В.В. Дуркин - Схемотехника аналоговых электронных устройств - Методические указания к лабораторным работам (1267371), страница 6
Текст из файла (страница 6)
3.2).Для осуществления такого режима необходимо рабочую точку(точку покоя) выбрать на нижнем конце идеализированной(спрямленной) ДХ, для чего во входную цепь подают небольшоенапряжение смещения.iкiкimaxIК3π22πωtuБЭUБЭπ/2ππ π 3 π 2π2θ 2ωtuБЭ=UБЭmcosωtUБЭmРис. 3.2. Диаграмма работы транзистора в режиме ВУгол, соответствующий моменту прекращения выходного тока iк , и есть угол отсечки θ .В случае идеальной ДХ в режиме В ток покоя равен нулю( I К = 0 ). В действительности, из-за нижнего изгиба ДХ (рис. 3.2)41ток покоя не равен нулю, а составляет 3…15% от максимальногозначения imax , а угол отсечки немного превышает π 2 .
Такой режим называют обычным режимом АВ, подчеркивая этим егопромежуточное положение между режимом А и идеальным режимом В.Для выяснения свойств идеального режима В ( θ = π / 2 ) разложим выходные импульсы тока в ряд Фурье:iвых = I ср + I m1 cos(ωt ) + I m 2 cos(2ωt ) + I m 4 cos(4ωt ) + ... ,где I ср = imax π - среднее значение (постоянная составляющая)выходного тока; I m1 = imax 2, I m 2 = 0,212imax , I m 4 = 0,0424imax –гармонические составляющие этого тока. Как и в режиме А, КПДв режиме В описывается выражением (3.4), только коэффициентиспользования выходного тока ξi = I m1 I cp = π 2 . В апериодических усилителях предельное значение коэффициента использования выходного напряжения ξ не превышает единицы. Поэтомудля режима В максимальный КПД равен:ηmax = π 4 = 0,785.Таким образом, максимальный КПД в режиме В в 1,57 разапревышает аналогичный показатель в режиме А за счет лучшегоиспользования усилительного элемента по току.
Это являетсядостоинством данного режима, которое и объясняет его широкоеприменение в выходных каскадах усилителей мощности, где вопросы экономичности работы выходят на первый план.К недостаткам режима В следует отнести высокий уровень нелинейных искажений. Действительно, если учесть только вторуюI 22m + I 42m⋅ 100% будети четвертую высшие гармоники, то k Г =I1mравен примерно 43%. Поэтому режим В нельзя применять вобычных однотактных апериодических усилителях.
В этом случае выходные каскады нужно строить по двухтактным схемам,которые компенсируют четные гармоники.На рис. 3.3 и рис. 3.4 приведены соответственно схема и временные диаграммы работы двухтактного каскада в идеальном42режиме В (угол отсечки θ = π 2 ). Чтобы ток в нагрузке( iн = iр = iк1 − iк2 ) был гармоническим, транзисторы VT1 и VT2должны быть идентичными по своим характе–uвх1ристикам и параметрам.VT1EПКроме того,входные+tiК1RНнапряжения uвх1 и uвх2должны иметь одинакоiК2вые амплитуды и проти–uвх2воположные фазы. Т.е.VT2EПпри таком схемном реt+шениидвухтактногокаскада ему долженпредшествовать так на- Рис. 3.3. Схема двухтактного каскадазываемый фазоинверсный каскад, который и вырабатывал бы эти напряжения. На практике чаще всего обходятся без фазоинверсного каскада, выбираятранзисторы VT1, VT2 сразным характером проiК1iксрводимости (p-n-p и n-pωtn).
Естественно, что ониπ2π3π0должны иметь одинакоiкmaxвые параметры и харакiК2теристики. Такие транωtзисторыназываютсяπ2π3π0комплементарными. Вэтом случае для возбужipдения двухтактного касωtкада применяют обычπ2π3π0ный однотактный каскад. Транзистор n-p-nРис. 3.4. Временные диаграммы работыструктуры будет открыдвухтактного каскада в режиме Вваться при положительной полуволне входного сигнала, а p-n-p структуры – при отрицательной, т.е. плечи двухтактной схемы будут работать поочерёд43но, формируя гармонический сигнал в нагрузке (компенсируячётные гармоники).Оценим при каком уровне входного (выходного) сигналамощность, рассеиваемая на выходном электроде усилительногоэлемента Pк в режиме В будет максимальной? Вне зависимостиот режима работы усилительного элемента и схемного решенияусилителя Pк = P0 − P∼ .
В режиме В потребляемая мощность зависит от уровня сигнала (3.3), т.к. от этого уровня зависит величина среднего значения тока Iкср, потребляемого от источникапитания. Значит, существует такой уровень входного (выходного)сигнала, при котором мощность, рассеиваемая на коллекторе Pк ,будет максимальной. Найдём этот уровень на примере двухтактного каскада. Мощность, рассеиваемая на коллекторе одноготранзистора двухтактной схемы:P −PPк* = 0 ∼ = P0* − P∼* ,2iк maxiк2 max Rнгде P0 = 2 I ксрU кэ = 2U кэ , P∼ =– соответственноπ2мощность, потребляемая от источника питания и отдаваемая внагрузку двухтактным каскадом (обоими транзисторами), а P0* ,P∼* - эти же мощности для одного транзистора.
Значит:i1Pк* = к max U кэ − iк2max Rн .π4Исследуем эту функцию на экстремум.∂Pк*U12 U кэ= кэ − iк max Rн = 0 ⇒ iк max,кр =.∂iк maxπ 2π RнТаким образом, мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, будет максимальной не в отсутствие сигнала (как в режиме А) и не при максимальном сигнале, а при сигнале, уровенькоторого будет определяться сопротивлением нагрузки каскадаRн и постоянным напряжением на коллекторе транзистора Uкэ(рис. 3.5).44При этом в критической точке коэффициент использованиявыходного напряжения (3.5) будет равен:UiR2U кэ Rн 2ξкр = кm1,кр = к max,кр н == ,πRнU кэ πU кэU кэа КПД (3.4):ηкр =12πξкр ξi == 0.5.22 π2Значит, при максимальном КПД в режиме В 78,5% КПД вкритической точке составляет всего 50%, т.е.
только половинамощности,поPтребляемойотисточника питаP0*P ∼*ния, преобразуется в полезнуюмощность, а другаяполовинаPК*рассеивается наколлектореивыделяется в виiк max,крiк maxдетепловой 0Рис. 3.5. Зависимость мощностей транзистораэнергии, нагрев режиме В от уровня сигналавая транзистор.3.3. Порядок выполнения работы1. Собрать исходную схему усилителя: цепь ООС разомкнута(SA1 в нижнем положении), смещение на транзисторы подано(переключатель SA2 разомкнут), питание усилителя симметричное (SA4), сопротивление нагрузки 12,4 Ом.2. Подать на вход усилителя гармонический сигнал частотой 1кГц и, подключив к выходу осциллограф, установить уровеньвходного сигнала, при котором усилитель будет работать в линейном режиме (см. приложение 1).453. Ориентируясь на осциллограмму выходного напряженияусилителя, переключателем SA3 выбрать (по минимуму искажений) транзистор комплементарный транзистору VT1.
В последствии работать с этим транзистором.4. По приложению 6 ознакомиться с правилами использованияизмерителя нелинейных искажений С6-11.5. В усилителе без ООС установить уровень входного сигнала,при котором коэффициент гармоник выходного напряжения будет лежать в пределах 1.5…2.5 %. Измерить выходное напряжение усилителя, соответствующее этому уровню искажений, и рассчитать выходную мощность. Полученный уровень искажений ивыходное напряжение принять за номинальные значения.6.
В усилителе с ООС установить тот же уровень выходногонапряжения, что и в п. 5, и измерить его коэффициент гармоник.Сравнить полученную величину Kг, с предыдущим значением.7. Переключателем SA3 вместо комплементарного транзистора включить некомплементарный. Измерить коэффициент гармоник выходного напряжения для усилителя с ООС и без ООС. Припроведении измерений уровень выходного сигнала поддерживатьравным номинальному (см. п. 5).8. Вернуться к исходной схеме. Убрать подачу смещения натранзисторы (SA2 – замкнут).
Измерить коэффициент гармониквыходного напряжения для усилителя с ООС и без ООС. Припроведении измерений уровень выходного сигнала поддерживатьравным номинальному. Зарисовать осциллограммы выходногонапряжения.9. Вернуться к исходной схеме, в усилителе с ООС и без ООСизмерить уровни напряжения на нагрузках 12.4 Ом и 6.2 Ом. По46полученным данным рассчитать выходное сопротивление усилителя с ООС и без ООС:1 − U R1 / U R 2Rвых =R1 ,U R1 / U R 2 − R1 / R2где U R1 и U R 2 – напряжения, соответствующие сопротивлениямнагрузки R1 и R2 . При проведении измерений напряжение нанагрузке 12.4 Ом поддерживать равным номинальному.10. В номинальном режиме работы усилителя определить коэффициенты передачи выходного каскада усилителя для сопротивлений нагрузки 12.4 Ом и 6.2 Ом.11. Снять АЧХ усилителя в области нижних частот при симметричном и несимметричном питании и сопротивлении нагрузки 12.4 Ом.12. Для усилителя с несимметричным питанием при сопротивлении нагрузки 12.4 Ом измерить частоты среза при наличиии отсутствии ООС.13.
Результаты проведенных измерений свести в табл. 3.1 ипредъявить преподавателю.№ пункта5,6 (исходная схема)7 (не комплементарныйтранзистор)8 (отсутствие смещения)9 (выходное сопротивление)12 (частоты среза)ПараметрUВЫХ, ВKг, %Таблица 3.1.С ООСБез ООСном.ном.ном.Kг, %Kг, %RВЫХ, Омfн, Гцfв, кГц14. Сделать выводы по работе, объясняющие влияние ООС ипараметров элементов схемы на нелинейные искажения, выход47ное сопротивление и вид амплитудно-частотной характеристикиусилителя.3.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
