Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 51
Текст из файла (страница 51)
стора, вклюиеииосо по схеме с ОЭ Нелинейность приращений кол- в усилителе мошиости Если зависимость (11.9) линейна, то все производные, начиная со второй, и все члены ряда, начиная с третьего, также равны нулю. Если условие линейности не выполняется, то членами, начиная с третьего, можно пренебречь только при усилении малых сигналов, когда Овб/в (!вхо) (й!вх) «!'(!вхо) Л!вх.
Если сигналы нельзя считать малыми, т. е. нельзя пренебречь, например, третьим и четвертым членами, то эти слагаемые приводят к появлению новых гармонических составляющих. Так, при усилении сигнала (11,12) Ь!, =/„сов!ов третий член пропорционален величине (0! )о=/хсозо И=/о (0,5+0,5 сов 2й!), т. е. появляется вторая гармоника, а четвертый член ряда, пропорциональный величине (Л!, )о, дает третью гармонику. Нелинейные искажения, появляющиеся на выходе усилителя, принято оценивать коэффициентом гармоник.
Козг/официант гармоник равен отношению среднеквадратического напряжения суммы всех гармоник, начиная со второй, к среднеквадратическому напряжению первой гармоники, когда на вход усилителя подается гармонический сигнал. Так как среднеквадратические значения пропорциональны амплитудам, коэффициент гармоник Кг = т о=о (11.! 3) где /„1 и / о — амплитуды 1-й и /о-й гармоник. Кроме полного коэффициента гармоник усилителя часто определяют коэффициент по отдельным гармоникам, причем наиболее часто по второй и третьей: Кво = /ов2//хв1 ! Квз=/. о// и.
(!1.14) (11.15) 253 лекторного тока при увеличении и уменьшении тока базы приводит к нелинейным искажениям, которые характеризуются появлением колебаний с частотами, которых нет в исходном сигнале. Поясним это на примере произвольной зависимости Овххвх/(~вх) =/(!вхО+ЛОвх). (11.9) Разлагая эту зависимость в ряд Тейлора, получаем !вавх=/(/вхо) +/ (свхо) Л!вх+ 7 (!вхо) Мвх) + 2 + — /в'(ОвхО) (А/вх)О+ ... 3! (1! .1О) Часто общий коэффициент гар моник усилителя с достаточной точ нос тью вычисляется по формуле Кг 1 Кгз+Кгз (1!.16! Обычно коэффициент гармоник выражают в процентах и не допускают, чтобы он превышал 5 — 10% Р 116 Схема двухтактиого причем при высококачественном усилителя мощности усилении звуковых колебаний он не должен превышать 1 — 1,бе!г.
Ухо человека слабо реагирует на появление второй гармоники и более легко обнаруживает появление третьей. Кроме того, следует иметь в виду, что в двухтактных схемах усилителей четные гармоники взаимно компенсируются, Нечетные же гармоники взаимным вычитанием устранить нельзя, не уничтожив полезное напряжение первой гармоники.
Двухтактная схема транзисторного усилителя показана на рис. 11.6. Кроме уменьшения четных гармоник она имеет и другие преимущества перед однотактной схемой, например уменьшение подмагничивания сердечника выходного трансформатора за счет протекания постоянных составляющих коллекторных токов транзисторов. Подмагничивание уменьшает индуктивность трансформатора. При равенстве постоянных токов верхнего и нижнего транзисторов постоянные магнитные потоки полностью компенсируются. Сравнение построений, выполненных на рис. 11.4 и 11.5, показывает, что схема с ОБ позволяет получить несколько большую выходную мощность благодаря лучшему использованию коллекторного тока и напряжения. В схеме с ОК можно получить выходную мощность примерно такую же, как и в схеме с ОЭ.
Что касается коэффициента усиления по мощности, то он наибольший в схеме с ОЭ, потому что она обеспечивает усиление как напряжения, так и тока. Нелинейные искажения в схемах с ОБ и ОК меньше, чем в схема с ОЭ, при одной и той же выходной мощности. 11,3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА В усилителях мощности иногда применяются трансформаторы. Например, в схеме, приведенной иа рис, 11.2, используются два трансформатора: входной и выходной. Эквивалентная схема трансформатора показана на рис. 11.7. Здесь исе показаны эквивалентный генератор и иагрузояное сопротивление, Рис 11.7.
Эквивалентная схема трансформатора в усвлительиом каскаде 2бе Для входного трансформатора роль генератора капряжения играет пре дыдущий каскад, а для выходного — данный каскад усиления. Нагрузкой, )7„ входного трансформатора является пересчитанное в первичную обмотку входное сопротивление транзистора. Нагрузкой )с „ выходного трансформатора является сопротивление нагрузки. включенной на выходе усилителя, пересчитанное в его первичную обмотку.
Сам трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации, со- противлениями и индуктнвностнмн обмоток и индуктивностями рассеяния; 1. Коэффициент трансформации по определению равен а=юг/юг, где юг и юе — соответственно число витков первичной и вторичной обмоток трансформа- тора. Трансформатор называется понижающим, если юг)юе. 2. Первичная и вторичная обмотки имеют некоторые омические сопротив- ления гг и ге. Сопротивление вторичной обмотки, пересчитанное в первичную обмотку, равно ге ††поскольку отношение напряженая на первичной об- мотке к напряжению на вторичной обмотке пропорционально л, а отношение токов пропордионально 1/ж 3.
Индуктивность первичной обмотни Е, пропорциональаа квадрату числа ватков юь Некоторые витки оказываются не полностью связанными общим магнитным потоком с другими витками, Это создает индуктивность рассеяния, первичной обмотки Е,г. 4. Индуктивность вторичной обмотки Ее=Ег/яе. Приведенная к первичной цепи индуктивность рассеяния вторичной обмотии Е,а равна Е,т=пвЕ„г, Приве.
денная к первичной цепи общая для первичной и вторичной цепей индуктив- ность Е;-Е, — Е„ приблизительно равна Еь таи как Егг «Ег. Для области нижних частот эквивалентная схема, изобрагкепная нь рис. 11.7, принимает вид, показанный на рнс, 11.8,а. С помощью теоремы Те- венина ее можно преобразовать в схему, представленную на рис, П.й,б, где г Е Рн/( г "))я)) 77 )Рг)!)Рн' Схема, приведенная на рис. 11.8, б, позволяет определить необходимую для передачи нижних частот индуктивность первичной обмотки входного трансфор- матора. Например, для схемы, представленной на рис. 1!.2, ее можно опреде- лить из равенства а„Ег=)7, (1!.17) в Ч2 раз. сопротив- где ю — нижняя грапичвая частота, при которой усиление падает Если Р,2 )7 , где )сне — пересчитанное в первичнуго пепь входное ление транзистора, то на частоте ы„ должно выполняться равенство ю" //.г )~вх (11.18) или (11.12) Рис.
11.8. Эквивалентные схемы трансформатора в усилительном каскаде для нцжних частот: о — основная; б — нреобрвговвннея ео Тевеннну 255 г ст Рис. 11.10. Эквивалентная схема трансформатора в усилительном каскаде для верхних частот Рис. 11.9. Эквивалентная схема трансформатора в усилительном каскаде длв средних частот (11.20) (11.2!) поэтому Эквивалентнаи схема трансформатора в усилительном каскаде для области средних частот показана на рис.
11.9. Из этой схемы находим КПД трансформатора (11.22) ц.= и„'),)()), =)(„'.) Р„'+г, +г ,'). Отметим, что данная схема не учитывает потерь в сердечнике трансформатора, которые предполагаются малыми по сравнению с потерями энергии в сопротивлениях обмоток.
С учетом этих потерь КПД трансформатора меньше КПД, определенного по формуле (11.22). Обычно у сравнительно маломощных трансформаторов, применяемых в усилителях мощности радиовещательных приемников, КПД равен 60 — 80%. Эквивалентная схема трансформатора для верхник частот показана на рис. 11.10, На верхних частотах напряжение (Ув на нагрузке )1„ падает из-за индуктивности рассеяния и уменьшения тока ), в первичной обмотке трансформатора. Верхнюю граничную частоту м„на которой выходное напряжение падает в )!2 раз, можно определить из равенства м~~.,=)(,4-)(„+г,+г .
(П.23) Пренебрегая сопротивлениями обмоток по сравнению с сопротивлением (А',+)! ), получаем (й'+Ал)/йм (1!.24] Введем отношение п=ь.,Ч.ь (11,25) называемое коэффициентом рассеяния трансформатора. Для хороших трансформаторов о=!с)р, Подставив в (11.24) коэффициент рассеяния трансформатора, получам юг(ч ()(~+)тч)/и. Объединив это равенство с формулой (11.21), получим следующее отношение граннчных частот ), и ): ).)).
= (1!и) (()(. 4-)1„') ))(„'), (11.26) справедливое для транзисторов, включенных по схеме с ОЭ или ОБ. 266 Аналогично можно определить необходимую индуктивность первичной или вторичной обмотки выходного трансформатора усилителя, Обычно для тран- зисторов Последнее выражение показывает, что отношение верхней частоты усилителя к нижней определвется коэффициентом рассеяния трансформатора. Уменьшая нижнюю граничную частоту 1„увеличением индуктивности первичной обмотки, мы при этом одновременно уменьшаем и верхнзою граничную частоту усиления. Иногда для улучшения характеристики усилителя в области верхнвх частот параллельно первичной обмотке выходного трансформатора включают конденсатор или корректирующую цепочку, состоящую яз последовательно включенных конденсатора и резистора.
Такая корректирующая цепочка показана штриховой линией на рис. 11.!О. 11си УСИЛЕНИЕ МОШНОСТИ В РЕЖИМАХ В И АВ На рис. 11.1!,а и в показано сравнительное расположение линии нагрузки МА! и режимах А и В. Кружками А н В обозначены исходные рабочие точки. Если в режиме А начальный ток коллектора равен среднему значению (кзр=О 51кшзх то э режиме В в исходной рабочей точке !к=О. В режиме А среднее значение коллекторного тока не зависит от амплитуды сигнала, а в режиме В оно пропорционально амплитуде импульса тока в коллекторной цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
