Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Максимальная амплитуда тока коллектора определяется на основании рнс. 5.2: Здесь величину 1, кх с Хк и выбирают в пределах допустимой нелинейности выходных характеристик зранзистора. Итак, мощность, отдаваемая транзистором, в соответствующем масштабе равна полусумме площадей заштрихованных треугольников на рис. 5.2, а мощность, потребляемая от источника питания. Тогда коэффициент полезного действия усилителя где ~ =-()к /Ех — коэффицяент использования напряженпя источника питания. Практически из-за потерь в выходном трансформаторе и цепях смещения КПД усилителей, работающих в режиме А при (Х,„ = (Х„„ „, составляет 35 — 40%, а средний КПД не превышает 10%.
Мощность выделяемая на коллекторе транзистора, максимальна в режиме покоя (Рп = О). Параметры входной цепи усилителя рассчитывают по входной характеристике 1, =-1((Х,) (рис. 5.3). Величины Хв и 1, находят по формулам (5.8) а„' ' " Пп Среднее за период входное сопротивление усилителя н необходимая мощность на входе равны 2и.„. и„„, + и„". 21'ххп Ххп + Ххп 21 ° 2(/,я„(У; + (I," )(1,'„+ 1, ) 8 8 Коэффициент усиления по мощности Кр = Р„ХР,„. Нелинейные искаженчя в усилителях мощности обусловлены, во-первых, нелннейностью входной характеристики транзистора и, во-вторых, нарушением эквидисгантностн выходных характеристик (коэффициент а зависит от значения тока Хх).
Нелинейные искажения во входной цепи зависят от отношения внутреннего сопротивления источника входного сигнала й, к входному сопротивлению транзистора И . Если к входной цепи каскада подключен генератор напряжения (йх = О) сннусоидальной формы (рис. 5.4, кривая а), то искажения змиттерного и коллекторного токов максимальны.
Если ко входу каскада подключен генератор синусоидального тока (Хх,-к со), то выходной сигнал имеет практически неискаженную синусоидальную форму (кривая б). При работе от источника сигнала с конечным значением Рп. получаются промежуточные значения искажений (кривая е), в этом случае пагрузочная прямая Оа соответствует величине й, Итак, для уменьшения искажений во входной цепи следует увелнчввать сопротивление Ю„. Однако с увеличением Я, возрастают потери мощности в источнике сигнала. Обычно выбирают Хх„= (2 —;5)й,„.
Искажения, возннкающие на выходе каскада, определяются нелннейностью характеристики прямой передачи Хк кп ЯХ,). 1! бж 12 1к ты На рис 5.5 характеристики пяти значениях 1 1,! — — (1 — 1, !, + 1! — 12), 3 (5.13) 1 1к2 (1пп 21ок + 1кппп) к 4 пп 1 о 2Ек + 1кпйп 1 1.! = — Рпп — 1... — 2 (1! — 12)Ъ 6 (5.14) 1Эб 1Зт 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 нагрузочной прямой слелует: 1) отметить значения токов 12; и 1„; 2) по величинам 1и пай~и на статической входной харакгеристнке величины С!„; 3) пользуясь формулой Е„= 17, + 1,й„рассчитать значения Еи и построить сквозную характеристику 1к =1(Е,).
показано определение с помощью сквозной токов коллектора 1к кп 12, 1О„1ь 1к„прн напряжения источника сигнала: ń— Е,„, 1 1 Ео — — Еккп Ео! Ев + 2 Ект и ЕВ + Екп. 2 Затем находят амплитуды гармоник тока коллектора: 1 1м = — акт — 1 пп — 4 (1! — 12) + 61ок). Зная эти амплитуды, можно подсчитать коэффициент гар- (/12 + 12 + 12 (5.1 1) 1к! в 5.2. ДВУхтАктный тРАнсФОРмАтОРный УСИЛИТЕЛЬ Двухтактные усилители обычно используют в режиме В, когда при поступлении входного сянусондального сигнала оба транзистора работают поочередно, каждый в течение одного полупериода; в нагрузке токи от обоих транзисторов складываются.
На рис, 5.6 привелена схема двухтактиого 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 йь К2 устанавливается начальный ток транзисторов 1, ы = (0,05 —:0,1211!Оп Расчет двухтактного усилителя производят графоаналитическим методом по семействам статических характеристик одного транзистора.
При этом рассчитывается одно плечо схемы, состоящее нз половины первичной и всей вторичнои обмотки выходного трансформатора, для половины периода входного сигнала. Графики, иллюстрирующие работу двухтактного усилителя мощности в режиме В, приведены иа рис. 5.7. Для более эффективного использования транзистора выбрано Нк ж и„, Е„( — '- и 1к„ж1,. Так как плечи Усил2г2елЯ Работают 2 поочередно, то каждое плечо развивает мощность Р' = Р" = Рк/2) (532) Мощность, отлаваемая всем усилителем, Рп Р = — "= — 1кп(1к„. 2 "'" Мотцносточ потребляемая от источника питания обоими тран- зисторами, т) = — = — 1„(5.15) Р и Ре 4 Рис.
5.8 2Р„= Ре — Р. (5.)б) 1ь ()ь. 2 (5ду) (5.18) (у Е 22» Е и» »Н )») (5.19) (5.20) при вы- (5.21) 139 138 Коэффициент полезного действия уси- лителя Из формулы (5Д5) видно, что КПД двухтактного усилителя может теоретически достигать 78,5 ',м На коллекторах обоих транзисторов выделяется мощность При работе с сигналом, переменным по амплитуде, рассеиваемая на коллекторах мощность достигает максимума прн некоторой промежуточной амплитуде сигнала 1„",„= г)„, (I».,„= 2(' Н»2" Тогда Отсюда величина Ь,», прн которой Р„достигает максимума, 1» = — = О,б37; тогда т)» = — г» = 0,5, а Р„„,„,= —;Р. я Начальное смещение Пм амплитуды входного напряжения 12'е„и тока 1в а также входную мощность можно определить по входной характеристике 1е =1'((1е) (рис.
5.8). Требуемая входная мощность а коэффициент усиления по мощности К„= Р 1Р„. Линеаризуя входную характеристику, входное сопротивленне одного транзистора принимаем равным )~ВН 11в. 1е»2 Для оценки нелинейных искажений строят сквозную характеристику зависимости тока в цепи выходно2.о электрода одного плеча от входного напряжения, приложенного к тому же плечу, при заданном сопротивлении Я По сквозной характеристике находят номинальные токи 1' 1'„ 1'„ и, ссютветствующие напряжениям (7„, 212(1, и (1, = О. Пять значении токов 1„1ь 1м, 1ь 1„в определяют, предполагая, что в одном плече протеькает 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. Тогда 1„. = (1+ Ь)1'„»„1, =(1+ Ь)1ь 1,„=(1 + Ь)1»м„— (1 — Ь) 1„ 12 (1 Ь) 12 1» ннн (1 Ь) 1» Далее определяют амплитуды гармоник тока коллектора: 2,, Ь 1.2 = — (1',. + Ю 1а = 2 (1' — 21». ы), 1, 2 Ь (»2 = — (1',Н вЂ” 212), 1»4 = — (1,~ — 412 + 61»м»). Коэффициент гармоник рассчитывают по формуле (511):„ как и в случае однотактного усилителя с режимом А. Для получения наименьшего значения К„при максимальной расчетной величине 1'„„смещение целесообразно брать таким, чтобы получить 1; = 0,51„„.
При этом амплитуда третьей гармоники 1„2 равна нулю. 8 5.5. БЕСП'АНСФОРМАТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ В настоящее время большое распространение получили бестрансформаторные усилители мощности. Преимуществами таких усилителей являются их неболыпие габариты, возможность использования разработанных ИМС, малые частотные искажсння. Простейпшм бестрансформаторным усилителем мощности, работающим в режиме А, может служить эмвттерный повторитель с дополнительным источником питания (рнс. 5.9). Максимальный размах напрюкения на нагрузке в случае симметричного питания ! Е„) = ) -Е» ) ограничивается амплитудой отрицательной полуволны и опрелеляется по формуле прн этом мощность в нагрузке 2 и',„ »2». 2 »„22», »,) Максимальное значение мощности будет достигаться полнении условия Е„ = Я: Р„Е',Д8Е,).
Г'„,„= Е„, (5.2б) 172» и ~» (527) Рис. 5.9 Рис. 5.10 (522) (5.23) Мощность 1 т Ро 1 н 1 кэ (5.24) 1о ~ (О 05 + 0 15) 1 .. (5.32) 141 Мощность, потребляеь1ая от источника питания, Ро 2Е»о/Кь тогда коэффициент полезного действия г) = Р /Ро = '/и 6,25%. рассеиваемая на транзисторе, максимальна в режиме покоя (Р. = О): Р, = Ез/К = 8Р„ (5.25) Рассмотренная схема обладает двумя особенностями„характерными для режима А.
Во-первых, ток через транзисз.ор никогда не равен нулю, во-вторых, мощность, потребляемая от источника питания„ постоянна В эмиттерном повторителе с дополнительным источником питания мощность в нагрузке ограничена конечным значением тока, протекающего через резистор Е„ Существенно большей мощности в нагрузке и более высокого коэффициента полезного деиствня можно достигнуть в двухтактнсм усилителе мощности. Схема двухтактного эмпттерного повторителя на транзисторах противоположного типа проводимости, образующих так называеь2у~а комплементарную пару, приведена на рис.
520. При положительных входных сипилах транзистор Т, работает как змитторный повторитель, а транзистор Т, закрыт, Прн отрицательных входных начряженцях ситуация меняется па протошоположную. Таким образом, транзисторы работают попеременно, каждый в течение одного полупернода входного напряжения. При (У„= 0 оба транзисгора заперты. Следовательно, схема имеет малый ток покоя, что характерно для режима В. Максимальный размах напряжения на нагрузке при симметричном питании )+Е„) = (-Е„~ достпгаег значения если учесть, что напряжение между коллектором и эмизтером транзистора, работающего на границе ре:кима насыщения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
