть не равным.

Транзисторные версии SEPP и белого последователя действительно существуют, но редки.

Ультралинейный толкай-пуль

Так называемый ультралинейный усилитель толкания-пуль использует либо пентоды , либо тетроды, причем их сетка экрана, подаваемая в процентах от первичного напряжения на выходном трансформаторе. Это дает эффективность и искажения, которые являются хорошим компромиссом между триод -страшными ) схемами усилителей мощности и обычными выходными цепями пентоде или тетродным выходным выходным, где экран подается из относительно постоянного источника напряжения.

Смотрите также

Односторонний триод
Push -Pull Converter для получения более подробной информации о реализации
Открытый коллекционер

Ссылки

^ Джо Карр, RF Компоненты и схемы , Newnes, стр. 84
^ Дональд Монро Макникол, Radios 'Conquest в пространстве: экспериментальный рост радиосвязи Taylor & Francis, 1946 Page 348
^ http://www.leagle.com/xmlresult.aspx?page=5&xmldoc=193278360f2d723_1537.xml&docbase=cslwar1-1950-1985&sedisp=7 Western Electric Co.
^ Патент США 549,477 Локальная передатчик для телефонов. , WW Dean
^ Radios - RCA Radiola Balanced Amplifier 1924
^ Грегори Малановский гонка за беспроводную связь: как было изобретено радио (или обнаружено?) , Authorhouse, 2011 ISBN 1463437501 Страницы 66-67, стр. 144
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Морис Юник Дизайн современных транзисторных цепей , Prentice-Hall 1973 ISBN 0-13-201285-5 стр. 340-353
^ Дональд Г. Финк, изд. Справочник инженера электроники , McGraw Hill 1975 ISBN 978-0-07-020980-0 с. 13-23 по 13-24
^ Ян Хегглун. «Практический дизайн усилителя класса А». Линейный аудио . 1
^ «SRPP декодировал» . Tube CAD Journal . Получено 7 ноября 2016 года .

[1] Джо Карр, RF Компоненты и схемы , Newnes, стр. 84

[2] Дональд Монро Макникол, Radios 'Conquest в пространстве: экспериментальный рост радиосвязи Taylor & Francis, 1946 Page 348

[3] ttp://www.leagle.com/xmlresult.aspx?page=5&xmldoc=193278360f2d723_1537.xml&docbase=cslwar1-1950-1985&sedisp=7 Western Electric Co.

[4] Патент США 549,477 Локальная передатчик для телефонов. , WW Dean

[5] Radios - RCA Radiola Balanced Amplifier 1924

[6] Грегори Малановский гонка за беспроводную связь: как было изобретено радио (или обнаружено?) , Authorhouse, 2011 ISBN 1463437501 Страницы 66-67, стр. 144

[Yunik73-7] Jump up to: ^а ^{беременный} Морис Юник Дизайн современных транзисторных цепей , Prentice-Hall 1973 ISBN 0-13-201285-5 стр. 340-353

[8] Дональд Г. Финк, изд. Справочник инженера электроники , McGraw Hill 1975 ISBN 978-0-07-020980-0 с. 13-23 по 13-24

[9] Ян Хегглун. «Практический дизайн усилителя класса А». Линейный аудио . 1

[10] «SRPP декодировал» . Tube CAD Journal . Получено 7 ноября 2016 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]