Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Выходное напряжение, равное переменной составляющей падения напряжения на резисторе Аи, снимается через конденсатор связи Сс. Усилительный каскад на полевом транзисторе с общим стоком аналогичен по своим свойствам эмиттерному повторителю. Он обладает большими входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопротивлением. Его часто называют истоковым повторителем. Рис 3 16. Схема усилительного каскада с общим стоком 0 О 4 В 1г 16 гО ОСИ В Рис 3.17 Выходные характеристики полевого транзистора КПЗОЗГ 140 Задача 3.9.
Определить параметры элементов звена автоматического смещения усилительного каскада с обшим истоком на полевом транзисторе КПЗОЗГ, выходные характеристики 1с (1/си) которого приведены на рис. 3.17, если известно, что Яс =3 кОм, Ес =15 В, а напряжение смещения затвора 1/з0 =-1,0 В. Частота усиливаемого напряжения /=50 Гц. Р е ш е н и е.
Проводим линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора КПЗОЗГ по двум точкам: на оси абсцис Уси — — Е~ =15 В и на оси ординат /с =Ес Ис — — 5 мА. Находим значение Ус0 = 2,2 мА для ~/з0 — — -1,0 В. Отсюда Ли=~с/з0~йс0 — — 455 Ом. Емкость конденсатора Си =1О/аЯи = 10Юл50 . 455= 70 мкФ. Задача 3.10. Рассчитать коэффициент усиления К~ усилительного каскада с общим истоком на полевом транзисторе КПЗОЗГ при Яс = = 8 кОм, если крутизна характеристики э =ИХсЫГ~ =4,0 мА/В. Ответ К~/=32.
3.6. РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ В зависимости ог положения рабочей точки в режиме покоя на характеристиках транзисторов, а также от значения усиливаемого напряжения различают три основных режима работы усилительных каскадов, или классов усиления: А, В, и С. Основными характеристиками этих режимов являются нелинейные искажения и КПД. Режим А. Режим А характеризуетс~ тем, что рабочую точку П в режиме покоя выбирают на линейном участке (обычно посередине) входной и переходной характеристик транзистора. На рис.
3.18 для режима А показано положение рабочей точки на переходной характеристике, линии нагрузки и выходных характеристиках транзистора. Значение входного напряжения в режиме А должно быть таким, чтобы Работа усилительного каскада происходила на линейном участке хаРактеристики. В этом случае нелинейные искажения усиливаемого напряжения будут минимальными, т.е. при подаче на вход усилительного каскада гармонического напряжения форма выходного напряжения будет практически синусоидальной. Благодаря этому режим А широко применяют в усилителях напряжения Однако он имеет и существенный недостаток очень низкий КПД усилителя. КПД усилителя определяется отношением выходной мощности к мощ"ости потребления усилителем энергии от источника питания. Выходная 141 Рис.З.! 8.
Работа усилительного каскада в режиме А мощность, создаваемая усилительным каскадом на транзисторе в режиме А, гвых (1 5 ~кт ~~т (3.29) где Г~„,, 1~„, — соответственно амплитуды коллекторных напряжения и тока. Потребляемая усилителем энергия частично преобразуется в выходную энергию, а частично переходит в теплоту, выделяемую в элементах усилительного каскада. Мощность энергопотребления равна произведению постоянных составляющих коллекторных напряжения и тока транзистора: ~ Π— с'О ~О Таким образом, КПД усилитепьного каскада (3,30) (! 1 Рьых 1) 5 ~т кп' 1'о ('о ~о (3.31) Режим В.
Режим В характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают в начале переходной характеристики (рис. 3.19). Эта точка называется точкой отсечки. В режиме В переменные составляющие тока и напряжения транзистора возникают лишь в положительные полупериоды входного напряжения. Выходное напряжение усилительного каскада при синусоидальном входном напряжении имеет форму полусинусоиды, т.е. нелинейные искажения очень большие. Режим В используют, как правило, только в двухтактных усилителях мощности. 142 Рис. 3.19, Работа усилительного каскада в режиме В Режим В характеризуется значительно более высоким КПД усилителя по сравнению с режимом А, так как ток покоя в этом случае практически равен нулю, а постоянная составляющая тока при наличии входного напряжения имеет сравнительно небольшое значение.
КПД усилителя, работающего в режиме В, может достигать 0,8. Иногда используют режим работы усилительного каскада, промежуточный между режимами А и В. Его называют режимом АВ. Рабочая точка покоя при этом должна находиться в интервале между положениями рабочей точки в режимах А и В. В этом случае КПД усилителя больше, чем в режиме А, а нелинейные искажения меньше, чем в режиме В. Рис.3.20. Работа усилительного каскада в режиме С 143 Режим С.
Режим С характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают за точкой отсечки и ток в транзисторе возникает только в течение некоторой части положительного полупериода входного напряжения (рис. 3.20). Этот режим сопровождается большими искажениями усиливаемого напряжения, но КПД устройства может быть очень высоким и приближаться к единице. Режим С применяют в избирательных усилителях и.автогенераторах, которые благодаря наличию колебательных контуров или других частотно-зависимых устройств выделяют лишь основную гармонику из несинусоидального напряжения, возникающего вследствие больших нелинейных искажений. Вопрос 3.2. В каком диапазоне лежат обычно значения КПД усилительного каскада, работающего в режиме А? Варианты ответа.
3.2.1. и < 0,25. 3.2.2. 0,25 < ~ < 0,5. 3.2.3. 0,5 < т) < 0,8. 3.7. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ Рассмотренные в предыдущих параграфах усилительные каскады на биполярных и полевых транзисторах используются, как правило, или для усиления напряжения (усилительные каскады с общим эмиттером и с общим истоком), или для усиления тока (усилительные каскады с общим коллектором и с общим стоком). Хотя каждый из этих усилительных каскадов обеспечивает получение на выходе сигналов, мощность которых значительно превышает мощность входных сигналов, но критерием оптимальности для них обычно бывает получение не максимального коэффициента усиления по мощности Хр, а получениеК~~„~„,или К~ „,.
Однако в промышленной электронике очень часто возникает необходимость получения в нагрузочном устройстве максимальной мощности усиленного сигнала. Усилительные каскады, обеспечивающие выполнение этого условия, т.е. получения Кр,„,, называют усилителями мошности. Получение требуемой мощности в нагрузочном устройстве обеспечивается прежде всего выбором соответствующего транзистора. При выбранном транзисторе и заданном источнике усиливаемого сигнала получение максимальной мощности в нагрузочном устройстве возможно лишь тогда, когда его сопротивление равно выходному сопротивлению усилительного каскада, т.е. при равенстве сопротивлений генерирующего и приемного устройств. 144 рис.3.21.
Схема однотактного усилителя мощности Выходное сопротивление усилительных каскадов с общим эмиттером и общим истоком составляет обычно сотни ом и единицы килоом, а сопротивление нагрузочных устройств часто оказывается в несколько раз меньше. Для согласования сопротивлений нагрузочного устройства с выходным сопротивлением усилителя мощности служат понижающие трансформаторы (рис. 3.21), у которых приведенное к первичной обмотке трансформатора сопротивление нагрузочного резистора: (3.32) где и'1, и~~ — числа витков соответственно первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Таким образом, при определенном коэффициенте трансформации трансформатора л=и 1/и ~ можно добиться равенства А„„, =Л „, т е. выполнения условия получения максимальной мощности в нагрузочном устройстве. Из (3.32) видно, что это услов~: будет выполняться при 1~~2 (3.33) Для усилителей мощности важное практическое значение имеет коэффициент полезного действия, который сушественно зависит от режима работы транзистора. Поэтому в усилителях мощности часто используют режим В, обеспечивающий более высокий КПД по ~равнению с режимом А. Но в режиме В, как было показано, возникают значительные нелинейные искажения. Для их уменьшения служат специальные двухтактные усилители мощности.
Двухтактный усилитель мощности (рис. 3.22) состоит из двух симметричных плеч. Транзисторы Г'Т1 и Р'Т~, которые подбирают с максимально близкими характеристиками, работают в одинаковом режиме 145 цв Рис.3.22. Схема двухтактно. го усилителя мощности Единственным отличием в работе плеч усилителя является противо фазность токов и напряжений в цепях баз транзисторов и обусловленная этим противофазность переменных токов и напряжений в коллекторных цепях. Назначение элементов двухтактного усилителя аналогично назначению соответствующих элементов однотактного усилителя с учетом того, что они обслуживают два транзистора. Входной трансформатор ТЪ'„обеспечивает получение двух одинаковых по модулю, но противоположных по фазе напряжений ив 1 и ив 2.
Выходной трансформатор ТУ,ы, суммирует переменные выходные токи и напряжени~ транзисторов. Ко вторичной обмотке трансформатора ТУ подклю- вых чено нагрузочное устройство с сопротивлением Я . н Особенно ощутимы преимущества двухтактных усилителей при использовании режима В. В режиме В каждый из трансформаторов открыт и участвует в формировании выходного напряжения только в течение одного полупериода. Транзисторы работают как бы поочередно, образуя синусоидальное выходное напряжение из двух полусинусоид. Преимущества двухтактных усилителей мощности — меньшие не.
линейные искажения, возможность получения высокого КПД при ис пользовании режима В. Вместе с тем двухтактным усилителям мощности присущи недостат. ки, обусловленные усложнением их схемы и конструкции. К ним следует отнести необходимость в двух идентичных транзисторах и выходнов трансформаторе с выводом средней точки первичной обмотки, наличие двух противофазных входных напряжений, для чего также требуетсЯ трансформатор с выводом средней точки или специальное устройство Бестрансформаторные усилители мощности. Бестрансформаторнь|я усилитель мощности (рис. 3.23), являющийся двухтактным усилителем собирают из транзисторов разных типов УТ вЂ” типа р-и-р и ГТ вЂ” типа ! " 2 л-р-и. Транзисторы обычно включают по схеме с общим коллектором так как это обеспечивает минимальное выходное сопротивление, что особенно важно при работе усилителя на низкоомное нагрузочио' 146 рис, 3.23.
Схема бестрансформаторного усилителя мощности устройство. Независимо от схемы включения транзисторы должны быть подобраны по возможности одинаковыми. Конденсатор С1 разделяет по постоянному току источник усиливаемого сигнала и входную цепь усилителя мощности, а конденсатор С вЂ” нагрузочное устройство и эмиттерные цепи транзисторов. На базы транзисторов Ь'Т1 и ~'Т2 воздействует одно и то же переменное напряжение и,х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
