Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Объяснить принцип действия низкочастотной коррекции.8. Объяснить влияние емкости конденсатора цепи низкочастотной коррекции на увеличение частотного диапазона.9. Объяснить принцип работы высокочастотной коррекции за счет отрицательной обратной связи Z- типа.10. Объяснить понятие эффективности цепи коррекции.11. Объяснить понятие оптимальности значении коэффициента высокочастотной коррекции.12.
Привести эквивалентной схемы каскада с общим истоком с цепьюпараллельной высокочастотной коррекции.13. Привести эквивалентной схемы каскада с общим эмиттером с цепью высокочастотной коррекции за счет ООС Z- типа.14. Объяснить принцип использования метода Брауде.15. Привести эквивалентной схемы каскада с общим истоком с цепьюнизкочастотной коррекции.16. Привести амплитудно-частотные характеристики усилителя сэмиттерной высокочастотной коррекцией при различных значениях емкостикорректирующего конденсатора.736. Усилители мощностиКаскады усиления мощности предназначены для обеспечения в нагрузке заданной мощности сигнала при минимальных нелинейных и линейныхискажениях сигнала и при наименьшем потреблении энергии от источникапитания.
Эти каскады применяются на выходе усилителя, поэтому они могутносить название выходных или оконечных.В зависимости от места применения различаются апериодические и резонансные усилители мощности. Первые применяются для усиления звуковых и видеосигналов. Резонансные усилители мощности находят применение в передающих устройствах для усиления узкополосных радиочастотныхколебаний.Усилители мощности имеют ряд особенностей и соответственно дополнительные характеризующие их работу параметры. К ним относятся уроU ×Iвень отдаваемой в нагрузку мощности Pm = U × I = m m , уровень потреб2ляемой мощности Ро=Eo·Io, коэффициент полезного действия h =Pm/Po.Особенностями каскадов усиления мощности являются:- работа выходных транзисторов в широком диапазоне токов и напряжений (режиме “большого” сигнала) с использованием нелинейной областиВАХ, так как уровень отдаваемой мощности активным элементом зависит отстепени его использования. В пределе ток коллектора транзистора можетдостигать тока насыщения, а напряжение между электродами - Uост;- в целях повышения степени использования и экономичности преимущественное использование режимов работы классов "В" и "АВ".В общем случае любой из ранее рассмотренных каскадов также способен отдавать в нагрузку определенную мощность.
Однако, коэффициент полезного действия у этих каскадов достаточно низок. Например, у каскада собщим эмиттером (рис.4.1) с непосредственным включением сопротивлениянагрузки в цепь коллектора в предельном случае (Uкm=0.5Ео, Iкm=Iко) КПД бу0.5Eo × I kmдет всего составлять h =× 100 = 25%. В стандартном каскаде с емко2 E × I костной связью с нагрузкой при реальных значениях амплитуд тока и напряжения КПД будет менее 12%.Экономичность усилителя мощности зависит от степени использованияисточника питания, которая оценивается значениями питающего напряженияЕо, потребляемого усилителем тока Io и коэффициентами использования источника питания по напряжению ξ и току ψx=IU km, f = km .EoIo74(6.1)С учетом коэффициентов ξ и ψ отдаваемая каскадом мощность и егокоэффициент полезного действия равныPm= 0.5Ukm×Ikm= 0.5ξ×ψ×Eo×Io,(6.2)h = Pm / Po= 0.5ξ×ψ.(6.3)Разница между потребляемой каскадом мощности и отдаваемой теряется на элементах схемы каскада, большая часть этой мощности идет на нагрев активного элементаPk = Po - Pm = Pm ×(Po/Pm- 1) = Pm ×(2/ξ×ψ - 1).(6.4)Выходные каскады могут выполняться по однотактной или двухтактной схемам, в которых могут быть использованы все три схемы включениятранзисторов.
Связь усилителя мощности с нагрузкой может быть гальванической, трансформаторной или емкостной.6.1. Бестрансформаторные каскады6.1.1. Каскад на транзисторах одинаковой структурыВ настоящее время распространение получили бестрансформаторныекаскады, которые имеют ряд преимуществ перед трансформаторными, основными из которых являются меньшие габариты и вес, а также меньшийуровень вносимых искажений.
Бестрансформаторные каскады выполняютсяпо двухтактным схемам, работающим в режиме классов B" или "AB", и могутбыть построены на транзисторах одного вида проводимости или на комплементарных транзисторах (разного типа проводимости). На рис.6.1 приведенаупрощенная базовая схема бестрансформаторного каскада, выполненная натранзисторах одного типа проводимости.Рис.6.1. Схема бестрансформаторного каскада75Анализ работы двухтактного проводится с использованием выходныххарактеристик транзистора для одной половины схемы (одного плеча). Питание каскада производится от двух источников питания, вследствие чего сопротивление нагрузки подключается между транзисторами и общей точкойисточников.Особенностью двухтактного каскада является поочередность работыкаждого транзистора, для чего на входы каждого транзистора подаются одинаковые по амплитуде и отличающиеся по фазе на 180о входные сигналы Uвх1Uвх2.
В результате этого каждый транзистор работает только в течение половины периода действия входного сигнала. При использовании транзисторовобратной проводимости (n-p-n-типа) под действием входного сигнала черезтранзисторы ток протекает, когда на базах действуют сигналы положительной полярности (рис.6.1,в).Энергетические параметры каскада определяется также для одноготранзистора (одного плеча) за половину периода усиливаемого сигнала.В этом случае мощность, отдаваемая транзисторами равнаPm= 0.5Uкм·Iкм.(6.5)Поскольку в процессе работы через каждое плечо протекает пульсирующий ток (рис.6.1, в), то его среднее значение равноI1 pIo =× ò I × sin wtdwt = км .(6.6)p2p 0 кмПотребляемая каскадом мощность от источника питанияРо = 2·Ео·Iо,(6.7)Коэффициент полезного действия каскадаh=PmUIp= км × км = × x .Po 2 × Ео I o4(6.8)В пределе, когда Uост=0, коэффициенты использования источника питания x = y = 1 и коэффициент полезного действия h = 78%.Мощность, рассеваемая на коллекторе одного транзистора, равна разности потребляемой и отдаваемой мощностей11 U км Ео U 2 км U 2 км x x 2Рк = × ( Ро - Рм ) = ××=×(- ).Rк22 Rк p4 Rк2p476(6.9)В связи с тем, что величина потребляемой мощности зависит от уровнявходного сигналаIK × U вхUРо = 2·Ео·Iо = 2 Eo k m = 2 Eo × km = 2 Eo ×,ppRнpRнто от него будет также зависеть мощность рассеяния на транзисторе.
Определение максимальной рассеиваемой мощности производится решением полученной функции (6.9) на экстремум. Для этого находится производная dРк /dxи приравнивается нулюdР1 x=- = 0,dx 2p 2(6.10)откуда находится критическое значение коэффициента использования источника питания по напряжению xmax=2/p, при котором каскад потребляет от источника питания максимальную мощность. Подставляя полученное значениекоэффициента x в (6.9), находится максимальная рассеиваемая мощность навыходном электроде активного элемента2Pk max2EE1 1= o × ( - 2 ) = 2o .Rн p pp Rн(6.11)Из последней формулы, используя соотношениеU kmEo × x 2Pm ==,2 Rн2 Rн22находится условие выбора транзистора по мощностиРкдоп ³ 0.25Рм.(6.12)Рассмотренный каскад имеет существенные недостатки, связанные сразными схемами включения транзисторов.
Транзистор VT1 включен посхеме с общим коллектором, а транзистор VT2 – по схеме с общим эмиттером. Известно, что схемы включения транзисторов отличаются по уровнямкоэффициентов передачи входного ток h21, а также значениям входного ивыходного сопротивлений.
Эти различия определяют разные уровни усиления полуволн входного сигнала, что приводит к дополнительным нелинейным искажениям. Также недостатками схемы являются необходимость применения двух источников симметричного питания и специального предварительного каскада, формирующего два противофазных управляющих сигнала.77Работа двухтактного каскада в режиме класса "B" характеризуется значительными нелинейными искажениями синусоидального сигнала, что подтверждается сопоставлением входного и выходного сигналов (рис.6.2,а). Этовызвано тем, что при малых уровнях входного сигнала транзисторы остаютсязакрытыми из-за сдвига входных характеристик, а также наличием нелинейных участков в их начале.
Поэтому пока уровень входного сигнала не превышает напряжение между базой и эмиттером порядка 0.3-07 В в зависимости от типа транзистора, ток коллектора отсутствует. При увеличении входного сигнала более напряжения отсечки происходит нарастание тока рабочего транзистора.Рис. 6.2. Нелинейные искаженияУменьшение данных нелинейных искажений производится переводомтранзистора в режим работы класса "AB", для чего на базы транзисторов подается небольшое смещение, соответствующее началу линейного участка ихвольтамперной характеристики, чем самым исключается использование участка входной характеристики до напряжения отсечки.
В этом случае входнойсигнал воздействует на уменьшение базового тока одного транзистора и увеличения другого, в связи с чем, результирующая входная характеристика какбы сдвигается и суммарная кривая выходного тока повторяет форму входного сигнала (рис. 6.2, б).Режим класса "АB" менее экономичен, поскольку потребляемый токвозрастает на величину тока в рабочей точке "А" (рис.6.3,б), который составляет порядка (0.05÷0.1)Iкм.С учетом тока покоя общий потребляемый ток равенIо = 2·(Iко + Iкм / π).(6.13)Увеличение потребляемого тока и некоторое уменьшение коэффициентов использования источников питания x и y приводит к изменению условиявыбора транзисторов по мощностиРкдоп ³ (0.4÷0.6)Рм.78(6.14)6.1.2. Каскад с разделительным конденсаторомВ следующей схеме (рис.6.3, а) используется один источник питания,поэтому нагрузка подключена к каскаду через разделительный конденсатор.В статическом режиме напряжение коллектор – эмиттер каждого транзистораравно Uкэ =0.5Ео.
При этом в течение времени, когда закрыт транзистор VT1,конденсатор выполняет функцию источника питания, подзаряжаясь в периодработы транзистора VT1 от источника питания.Рис.6.3. Схема бестрансформаторного каскада с одним источником питанияОпределение емкости разделительного конденсатора производится ссоблюдением двух условий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
