Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Пусть на вход каскада воздействует переменное напряжение сигнала. Середина вторичной обмотки входного трансформатора присоединена к общей точке схемы; напряжения, снимаемые на базы с концов обмотки, противоположны по знаку (т. е. имеют сдвиг фаз в 180'). Следовательно, когда напряжение на одной из баз (и ) возрастает (в отрицательную сторону), напряжение на другой базе (и ) уменьшается н нзоборот (рпс. 9.!7,а и б). Соответственно ток коллектора (на рисунке показаны только переменные составляющие) в первом транзисторе (Тк1) возрастает, а 1во втором ((к») уменьшается и наоборот (рис. 9.17,в 206 и г). Иначе говоря, в общем участке коллекторных и эмиттерных цепей, т.
е. в источнике питания и в резисторе )7», переменные токи, взаимно компенсируясь, отсутствуют. Поэтому резистор )7» (или Я в ламповой схеме) не требует шунтирования конденсатором. В двух половинах первичной обмотки выходного трансформатора переменные слагающие коллекторных тонов не только сдвинуты по фазе на !80', но еше проходят от средней точки в противоположных направлениях. Это означает, что создаваемые имн в верхней и нижней половинах обмотки переменные магнитные потоки (ампер-витки аш» и аю,) совпадают по фазе (рис 9.17,д и е), образуя удвоенный общий поток аш, (рис. 9.17,ж).
Во вторичной обмотке наводится ЭДС согласованно обоими транзисторами, и (при идеальной симметрии плеч) полезная мощность удваивается. В этом и состоит сущность работы двухтактного каскада. Но удвоение мощности могло бы быть достигнуто и параллельным включением ламп. Замечательным свойством двухтзктной схемы является свойство взаимаой компенсации нелинейных искажений двух ламп. Вернемся к рис. 9.3. На нем было показано, как «сжимается» одна из полуволи тока при работе иа криволинейной части характеристики.
Там иге было показано, что переменная составляющая искаженного тока содержит не только основную, ио и высшие гармоники (в частности, вторую). Теперь представим себе, что такие искажения происходят в обоих транзисторах (или лампах) двухтактной схемы и оба искаженных тока наводят магнитные потоки в сердечнике выходного трансформатора. Замеча- а) цат 'нт 2) оьг« е) Рис.
9.17. Процессы в двухтактном каскаде тельно следующее: когда первый транзистор посылает «острую» полуволну тока, второй посылает «плоскую» (сжатую) полуволну и наоборот (рис. 9!8,а и б). Разлагая магнитные потоки (ампер-витки), создаваемые верхней (аш») н нижней (аш„) половинами обмотки, на первую и вторую гармоники и не принимая во внимание четвертую, шестую и другие (рис. 9.18,з и г), видим, что первые гармоники (!) совпадают по фазе (как это было и на рис. 9.1?), а вторые гармоники (2) противофазны. Следовательно, вторые гармоники в составе общего магнитного потока вэа- Рис.
9 !8. Взаимная компенсация вторых гармоник в двухтактной схе. ме имно хомпенсируются, и в сердечнике трансформаторз имеется лишь поток основной частоты (аш1) с удвоенной амплитудой (рис. 9.18,д). Так же будут взаимно компенсироваться четвертые, шестые гармоники и т. д. Из этого замечательного свойства вытекают практические следствия: в каждом плече двухтактной схемы точку т (см. рис. 9.!5) можно выбирать не в середине прямой йглп, а ниже, чтобы уменьшить постоянную составляющую тока во время покоя (молчания) и тем самым повысить полезную мощность и КПД каскада.
Появляющиеся в каждом плече высшие гармоники (вторые, четвертые и т. д.) взаимно компенсируются. Возможен даже такой, режим, хогда каждое плечо дает импульс тока только в течение половины периода, а во вторую половину периода ток в цепи коллектора (иля анода) отсутствует. Этот режим называется режнчоч В. Впрочем, в оадиоприемной аппаратуре чаще применяется промежуточный режим, подобный показанному на рис. 9.3 н называемый режимом АВ. 207 9.0. ПРЕДМОЩИЫЕ КАСКАДЫ.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ з/ д д/ Рис. 919. Трансформаторный предмощный каскад: а — принципиальная схема; б — эквивалент ~выходной цепи; в — частотная характеристика Для перехода от однотактного «предоконечного» (предмощного) каскада к двухтактному оконечному применяется трансформатор (см. рис. 9.16), имеющий вывод от середины вторичной обмотки. Но можно применять трансформаторную схему и для «раскачки» однотактиого выходного каскада, особенно в усилителе на транзисторах, имеющем оконечный каскад с малым входным сопротивлением (например, каскад по схеме с ОБ). Схема пред- мощного каскада с трансформатором Тр в цепи коллектора прн общем эмиттере изображена на рис.
9.!9 а. Вторич- ная обмотка трансформатора со средним выводом включена на вход мощного двухтантного хаскада с транзисторами по схеме с ОБ. Нагрузкой трансформаторвого каскада явлнются сопротивление /1 и емкость С между эмиттерами мощного каскада. В эквивалентной схеме выходной цепи (рис. 9.19,6) изображены «приведенные величины Е«=/1» н С,=С/и', где л=ю~/юз — коэффициент трансформации. Кроме того, следует учесть, что часть магнитного потока трансформатора не принимает участия в передаче энергии из первичной цепи во вторичную: силовые линии первичного потока «рассеиваются», не пронизывая витки вторичной обмотки.
Эта рассеиваемая часть переменного магнитного потока образует индуктивность рассеяния /м 208 которая входит в эквивалентную схему последовательно и может приобрести заметное сопротивление ый. в области верхних частот. Если трансформатор сконструирован правильно, т. е. имеет достаточно большую первичную индуктивность «холостого хода» Еь достаточно малую индуктивность рассеяния Ь, и позволяет во всей полосе звуковых частот пренебречь проводимостью «приведенной» емкости (юС/лз«1//1лз), то эквивалентная схема представится генератором тока 5(/, работающим на параллельные сопротивления /1, и Е«. Роль трансформатора н транзисторном иаснаде состоит в «согласовании» нагрузочного сопротивления с внутренним: если /г«=/гь то (в соответствии с известной теоремой электротехники) потребителю будет отдаваться м а н с имальиая мощность.
Следовательно, оптимальный коэффициент трансформации выбирается из условия поят = згг%г//1 (9 24) Таким образом, трансформаторный каскад не только обеспечивает переход от однотактной схемы к двухтактиай, но и согласует свой «высокоомный» выход с «низкоомным» входом следующего каскада. В ламповом трансформаторном каскаде в отличие от транзисторного нагрузочное сопротивление /1 может а) ы б/ г) Рис. 9.20 Отрицательная обратная связь а — петля ОС; б — выходной каскад на тоиоде с ООС; в — выходной каскад на транзисторе с ООС; г — каскад по схеме с общим анодом 209 быть очень большим, если следующий каскад работает без токов сетки.
Следовательно,пренебрегать влиянием емкости Са на верхних частотах не приходится. Но нельзя пренебречь и индуктивностью рассеяния Л., включенной последовательно с емкостью. Дело в том, что в области верхних частот может иметь место резонанс напряжений цепи Б,С». Как мы знаем из гл. 2, при таком резонансе повышается напряжение на каждом из этих реактивных элементов вотдельности. Ввиду того,что выходное напряжение снимается с зажимов емкости, частотная характеристика трансформаторного каскада может в этих усчовиях приобрести резонансный пик усиления на верхних частотах (рвс. 9.! 9 в). Таким свойством трансформаторного каскада можно воспользоваться, если в других каскадах усиление в области верхних частот падает чрезмерно.
Это — метод «выравнивания» общей частотной характеристики, ординаты которой являются произведениями соответствующих (по частоте) ординат ха. рактеристик отдельных каснадов. Заметим, что в транзисторном кас)саде чрезмерная индуктивность рассеяния может приводить к снижению усиления на верхних частотах, ио резонансные явления отсутствуют из-эа большой активной проводимости нагрузки. Остановимся кратко на понятии об обратной связи в усилителях низкой частоты.
Мы уже упоминали о том, что ОС называется такая цепь связи, по которой усиленные колебания могут воздействовать на цепи усиливае. мых колебаний. Пенью ОС, как мы знаем, может быть емкость анод — сетка (управляющая) лампы или общий участок кристалла для цепей транзистора. В области звуковых частот связь через междуэлектродную емкость (особенно для ламп с экранирующей сеткой) обыч. но не влияет на свойства усилителя. Влияние внутренней ОС в транзисторе отчасти учитывается в самой форме его статических характеристик. Более серьезную задачу представляет ослабление паразитных связей (в том чиеле между. электродной) в усилителях высокой частоты. Но в низкочастотных усйлителях часто применяется ОС, вводимая умышленно для улучшения тех нли иных его свойств в противофазе по отношению к колебаниям на входе, вследствие чего искусственно вводимая ОС называется противосаязью или отр иц атель ной о б р а т н о й с в я з ь ю (ООС). На рис.
9.20,а ОС предста~элена в общем ниде. цепь ОС вместе с цепью усилителя, к которой она подключена, образует замкнутый контур, называемый петлей ОС. В общем случае петля ОС может охватывать один или несколько каскадов. Оценим влияние ОС на коэффициент усиления напряжения. Пусть без ОС усилитель способен дать усиление по напряжению К=и ,/и ь Часть выходного напряжения подается обратно на вход, и эта часть составляет и„, ьзр рима.
где 5 — безразмерный коэффициент ОС, показывающий, какую долю выходного напряжения пропускает цепь ОС на вход. Для ООС берут практически 6~0 05 — 0,2. При отсутствии ОС входное напряжение Ум,=и ю где имч — напРЯжение, создаваемое только сигналом. При наличии же ООС !/, = У ч — и~ оар =и .— 5и,=и .— 6Ки ь Собирая члены, содержащие У ь и вынося У 1 за скобки, находим, что У, = (1+ ()К) И ь Следовательно, усиление при наличии ООС, т.
е, отношение выходного напряжения т о л ь к о к н апряжению сигнала на входе, Уаз (/тз ''= и„. = У,(!+()К) = К (9. 25) 1+ 6К Пусть, например, без ОС усиление было бы К=20, а козффициент ООС ()= =О,1. Тогда при наличии обратной связи усиление 20 ке6,7. 1+0,1 20 Следовательно, ООС снижает коэффициент усиления каскада (или нескольких каскадов) в 1+ВК раз. Может показаться, что свойства усилителя за счет ООС ухудшились. Действительно, для сохранения той же мощности иа выходе, ~которая выделялась при отсутствии ОС, потребуется увеличить входное напряжение в 1+ Вк раз. Значит, и входное сопротивление усилителя возросло во столько же раз, чем облегчается задача получения ат предыдуших каскадов повышенного напряжения сигнала В чем же достоинство ООС7 Первое — это уменьшение нелинейных искажений. Действительно, высшие гармоники частоты сигнала возникают на выходе каскада; через цепь ОС подаются напряжения этих гармоник на вход, и оии после усиленна образуют на выходе колебания в противофазе по отношению к тем гармоникам, которые возникли из-за нелинейности.
Значит, высшие гармоники ослабляются, тогда как основное колебание благодаря увеличенному входному напряжению сохраняет свою выходную амплитуду. Отношение амплитуды иска- 210 жающей гармоники (например, втврой) к амплитуде основного колебания снижается в !+5К раз. Второе — выравнивание частотной характеристики усиля. теля. Это легко показать на примере.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
