Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Первым условием является обеспечение заданных частотных искажений1.(6.15)Cp ³22pFн Rн М н - 1Вторым условием выбора является обеспечение небольшого уровняразряда конденсатора ∆Ео в период работы второго транзистораCp ³I km.2pFн DЕо(6.16)Для данной схемы значения отдаваемой Pm и потребляемой Po мощностей соответственно равныU kmEo x 2E xPm ==и Po = 2 × 0.5 Eo × I o = o .2pRн2 Rн8 Rн22279(6.17)6.1.3. Каскады на комплементарных транзисторахОсновное применение среди бестрансформаторных каскадов имеюткаскады на комплементарных и составных квазикомплементарных транзисторах (рис 6.4).Рис.6.4.
Схемы каскадов на транзисторах разного типа проводимостиКаскад на комплементарных транзисторах представляет собой обычный двухтактный каскад с использованием транзисторов разного типа проводимости p-n-p и n-p-n, что дает возможность управления работой каскадомодним входным сигналом. В каскад дополнительно введены элемент термокомпенсации (диод VD) и цепи местных обратных связей, уравнивающиетоки транзисторов.
Транзисторы каскада могут быть включены как по схемес общим эмиттером, так и по схеме с общим коллектором. Последняя схемавключения предпочтительнее, так как она обладает повышенным входнымсопротивлением.Комплементарные транзисторы – транзисторы противоположных проводимостейp-n-p и n-p-n типов.При воздействии положительной полуволны входного сигнала открыттранзистор VT1, а при отрицательной – VT2. С целью достижения болеезначительных коэффициентов усиления по току выходные транзисторы частопринимаются составными. В тех случаях, когда сложно подобрать комплементарные транзисторы достаточно большой мощности, в выходной цепиприменяются транзисторы одинаковой структуры (рис.6.4,б), а предварительные разной проводимости.
Такие каскады носят название каскадов наквазикомплементарных транзисторах.806.2. Трансформаторные каскадыТрансформаторные каскады используются в основном в тех случаях,когда требуемое выходное напряжение превышает напряжение источникапитания или имеются сложности выбора транзистора с высоким уровнем допустимого напряжения Uкдоп.Однотактный усилитель (рис.6.5, а) содержит транзистор с трансформатором в коллекторной цепи, резисторы задания смещения на базе R1 и R2,цепочку термостабилизации RэСэ.
Статический режим работы определяетсяактивным сопротивлением первичной обмотки трансформатора и cопротивлением резистора в цепи эмиттера Rэ, в силу чего линия нагрузки каскада(прямая MN) по постоянному току проводится из точки N (соответсвующейЕо) почти вертикально.Рис. 6.5. Однотактный трансформаторный каскад усиления мощностиПо переменному току транзистор нагружен на приведенное сопротивление, зависящее от коэффициента трансформацииR 'k =U km= r1 + (r2 + Rн ) / n 2 .I km(6.18)В этом случае отдаваемая мощность равна Pm=0.5Ukm×Ikm, что соответствует площади треугольника АBC.При известных сопротивлениях R'к , Rн., принятом значении К.П.Д. коэффициент трансформации можно определить по формулеnтр=Rн .R' к ×hтр81(6.19)Работа каскада происходит следующим образом.
Под воздействиемвходного сигнала происходит пропорциональное изменение тока коллектораотносительно тока в рабочей точке Iко. Это изменение выходного тока, протекая по первичной обмотке трансформатора, создает в ней переменное напряжение и индуцирует во вторичной обмотке ток Iн, который создает выходноенапряжение.В этом случае отдаваемая каскадом мощность равнаPm =U км × I км Рн,=2h тр(6.20)где hтр - коэффициент полезного действия трансформатора.Значения потребляемой мощности каскадом от источника питания икоэффициент полезного действия выходной цепи равныРо = Ео ×Iкоh=(6.21)Рм 1 U км I км 1= ××= ×x ×f .Ро 2 Ео I ко 2(6.22)Так как в идеальном случае коэффициенты использования питания могут быть приняты равными единице x = y = 1, то предельный К.П.Д.
h = 50%.Разность мощностей потребляемой и отдаваемой идет главным образомна нагрев транзистора1(6.23)Рк = Ро - Р м = Р м × ( - 1) .hИз последней формулы следует, что при отсутствии управляющегосигнала вся потребляемая мощность идет на нагрев транзистора. Поэтому условием выбора транзистора для однотактного каскада являетсяРк > (3±4)·Рм.(6.24)При расчете однотактного каскада необходимо иметь в виду, что максимальное напряжение между коллектором и эмиттером может составлятьUкэ=Ео + Uкм = Ео· (1+x )» 2·Ео.(6.25)Поэтому с учетом запаса транзисторы выбираются на напряжениеUкэдоп³2.5Ео.(6.26)82Двухтактный каскад имеет большее распространение, так как обладаетболее высокой экономичностью и большим уровнем коэффициента полезного действия.
Повышение экономичности достигается использованием режимов классов "B" или "АВ". Принципиальная схема каскада показана на рис.6.6, а поясняющие работу каскада в режиме класса диаграммы – на рис.6.1.Рис. 6.6. Схема двухтактного трансформаторного каскадаКаскад содержит два транзистора, начальный режим которых задаетсярезисторами R1-R4. В случае использования режима класса "B" резисторыR1 и R3 из схемы исключаются. В отсутствие входного сигнала напряженияна базах обоих транзисторов относительно эмиттеров равны нулю и токиколлекторов также равны нулю. Каждый транзистор схемы работает только втечение половины периода действия входного сигнала, для чего на базытранзисторов подаются одинаковые по амплитуде и отличающиеся по фазена 180о входные сигналы Uвх1 Uвх2.Благодаря магнитной связи между обмотками трансформатора во вторичной обмотке проходит синусоидальный ток.Энергетические параметры каскада рассчитываются для одного транзистора (одного плеча) за половину периода усиливаемого сигнала.
Значенияпараметров аналогичны параметрам бестрансформаторного каскада с учетомпотерь мощности в трансформаторе Pm=Pн/ήтр.Выбор транзисторов для схемы производится по допустимой мощностирассеяния на коллекторе и частотным свойствам по тем же условиям, что идля бестрансформаторного каскада. Отличным условием является условиевыбора транзистора по максимальному напряжению между электродами, которое Uкэмах= Ео + Uкм.Достоинствами двухтактного каскада кроме повышенной экономичности является минимальное потребление мощности от источника питания приотсутствии управляющего сигнала.836.3. Фазоинверсные каскадыФазоинверсные каскады предназначены для получения двух выходныхсигналов, равных по амплитуде и противоположных по фазе, необходимыхдля обеспечения работы двухтактных каскадов усиления мощности (рис.6.1,рис. 6.3, и 6.6).
В качестве такого каскада могут использоваться однотактныйтрансформаторный каскад, каскады с разделенной нагрузкой, с транзисторами разной проводимости и с эмиттерной связью.6.3.1. Трансформаторный каскадТрансформаторный инверсный каскад строится по схеме однотактногоусилителя мощности (рис.6.7, а). Вторичная обмотка согласующего трансформатора, включенного в выходную цепь активного элемента, состоит издвух полуобмоток, каждая из которых подключается к одному из входов выходного каскада. Равенство амплитуд выходного напряжения достигаетсявыбором одинакового числа витков в частях вторичной обмотки трансформатора. Фазы каждого выходного сигнала относительно средней точки противоположны (φ1 =φ2 + p).6.3.2.
Каскад с разделенной нагрузкойВ рассматриваемом каскаде (рис. 6.7,б.) первый выходной (Uвых1) сигнал, противоположный по фазе входному, снимается с коллектора, а второй(Uвых2), совпадающий по фазе с входным – с эмиттера. Для обеспечения равенства обоих выходных сигналов по амплитуде сопротивления резисторов вцепях коллектора Rк и эмиттера Rэ принимаются равными.Рис.6.7. Фазоинверсные каскадыМаксимальный неискаженный выходной сигнал в схеме составляетUкм1= Uвых1+ Uвых2 < 0.3 Ео. Как видно из схемы каскада, в нем действует отрицательная обратная связь, повышающая входное сопротивление. В тожевремя выходные сопротивления каждого выхода отличаются по величине,что приводит к несимметричности выходных сигналов.846.3.3.
Каскад с транзисторами различной проводимостиВ рассматриваемой схеме (рис.6.8, а) осуществляется последовательное питание транзисторов. Часть каскада, образуемая транзистором VT1, представляет собой схему с общим эмиттером, а другая на транзисторе VT2 – схему собщей базой. Сопротивления в цепях коллекторов транзисторов выбираютсяиз условия R3=R5=(2±5) · Rн. Ток транзисторов в рабочей точке должен бытьне менееIко>Uвых1/Rвхок + Uвых1/ R3.(6.27)Достоинствами схемы являются симметрия выходных параметров.Рис.6.8. Фазоинверсные каскады6.3.4. Каскад с эмиттерной связьюКаскад с эмиттерной связью (рис.6.8, б) состоит из двух плеч, первое изкоторых представляет собой каскад с общим эмиттером, а второе – каскад собщей базой.
Такое включение обеспечивает противоположность фаз выходных сигналов Uвых1 и Uвых2. Для получения выходных сигналов, равных поамплитуде, для обеих частей выбирается транзисторы одного типа с равнымипараметрами, сопротивления в цепях коллектора выбираются также одинаковыми. Управление работой второго плеча производится сигналом, формируемым током первого транзистора на резисторе в цепи эмиттера Rэ.Ток коллектора каждого транзистора в режиме покоя без учета входного сопротивления оконечного каскада должен составлять значениеIко= Iкmin + Iвхок + Uвых / Rк .85(6.28)6.4.
Методы улучшения показателей6.4.1. Составные каскадыСоставные усилители мощности (рис.6.9) содержат несколько параллельно работающих выходных каскадов, подключенных к общей нагрузке.Разбиение усиливаемого сигнала может производиться как по уровню, так ипо длительности (времени).Рис.6.9. Структурная схема составного усилителяВ первом случае (класс "BC") каждый каскад работает с определеннымуровнем входного сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
