Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Это приводит к уменьшению напряжения uRK\ иувеличению напряжения uKi. В результате напряжениеивых.^ифувеличивается. Если напряжение ^вх.диф чрезмерно велико, то транзистор может войти в режимнасыщения, а транзистор в режимотсечки. При отрицательном напряжении Ивх.диф транзисторыменяются ролями.На практике широко используются также дифференциальныеусилители на полевых транзисторах.Проведем количественный анализ рассмотренного выше усилителя(рис. 2.36).
Пусть идцф = 0 и установленОглавлениефиксированный ток /0. Обозначим через /*СП,/*СГ2 статическиекоэффициенты передачи тока базы, а через j8, ,Р2 динамическиекоэффициенты соответственно для транзисторов Т! И Т2. Если Рсп = РСТ2= Рст, А = Рг = Р, тогда в начальном режимеТакойначальныйрежимработыобеспечиваетмаксимальновозможный диапазон изменения напряжений икХ,ик2 И ивых.диф (— Ек...+ Ек).Определим коэффициент усиления по напряжению длядифференциального сигнала К$иф.
Пусть под воздействием входногодифференциального напряжения и^диф токи i6l и i62 получилиприращения, модуль которых обозначим через |Д/6|. Если и^диф > 0. топриращение тока i62Нетрудно заметить, чтоС учетом выражений для ивхдиф и ивыхдиф получимбудет положительным, а тока i6l — отрицательным. Если вэквивалентной схеме транзистора учитывать сопротивление г, и неучитывать сопротивление гл, тоКак известно, при увеличении начального тока в цепиэмиттера величина гэ уменьшается, а при уменьшении увеличивается.Поэтому при увеличении тока /0 коэффициент К$иф увеличивается.
Этопозволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режимработы усилителя.Усилитель постоянного тока с модуляцией и демодуляцией(усилитель типа МДМ)В усилителях рассматриваемого типа входной постоянный илимедленно изменяющийся сигнал, как уже отмечалось, преобразуется(модулируется) в переменный повышенной частоты.
Полученный сигналусиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем вновьпреобразуется(демодулируется)впостоянныйилимедленноизменяющийся. Частота переменного напряжения часто составляет десяткикилогерц.Структурная схема усилителя типа МДМ приведена на рис. 2.37.Модулятор преобразует постоянный или медленно изменяющийся входнойсигналвпеременноенапряжениесчастотойУоП,определяемойгенератором опорного напряжения, и амплитудой, пропорциональнойвходному сигналу.
Переменное напряжение ии с выхода модуляторапоступает навходнизкочастотногоусилителяпеременногоДемодулятор — фазочувствительный выпрямительтока.— преобразуетпеременное напряжение в постоянное, причем величина постоянногоОглавлениенапряжения пропорциональна амплитуде переменного напряжения, аследовательно, пропорциональна входному сигналу.Временные диаграммы указанных на схеме напряжений, поясняющиеработу усилителя, приведены на рис. 2.38.ОглавлениеВследствиетого,чтовусилителяхтипаМДМразорваныгальванические связи между каскадами, удается достичь высокого качестваусиления, так как дрейф нуля в данной схеме отсутствует. Такие усилителимогут использоваться в высокоточных (прецизионных) устройствах.
Ещеодним достоинством усилителей типа МДМ является возможностьизолировать с помощью трансформатора входную и выходную части.Изолирующие усилители широко используются, к примеру, в медицинскойэлектронике.УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ (мощные выходные усилители)Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный дляобеспечения заданной мощности нагрузки Рц при заданном сопротивлениинагрузки Rjj. Усилитель мощности является примером устройств силовойэлектроники. Основная цель при разработке таких устройств состоит в том,чтобы отдать нагрузке заданную мощность.В противоположность устройствам силовой электроники припроектировании устройств информативной (информационной) электроникиосновная цель состоит в том, чтобы выполнить заданную обработку сигналаи получить выходные сигналы, содержащие ту или иную информацию овходных.
В качестве примера можно назвать устройства, определяющие вкакой момент времени входной сигнал принимает максимальное значение.В устройствах информативной электроники, как правило, стремятся снизитьмощность обрабатываемых сигналов до такого уровня, при которомпомехоустойчивость устройства еще приемлема. В устройствах силовойэлектроники такую задачу в соответствии с изложенным нельзя ставить впринципе.Реальное устройство может содержать черты как силовой, так иинформативной электроники, но об указанномразличии следует постоянно помнить. Необходимо отметить, чтофункции устройств информативной электроники все чаще берут на себямикропроцессоры. Но микропроцессоры, естественно, не в состояниивыполнять функции устройств силовой электроники.На усилитель мощности, как правило, приходится подавляющая частьмощности, потребляемая тем устройством, составной частью которого онявляется.Поэтомувсемерноевниманиеуделяетсяповышениюкоэффициента полезного действия усилителя мощности.
Другой важнойпроблемой является уменьшение габаритных размеров и веса усилителямощности, так как они часто определяют габаритные размеры и вес всегоОглавлениеустройства. Проблемы повышения коэффициента полезного действия иуменьшения габаритных размеров тесно связаны, потому что габаритныеразмеры и вес усилителя сильно зависят от габаритных размеров и весаохладителей. Чем больше коэффициент полезного действия, тем меньшегабаритные размеры и вес усилителя.Транзисторы усилителей мощности работают в режиме большогосигнала, когда амплитуды переменных составляющих токов и напряженийдостаточно велики. При этом заметно проявляются нелинейные свойстватранзисторов и возникают нелинейные искажения входного сигнала. Сдругой стороны, обычно не допускается, чтобы выходной сигнал былсильно искаженным.Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя мощностисущественно зависят от начального режима работы, причем нелинейныеискажения обусловливаются нелинейностью не только входных, но ивыходных характеристик транзисторов, так как они работают в режимебольшогосигнала.Минимальновозможныйуровеньнелинейныхискажений можно обеспечить в режиме класса А, а максимальновозможный КПД — в режиме классов В или АВ.Усилители мощности бывают однотактные и двухтактные, причемпервые работают в режиме класса А, а вторые — в режиме классов В илиАВ.
Однотактные усилители мощности применяются при относительномалых выходных мощностях (единицы ватт).Тогдамаксимальноопределится выражениемвозможнаямощностьнагрузкиРнмаксВ соответствии с требованием обеспечить заданную мощностьнагрузки Рц при разработке усилителя мощности должен быть решенвопрос о соответствующем выборе напряжения питания усилителя Е.Предположим, что усилитель с указанным напряжением питания можетсоздать на нагрузке синусоидальный сигнал с максимально возможнойамплитудой напряжения откудаЕсли по каким-либо причинам выбрать полученное значение Е непредставляется возможным, для согласования усилителя и нагрузки можноиспользовать трансформатор.
Однако трансформатор часто являетсянежелательным элементом усилителя мощности, так как это сравнительнодорогое и сложное в изготовлении устройство.Рассмотрим согласование нагрузки и усилителя с помощьютрансформатора (рис. 2.39). Через W, и W2 обозначено соответственноколичество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, а черезивых и Reblx — соответственно выходное напряжение и выходноесопротивление усилителя.При определении мощности нагрузки эту схему можно заменитьэквивалентной схемой, приведенной н i рис. 2.40.
В ней через Я'цобозначено приведенное сопр отивление нагрузкиОглавлениеЩгде п — коэффициент трансформации =WjИзменяякоэффициенттрансформации,можнодобитьсянеобходимого согласования усилителя и нагрузки, причем известно, чтомаксимальная мощность в нагрузку отдается при Reblx = R'H. Отсюдаопределим оптимальное значение коэффициента трансформации:Трансформаторные усилители мощностиРассмотримоднотактныйусилительмощности,вкоторомтрансформатор включен по схеме с ОЭ (рис. 2.41). Трансформаторы ТР| иТРг предназначены для согласова-ния нагрузки и выходного сопротивления усилителя и входногосопротивления усилителя с сопротивлением источника входного сигналасоответственно. Элементы R и D обеспечивают начальный режим работытранзистора, а Сувеличивает переменную составляющую, поступающую натранзистор Т.Для анализа схемы изобразим семейство выходных характеристиктранзистора, линии нагрузки и временные диаграммы (рис.
2.42). Линия 1— это линия нагрузки по постоянному току, выходящая из точки,соответствующей Ек, а наклон ее определяется омическим сопротивлениемпервичной обмотки трансформатора ТР2. Точка 0 является начальнойрабочей точкой транзистора. Через нее проходит линия нагрузки попеременному току2,наклонкоторойОглавлениеопределяетсяприведеннымсопротивлениемнагрузки. Из графических построений следует, что напряжение натранзисторе может достигать почти удвоенной величины Ек.где Р'н — выходная мощность, приведенная к первичной обмоткетрансформатора ТР2;Проведем количественный анализ рассматриваемой схемы:где т| 77» — КПД ТР2 (Лг/>= °»75 + 0,95).Мощность, потребляемая усилителем от источника питания, Рпптр =Ек ■ 1КН. Следовательно, КПД усилителяРассмотримдвухтактныйусилительмощности(рис.2.43).Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис.
2.43, а), либос ОБ (рис. 2.43, б).Для идеального усилителя Um = Е&, 1^ — /кн> Чтр ~ 1» аследовательно, теоретический КПД усилителя Чтеор~ = 0,5. Реальный жеКПДОбе схемы могут работать в режиме класса В (резисторы R\ и R2 неиспользуются) либо в режимах классов АВ или А (резисторы R\ и R2обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).ОглавлениеВременные диаграммы, соответствующие классу В (рис. 2.44),показывают, что двухтактный усилитель можно рассматривать как двенезависимыесхемы,полупериодавходногоработающиесигнала.поочередно,Проведемкаждаявтечениеколичественныйанализдвухтактного усилителя, работающего в режиме класса В при включениитранзисторов по схеме с общей базой (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
