Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Режимы работы каналов выбираются так, что прималом уровне входного сигнала работает первый канал усилителя, при превышении первого порогового значения включается второй канал, затем придостижении очередного порога – третий. Таким образом, первый канал работает в режиме класса "B", а остальные – в ключевом. Режим работы, использующий разделение усиливаемого сигнала по длительности носит названиережима класса "BF".6.4.3. Использование положительной обратной связиВведение ПОС (рис.6.10, а) осуществляется подключением резистораR1 к сопротивлению нагрузки, которое подключается в цепь питания усилителя. Из схемы видно, что выходные транзисторы включены по схеме с общим коллектором, в результате чего их коэффициент усиления меньше единицы.
Это требует, чтобы управляющее напряжение было больше выходного, которое составляет в пределе 0.5Ео. Предварительный каскад в обычномрежиме такого уровня обеспечить не может, но по цепи ПОС часть переменного выходного напряжения с нагрузки поступает на базы выходных транзисторов, вызывая повышение уровня управляющего напряжения.6.4.4.Мостовые схемыПовышение эффективности в мостовой схеме (рис.6.10, б) выходногокаскада достигается использованием двух двухтактных выходных каскадов,имеющих общую нагрузку, за счет увеличения амплитуды выходного напряжения. Одновременно применение данной схемы позволяет исключить разделительные конденсаторы в выходной цепи, что снижает уровень вносимыхнизкочастотных искажений.86Рис.6.10. Разновидности выходных каскадов6.4.5.
Использование режима класса "D"Существенной особенностью усилителей класса "D" является использование ключевого режима работы транзисторов выходного каскада. Принцип работы усилителя в режиме класса "D" основан на первоначальном преобразовании входного аналогового сигнала в дискретный, а затем после усиления выделении с помощью фильтра основной гармоники усиливаемогосигнала.Рис.6.11. Структурная схема усилителя класса "D"Усилитель, в котором реализуется режим работы класса "D" , содержит (рис.
6.11) генератор прямоугольных (тактовых) импульсов, интегратор,преобразующий первые в треугольные импульсы, компаратор, сравнивающий интегрированный импульс с входным сигналом. Частота тактовых им87пульсов выбирается большей частоты усиливаемого сигнала. Компараторформирует импульс, скважность (q = T/tи) которого пропорциональна амплитуде входного аналогового сигнала. Далее сформированный импульсусиливается до необходимой величины усилителем импульсов и поступаетна фильтр низких частот, который выделяет аналоговый сигнал, поступающий в нагрузку.Такой принцип преобразования аналогового сигнала в последовательность прямоугольных импульсов получил название широтно-импульсноймодуляции (ШИМ).
В зависимости количества различаемых уровней импульсов два (U+max и U-max) или три (U+max, U-max и 0) различаются режим класса"AD" или режим класса "BD".Номинальная выходная мощность, выделяемая усилителем на сопротивлении нагрузки, может быть рассчитана по формуле(0.9 Ео - U нас ) 2Pн =,8 × ( Rн + Rl )(6.29)где Rl - сопротивление индуктивностей схемы.6.4.6. Использование режима класса "Е"Из решения формулы 6.17 относительно уровня входного сигнала следует, что выходная мощность пропорциональна квадрату входного напряжения, а потребляемая мощность изменяется линейно. Поэтому одним из способов увеличения КПД усилителя мощности стал метод, основанный на питании усилителя напряжением, пропорциональным уровню входного сигнала.
Такой режим работы получил название режима класса "Е".6.4.7. Защита выходных каскадовОдним из недостатков бестрансформаторных выходных каскадов является необходимость защиты транзисторов от перегрузок или возможного короткого замыкания на нагрузке.При коротком замыкании ток через транзистор будет определяться напряжением между электродами, равном 0.5Ео и внутренним сопротивлениемсамого транзистора. Поэтому на коллекторе будет выделяться превышающаядопустимую мощность, что приведет к пробою коллекторного перехода и соответственно выходу из строя.Наиболее распространенными способами защиты выходных транзисторов от перегрузки и короткого замыкания являются введение предохранителей, отключающих напряжение питания при превышении выходного токаопределенной величины, введение во входные цепи ограничивающих амплитуду входного сигнала цепей, а также введение дополнительных элементов,запирающих транзисторы при коротком замыкании нагрузки.На рис.
6.12 приведена одна из типовых схем защиты от перегрузки,выполненная на диодах VD1-VD4. При повышении входного сигнала повы-88шается выходное напряжение, которое попирает диоды, вследствие чегоуправляющий сигнал на базах транзисторов уменьшится.Рис.6.11. Схема диодной защиты от перегрузкиВопросы для самопроверки1. Чем вызвана необходимость построения специальных выходных каскадов усиления мощности?2.
Пояснить принцип построения и работы двухтактного каскада.3. Привести энергетические показатели усилителя мощности, работающего в режиме класса "В".4. Показать зависимости энергетических показателей выходных каскадов от уровня входного сигнала.5. Чем вызвано использование в усилителях мощности вместо режимакласса "В" режим "АВ"?6. Привести условия выбора разделительного конденсатора в выходномбестрансформаторном каскаде.7. Каковы особенности трансформаторных усилителей мощности?8.
При каком уровне входного сигнала двухтактные каскады потребляют от источника питания максимальную мощность?9. Чем определяется сопротивление в цепи коллектора трансформаторного каскада по переменному току?10. Пояснить схемы построения фазоинверсных каскадов.11. Пояснить работу усилителя в режиме класса "D".12. Привести методы повышения экономичности выходных каскадов.897. Усилители постоянного тока7.1. Построение усилителей постоянного токаК усилителям постоянного тока (УПТ) относятся усилители, диапазонрабочих частот которых в области низких частот начинается практически отнуля. Для обеспечения такой частотной характеристики в УПТ используетсягальваническая (непосредственная) связь между каскадами и источника сигнала со входом усилителя.Использование непосредственной связи в УПТ привело к необходимости решения ряда возникших проблем.
Первой из них стала необходимостьсогласования уровней потенциалов выходных цепей предыдущих каскадов сдопустимыми уровнями потенциалов входных цепей следующих. Это обусловлено тем, что на выходных электродах, как правило, присутствуют болеевысокие потенциалы, чем требуется на входных. Так, например напряжениеколлектор-эмиттер составляет от нескольких вольт до десятков, а напряжение база-эмиттер – доли вольта. Согласование уровней потенциалов можетбыть произведено введением в цепь межкаскадной связи вспомогательногоисточника, компенсирующего лишнее напряжение Uбэ2=Uк1 – Е, введением вэту цепь гасящего резистора R, на котором погасится падение напряжения иUбэ2=Uк1 – Iб2·R, введением вспомогательного делителя напряжения. Болеечасто согласование уровней потенциалов производится введением в цепиэмиттеров последующих каскадов резисторов, чтобы Uбэ2=Uк1 – Iэ2·Rэ. Приэтом учитывается, что за счет резисторов в цепи эмиттеров появляется отрицательная обратная связь, понижающая коэффициент усиления.Второй проблемой стала необходимость компенсации постоянного напряжения режима покоя на выходе усилителя.
И третьей проблемой являетсяуменьшение так называемого дрейфа нуля, под которым понимается самопроизвольное изменение выходного сигнала. Основными причинами такогоизменения являются влияние температуры на режимы работы каскадов, колебания напряжения питания, изменение параметров элементов схемы в процессе эксплуатации (старение параметров), а также влияние внешних полей.Оценка дрейфа производится изменением выходного напряжения ΔUдр в течение заданного промежутка времени при отсутствии входного управляющего сигнала.
Дрейф нуля ограничивает чувствительность усилителя, поскольку он может превышать уровень полезного управляющего сигнала. Дляоценки влияния дрейфа на чувствительность усилителя используется понятиеприведенного дрейфа нуляU др =DU вых.Ко(7.1)Дрейф нуля – наличие выходного сигнала приотсутствии входного.90Приведенный дрейф – эквивалентное значениевходного сигнала, приводящее к фактическомууровню выходного дрейфа.Третьей проблемой для УПТ является необходимость компенсации постоянной составляющей выходного сигнала. На рис.7.1 приведена схема УПТпрямого усиления, в которой в первом каскаде резистор Rэ введен для термостабилизации режима работы, во втором используется стабилитрон VD длявыравнивания потенциалов. Выходное напряжение снимается с диагоналиспециально построенного моста, который введен для устранения постояннойсоставляющей в выходном сигнале.Рис.
7.1. Усилитель постоянного токаКоэффициент усиления первого каскада рассчитывается как для каскада с ОЭ, охваченного местной обратной связью, а второго – как для обычногокаскада с ОЭ при условии, что Rн » R3//R4.В целях уменьшения дрейфа нуля для питания усилителей постоянноготока применяются стабилизируемые источники питания, во входных каскадах используются малошумящие транзисторы, а сами схемы в основномстроятся в виде мостовых – дифференциальных каскадов.7.2. Дифференциальные каскадыДифференциальный каскад (рис.7.2) представляет собой баланснуюсхему – мост, два плеча которого образованы транзисторами с одинаковымипараметрами, два других - резисторами в цепях коллекторов Rк1 и Rк2 с равными сопротивлениями.
Схема может предусматривать дополнительныеэлементы для выравнивания токов, протекающих через транзисторы.При отсутствии входного сигнала потенциалы на коллекторах одинаковы и напряжение между коллекторами равно нулю. Для уменьшения дрейфа91нуля, а также термостабилизации режима работы введен резистор Rэ, образующий местную отрицательную обратную связь по постоянному току.Рис. 7.2. Дифференциальный каскадВходной сигнал в данном каскаде может подаваться на базу любоготранзистора Uвх1 = Uб1 или Uвх1 = Uб2, от двух источников Uвх1 и Uвх2 на обебазы Uвх = Uвх1 – Uвх2 (дифференциальное включение), от одного источникана обе базы одновременно Uвх = Uб1 = Uб2.
Последний случай подачи входного сигнала носит название синфазного включения, которое равносильно действию дестабилизирующих факторов, приводящих к дрейфу нуля.Выходной сигнал может сниматься с коллектора любого транзистора(Uвых=Uк1=Uк2) или между коллекторами (Uвых=Uк1– Uк2).Если входной сигнал подается на базу первого транзистора и снимаетсяс его коллектора, то выходное напряжение будет отличаться по фазе от входного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
