إخراج الدفع والسحب

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى الملاحة اذهب الى البحث
محرك إخراج دفع وسحب من الفئة B يستخدم زوجًا من ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب PNP و NPN التكميلية التي تم تكوينها كمتابعين للباعث

مضخم الدفع والسحب هو نوع من الدوائر الإلكترونية التي تستخدم زوجًا من الأجهزة النشطة التي تقوم بالتناوب بتزويد التيار أو امتصاص التيار من الحمل المتصل. يمكن أن يعزز هذا النوع من مكبر الصوت كلاً من سعة التحميل وسرعة التحويل.

توجد مخرجات الدفع والسحب في الدوائر المنطقية الرقمية TTL و CMOS وفي بعض أنواع مكبرات الصوت ، وعادة ما تتحقق من خلال زوج تكميلي من الترانزستورات ، أحدهما يتبدد أو يغرق من الحمل إلى الأرض أو مصدر طاقة سالب ، والآخر إمداد الحمل أو تحديد مصادره للحمل من مصدر طاقة موجب.

يعتبر مضخم الدفع والسحب أكثر كفاءة من مكبر الصوت أحادي الطرف "من الفئة A" . تكون طاقة الخرج التي يمكن تحقيقها أعلى من معدل التبديد المستمر للترانزستور أو الأنبوب المستخدم بمفرده وتزيد من الطاقة المتاحة لجهد إمداد معين. يعني البناء المتماثل لجانبَي مكبر الصوت إلغاء التوافقيات المتساوية الترتيب ، مما قد يقلل التشويه. [1] يتم إلغاء تيار التيار المستمر في الخرج ، مما يسمح باستخدام محول خرج أصغر منه في مضخم أحادي الطرف. ومع ذلك ، يتطلب مضخم الدفع والسحب مكون تقسيم الطور الذي يضيف تعقيدًا وتكلفة للنظام ؛ استخدام المحولات المركزيةالمدخلات والمخرجات هي تقنية شائعة ولكنها تضيف وزنًا وتحد من الأداء. إذا لم يكن لجزئي مكبر الصوت خصائص متطابقة ، يمكن إدخال التشويه حيث يتم تضخيم نصفي شكل موجة الإدخال بشكل غير متساو. يمكن إنشاء تشوه كروس بالقرب من نقطة الصفر لكل دورة حيث يتم قطع أحد الأجهزة ويدخل الجهاز الآخر منطقته النشطة.

رسم تخطيطي لمضخم الأنبوب المفرغ
غالبًا ما يستخدم مضخم الأنبوب المفرغ محول إخراج ذو ضغط مركزي لدمج مخرجات الأنابيب المتصلة في نظام الدفع والسحب.
المحول المقترن بمضخم صوت دفع وسحب أنبوب مفرغ من عام 1924. أنبوبان خرج الصمام الثلاثي على اليمين.
يستخدم مضخم الدفع والسحب الأنبوبي Magnavox الاستريو ، حوالي عام 1960 ، أنبوبين إخراج 6BQ5 لكل قناة. يظهر زوجا أنابيب الدفع والسحب أمام محولات الإخراج.

تُستخدم دوائر الدفع والسحب على نطاق واسع في العديد من مراحل إخراج مكبر الصوت. تم وصف زوج من أنابيب الصوت المتصلة بنظام الدفع والسحب في براءة اختراع إدوين إتش كولبيتس الأمريكية 1137384 الممنوحة في عام 1915 ، على الرغم من أن براءة الاختراع لا تدعي على وجه التحديد اتصال الدفع والسحب. [2] كانت التقنية معروفة في ذلك الوقت [3] وقد تم المطالبة بالمبدأ في براءة اختراع 1895 التي سبقت مكبرات الصوت الإلكترونية. [4] من المحتمل أن يكون أول منتج تجاري يستخدم مضخم الدفع والسحب هو مضخم RCA المتوازن الذي تم إصداره في عام 1924 للاستخدام مع مستقبل البث المتجدد Radiola III . [5] باستخدام زوج من الأنابيب المفرغة منخفضة الطاقة في تكوين الدفع والسحب ، سمح مكبر الصوت باستخدام مكبر الصوت بدلاً من سماعات الرأس ، مع توفير عمر بطارية مقبول مع انخفاض استهلاك الطاقة الاحتياطية. [6] لا تزال هذه التقنية تُستخدم اليوم في أنظمة الصوت وترددات الراديو والأنظمة الإلكترونية الرقمية وأنظمة الطاقة.

الدوائر الرقمية

تحتوي دارة بوابة TTL NAND على مرحلة "إخراج عمود الطوطم" (يمين) تتكون من ترانزستورين NPN في سحب الدفع. عندما يكون أحد المدخلات على الأقل منخفضًا ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور V 2 ، ويتم تشغيل V 3 وإيقاف تشغيل V 4 ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد الخرج. عندما يكون كلا المدخلين مرتفعين ، V 2 قيد التشغيل ، V 3 مغلق و V 4 قيد التشغيل ، مما يؤدي إلى انخفاض الإخراج.

الاستخدام الرقمي لتكوين الدفع والسحب هو ناتج TTL والعائلات ذات الصلة. يعمل الترانزستور العلوي كسحب نشط ، في الوضع الخطي ، بينما يعمل الترانزستور السفلي رقميًا. لهذا السبب فهم غير قادرين على الحصول على أكبر قدر ممكن من التيار يمكن أن يغرق (عادة أقل 20 مرة). بسبب الطريقة التي يتم بها رسم هذه الدوائر بشكل تخطيطي ، مع ترانزستورين مكدسين عموديًا ، عادةً مع الصمام الثنائي المتغير المستوى بينهما ، يطلق عليهم مخرجات " عمود الطوطم ".

من عيوب مخرجات الدفع والسحب البسيطة أنه لا يمكن توصيل اثنين أو أكثر منها معًا ، لأنه إذا حاول أحدهم السحب بينما حاول الآخر الدفع ، فقد تتلف الترانزستورات. لتجنب هذا التقييد ، فإن بعض مخرجات الدفع والسحب لها حالة ثالثة يتم فيها إيقاف تشغيل كلا الترانزستورات. في هذه الحالة ، يُقال أن الناتج عائم (أو لاستخدام مصطلح خاص ، يتم تحديده بثلاث مرات ).

البديل لمخرج الدفع والسحب هو مفتاح واحد يربط الحمولة إما بالأرض (يسمى المجمع المفتوح أو مخرج التصريف المفتوح ) أو بمصدر الطاقة (يسمى ببعث مفتوح أو مخرج مفتوح المصدر).

الدوائر التناظرية

تسمى أحيانًا مرحلة مكبر الصوت التقليدية التي لا تكون دفع وسحب أحادية الطرف لتمييزها عن دائرة الدفع والسحب.

في مضخمات الطاقة التناظرية ، يعمل جهازي الإخراج في الطور المضاد (أي على مسافة 180 درجة). يتم توصيل مخرجات الطور المضاد بالحمل بطريقة تؤدي إلى إضافة مخرجات الإشارة ، ولكن يتم طرح مكونات التشويه بسبب عدم الخطية في أجهزة الإخراج من بعضها البعض ؛ إذا كانت اللاخطية لكلا جهازي الإخراج متشابهة ، فسيتم تقليل التشويه كثيرًا. يجب أن تلغي دارات الدفع والسحب المتناظرة مدروجات الترتيب ، مثل 2f ، 4f ، 6f وبالتالي تعزز توافقيات الترتيب الفردي ، مثل f ، 3f ، 5f عند دفعها إلى النطاق غير الخطي.

ينتج عن مضخم الدفع والسحب تشوه أقل من مكبر الصوت أحادي الطرف. يسمح هذا لمكبر صوت الدفع والسحب من الفئة A أو AB أن يكون له تشوه أقل لنفس الطاقة مثل نفس الأجهزة المستخدمة في التكوين أحادي الطرف. تبدد الفئة AB والفئة B طاقة أقل لنفس الإخراج من الفئة A ؛ يمكن إبقاء التشويه منخفضًا عن طريق التغذية المرتدة السلبية وعن طريق تحيز مرحلة الإخراج لتقليل التشوه المتقاطع.

يعد مضخم الدفع والسحب من الفئة B أكثر كفاءة من مضخم الطاقة من الفئة A لأن كل جهاز إخراج يضخم فقط نصف شكل موجة الإخراج ويتم قطعه أثناء النصف المقابل. يمكن إثبات أن الكفاءة النظرية الكاملة للطاقة (طاقة التيار المتردد في الحمل مقارنة بقدرة التيار المستمر المستهلكة) لمرحلة الدفع والسحب تبلغ 78.5٪ تقريبًا. يُقارن هذا بمكبر للصوت من الفئة A الذي يتمتع بكفاءة 25٪ إذا كان يقود الحمل مباشرة ولا يزيد عن 50٪ لمخرج مقترن بالمحول. [7] يستهلك مضخم الدفع والسحب القليل من الطاقة مع إشارة صفرية ، مقارنة بمكبر الصوت من الفئة A الذي يستمد طاقة ثابتة. يبلغ تبديد الطاقة في أجهزة الإخراج ما يقرب من خُمس تصنيف طاقة الخرج لمكبر الصوت. [7]على النقيض من ذلك ، يجب أن يستخدم مضخم الصوت من الفئة A جهازًا قادرًا على تبديد طاقة الخرج عدة مرات.

قد يكون خرج مكبر الصوت مقترنًا بالحمل ، مقترنًا بمحول ، أو متصل من خلال مكثف مانع للتيار المستمر. عند استخدام كل من مصادر الطاقة الموجبة والسالبة ، يمكن إرجاع الحمل إلى نقطة المنتصف (الأرض) لمصادر الطاقة. يسمح المحول باستخدام مصدر طاقة أحادي القطبية ، ولكنه يحد من استجابة التردد المنخفض للمضخم. وبالمثل ، مع مصدر طاقة واحد ، يمكن استخدام مكثف لمنع مستوى التيار المستمر عند خرج مكبر الصوت. [8]

عند استخدام ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب ، يجب أن تعوض شبكة التحيز معامل درجة الحرارة السالب لقاعدة الترانزستورات إلى جهد المرسل. يمكن القيام بذلك عن طريق تضمين المقاوم ذي القيمة الصغيرة بين الباعث والإخراج. أيضًا ، يمكن أن تحتوي دائرة القيادة على ثنائيات سيليكون مثبتة في اتصال حراري مع الترانزستورات الناتجة لتوفير التعويض.

مراحل إخراج الترانزستور بالدفع والسحب

مرحلة إخراج الترانزستور النموذجية لقناة واحدة لمكبر صوت استريو 65 واط من عام 1993. يتم تثبيت ترانزستورات خرج دفع وسحب 2 MOSFET ( FET2 ، FET4 ) في المشتت الحراري الأسود . يتم تشغيلها بواسطة الترانزستورات Q2 و Q5 و Q6 و Q7

الفئات تشمل:

مضخمات طاقة الترانزستور الناتج من المحولات

من النادر جدًا الآن استخدام محولات الإخراج مع مضخمات الترانزستور ، على الرغم من أن هذه المضخمات توفر أفضل فرصة لمطابقة أجهزة الإخراج (مع PNP فقط أو أجهزة NPN فقط المطلوبة).

مراحل إخراج عمود الطوطم بالدفع والسحب

يمكن ترتيب ترانزستورات متطابقة من نفس القطبية لتزويد نصفين متعاكسين من كل دورة دون الحاجة إلى محول خرج ، على الرغم من القيام بذلك غالبًا ما تكون دائرة السائق غير متماثلة وسيتم استخدام ترانزستور واحد في تكوين باعث مشترك بينما الآخر يستخدم كمتابع باعث . هذا الترتيب أقل استخدامًا اليوم مما كان عليه خلال السبعينيات ؛ يمكن تنفيذه باستخدام عدد قليل من الترانزستورات (ليس مهمًا جدًا اليوم) ولكن من الصعب نسبيًا تحقيق التوازن والحفاظ على تشويه منخفض.

متماثل دفع - سحب

كل نصف من زوج الإخراج "يعكس" الآخر ، حيث سيتم مطابقة جهاز NPN (أو N-Channel FET ) في النصف بواسطة PNP (أو P-Channel FET ) في النصف الآخر. يميل هذا النوع من الترتيب إلى إعطاء تشويه أقل من المراحل شبه المتماثلة لأنه يتم إلغاء التوافقيات بشكل أكثر فعالية مع تناظر أكبر.

دفع-سحب شبه متماثل

في الماضي ، عندما كانت مكملات PNP ذات الجودة العالية لترانزستورات السيليكون عالية الطاقة NPN محدودة ، كان الحل البديل هو استخدام أجهزة إخراج NPN متطابقة ، ولكن يتم تغذيتها من دوائر تشغيل PNP و NPN التكميلية بطريقة تجعل المجموعة قريبة من كونها متماثلة (ولكن ليس بجودة التماثل طوال الوقت). قد يكون التشويه بسبب الكسب غير المتطابق في كل نصف من الدورة مشكلة كبيرة.

مراحل الإخراج فائقة التناظر

يمكن أن يؤدي استخدام بعض الازدواجية في دائرة السائق بالكامل ، للسماح لدارات محرك متناظرة ، إلى تحسين المطابقة بشكل أكبر ، على الرغم من أن عدم تناسق المحرك يمثل جزءًا صغيرًا من عملية توليد التشويه. يسمح استخدام ترتيب الحمل المرتبط بالجسر بدرجة أكبر بكثير من المطابقة بين النصفين الموجب والسالب ، مما يعوض الاختلافات الصغيرة التي لا مفر منها بين أجهزة NPN و PNP.

قانون مربع الدفع والسحب

يتم تكوين أجهزة الإخراج ، عادةً MOSFETs أو الأنابيب المفرغة ، بحيث تلغي خصائص نقل القانون التربيعي (التي تولد التشوه التوافقي الثاني إذا تم استخدامها في دائرة أحادية الطرف) التشويه إلى حد كبير. أي ، مع زيادة جهد مصدر البوابة لأحد الترانزستور ، يتم تقليل محرك الأقراص إلى الجهاز الآخر بنفس المقدار ويصحح تغيير تيار التصريف (أو اللوحة) في الجهاز الثاني تقريبًا لعدم الخطية في زيادة الأول . [9]

مراحل إخراج أنبوب الدفع والسحب (الصمام)

لا تتوفر الأنابيب المفرغة (الصمامات) في الأنواع التكميلية (مثل الترانزستورات pnp / npn) ، لذلك يحتوي مضخم الدفع والسحب الأنبوبي على زوج من أنابيب الإخراج المتطابقة أو مجموعات الأنابيب مع شبكات تحكم مدفوعة في الطور المضاد. تدفع هذه الأنابيب التيار من خلال نصفي الملف الأولي لمحول خرج ذو ضغط مركزي. تضيف تيارات الإشارة ، بينما تطرح إشارات التشويه بسبب المنحنيات المميزة غير الخطية للأنابيب. تم تصميم هذه المكبرات لأول مرة قبل وقت طويل من تطوير الأجهزة الإلكترونية ذات الحالة الصلبة ؛ لا تزال قيد الاستخدام من قبل كل من عشاق الموسيقى والموسيقيين الذين يعتبرونها أفضل.

عادةً ما تستخدم مضخمات الدفع والسحب الأنبوبية المفرغة محول إخراج ، على الرغم من وجود مراحل أنبوب بدون محول (OTL) (مثل SEPP / SRPP و White Cathode Follower أدناه). [ بحاجة لمصدر ] عادة ما تكون مرحلة فاصل الطور عبارة عن أنبوب مفرغ آخر ، ولكن تم استخدام محول بلف ثانوي مركز التنصت في بعض الأحيان في بعض التصميمات. نظرًا لأن هذه هي في الأساس أجهزة ذات قانون مربع ، فإن التعليقات المتعلقة بإلغاء التشويه المذكورة أعلاه تنطبق على معظم تصميمات أنابيب الدفع والسحب عند تشغيلها في الفئة أ (أي لا يتم دفع أي من الجهازين إلى حالته غير الموصلة).

مرحلة إخراج الدفع والسحب أحادية الطرف ( SEPP أو SRPP أو mu-follower [10] ) ، والتي كانت تسمى في الأصل مضخم الصوت المتوازن من السلسلة (براءة الاختراع الأمريكية رقم 2،310،342 ، فبراير 1943). يشبه ترتيب عمود الطوطم للترانزستورات في أن جهازين متسلسلين بين قضبان إمداد الطاقة ، لكن محرك الإدخال يذهب فقط إلى أحد الأجهزة ،الجزء السفلي من الزوج. ومن هنا جاء الوصف وحيد النهاية (المتناقض ظاهريًا). يتم أخذ الإخراج من كاثود الجهاز العلوي (غير المباشر) ، والذي يعمل بشكل جزئي بين مصدر تيار ثابت وأتباع الكاثود ولكنه يتلقى بعض محرك الأقراص من دائرة اللوحة (الأنود) للجهاز السفلي. لذلك ، قد لا يكون محرك كل أنبوب متساويًا ، لكن الدائرة تميل إلى الحفاظ على التيار من خلال الجهاز السفلي ثابتًا إلى حد ما طوال الإشارة ، مما يزيد من اكتساب الطاقة ويقلل التشوه مقارنة بمرحلة خرج أحادية الطرف أحادية الطرف حقيقية.

يعود تاريخ الدائرة التي لا تحتوي على محول مع أنبوبين رباعي الاتجاه إلى عام 1933: "استخدام أنبوب فراغ كمقاومة لتغذية الألواح." بواسطة JWHorton في مجلة معهد فرانكلين 1933 المجلد 216 العدد 6

متابع الكاثود الأبيض ( براءة الاختراع رقم 2،358،428 ، سبتمبر 1944 بواسطة ELC White) مشابه لتصميم SEPP أعلاه ، لكن إدخال الإشارة يكون في الأنبوب العلوي ، الذي يعمل كمتابع للكاثود ، ولكنه يكون فيه الأنبوب السفلي (في تكوين الكاثود المشترك ) إذا تم تغذيته (عادةً عن طريق محول تصعيد) من التيار الموجود في اللوحة (الأنود) بالجهاز العلوي. إنه يعكس بشكل أساسي دور الجهازين في SEPP. يعمل الأنبوب السفلي بشكل جزئي بين حوض تيار مستمر وشريك متساوٍ في عبء عمل الدفع والسحب. مرة أخرى ، قد لا يكون محرك كل أنبوب متساويًا.

توجد إصدارات الترانزستور من SEPP والتابع الأبيض ، ولكنها نادرة.

دفع – سحب فائق الخطية

ما يسمى بمضخم الدفع والسحب الخطي الفائق يستخدم إما pentodes أو tetrodes مع تغذية شبكة الشاشة الخاصة بهم من نسبة مئوية من الجهد الأساسي على محول الإخراج. هذا يعطي الكفاءة والتشويه الذي يعد حلاً وسطاً جيداً بين دوائر مضخم الطاقة بالثلاثي (أو الصمام الثلاثي ) ودوائر الإخراج التقليدية الخماسية أو الرباعية حيث يتم تغذية الشاشة من مصدر جهد ثابت نسبيًا.

انظر أيضا

المراجع

  1. ^ جو كار ، مكونات ودوائر الترددات اللاسلكية ، نيونس ، صفحة 84
  2. ^ دونالد مونرو مكنيكول ، غزو الراديو للفضاء: الصعود التجريبي في الاتصالات اللاسلكية ، تايلور وفرانسيس ، 1946 صفحة 348
  3. ^ http://www.leagle.com/xmlResult.aspx؟page=5&xmldoc=193278360F2d723_1537.xml&docbase=CSLWAR1-1950-1985&SizeDisp=7 WESTERN ELECTRIC CO. v. WALLERSTEIN استرجاع 12/12/12
  4. ^ براءة الاختراع الأمريكية 549477 دائرة إرسال محلية للهواتف. عميد WW
  5. ^ أجهزة الراديو - RCA Radiola Balanced Amplifier 1924
  6. ^ جريجوري مالانوفسكي The Race for Wireless: كيف تم اختراع الراديو (أو اكتشافه؟) ، AuthorHouse ، 2011 ISBN  1463437501 صفحات 66-67 ، صفحة 144
  7. ^ أ ب موريس يونيك تصميم الدوائر الترانزستور الحديثة ، برنتيس هول 1973 ISBN 0-13-201285-5 ص 340-353 
  8. ^ دونالد جي فينك ، أد. كتيب مهندس الإلكترونيات ، McGraw Hill 1975 ISBN 978-0-07-020980-0 الصفحات من 13 إلى 23 من خلال 13-24 
  9. ^ إيان هيجلون. "تصميم عملي لمكبر الصوت من الدرجة الأولى في القانون المربع". الصوت الخطي . 1 .
  10. ^ "SRPP Decoded" . مجلة Tube CAD . تم الاسترجاع 7 نوفمبر 2016 .