Lineer amfide transistörlerde harcanan maksimum gücü bulmak

[taydin]

Komple bir lineer amfinin devresini simulatörde kurup denemek hem çok vakit alıyor, hem de komponentlerin tamamı, doğru karakteristiklerle bulunamıyor. Onun yerine şöyle bir varsayım ile sadece çıkış katının simulasyonunu yaptım:

Çıkış transistörleri ile hoparlör empedansı, besleme gerilimini bölen bir gerilim bölücü olduğunu varsaydım. Transistör, dinamik bir direnç ve yük üzerinde, audio sinyalini oluşturacak şekilde kendi direncini değiştiriyor. Mesela çıkışta 1 kHz lik bir sinüs elde etmek için, transistörün dinamik direncinin fonksiyonu ne olmalı?

Gerilim bölücü formülüne bakalım:

[math]V_o = V_i\ \frac{R_L}{R_{top} + R_L}[/math]
Burada [imath]R_L[/imath] yük empedansı ve 8 Ohm, [imath]R_{top}[/imath] da push pull daki üst transistörün dinamik direnci. [imath]R_{top}[/imath] solda bırakılırsa:

[math]R_{top} = R_L\ \bigg( \frac{V_i}{V_o} - 1 \bigg)[/math]
Üst transistör için [imath]V_o[/imath] nun sinüsoidal olmasını istiyoruz, ama hiçbir zaman negatife inmemesi ve sıfır da olmaması lazım. Maksimum değeri, transistör dinamik direncini 500 Ohm yapacak gibi olmalı, minimum değeri de 0.5 Ohm gibi olabilir. Alt transistör için grafiği sadece 180 derece faz kaydıracağız.

Bu şekilde devreyi kurdum ve çıkış voltajını da 1V dan 39V a kadar adımlattırdım. 24V da transistör üzerinde maksimum güc harcanıyor ve bu güç değeri de ortalama 21W gibi.

Burada bütün grafikler üst üste

Burada da 24V çıkış voltajı için grafikler.

İlk grafik, çıkış voltajı, 1 KHz sinüs.

İkinci ve üçüncü grafik, puş pul transistörlerin dinamik direnci. Burada bana ilginç gelen, transistörün dinamik direnci neredeyse karedalga şeklinde.

Dördüncü grafik, beslemeden çekilen güç ve çıkışa aktarılan güç.

Beşinci grafik de üst puş pul transistörde harcanan güç.

 

[taydin]

Dinamik direncin zumlu grafiğine bakınca geçiş bölgesi daha iyi görünüyor. işte güç harcaması bu bölgede gerçekleşiyor

 

[latcakir]

Dinamik direncin zumlu grafiğine bakınca geçiş bölgesi daha iyi görünüyor. işte güç harcaması bu bölgede gerçekleşiyor

42319 eklentisine bak

Kullandığınız program ltspice aynı özelliklere mi sahip

 

[Mikro Step]

Bir baska bakis acisi;

Amplifikator dedigimiz devrenin en son kismi sonucta emetor cikisli bir devredir.

Cikistan elde edilen en buyuk gerilim Vcc geriliminin 1 kac volt altinda olacaktir.

Simdi bu kabuller altinda;

Transistorun emetorundeki gerilim max degeri = Yuk uclarindaki gerilim = Vg

Kollektor emetor arasinda dusen gerilim Vcc-Vg

Yukten akan akim Vg/Z

O halde transistorde harcanan guc (Vcc-Vg)*Vg/Z olacaktir.

[math]P=\frac{1}{Z} (Vcc*Vg-Vg^2)[/math]
Surekli akimi gormezden gelirsek transistor sadece yarim alternansda guc harcayacak.

Artik yapmamiz gereken tek sey yarim alternas icin ortalama gucu bulmak.

Bu da bir integrale bakar.

 

[taydin]

Kullandığınız program ltspice aynı özelliklere mi sahip

Linear Technology ve birçok TI komponent için LTSpice gerçeğe çok yakın sonuçlar üretebiliyor. MicroCap daha genel bir simulatör. Ama benim kullandığım dinamik direnç özelliği bütün simulatörlerde olan temel bir özellik.

 

[Mikro Step]

Hata yapmadiysam;

[math]P=\frac{1}{Z} (V_{cc}*V_g-V_g^2)[/math]
[math]V_g=Vsin(\theta)[/math]
[math]P_{ort}=\frac{1}{Z2\pi}\int_0^{\pi} (Vcc*Vsin(\theta)-V^2sin^2(\theta))d\theta[/math]
[math]P_{ort}=\frac{Vcc*V}{Z2\pi}\int_0^{\pi}sin(\theta)d\theta-\frac{V^2}{Z2\pi}\int_0^{\pi}sin^2(\theta)d\theta[/math]
[math]P_{ort}=\frac{-Vcc*V}{Z2\pi}cos(\theta)|_0^\pi-\frac{V^2}{2Z\pi}(\theta-\frac{1}{4}sin(2\theta))|_0^\pi[/math]
[math]P_{ort}=\frac{Vcc*V}{Z\pi}-\frac{V^2}{4Z}[/math]

 

[Mikro Step]

Bu durumda transistorde harcanan max guc hangi Vcc ile Vg arasindaki iliskide olur ona bakalim.

[math]\frac{d}{dV}P_{ort}=0=\frac{Vcc}{Z\pi}-\frac{2V}{4Z}[/math]
[math]\frac{Vcc}{\pi}-\frac{V}{2}=0[/math]
[math]Vcc=V*\frac{\pi}{2}[/math]
Besleme gerilimimiz 39V olursa

Sinyalimiz 39*2/3.14 oldugunda transistor en fazla isinir. Bu da transistorun 24v genlikli sinyale maruz kalmasi anlamina gelir.

Transistor, 8 Ohm yukte 39v ile beslenirken 24v genlikli sinyali yuke aktarirken kendi uzerine 24*39/(8*314) - 24*24/(4*8) den 19w harcar.