Усилительные устройства Конспект лекций (1083281), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

С₁

u вх

R_б

Rэ Cэ

Рис. 11 Схема однотактного усилителя мощности.

Первичная обмотка трансформатора включена в цепь коллектора; сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора равно:

Rн = (W₁/W₂)² Rн

где W₁ и W₂ – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Следовательно при определенном коэффициенте трансформации трансформатора

= W₁/W₂ можно добиться равенства Rвых=R^/н.

Назначение остальных элементов схемы аналогично усилителю напряжения.

Для усилителей мощности важное значение имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.), который зависит от режима работы усилительного элемента. В приведенной схеме, называемой однотактным усилителем мощности, используется режим усиления класса А. При этом нелинейные искажения минимальны, однако к.п.д. низок (не более 50%).

С целью повышения к.п.д. усилительного каскада используется двухтактные усилители мощности, состоящие из двух симметричных плеч. Эти усилители работают чаще всего в классе В, что значительно повышает к.п.д. ( до 75%). При этом ток нагрузки состоит из двух полуволн, каждая из которых формируется поочередно одним из плеч двухтактного усилителя, в то время как вторая полуволна отсекается в режиме класса В. Недостатком этих схем является более высокий уровень нелинейных искажений.

Многокаскадные усилители.

Рассмотренные выше однокаскадные усилители имеют, как правило, коэффициент усиления порядка нескольких десятков или сотен единиц. Однако, в реальных устройствах промышленной электроники требуются гораздо большее усиление входного сигнала. В этих случаях используются многокаскадные усилители.

Блок-схема усилительного устройства приведена на рис. 1.12

Повтори-тель

Усилитель напряжения

Усилитель мощности

uвх Rн

Рис. 12 Блок-схема усилительного устройства.

Как правило, на выходе усилительного устройства монтируется усилитель мощности. Первый каскад является эмиттерным (или истоковым) повторителем, позволяющим согласовать источник сигнала с входным сопротивлением усилителя напряжения.

Усилитель напряжения может состоять из нескольких каскадов, обеспечивающих необходимый коэффициент усиления устройства.

Результирующий коэффициент усиления усилителя равен произведению коэффициента усиления всех каскадов:

Кu = Кu₁ Кu₂  Кu_n

Соединение каскадов осуществляется с помощью резисторов, конденсаторов и трансформаторов. В зависимости от способа связи различают:

1. Усилители с резистивно-конденсаторной связью, цепь связи которых состоит из резисторов и конденсаторов.

2. Если связь осуществляется только с помощью резисторов (гальваническая связь), усилители называются УПТ – усилителями постоянного тока.

3. Усилители с трансформаторной связью. Применяются сравнительно редко.

4. Если в устройстве связи используется LC – контур, имеем избирательный усилитель.

Двухкаскадный усилитель с резистивно-емкостной связью на биполярных транзисторах.

Схема двухкаскадного усилителя приведена на рис. 13.

+Ек

R₇

R₁ R₃ C₂ R₅ C₃

C₁ T₁ T₂

uвх R₂ C₅ uвых

R₄ C₄ R₆ R₈

Рис.13 Схема двухкаскадного усилителя напряжения с резистивно-емкостной связью.

Приведенный усилитель напряжения состоит из 2-х идентичных каскадов, представляющих собой усилители на биполярных транзисторах с коллекторной нагрузкой. В качестве связующего элемента используется конденсатор связи С₂, предотвращающий появление уравнительного тока между каскадами. Для переменной составляющей этот конденсатор имеет низкое сопротивление.

Этот усилительный каскад хорошо усиливает сигнал только на средних частотах (область 2 на рис. 14).

Кu

1 2 3 f

Рис. 14 Частотная характеристика усилителя с резистивно-емкостной связью.

В области низких частот 1 коэффициент усиления падает. В этом сказывается влияние конденсатора связи на усиление: чем меньше частота усиливаемого сигнала, тем больше сопротивление конденсатора связи (Хс= 1/2fC), тем больше напряжение падает на конденсаторе и тем меньше напряжение на выходе первого каскада, а коэффициент усиления падает.

На нулевой частоте Хс и связь между каскадами отсутствует.

На средних частотах сопротивление конденсатора невелико, он практически не влияет на uвых первого каскада, и коэффициент усиление не зависит от частоты.

На высоких частотах усилительные свойства транзисторов резко ухудшаются и величина Кu в области 3 падает.

Участок 2 характеристики соответствует рабочей области частот.

В современной аппаратуре усилители на биполярных транзисторах используются редко, вместо них выполняются усилители с гальванической связью – усилители постоянного тока, которые реализуются в микросхемах.

Усилитель постоянного тока.

Усилители постоянного тока в отличие от усилителей с резистивно-емкостной связью позволяют равномерно усиливать все частоты входного сигнала, вплоть до самых низких. Вследствие этого свойства они и называются усилителями постоянного тока.

В этом типе усилителей отделение переменной и постоянной составляющих тока производиться компенсационным методом, при этом в отсутствие входного сигнала ток в нагрузке должен быть равен нулю.

Схема усилителя постоянного тока приведена на рис. 15.

+Ек

Rк₁ Rк₂

R₁

uвх Rэ₁ Cэ₁ R₂

Cэ₂ uвых

Rэ₂

-Е₁

Рис.15 Схема усилителя постоянного тока.

Связь между каскадами осуществляется через резисторы. Чтобы не было уравнительного тока между каскадами, использован делитель напряжения от второго источника питания Е₁, реализующий токовую компенсацию в резисторе R₁ .

При изменении Ек или изменении параметров транзистора от температуры может появиться разбаланс, возникнет дрейф нуля, т.е. появляется напряжение на выходе, поэтому в схеме предусматривается регулировка сопротивлений в плечах для установки нуля (определенное неудобство в работе).

Стабилизирующие цепочки RэCэ из-за наличия емкости также плохо влияют на частотные свойства УПТ.

Поэтому реальные схемы УПТ сложней, в них используются симметричное включение транзисторов для ликвидации дрейфа и отсутствуют ёмкости Сэ.

Реальная схема УПТ, в которой приняты меры для ликвидации дрейфа, приведена на рис. 16.

R₂ R₅ R₅ R₇ +Eк

R₁ R₃ R_н

uвых

T₁ T₂ uвх₂ T₃ T₄

uвх₁

Rэ₁ R₄ Rэ₂ R₈

-E₁

Рис. 16 Двухкаскадный усилитель постоянного тока.

Первый каскад усилителя выполнен на двух одинаковых транзисторах Т₁ и Т₂. Выходное напряжение каскада снимается между коллекторами транзисторов Т₁ и Т₂ и подается на следующий каскад. Первый каскад представляет собой 4-х плечий мост, который в случае баланса и при отсутствии сигналов на входах УПТ дает выходное напряжение, равное нулю.

Связь между первым и вторым каскадом осуществляется с помощью делителей R₃R₄ и R₇R₈. Сигнал с первого каскада подаётся между двумя базовыми выводами транзисторов Т₃ и Т₄ второго каскада.

Второй каскад аналогичен первому и также представляет собой балансный усилитель, т.е. является 4-х плечим мостом, в диагональ которого между коллекторами транзисторов Т₃ и Т₄ включена нагрузка Rн.

При подаче переменного напряжения на «вход1» происходит разбаланс моста первого каскада, и на выходе первого каскада появляется сигнал. Аналогично он вызывает разбаланс второго каскада и появление выходного напряжения. Допустим, напряжение на «входе1» uвх₁ положительно, ток через транзистор Т₁ возрастает, потенциал коллектора Т₁ падает, следовательно, падает потенциал базы транзистора Т₄, в результате уменьшается ток транзистора Т₄ и потенциал коллектора Т₄ растет. Следовательно, выходной сигнал uвых возрастает. Сигналы на «входе1» и на «выходе» совпадают по фазе, поэтому
«вход 1» называется «неинвертирующим» входом.

По отношению ко «входу 2» сигнал на выходе находиться в противофазе и этот вход называется «инвертирующим».

Многие усилители такого типа выполнены в виде микросхем, поскольку схемы содержат только усилительные элементы и резисторы, что сравнительно легко реализуется в технологическом цикле изготовления микросхем.

Изображаются микросхемы следующим образом:

7 1

9 К1УТ



402 9

К1УТ 5 или 5

10 402

Характеристики

Список файлов книги