Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Для устранения этого нежелательного явления следует использовать, с одной стороны, широкополосные усилительные элементы, а с другой стороны, более мощные усилительные элементы, и повысить напряжение питания, Каскады усиления мощности. С точки зрения построения широкополосные каскады усиления мощности имеют много обшего с каскадами усиления напряжения, а иногда между ними н вовсе иет различия. Например, если у каокада усиления напряжения сопротивление (резистор) является элементом связи, то у каскадз усиления мощности таким же образом расположенный элемент может представлять собой внешнюю нагрузку. Среди каскадов с непосредственной связью наибольшее применение нашли эмиттерный, истоковый и катодный повторители, поскольку между ними и внешней нагрузкой могут отсутствовать элементы связи.
Дело в том, что в сложных системах йриходится передавать сигналы от одного устройства к другому с помогцью коаксиального кабеля, чтобы защитить цепь сигнала от помех, особенно от переменных электрических полей. Так, при большой длине кабеля можно обеспечить режим бегущих волн, при котором искажения фронта оказываются минимальными Естественно, что в этом случае на дальнем конце кабель нагружается на сопротивление, равное его характеристическому сопротивлению г"., обычно порядка 75 — 160 Ом.
Если длина кабеля невелика, то влияние кабеля сказывается в виде шунтирующего действия его емкости, погонные значения ко- 192 "к егн Рис. 6,8. диаграмма работы трап. зистора; и 3 — ннгртзочные прииые Пня постони. нога и переменного тонов соотисгстненио Рис 6.9. Схема однотзктного выходного каскада усиления моитностн с ГСТ в качестве элемента связи 7 — 1 !93 торов обычно заключены в пределах от 25 до 150 пФ/м, В таких , ловнях согласования на выходе, кабеля не требуется и нагрузсопротивлепие которой не обязательно равно характеристиче:кому, может находиться в начале линии. Прн очень большой длине кабеля, когда в нем нз-за неоднородности начинает сказываться отражение волн, требуется согла-овапне с обеих сторон, и это вполне возможно, так как выходное сопротивление эмиттерного повторителя, согласно (4.59) равное йных (йг+Ьнн)//зггн, где й„— сопротивление цепи, расположенной левее точек б н О, может быть получено порядка десятков эм В необходимых случаях согласование на входе достигается с томогцью добавочных сопротивлений илн введения в каскад двух тараллельно соединенных транзисторов и т.
д В такой же степени для связи с нагрузкой через кабель может быть использован истоковый (катодный) повторитель, выход.ое сопротивление которого близко к 1/5, а так как крутизна у гекоторых приборов составляет десятки миллисименсов, то получение йных требуемого порядка вполне реализуемо, Нагрузочные прямые для постоянно~о и переменного токов трн непосредственной связи с нагрузкой, подключенной через кабель, сливаются, и тогда (/кэ жЕо/2, (/си -Е,/2 и т. и. В этих ,словиях КПД не превышает 25%. Схема каскада усиления мощности с йС-связью (см. рис.
5.12) те отличается от схемы каскада усиления напряжения. Основной особенностью условий работы усилительного элемента является то, зто сопротивление внешней нагрузки йз здесь одного порядка с :опротивлением элемента связи й„ и, следовательно, йнии й нйт/ (йи + йз) ° Для расширения полосы,пропускания можно использовать вы. сокочастотную эмиттерную или индуктивную коррекцию. Схемы каскадов такого же рода на основе эмиттерного повто.
рителя не отличаются от изображенных на рис. 6.7. Из диаграммы режима работы на средних частотах, например биполярного транзистора (рис. 6.8), видно, по за счет большо~о падения постоянного напряжения на элементах связи и стабилизации режима /г, +/7„напряжение иа коллекторе (/кэ оказывается заметно меньше, чем у источника питания Ем а полезная проводимость нагрузки 6,=!//72 является частью общей проводимости нагрузки бв=1/Ра+1/йь в результате КПД н выходная мощность (при фиксированных значениях Еа и !к) оказываются во много раз меньше, чем допускает работа в режиме Л, например, при трансформаторной связи с нагрузкой. У таких каскадов максимальное значение КПД, получаемое при )с2//7„=0,707 и 100%-ном использовании питающего напряжения, составляет 8,6%. При этом теоретически КПД можно довести до 25%, если в качестве элемента связи в однотактпом каокаде с 03, ОК и т, п.
вместо резистора использовать ГСТ (рис. 6.9) Это объясняется тем, что ГСТ обладает весьма высоким дифференциальным сопротивлением и поэтому практически не потребляет мощности переменного тока. 6.3. ДВУХТАКТГ!ЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ Основным достоинством двухтактного,каскада является возможность использования экономичного режима В без заметных нелинейных искажений.
Последнее объясняется свойством двухтактной схемы компенсировать четные гармоники. Если двухтактный каскад выполнен на однотипных усилительных элементах (транзисторах одной и той же структуры или лампах), то они возбуждаются источником двухфазного напряжения (О и !80'), получаемого от фазоинверсного каскада или трансформатора, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки (рис. 6.10), Поскольку трансформаторы создают частотные и нелинейные искажения (последние — вследствие нелинейных свойств магнитного материала сердечника), то за счет больших фазовых сдвигов в области верхних частот затрудняется или становится невозможным применение глубокой ОС, Сами трансформаторы громоздки, обладают большой массой и, в отличие от трансформаторов, диодов и резисторов, не смогут служить элементами ИМС.
В последние годы наметилась тенденция к отказу от использования трансформаторных двухтактных,каскадов на транзисторах. Ио это не исключает, в частности при работе на ,двухпроводную линию или для повышения напряжения, подводимого к электростатическому громкоговорителю, применения трансформатора в форме навесного (т. е. внешнего) элемента связи, органически пс 194 входящего в состав усилителя. Кроме того, трансформаторы необходимы в схемах сложения мощностей. В бестрансформаторных схемах легко осуществлять непосредственную связь между каскадами (без разделительных конденсаторов) и гальваническую обратную связь, прн которых число элементов уменьшается и стабилизируется режим работы по постоянному току.
Название «бестрансформаторпый каскад» в общем случае носит условный характер; дело в том, что только простейший вариант на рпс, 4.41 (на транзисторах) соответствует этому наименованию, так как здесь мы действительно имеем каскад. У более а !щах а! б хг тг,уя у ! !х амх Рис.
б !О. Схема усилители с двухтактным трансформаторным каска- дом х 1 то- мах Рис, б.!! Временные диаграммы ков усилительных элементов н образованных из иих разностного н суммарного токов сложных усилителей применяются двух-трехэлементные составные транзисторы в каждом плече, которое, по сути дела, представляют собой двух-трехкаскадные усилители. Такие комбинации, включая и г! самую простую на рис. 4.41, назо- г! вем выходными бестрансформагорными двухтактными гррппалыс озг (каскадов). Эти выходные группы подразделяются на образованные из одиночных транзисторов, нз составных попарно комплементарных транзисторов, из состав- ных квазикомплемвнтарных транзисторов.
уе 195 а.а,!. Рлвотл двухтлктного клскАдА В Ре>кил!е В й пм ЦББ Рис. 6 12. Вовннкнонеиие нелиаейимх искажений типа центральной отсечки прп напряжении сме. щения, равном иулж Рис. 623 Опрелеление коорлинат точки покоя прн работе в режиме В раженные нечетные гармоники.
Для уменьшения этих искажений (типа центральной отсечки, рис. 2.27) на входной электрод подается соответствующее напряжение смещения (рнс. 6.13). При подаче на базу напряжения (у э, выбранного в соответствии с рис. 6.13, импульсы,коллекторных токов несколько пере. !96 6 =90ь Ток усилительного элемента, работающего с углом отсеч (рис. 4.30), в соответствии с (4.156) содержит постоянную ечки составляющую, первую гармонику и ряд четных гармоник. Если двухтактный каскад выполнен на усилительных элементах одной н той же структуры, то их токи имеют одинаковые направлеш!я, причем эти элементы открываются попеременно, т. е.
со сдвигом 6,1 1,а, во времени на и/2, а по фазе на 180', как показано ,а, б. Выходной ток должен быть пропорционален разности токов !' и !" усилительных элементов, Амплитуда разностного то- ка !4= — ! равна 1„„, (рис, 6.11,в), От источника питания прп трансформаторной схеме двухтактного каскада потребляется с м- марный ток (рис. 6,11сг) Бх —— !'+!", образованный из постоянной составляющей и ряда четных гармоник. У бестрапсформаторных каскадов ток, проходящий через источник питания, по форме и по составу (формула (4.156)) не отличается от тока одного из усилительных элементов. В е В идеализированном режиме В ток покоя, например, 1 =0 р к= реальных условиях при 1К=О пз-за нелинейности характеристи- ки прямой передачи усилительных элементов, особенно ее началь- ного участка, изменение тока во времени отвечает режиму С (рис. 4.31), при котором разностный ток (рнс.
6.12) содержит явно вы- крываются, а колебания разностного тока оказываются близкими к гармоническим (рис. 6.14). При выполнении двухтактного каокада на комплементарных транзисторах (рис. 4.41) выходной ток равен не разности, а сумме противоположно направленных токов !'к и ! к, т. е. 1н = 1 к+ гак (6.22) Рис. б.14. Сопряжение характеристик и временные зависимости при напряжении смен!ения, найденном по рис. 6.!3. причем через отдельно взятый источник питания проходит ток только одного транзистора (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
