Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Очевидно, что самовозбуждение схемы (при наличин обратной связи) возмоитно только тогда, когда коэффициент передачи м о щи о с т и в каскаде превышает единицу. Поскольку коэффициент'К„ является, вообще говоря, функцией частоты, максимальную частоту генерации (или, что то же самое, максимальную частоту усиления моп(посты) можно найти из условия Кр (ю) = 1.
При этом подразумевается, что в каскаде выполнены условия согласования, так как в противном-случае передача мощности не будет оптимальной и соответственно максимальная частота не будет предельно возможной '. Положим в основу анализа выражение (!1-10), но учтем при этом частотную зависимость параметров. Вместо г, используем Из выражения (11-!6) ясно, что максимальная частота генерации является более универсальным параметром, чем отдельные постоянные времени т,„и тэ = г»С„.
Поэтому величина 1„„, „„„ часто приводится в справочниках, тем более что в случае высокочастотных транзисторов она измеряется проще, чем 1 . Частота 1 „„„„, может быть больше или меньше, чем 1, в зависимости от соотношения величин ы„и 1/тб. Обычно у низкочастотных бездрейфовых транзисторов 1„„„„, > Г„, а у высокочастотных дрейфовых транзисторов ~„,„,„„( ~„., Грива доенадцатая МОЩНЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ 123.
Ввкдение Усиление мощности есть необходимое свойство всякого усилителя. Поэтому название «усилитель мо1дности» в применении к выходным каскадам ие отражаег их специфики. Под мощны м каскадом мы будем понимать такой усилитель, для которого з ад а ю т с я величина нагрузки Я„и мощность в этой нагрузке Р„. Коэффициент усиления мощности Кр обычно не задается, хотя его желательно иметь большим. Рассчитав выходной каскад по заданным значениям Р„и гг„, затем находят значение К„, чтобы оценить мощность, которую должен давать предыдущий каскад. Поскольку значительная выходная мощность связана с затратой большой мощности источником питания, важное значение приобретает такой параметр выходного каскада, как к.
п. д. Большая мощность означает работу с большими токами и напряжениями. Поэтому в мощных каскадах переменные составляющие токов и напряжений сравнимы с постоянными составляющими. При этом проявляется зависимость основных параметров транзисторов я или р от режима, а также нелинейность входных характеристик 1, (Гэ',) или )э (У»). Отсюда вытекает необходимость оценки нелинейных искажений усилителя.
В случае синусоидального сигнала (который всегда принимается при анализе мощных каскадов) такая оценка дается с помощью коэффициента нелинейных искаэкеиий — клирфактора (62, стр. 37): где гри — амплитуда 1-й (основной) гармоники, а 1 ~ — амплитуды высших гармоник, обусловливающих нелинейные искажения. Амплитуды гармоник можно найти графоаналитическнми методами с использованием кпроходной» характерисгики 7„„,((1,.) (см.
(134), $ 4-2). Так, если выходной ток (при синусоидальном вход- вом напряжении) содержит в основном 2-ю гармонику, т. е. кривая 1.„,„(г) асимметрична, то так называемый метод трех ординат дает коэффициент нелинейных искажений в виде Гмвкс+гиии Го (12-1) 2(1„„„— 1 „1 где 1„„и 1„„„— максимальное и минимальное значения выходного тока за период, а 1е — значение тока в момент, когда (1,„= О. В том случае, когда существенную роль играет 3-я гармоника, т.
е. когда кривая 1,„„ (Г) с и м м е т р и ч н а относительно оси времени, применяется несколько более громоздкий метод пяти ординат 162, $2-3). Транзисторные выходные каскады, как и ламповые, могут выполняться однотактными и дерхо>актными, а транзисторы в них могут работать в классах А, В и АВ (см. 162), 5 2-4, 4-3).
Ниже рассматриваются наиболее типичные схемы выходных каскадов— однотактный каскад класса А и двухтактный каскад класса В. Поскольку в мощных усилителях часто используется трансформаторная связь, то наряду с каскадами ОЭ широкое распространение имеют каскады ОБ. В принципе можно использовать и каскады ОК, но, будучи повторителями, они требуют для раскачки больших входных напряжений и в этом отношении уступа>от каскадам ОЭ: получается значительно меньший коэффициент усиления мощности.
Поэтому включение ОК используется лишь в специальных схемах, например в каскадах с дополнительной симметрией (см. 4 12-3). 12-2. ОДКОТАКТКЫЕ КАСКАДЫ КЛАССА А Последукхций анализ проводится подробно для каскада ОБ как более простого, а относительно каскада ОЭ делаются лишь необходимые замечания, поскольку основные соотношения и выводы оказываются общими.
Энергетические соотношения. Схема каскада, подлежащая анализу, показана иа рис. 12-1, а коллекторное семейство характеристик транзистора — на рис. 12-2. Точка покоя А (в отсутствие сигнала) расположена на линии с т а т и ч е с к о й нагрузки гм проведенной из абсциссы Е„. Сопротивление г> есть сопротивление первичной обмотки выходного трансформатора. Обычно оно очень мало, так что линия г, идет почти вертикально и можно считать с' л = Е„.
Эмиттерный ток покоя 1,л задается цепью Е„)1,. Входной сигнал меняет ток и перемещает рабочую точку травзисгора по линии д и н а м и ч е с к о й нагрузки й'„, проходящей через точку А. Сопротивление Я„' есть пересчитанное к'первичной обмотке сопротивление истинной нагрузки 1(„. Мощность в пеРесчитанной нагрузке выражается формулами Р„=,'-(1„„,1„„=-,'-1- А;,=-,'-(1"„„ж„.
(12-2) Мощность в истинной нагрузке связана с величиной Р'„соотношением Р т! рР где т!, — к. п. д. выходного трансформатора. Зная мощность Р„ и задаваясь значением и, = 0,75 —: 0,95 (тем большим, чем больше мощность), находят необходимое значение Р;и асад Рис. !2-2. Режим работы транзистора а каскаде ОБ класса А.
Рис. !2-!. Одиотактиыа каскад ОБ класса А. Для наиболее полного использования транзистора координаты точки покоя должны удовлетворять соотношениям (12-За) (12-3б) ('кл (. «т макс а ад с ктмакс~ где 1кт„, и У „— максимальные амплитуды напряжения и тока, соответствующие максимальному входному сигналу. с!ри таком выборе точки А (рис. 12-2) максимальному току 1„,„, соответствует минимальное коллекторное напряжение (с„а, а максимальному напряжению Ут„,„, — минимальный коллекторный ток 1кс. Из рис. 12-2 получаем зависимости: (12-4а) (12-4б) 'к.макс 2("ктмакс+('ка а к, макс = 2.(~ т мат + а кс. Значениа У„„„„, и 1кт,т не должны пРевышать соответствующих допустимых значений. Тогда, полагая У,В ~ (зк,кс» "' 1„с ~ 1к „,„, что всегда опРавдано, пРиходим к следУющим огРаничениям для максимальных амплитуд т: 1 (/кш макс ( 2 (' к.
как (12-5б) Руководствуясь соотношениями (12-5), а также формулами (12-!), выбирают максимальные амплитуды для получения необходимой мощности Р„' „,. После этого сопротивление )с„' можно найти из формулы и,ы„„„, * к и сакс (12-6) а необходимый коэффициент трансформации выходного трансформатора — из формулы ттк )/ ак/ ск (12-7) й(ощность, отдаваемая источником питания, равна: Ра — — Ек!кд (12-8) и не зависит от значения сигнала. Разделав (12-2) на (12-8), получим к.п.д, коллекторной цепи: пктк гака т)к '= 2 Е„ / д (12-9) При максимальном сигнале и соблюдении условий 1„„к,„, = =/кд и (/к „, = Е, (т. е.1,0 с 1,„„акс н 1„дг, +(/э < ° ч, (/„.,гл) максимальттый к.
п, д. т)к оказываетсЯ близким к пРе.- дельному значению 50е/а и практически может составлять до 40— — 45т)(т. О б щ и й к. п. д. каскада т),т!с учетом потерь в выходном трансформаторе и особенно в цепи смешения (Е„ /(,)) значительно меньше указанной величины: обычно т)е =- 30 —: 35е(т. Перейдем к оценке максимальной мощности Р„' „,„,. Перемножив правые и левые части выражений (12-5) и учитывая (12-2), легко получить: 1 1 к.
ка«с ( й (/к, кск к. как. (12-10) Однако максимальная мощность ограничена не только допустимыми током и напряжением, но и допустимой мощностью рассеяния на коллекторе Р„ ,„, причем это ограничение в ряде слу- Следует напомнить, что допустимый ток транзистора ограничен н е з аз и с и м о от допустимого напряжения и допустимой мощности и что совмещение предельных режимов (в данном случае по напряжению н току) не разрешается нз соображений надежности. Иначе говоря, оба неравенства (12-5) должны вы- полнитьсЯ с достаточным запасом (ва 20 — 30%). ЗначениЯ (/к.д„к н ! к,дск должны отответствовать максимальной рабочей температуре, Рис. 12-3. Входная хаактеристика каскада Б и ее идеализация для расчета входной мощности. чаев может быть главным. Из соотношения Р„= Р— Р„' следует, что максимальная мощность Р„рассеивается в режиме покоя (прн Р„'= О) и равна Ра.
Выражая мощность Р, как Р'„1Ч„, получаем ограничение: Рв. макс м Чв~ в.ввв- (12-11) Подбирая транзистор по заданной мощности в нагрузке или оценивая возможности заданного транзистора, нужно использовать обе формулы (12-10) и (12-11), учитывая при этом замечания в сноске па с. 415. Полный расчет каскада включает в себя определение входной мощности Р,„, необходимой для раскачки каскада. В общем случае расчет величины Р,„ осложняется тем, что 1в входная характеристика 1, ((I,) нелинейна. тмв мввс Т вЂ” Однако, если рабочий диапазон эмиттерных токов лежит в пределах ее омического участка, последний можно линеаризировать и испольд зовать в расчетах усредненную величину входного сопротивления 11„„лр (рис.
12-3, где 1, точки А, В и С соответствуют этим же точ- кам на рис. 12-2). Тогда с и с р (в~ивс.сй (!2 !2) На омическом участке ток достаточно велик, поэтому можно пренебречь сопротивлением эмиттерного перехода и получить нз формулы (10-1): тб )твх.ср (1 сх) гб ! рр ' Разделив (12-1) на (!2-12), найдем коэффициент усиления мощности; полагая 1, = 1, запишем его в следующих трех формах: (! 2-13) Первая форма удобна при графической линеаризации входной характеристики, вторая — в случае транзисторов малой и средней мощности (для которых указывается коэффициент ~), а сопротивление гб лежит в пределах от 10 — 20 до 1 — 2 Ом), третья — в случае транзисторов средней и большой мсицности (для которых обычно указывается крутизна 5).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
