Мостовые усилители мощности

[UN7RX]

Еще раз хочу обратиться к людям, которые меня обвиняют (кто в арифметике, кто в плагиате, кто – просто так – от скуки): нельзя сравнивать выходную мощность и КПД из datasheet на транзистор с выходной мощностью и КПД двухтактного транзисторного каскада. Как говорят в Одессе : это две большие разницы. Допустим максимальная амплитуда сигнала на нагрузке (однотактный каскад), равна U1. Теперь, допустим, что этот же транзистор обеспечит на нагрузке ту же самую амплитуду, но только в одном полупериоде. А второй транзистор (каскад же - ДВУХТАКТНЫЙ) обеспечит такое же значение напряжения, но в другом полупериоде. В итоге – амплитудное значение напряжения на нагрузке увеличится вдвое – и будет 2U1, а мощность – вчетверо.

Я не зря привел это высказывание RU3BT, которое он сделал в своей статье об усилителе мощностью 600 Вт.
http://www.cqham.ru/pa71_38.htm

Применив два транзистора с паспортной мощностью 250Вт каждый и получив удвоенную мощность (что вполне нормально для ДВУХТАКТНОЙ схемы) он по-своему трактовал откуда и как эта мощность исходит. Заявляя что в двухтактном усилителе амплитуда на нагрузке увеличивается вдвое и оттого мощность растет вчетверо, он вызвал бурную дискуссию порой выходящую далеко за рамки этики. Что, подозреваю и стало причиной удаления этих комментариев.
Самое интересное, что он был прав и не прав одновременно.

Что такое двухтактный усилитель мощности? По сути, это обычная противофазная схема сложения мощности. Но увы, здесь, мы не имеем противофазного удвоения амплитуды сигнала.
Давайте взглянем на график напряжения на нагрузке типового двухтактного усилителя:


Мы видим удвоенную амплитуду напряжения на нагрузке, но вот беда - эти противофазные размахи напряжения не совпадают по времени. Два транзистора, входящие в состав усилителя, по очереди усиливают полупериоды сигнала, каждый - свой полупериод. Не будем забывать - транзистор открывается напряжением одной полярности. Поэтому, мы и имеем всего лишь удвоение (простое сложение) мощности.

Но откуда то Сергей (RU3BT) взял это учетверение?

Те, кто занимался (или занимается) усилителями мощности звуковой частоты, наверняка знает, что в звукотехнике еще с 70-х, особенно в зарубежных конструкциях широко использовались усилители мощности
собранные по мостовой схеме.

Вот они то, действительно позволяют получить УЧЕТВЕРЕННУЮ мощность сигнала, за счет УДВОЕННОЙ амплитуды, поскольку каждый полупериод усиливается ОДНОВРЕМЕННО в каждом из усилителей в противофазе и подается в нагрузку в ОДИН момент времени:


Лично мне встречалась всего одна схема такой полностью законченной радиолюбительской разработки, это УМ на 200Вт, на КТ930, Н.Журавлева (UA3ICV) опубликованная в журнале "Радиолюбитель". И хотя автор снимает с нее 200 Вт, заменив транзисторы на КТ931(для возможностей по току) эта схема спокойно отдаст 400 Вт.

Собственно вопрос - у кого есть подобные РАБОЧИЕ наработки?

[KOLHOZNIK]

В двухтактном трансформаторном усилителе напряжение на первичной обмотке в два раза больше, но допустимый максимальный ток через транзистор остаётся тем же и выходной трансформатор приходиться выполнять так, чтобы приведённое к колекторам сопротивление нагрузки было в два раза больше, в итоге на выходе получаем в два раза большую мощность.
Если покласть на предельные параметры и надёжность, то можно пытаться получить хоть удесятерённую мощность.

[Vadim]

Уважаемый Роберт!

Вы напрасно пытаетесь анализировать однотактные, двухтактные и мостовые схемы усилителей. (низкочастотные или высокочастотные - не суть важно!).
Это уже сделали до Вас! :-) Все описано в учебниках по радиопередающим устройствам.
Суть заключается в том, что выходная мощность и КПД (а также рассеиваемая мощность на транзисторе) зависят от УГЛА ОТСЕЧКИ (формы импульса на коллекторе).
Крайними случаями является режим "А" - при котором транзистор все время находится в активном режиме (на нем рассеивается часть мощности), при этом КПД < 50% и импульсный режим, при котором транзистор переходит из открытого в закрытое состояние, если считать, что это происходит мгновенно, то КПД стремится к 100%!
Между этими двумя режимами находятся все остальные режимы "АВ", "В", "С", "D" и т.д. В РПУ принято говорить об угле отсечки, например режим В - это 90 градусов.
В свое время академик Берг расчитал коэффициенты (названные его именем), которые описывают долю постоянного тока, 1 гармоники, 2-ой и т.д. По этим коэффициентам и расчитывается КПД, выходная мощность и т.д.
Что отсюда следует? Что КПД может быть равным от нуля до 100%! Реально до 95-98%! То есть транзистор, рассеивающий 10вт может "выдать" до 200вт выходной мощности! :-) И такие схемы есть... Конечно, при этом серьезно усложняется фильтрующая система, но например для передатчика, работающего на одной частоте - это не плохой вариант!
А двухтактная схема или мостовая говорит лишь о том, что суммарная мощность равна СУММЕ двух, четырех транзисторов, количество которых может быть любым! Например 6, 8 и даже 3 или 5! :-). Кстати, режим "В", например, может быть реализован и в однотактной схеме, так же как в двухтактной может быть ЛЮБОЙ режим А,В и т.д.
Ну и в заключение: КПД, выходная мощность - являются "дополнительными " справочными данными для транзистора, в то время, как допустимая рассеиваемая мощность является ОСНОВНЫМ параметром. Так вот КПД и выходная мощность подразумевают КОНКРЕТНУЮ схему измерения этих параметров (частота, схема, режим и т.д), поэтому, например, один и тот же транзистор на более высокой частоте имеет более низкий КПД и мощность, чем на более низкой!
Еще раз рекомендую внимательно заглянуть в учебник по передатчикам для ВУЗов - там все это более подробно, но "к сожалению" с "кучей формул"

[UN7RX]

Вы напрасно пытаетесь анализировать однотактные, двухтактные и мостовые схемы усилителей. (низкочастотные или высокочастотные - не суть важно!).

Напрасно даже мухи не летают. :wink: Где я утверждал, что КПД каскада не влияет на его энергетические показатели, в каком месте?
Или о режимах?

Речь о том, что получается в равных условиях в простом двухтактном каскаде и при мостовой схеме - с точки зрения получения заданной мощности мощности.

Вы хотите сказать, что двухтактный усилитель состоящий из 4-х транзисторов (по 2 в плече) и мостовой усилитель, при одинаковых токах и напряжении питания активных элементов, дают на выходе одинаковую мощность?

При мостовой схеме не получается снижения требований к используемым транзисторам?

Тогда, исходя их этого, Сергея должно было получиться не 500 Вт (как видно из снимка), а полный киловатт...

[Vadim]

Уважаемый Роберт!

Все что Вы имеете в виду про выигрыш мостовой схемы по сравнению с двухтактной имеет место только для УНЧ, нагруженной НЕПОСРЕДСТВЕННО на динамики! :-), если же говорить о ТРАНСФОРМАТОРНОЙ схеме с ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ питанием (при этом на КАЖДЫЙ транзистор подается питание полностью, а не половина...), то мостовая схема и двухтактная с точки зрения мощности равноценны!!!

На ВЧ усилители строятся в большинстве случаев с трансформаторной связью (П-контур тоже является трансформатором), поэтому для ВЧ мостовая схема вряд ли имеет в этом смысле преимущества...

[ex RL7/ A-Ata]

Интересная тема.Прошу знатоков о продолжении.

[AlexanderT]

А при крайне низком напряжении питания и безтрансформаторной нагрузке,мостовая схема отдаёт меньшую мощность по сравнению с обычной-двухтактной!
Из за двойного падения напряжения на переходах транзисторов (полевые упускаем).

[ex RL7/ A-Ata]

А при крайне низком напряжении питания и безтрансформаторной нагрузке

Непонятно , "безтрансформато рная нагр."имеется в виду в УНЧ?

[AlexanderT]

Не обязательно УНЧ хоть УПТ,а на полевых транзисторах уже намного лучше!

[ex RL7/ A-Ata]

Посмотреть бы практические схемы,можно из учебников.