Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 93
Текст из файла (страница 93)
12-9. Режим рааоты транзистора в каскаде ОБ класса В. Рис. 12.10. Временные днипрам. ыы токов и ианрнжений в двуктактном каснаде класса В. КЗСКадс, ВЫПОЛННТЬ СоотНОШЕНИЕ (1кд (1к жмакс. ВМЕСТО ВЬц)ажсиий (12-4) получаются выражения (~к. макс 2(1хаа макс+ (1к ар 1к.макс 1крпмакс+1кд» а вместо неравенств (12-5) — неравенства (1кт макс ( 2 (1к.поп (12-16 а) ! к ж макс ~ 1к.
аоп (12-166) -Руководствуясь соотношениями (12-16), а также формулами (12-2), выбирают максимальные амплитуды для получении необходимой мощности Р,', „После этого сопротивление Й; определяется из фоРмУлы (12-6), а коэффиниеит тРансфоРмании па =НРа 111-2- НРа)— ы! а р р р!2.7р'. 'пр р !рича! р р ~ а атанаса,' оговоренный в сноске на с. 415. (12-15а ) (! 2-156) 1 Средний ток через каждый транзистор равен -- 1„„+ 1„д, а следовательно, средний ток через источник питания 1оер=2 ( — „1км+1кд)' (12-1 7) поэтому мощность, отбираемая от источника питания, выразится следующим обраюм: РО Ек1оар Ек (1кае+™аА) (12-18) Деля (12-2) на (12-18), получаем к.
п. д. коллекторной цепи: (12-19) кое кА При максимальном сигнале и соблюдении условий (1„„,„, = Е„ и 1к„„,„, ~ п!„А максимальный к. п. д. близок к предельному значению 78% и практически может сосгавить 66 — 70%, конечно, без учета потерь в трансформаторе. Перемножая правые и левые части выражений (!2-16) и учитывая (12-2), легко получить: 1 Ра. мако ',1 (1к. доп1к. доп (12-20) Эта мощность, естественно, вдвое больше, чем (12-10), поскольку в двухтактном каскаде используются два транзистора.
Теперь оценим максимальную мощность с точки зрения допустимой мощности рассеяния на коллекторе. Для каждого транзистора имеем: Рк 2 (РО Ра)' 1 У Если принять Ек = (/„„,„, и пологкнть Рк, < Рк.„„, то, учитывая (12-2), приходим к соотношению па Рк.маке~ о Рк.доп 5Рк.доп. (12-22) В классе В от величины сигнала (т. е. от тока 1 ) зависит не только мощность Р„', но и мощность Рса Подставив в выражение для Рк формулы (12-18) и (12-2) (последнюю в виде Р'„= — 1а„й; и продифференцировав Р„ по току 1к, нетрудно получить амплитуду тока, обеспечивающую максимальную мощность рассеяния: 1к =-- Е„Я'„. При такой амплитуде имеем: (12-21) Это с р ел н я я мощность за период.
В течение периода мг н он е н н а я мощность меняется, и в связи с небольшой тепловой инерцией транзисторов р-п переходы могут перегреваться во время пиков мгновенной мощности несмотря на допустимую с р е д н ю ю температуру ИЗЗ). Лля того чтобы учесть это специфическое обстоятельство, примем опять (/„„ „, = Е, (рис. 12-10) и запишем выражение для мгновенной мощности рассеяния на одном нз коллекторов при максимальном токе: р„= ик!„Е„(1 — сов Ы) /„„„, совЫ.
Эта функция имеет два максимума в течение положительного полупериода, когда протекает ток г„. Максимумы получаются при ш! = ~~/3 и составляют: Ра. макс =Оа25Ек/ятагана 0 БРн. маке. (12-23) Рн. макс ( Зра. дап (12-24) Дальнейшее увелнченне выходной мощности достигается параллельным включеннем транэнсгоров в плечах каскада. Прн этом пеобходнмо обеспечить звномерное распределение токов (з значит, н мощностей) между транэнсторамн.
я этого в цепи эмнттеров включают добавочные сопротнвлеяня йю которые повышают величину Аа» н тем самым уменьшают входной я коллекторный токи. Очевидно, что добавочное сопротивление должно быть тем больше, чем больше ток данного транзистора нлн (прн одинаковых входных напряжениях) чем больше его крутизна 5. Прн выборе значення йа руководствуются одной нз двух предпосылок 1)361 — либо сбеспеченнем одинаковых эквивалентных крутизн всех транзисторов (путсм индивидуального подбора й ), либо включением сопротнвленнй К„достаточно болыпнх, чтобы в нужной степенн выровнять эквивалентные крутизны.
Первый метод приводит к следующим результатам. Если в выражение длн крутизны транзистора (4-эбз) подставить сумму На+-г, вместо г„поделить чнслнтель н знаменатель нв са н положить ком)арнцнент )/га прн йа равным единице, то эквивалентная крутнэна может быть записана в виде ! пака=/( где 5 — кРУтизна тРанзистоРа (без Яа). В цепь тРанзистоРа с минимальной крутизной 3, „сопротивление можно не включать, а в цепи остальных трап.
знсторов следует включить такие сопротивления, прн которых выполняется Условнс 8ааа —— База. Длн Ьто тРанэнстоРа ! /1аг=3— — ~— ((2-25) Если ограничить значение р„„,„, допустимой мощностью Р„,.„, то это будет служить полной гарантией от перегрева. Однако такая гарантия излишня, так как транзистор все же обладает тепловой инерцией н температура перехода всегда ниже той, которая соответствует пику мощности р,„„,„, даже прн низкой частоте. Поэтому имеет смысл уменьшить коэффициент в правой части (12-22), но не до 2, как следует нз (12-23), а до компромиссного значения 3 и для расчетов принят!я При использовании второго метода исходят из тато„что отношение кол лекторных токов равно отношению крутизн. Следовательно, если /1 = О, то для транзисторов с максимальным и минимальным токами имеем: б/=/мсыс//ммк Хмккс/Хмкм При наличии о д и н а к о в ы х сопротивлений /г отношение токов опрс деляется з к в и в а л е н т н ы м и крутизнами, т.
е. б/ с / /'с+ 1/~мин /сс мккс+б/ /1к+1/бмккс ~Фмскс+1 Если значение б/ известно, а значение б/' задано, то нз последнего выражения легко найти необходимую величину добавочных сопротивлений: 1 б/ — б/' ~макс (12-2б) Второй метод, как правило, предпочтителен, так как ои не связан с индиан. дуальным подборсьч сопротивлений. Такой подбор тем более засрудннтелен, что значение /1м обычно не превышает десятых долей ома.
Вопрос о входной мощности в двухтактном каскаде решается на основе суммарных (совмещенных) входных характеристик (рнс. 12-11). Идеализация этих харантеристик, показанная пунктиром, позволяет оценить входную мощность по весьма приближенной формуле: Рис. 12-! 1. Суммарная входная характеристика двухтактного каскада ОБ в классе В и ее идеализапия для расчета входной мессе ности. в которой сопротивление /с,„, больше, чем сопротивление /с',„, на омическом участке (см.
рис. 12-3). Нелинейные искажения. В классе В даже при двухтактной схеме нелинейные искажения больше, чем в классе А. Коэффициент нелинейных искажений в значительной стека пени зависит от симметрии схемы, т. е, от равенства постоянных и переменных составляющих токов и напряжений в обоих плечах. Критерием симметрии обычно считают равенство п о с т о я н н ы х с о с т а в л я юш и х коллекторных токов. Если эти составляющие различаются более чем на 20 — 30е , то необходимо осуществить искусственное выравнивание токов путем включения небольших сопротивлений последовательно с эмиттером того транзистора, у которого ток больше.
Такой метод приводит к некого(юму уменьшению к. и. д. и усиления, но позволяет заметно (в 2 — 3 раза) уменьшить нелинейные искажении и ток подмагиичииания в выходном трансформаторе. При расчете симметрирующих сопротивлений можно пользоваться формулой (12-23) или (12-26). Нелинейные искажения, возникающие во входной цепи, в значительной мере обусловлены изломом суммарной входной характе- рисунки вблизи нуля (рис; 12-11). Величину и влияние этого излома„особенно существенного у кремниевых транзисторов, можйо значительно уменьшить, задавая небольшое п о л а ж и т е л ь н о е смещение на эмиттеры (рис.
12-12, а), Тогда суммарная характеристика будет более плавной, как видно из рис. 12-12, б. Смещение Е, лучше осуществлять не с помощью обычного делителя, а используя плоскостной диод в том плече, с которого снимается э. д. с. смещения, подобно тому, как это сделано на рис.
12-6. При наличии смешения каскад работает в классе АВ, поскольку ток покоя 1„д может иметь значительную величину. При этом к. и. д. коллектарной цепи соответственно уменьшается, а ток и мощность в источнике питания возрастают. Эти изменения можно оценить Рис. 12-12. Уменьшение входных нелинеанмк иснннсенна с помощью смещения. а — схема; б — суммарная входная харнктарнсхнка. по формулам (12-17) — (12-19), исгользуя величину 1,„= 7„а + + а7,д, где ток 1,д легко найти из рис. 12-12, б. Входная мощность определяется формулой (12-27), в которой сопротивление )с,„, меньше, чем в схеме без смещения, и обычно близко к величине тт,„,р (см.
рис. 12-3). Общая особенность нелинейных искажений в двухтактных каскадах состоит в пониженной роли ч е т н ы х гармоник, прежде всего 2-й: В случае идеальной симметрии схемы четные гармоники вообще отсутствуют и расчет коэффициента нелинейных искажений по формуле (12-1) невозможен. В реальных, т. е. не совсем симметричных, схемах результирующая 2-я гармоника в нагрузке хотя и меньше, чем в каждом из плеч, но все же обычно существенна, рак что коэффициент Кн „можно грубо оценить методом трех ординат (рис.
12-5), используя, конечно, с о с т а в н ы е характеристики. Особенности двухтактного каскада, в котором транзисторы включены по схеме ОЭ, в основном те же, что и в однотактном каскаде класса А 6 12-1): меньшая входная мощность, несколько меньший к. п. д. и несколько ббльшие нелинейные искажения. Следует отметить, что в двухтактных схемах ОЗ в отличие от однотактных понятие оптимального сопротивления й' (см.
конец ч!2Л) намет другой смысл: оно обеспечивает не равенство амплитуд положительной и отрицательной полуволн тока т, а лип|а меньшие искажения к а ждо й иа полуволн, т.е. уменьшение н е ч е т н ы х гармоник. Обычно аначение цэ'„оказывается вас.опт метно большим, чем )ээээ, что невыгодно с точки прения передачи мощности от предоконечного каскада. Поатому, как правило, выбирают Я„' — Д,~, а кож)эуициент транорормации входного транс$орматора находят иа условия 1 э ГЛэкэ пг = Йг ()2-28) Это условие соответствупг согласованию данного каскада с выходом предыдущего.
г Выравнивание положительной и отрицательной амплитуд в двухтаатных схемах достигается путем симметрирования. Важным средством уменьшения нелинейных искажений является использование отрицательной обратной связи — как общей, так и местной. Варианты схем мощных усилителей с местной обратной связью можно найти в 11121. Каскад с дополнительной симметрией. Выше рассматривались классические мощные усилители с трансформаторной связью, структура которых в сущности та же, что и при использовании ламп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
