Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Считать, что К„= К„= К»~ = Км — — 1 кОм, Ке= 100 Ом, К . = 10 кОм; транзисторы Т, и Т, имеют параметры ~3 = 50, ге = 200 Ом, г, = 5 Ом, г" ,= 10 кОм. Ответ: от 2,2 Ом до 79 Ом. 4Л4, Определить, во сколько раз увеличится коэффициент усиления по напряжению в схеме на рнс. 4.В, если резистор Ке зашунтировать конденсатором большой емкости. Принять крутизну характеристики полевого транзистора 5 = 5 мА(В и Ке= 500 Ом. Ответ: в 2,5 раза 4Л5. Определить величину входного сопротивления схемы на рис. 4.7 с учетом резисторов базового делителя и без их учета Принять следующие параметры транзисторов: 33 = 100, ге=100 Ом, г,=5 Ом, сопротивления К,=Кз=10 кОм, Ке = 500 Ом. Омеелп 4,55 и Я) кОм.
4Л6. Вычислить величину выходного сопротнвжння в схеме на рис. 4.9, если К„= 1 кОм, К = 10 кОм, 33= 100. Считать, что К„~ К„и К„~ К„. Овжет: 91 Ом. ГЛАВА 5 УСИАИХЕАК МОИ~НОСТИ Усилители мощности служат для обеспечения в нагрузке заданной мощности. При этом предъявляются определенные требования к козрфициенту полезного действия, уровню нели- нейных искажений и полосе пропускания усилителя мощности. Усилители мощности могут быть однотактными или двухтактными. Однотактные усилители чаще применяют при относительно малых выходных мощностях. Как правило, в однотактной схеме транзистор работает в режиме А, в лвухтактной схеме — в режимах АВ илн В.
Из указанных вариантов наиболее экономична лвухтактная схема, работающая в режиме В. Усилители мощности подразделяются на трансформаторные и бестрансформаторные. Трансформаторное включение нагрузки позволяет согласовать выходное сопротивление усилителя с сопротивлением нагрузки. Транзисторы в выходных каскадах обычно работают по схеме ОЭ или ОБ. Включение по схеме ОК используется в основном в бестрансформаторных усилителях мощности.
Схема включения ОБ обеспечивает наибольшую выходную мощность прн заданном уровне нелинейных искажений. Схема включения ОЭ обеспечивает наибольшее усиление по мощности (примерно в )) раз большее, чем схема ОБ). При расчете усилителя мощности обычно заданы мощность в нагрузке и сопротивление нагрузки. Требуется выбрать тип транзистора, определить напряжение источника питания, начальное положение рабочей точки, мощносп, отдаваемую каскадом, мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора, амплитуды входного тока и напряжения, коэффициент гармоник и коэффициент полезного действия.
Расчет усилителей мощности обычно производят графоаналитичесхим методом. ф 5Л. ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Рассмотрим расчет однотактного усилителя мощности, работающего в режиме А, на примере схемы, приведенной на рис. 5Л. Транзистор включен по схеме ОБ с трансформаторамн на входе и выходе. Начальное смещение задается с помощью источника Е На рис. 5.2 изображено семейство статических выходных характеристик транзистора. Нагрузочная прямая по постоянному току г, (активное сопротивление первичной обмотки выходного трансформатора) идет почти вертикально, и ее пересечение с осью абсцисс определяет напряжение источника коллекторного питания.
Нагруэочная прямая по переменному току К'„(пересчитанное в первичную обмотку выходного трансформатора сопротивление нагрузки) проводится через рабочую точку и пересекает ось абсцисс под меньшим углом. Начальное положение рабочей точки и величина й'„выбираются с учетом рабочей области статических характеристик транзистора. Эта область ограничивается предельно допустимыми напряжением на коллекторе Уь„, током коллектора 1„, и мощностью рассеяния на коллекторе Р, .
Кроме того, при заданном уровне нелинейных искажений рабочая область ограничена минимальными напряжением коллектора У„~и н током коллектора 1„и. Положение рабочей точки и наклон нагрузочной прямой необходимо выбирать внутри указанной обласги таким образом, чтобы амплитуды положительного и отрицательного полупериодов выходного сигнала были равны. В однотактной схеме транзистор отдает колебательную мощность Р = Р /т)т~ 15.1) где т), — к.
п. д. выходного трансформатора. Выходная мощносп. найденная по формуле (5 1), не должна превышать наибольшую мощность рассеяния выбранного транзистора Р „. Отдаваемая транзистором максимальная мощность-зависит от амплитуд переменных составляющих напряжения и тока коллектора: Ю 1 2 15.2) При заданном напряжении источника коллекторного питания начальное положение рабочей точки находят с помощью нагрузочной прямой по постоянному току. Ориентировочно можно считать, что падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора ЬЕ ж0,1Е тогда рабочая точка располагается на вертикали с абсциссой ХУо„= ń— ЛЕ. При зтом максимальная амплитуда выходного сигнала определяется как разность: и = (У,„- ХУ„.и = Ек — АŠ— ХУ„-. (5.3) Из рис.
5.2, учитывая малость величины (У„кв нетрудно получить, что (У„<0,5кУ „„. Максимальная амплитуда тока коллектора определяется на основании рис. 5.2: Хкпик — 1 оп 2 (5.4) Здесь величину 1„< 1„„выбирают в пределах допустимой нелинейности выкодвых характерисшк транзистора Итак, мощность, отдаваемая транзистором, в соответствунлцем масштабе равна полусумме площадей заштрихованных треугольников на рис. 5.2, а мощность, потребляемая от источника питания, Ро = Е,(Хив + Хкмп) Ек)ки (5.5) Рк Ро Рвпи (5.
ку выделяемая на коллекторе транзистора, максимальна в режиме покоя (Р = О). Параметры входной цепи усилителк рассчитывают по входной характериспже 1,=ДХУ,) (рис. 5.3). Величины Хвв и Хвп находят по формулам Хок Хив Хоэ Хви — Хвки— (5.8) %ап Окип Среднее за период входное сопротивление усилителя и необходимая мощность на входе равны 2вУ, (У' + (У," 21,„и Х.'. + 1," (5.9) Тогда коэффициент полезного действия усилителя Рвви пик ~ ХУки Ро 2 Ек 2 где ч = ХУ /ń— козффициент использования напряжения источника питания.
Практически из-за потерь в выходном трансформаторе и цепях смещения КПД усилителей, работающих в режиме А при Пи кк (Уи, составляет 35-40;4, а средний КПД не превышает 10вУв. Мощность Рис. 5.3 21~ 2(~м (~'в + г~э~)(Р~+ гэю) Коэффициент усиления по мощности Кт = Р„(Р„. Нелинейные искаженчя в усилителях мощности обусловлены, во-первых, нелинейностью входной характеристики транзистора и, во-вторых„нарушением эквццистантности выходных характеристик (коэффициент а зависит от значения тока Г,). Нелинейные искажения во входной цепи зависят от отношения внутреннего сопротивт(ения источника входного сигнала К, к входному сопротивлению транзистора К .
Если к входной цепи каскада подключен генератор напряжения (Я, = 0) синусоидальной формы (рнс. 5А, кривая а), то искажения эмиттерного и коллекторного ~оков максимальны. Если ко входу каскада подключен генератор синусонлального тока (К„-+ со), то выходной сигнал имеет практически неискаженную синусоидальную форму (кривая б). При работе от источника сигнала с конечным значением Л, получаются промежуточные значения искажений (кривая в), в этом случае нагрузочная прямая Оа соответствует величине К,.
Итак, для уменьшения искажений во входной цепи следует увеличивать сопротивление Ю„Однако с увеличением К, возрастают потери мощности в источнике сигнала. Обычно выбирают й, =(2+5)й . Искажения, возникающие на выходе каскада, определяются нелинейностью характеристики прямой передачи т„= Дт,). 1 1ев 4 1м ге гт ты Затем находят амплитуды гармоник тока коллектора: 1 1ы = (1кт 1каип + 11 1з) 3 1 Хы =(1ь„— 21р, + 1„и), 4 1 1ы = — ~1 — 1„д„— 2 (1~ — 1з)1, 1м = 2 ь1~ цып — 4 (1г — 1г) + 61аД.
1 Зная зги амнлнтуды, можно подсчитать козффициент гармоник: 1Т+1г +' (5.Н) 12 $ 5.2. ДВУХТАКТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Двухтактные усилители обычно используют в режиме В, когда при поступлении входного синусоидального сигнала оба транзистора работают поочередно, каждый в течение одного Полные искажения усилителя мощности находят, как правило, по сквозной характеристике 1, =1'(Е,) методом пяти ординат.
Для построения сквозной характеристики в точках пересечения статических выходных характеристик с над грузочной прямой следует: 1) отметить значения токов 1„и 1я; 2) по величинам 1я найти на статической входной характеристике величины У„; 3) пользуясь форРис 5.5 мулой Е„= о', + 1,К„рассчитать значения Е„и построить сквозную характеристику 1„=1 (Е,). На рис. 5.5 показано определение с помощью сквозной характеристики токов коллектора 1 и, 1ь 1о„1ь 1 при пяти значениях напряжения источника сигнала: Ее„- Е, 1 1 Ее, — — Е,~ Ее„Ер, + — Е, и Еер+ Ер„.
Мощность, отдаваемая всем усилителем, Р„! Мощность, потребляемая от источника питания обоими тран- зисторамн, (5Л5) (5йй) Рис 5.7 .Юс. 5.б полупериода; в нагрузке токи от обоих транзисторов складываются. На рис. 5.б приведена схема двухтактного усилителя мощности, в котором транзисторы включены по схеме ОЭ. Для уменьшения нелинейных искажений, возникающих из-за большой кривизны начального участка входных характеристик, с помощью резисторов Кь йз устанавливается начальный ток транзисторов 1„„= (0,05 гь 0,15) 1„ Расчет двухтаатного усилителя производят графоаналитнческим методом по семействам статических характеристик одного транзистора. При этом рассчитывается одно плечо схемы, состоящее нз половины первичной н всей вторичной обмотки выходного трансформатора, для половины периода входного я сигнала.
Графики, иллюстрирующие работу двухтактного усилителя мощности в режиме В, приведены на рис. 5.7. Для более эффективного использования транзистора выбрано 17 ж ~к. доп мб,с — 'н 1 -1„. Так как плечи усилителя работают 2 поочередно, то каждое плечо развивает мощносп Р' = Р" = Р„/т) (5.12) Коэффипиенг полезного действия уси- лителя Р я т) = — = — ь. (5.1Я 1'о 4 Из формулы (5.15) видно, что КПД лвухтактного усилителя может теоретически достигать 78,5 ~~~.
На коллекторах обоих транзисторов выделяется мощность Рис. 5.8 2Рк РО (5.16) При работе с сигналом, переменным по амплитуде, расзеиваемая на коллекторах мощность достигает максимума при некоторой промежуточной амплитуде сигнала 1ч = 41„, (Уч„= = ~(7„. '1'огца 2Р„= — Е„)ч — — Г„"тУ = 21 Е ~ — ~ — --4'). 2, 1 (1 Отсюда величина с*, при которой Р„достигает максимума, ';а = — =0,637; тогда т)* = — ф'= 0,5, а Р,.; — —,Р. я Начальное смещение Усе амплитуды входного напряжения Уе„и тока Уе а также входную мощность можно опредепить по входной характеристике 1е = 1(Ге) (рнс. 5.8).
Требуемая входная мощность 1бв('бт ВЮ 2 (5.17) З КОЗЬфнцИЕНт уСИЛЕНИя ПО МОщНОСтв Кр —— Р„(Рм. Линеаризуя входную характеристику, входное сопротивление одного транзистора принимаем равным В„= (5.18) Е~ Для оценки нелинейных искажений строят сквозную харакгеристнку зависимости тока в цепи выходного электрода здного плеча от входного напряжения, приложенного к тому ке плечу, при заданном сопротивлении Е„По сквозной гарахтеристике находят номинальные токи Г„1ь 1'„и, соответствующие напряжениям (У '/за, и У, = О. Пять значений гоков 1„1ь 1,„, (ь Е„ь определяют, предполагая, что в одном плече протекает ток, в 1+ Ь раз, а в другом в 1 — Ь раз отличающийся от номинального, причем токи второго плеча имеют обратное направление. Здесь Ь вЂ” коэффициент асимметрии плеч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
