Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Двухтактные выходные каскады.В связи с тем что КПД однотактных выходных каскадов в режиме А меньше 0,5 в мощных выходных каскадах, часто используют двухтактные выходные каскады, работающие в режиме В или АВ. Применяют три схемы включения транзисторов: с ОБ, ОЭ, ОК. Двухтактные выходные каскады можно подразделить на каскады с согласующими выходными трансформаторами и бестрансформаторные выходные каскады. В трансформаторных каскадах удается, как правило, получать лучшее согласование каскада и нагрузки, а также повышенную температурную стабильность. Они являются классическими схемами, обеспечивающими получение большой мощности. Их недостаток — наличие громоздких трансформаторов и значительные частотные и нелинейные искажения, несмотря на то что содержание четных гармоник в выходном сигнале у двухтактных каскадов существенно понижено. В выходных каскадах с трансформаторной связью транзисторы чаще всего включают по схеме с ОЭ и ОБ. Рассмотрим каскад с ОБ, в котором активные приборы работают в режиме В (рис. 4.45, а).
Рис. 4.45. Схема двухтактного выходного каскада с ОБ (а) и построение для него линий нагрузки При отсутствии входного сигнала через транзисторы Построение линий нагрузки для двухтактного каскада (рис. 4.45 б) аналогично соответствующим построениям для одногактного каскада. При этом положение рабочей точки выбирают почти на оси абсцисс (для обоих транзисторов). Изменяющийся входной ток полностью запирает тот или иной транзистор в зависимости от полярности полуволны входного сигнала. При отсутствии сигнала токи транзисторов определяются точками пересечения линии нагрузки, проведенной через точки Е, 0 с наклоном, определяемым тангенсом угла Действительно, если база и эмиттер транзистора замкнуты между собой, то эквивалентная схема его для постоянного тока имеет вид, показанный на рис. 4.45, в. Если падение напряжения от тока Следовательно, результирующий ток базы
Так как при запертом эмиперном переходе токи базы и коллектора равны, то ток коллектора запертого транзистора приблизительно равен При полном использовании транзисторов нужно, чтобы
При этом максимальные напряжения и токи транзистора определяют из уравнений
Следовательно, транзисторы для двухтактного усилительного каскада надо выбирать исходя из условий
т. е. максимально допустимое напряжение транзистора при полном использовании последнего должно быть приблизительно в два раза выше значения напряжения питания Е. Мощность, рассеиваемая в нагрузке
Найдем максимальную мощность, которую мог бы отдать каскад, исходя из значений допустимого напряжения и тока
Таким образом, максимальная мощность, отдаваемая двухтактным каскадом при тех же транзисторах, в два раза выше мощности, отдаваемой однотактным каскадом. В этом случае мощность, отдаваемая в нагрузку,
где В каждом плече двухтактного каскада протекает пульсирующий ток, среднее значение которого
Так как от источника питания отбирается мощность
то КПД коллекторной цепи найдем разделив
При максимальном выходном сигнале, если выполняются условия
Максимальный КПД, который можно получить от двухтактного каскада, работающего в режиме В, не может превысить 0,78. Следовательно, КПД двухтактного каскада почти в два раза выше КПД однотактного. На практике Так как в коллекторную цепь включено приведенное сопротивление нагрузки
Коэффициент трансформации трансформатора, обеспечивающего согласование каскада с нагрузкой, определяют из выражения
Найдем максимальную мощность, отдаваемую каскадом, исходя из допустимой мощности рассеяния на коллекторе. Для каждого транзистора справедливо соотношение
Тогда, подставив (4.244), (4.248) в (4.253), получим
Найдем, при каком токе
и найдем экстремум функции (4.255) приравняв левую часть к нулю. Получим, что максимальная мощность на коллекторе рассеивается при
Если
Таким образом, максимальная отдаваемая мощность не может превышать значения, определяемого неравенством
Однако при выполнении этих неравенств из-за довольно сильного изменения мгновенной мощности коллекторные переходы могут перегреваться. Нетрудно показать, что мгновенная мощность
Для дальнейшего увеличения выходной мощности применяют параллельное включение транзисторов в плечи каскада. При определении входной мощности в двухтактном каскаде используют суммарные (совмещенные) входные характеристики. В этом случае входную характеристику идеализируют и представляют в виде прямой линии, наклон которой определяется идеализированным входным сопротивлением Приближенное значение входной мощности определяется выражением.
Рис. 4.46. Апроксимация входной характеристики выходного каскада (а); формы выходных напряжений (токов) у каскадов, работающих в области малых сигналов (б) и в режиме АВ (в)
Нелинейные искажения в режиме В существенно больше, чем в режиме А. Они возникают как во входной цепи из-за излома входной характеристики вблизи нуля (особенно характерно для кремниевых транзисторов), так и выходной цепи из-за неравенства токов коллекторов (асимметрии каскада), разных значений параметров транзисторов и наличия тока подмагничивания у трансформатора. Нелинейность входной характеристики приводит и к типичным искажениям коллекторного тока в области малых сигналов (рис. 4.46, б) (искажения типа «ступеньки»). Уменьшить эти искажения можно подавая на эмиттер отрицательное напряжение относительно базы и увеличивая его начальный ток. При этом каскад работает в режиме А В и ток покоя существенно больше, чем Смещение Особенностью двухтактных схем является малая роль четных гармоник, особенно второй.
Рис. 4.47. Схемы двухтактного каскада с ОБ, работающего в режиме АВ (а), и двухтактного выходного каскада с ОЭ (б) В случае идеальной симметрии четные гармоники отсутствуют вообще. Это объясняется тем, что магнитный поток подмагничивания магнитной системы выходного трансформатора определяется разностью начальных токов транзисторов. Если эти токи равны, подмагничивание отсутствует, и если параметры транзисторов полностью одинаковы, то токи (напряжения), «создаваемые» каждым из транзисторов, полностью идентичны. В итоге четные гармоники за оба полупериода равны и сдвинуты по фазе на 180°. Их значения за период при идеальной симметрии равны нулю. Для двухтактных каскадов, в которых транзисторы включены с ОЭ (рис. 4.47, б), справедливо все сказанное. У них входная мощность, необходимая для «раскачки» каскада, обычно в Ток коллектора меняется мало, несмотря на то что параметры транзисторов с температурой изменяются. При этом важно, чтобы диод имел ту же температуру, что и транзисторы. Поэтому конструктивно его крепят на теплоотводе транзисторов, который называют радиатором. В каскадах с ОЭ под оптимальным сопротивлением источника сигнала
Анализ работы усилительного каскада с ОЭ аналогичен анализу работы каскада с ОБ. Для уменьшения нелинейных искажений транзисторы, входящие в двухтактный каскад, подбираются идентичными по параметрам. Значительного уменьшения нелинейных искажений удается достигнуть только в случае охвата выходного каскада и предусилителя достаточно глубокой отрицательной ОС. Отрицательная ОС улучшает и частотные свойства каскада, несколько расширяя диапазон рабочих частот. Двухтактные выходные каскады с ОЭ широко применяются там, где нужно получить наибольший коэффициент усиления по мощности при низких требованиях к нелинейным и частотным искажениям. Таким образом, двухтактные трансформаторные каскады обеспечивают: 1) получение больших выходных мощностей; 2) получение повышенного КПД, который, однако, всегда меньше 0,78; 3) максимальное по сравнению с каскадами других типов усиление по мощности; 4) большие нелинейные искажения, чем у каскадов, работающих в режиме А; 5) хорошую температурную стабильность характеристики преобразования.
|
1 |
Оглавление
|