Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 51
Текст из файла (страница 51)
ять, температура прибора растет, и в конце концов она может разрушить прибор. Также следует знать, что внутренний источник тепла понижает энергетический барьер электронов проводимости у коллектора транзистора. Разность энергии, через которую проходят электроны, появляется в виде тепла. Напряжение и ток коллектора колеблются во время периода переменного сигнала, но в среднем порождается фиксированное количество тепла, и оно не должно превышать Рп(„льх). Можно показать, что рассеяние коллектора максимально при отсутствии сигнала, т. е.
в точке Я. Тогда при работе в классе А имеем Рп(тсх) = ~Ъя = 1 сея ' 1ся. (11.23) Часто для оценки качества усилителя пользуются добротностью 0 которая определяется как Максимальная мощность рассеяния Рп(и,ьх) (11.24) Максимальная выходная мощность Р,( Применив уравнения (10.10) и (11.2) к уравнению (11.24), получим ( СеЯ ' СЯ) (11 26) (1'СЕЯ ' 1СО) Другими словами, Рр((~) — — 2 х Рь(тих).
(11.26) То есть, работающий в классе А транзистор должен рассеивать мощность, в два раза большую, чем максимальная выходная мощность. Например, чтобы выдать выходную мощность 25 Вт, сам транзистор должен рассеять 50 Вт. Это сильно ограничивает применение режима работы в классе А в усилителях большой мощности. При трансформаторной связи с нагрузкой, добротность, полученная применением уравнений (11.20) и (11.21) в уравнение (11.24) тоже равна 2, югх у л за1) т.е (11.27) Рвбпа ) )1ь Рсс Таким образом, трансформаторная связь ые дает усилителю никаких преимуществ. Основные свойства усилптелсй класса А 1.
Усилитель класса А дает выходыой сигнал с минимальными искаже- ниями. 2. Даже при отсутствии сигнала переменного тока транзистор проводит постоянный ток смещения. В результате максимальный коэффициеыт полезного действия только 25 %. 3. Мощность, рассеянная транзистором, в два раза больше мощности полезного сигнала переменного тока. 4. Коэффициент полезного действия усилителя с трансформаторной связью может быть увеличен до 50 %. Но использование трансформаторов ограыичивается их габаритами и высокой ценой трансформаторов с широкой полосой пропускания.
+20 В ее,е 00 Ом 50 5В 7 5 В 20 В Кое б) а) Рис. 11.10. Пример 11.1. Вычислить ток рабочей точки 1со н напряжение Усв,- усилителя, изображенного на рис. 11.10, а. (Принять |~вв = О). Решение. По определению, ток н напряжение прн отсутствии сигнала будут находиться в точке Я. Напряжение 1вв между базой н землей равно 10 В. Следовательно, (Ъвв — 1вв) 10 В 1 0=1в= Вв = квв/)1в = 200 Ом = 50 мА. ~~~302 Глава 11.
Усилитаели мощности Суммирование напряжений в цепи коллектор — эмиттер по закону Кирхгоффа дает Ъ~с = рснС + 1н(Вс+ Вн) (потому что 1с 1н)' 20 В = Ъсяд+50 х10 г(100+200)' асяс =5 В- Координаты точки 1„г: 1сс = 50 мА; УснС = 5 В. Пример 11.2. Вычислить координаты нагрузочных линий по постоянному и переменному току усилителя на рис.
11.10, а. Решение. Из предыдущего примера 1сС = 50 мА, ЪснС = 5 В. Нагрузочная характеристика по переменному току: 1с(„0 =1слс+ = 50 мА+ = 150 мА; рснд 5В тс + тн) 50 Ом 1тсе(си~он) = тсе + 1сд(тс + тл) = 5 В + (50 мА х 50 Ом) = 5 В + 2,5 В или рсяс = 7 5 В Нагрузочная линия по постоянному току: Точка насыщения 1с~ *> = Ъсс/(Йс + Нк) = = 20/(100+ 200) Ом = 66,6 мА.
Точка отсечки: Ъсс = 20 В. Когда нанесем нагрузочные линии постоянного и переменного тока на график, увидим, что они пересекаются в точке Я, как показано на рис. 11.10, б. Пример 11.3. 1. Какая выходная мощность переменного тока усилителя на рис. 11.10, а? 2. Спроектирована ли схема для оптимальных характеристик? Решение. 1. В предыдущих примерах мы вычислили значения рабочей точки для этой схемы — 1со = 50 мА и $сяд = 5 В уравнение (11.1). Следовательно, выходная мощность по переменному току Р„выдаваемая усилителем Р, = ) — "о — ила ' = 5 В х 50 мА/2 = 125 мВт. г 2.
Усилитель для оптимальных характеристик не спроектирован. Для получения оптимальных характеристик усилителю класса А требуется, чтобы точка Я была центрирована. Другими словами, требуется, чтобы асяс = Ъсс/2. Это дает: Р— си~ с~ — сс с~ — 20 В х 50 мА/4 = 250 мВт. 2 4 Но в действительности, схема выдает только половину этой мощности.
Для оптимальных характеристик схема должна удовлетворять критерию (см. уравнение (11.15)), т, е. (тс+тн) = 1'сяд 1сд Л.~. Д.р ° р„,, ...,В ЗД В нашем случае (50+ О) = 5В/50 мА = 100 Ом. Таким образом, условие не удовлетворено. Пример 11.4. Вычислить максимальную выходную мощность и коэффициент преобразования усилителя на схеме рис. 11.11. Решение. Рабочие ток н напряжения схемы следующие: +!О В 1сс= = =2А, Рсяс=рсс=10В (Ъяя( 20 В Вя 10 Ом Ом !О Ом ~'сяс Тсо 10 В х 2 А о(мах)— 2 2 — 10 Вт. -20 В Также Рнс. 11.11. Ряс = Ясс ~ + ~Ъяя () х 1сс = 30 х 2 = 60 Вт.
Следовательно, коэффициент преобразования В= ~ ( х100=16,7%. /10 Вт'! 60 ( 11.4. Двухтактные усилители класса В При работе в классе В транзистор смещен в точку отсечки, так что ток коллектора в точке Я равен нулю. Пока входного сигнала нет, ток остается равным нулю. Эмиттерный переход смещается прямо частью входного сигнала, так что транзистор находится в активной области и проводит ток только в течение половины периода. На рис. 11.12 изображены нагрузочнал линия переменного тока, рабочая точка Я и формы сигнала режима класса В.
От этих полуволн выпрямленного сигнала как таковых практической пользы нет. Сигнал можно сделать полезным, если от другого транзистора получить другие полуволны и подать их в общую для двух транзисторов нагрузку. Такая схема с двумя транзисторами называется двдятакт- иым усилителем. ~~~304 Глава 11. Усилители мощности Рис.
11.12. Формы тока и напряжения усилителя класса В н его нвгрузочнзя линия по переменному току Усе ие' ! ин +Усс у. У; б) а) Рис. 11.13. Схема двухтвктного усилителя (а). Полная форма сигнала на общей нагрузке в результате совместной работы транзисторов ь)я и (~р (б) В двухтактных усилителях класса В применяются два транзистора с идентичными характеристиками, один из которых имеет и-р-и-структуры, а другой — р-и-р (такая пара называется комплементарной). Часто и весь усилитель называют комплементарным двухтактным усилителем. В усилителях мощности очень часто применяются двухтактные эмиттерные повторители.
Схематично такой усилитель показан на рис. 11.13, в (дстнльная схема будет позже). Источник напряжения Ъ'сс смещает коллекторные переходы обоих транзисторов в обратном направлении. Эмиттер гз-р-и-транзистора (транзистор Я„у) проводит, когда он смещается прямо от положительных полуволн входного сигнала (заштрихованнэя часть), а в зто же время эмиттер р-и-р-транзистора Яр смещается обратно этими положительными импульсами, так что Яр закрывается. Таким образом, Я,ч проводит ток только при положительньгх полуволнах и вырабатывает на выходе верхние полуволны.
Отрицательные полуволны входного сигнала смещают прямо змиттер транзистора ь)р, и в зто же Искажения сигнала ври раба«де в классе В В усилителях класса В возникают два вида искажений, а именно: — нелинейные искажения; — искажения перехода через нуль. Ниже рассмотрены причины возникновения этих искажений, способы их устранения в практических схемах двухтактных усилителях класса В. Нелинейные искажения Чтобы от усилителя получить оптимальные характеристики, схема должна использовать почти всю область характеристик транзистора, допуская большие колебания напряжения и тока.
Так как характеристики нелинейяы, они дают искаженный выходной сигнал. гс Рис. 11.14. Типичный график динамической передаточной характеристики транзистора. Искаиевные формы сигнала тока вызваны нелинейностью харак- теристики !гве ! ! ! Синусоидальный ! ! входной сигнал ! Искаженный выходной ток На рис. 11.14 приведена типичная динамическая передаточная характеристика (зависимость выходного тока от входного напряжения) транзистора.
Синусоидальное входное напряжение вызывает выходной ток яесинусоидальной формы. Такой несинусоидальный сигнал можно исследовать при помощи гармонического анализа. Вспомним, что любой периодический сигнал можно представить как сумму бесконечного числа свпусоидальных (или косинусоидальных) волн с разными амплитудами в частотами. Частота составляющей с самой низкой частотой совпадает с частотой сигнала (скажем, ы) и она называется «основной«(первой) гармоникой. Обычно эта составляющая имеет наибольшую амплитуду время обратно смещают змиттер Ялг, таким образом, Ядг закрыт, а Яр проводит ток.
Таким образом, на общей нагрузке Нг. появляется полная усиленная волна (рис. 11.13, б). Это и есть основной принцип двухтакт- яой работы. ~~~306 Глава 11. Усилители мощности по сравнению с остальными. Остальные частотные составляющие с частотами 2ш, Зш,... называются — вторал гармоника, третья гармоника, и т. д. Чем больше номер гармоники, тем меньше ее амплитуда.
При помощи простого анализа можно обнаружить, что вторая гармоника (частота = 2ы) является главной частью искажения, вызванного нелинейной передаточной характеристикой, изображенной на рис. 11.14. При линейной передаточной характеристике (рис. 11.15) коллекторный ток ес и входное напряжение иве связаны линейным соотношением ес = Коне, где К вЂ” крутизна передаточной характеристики транзистора. Один из способов учесть нелинейность передаточной характеристики — зто рассматривать передаточную характеристику как параболу относительно точки покоя. Тогда ее можно выразить Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
