Гусев - Электроника (944138), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Однако при необходимости обеспечить гальваническую развязку частей усилителя или при получении в нагрузке максимальной мощности, а соответственно и максимального козффициента усиления по мощности, обойтись без трансформаторной связи пока не удается. Максимальная передача мощности от источника сигнала в нагрузку имеет место при равенстве их сопротивлений. Полому если Я, и А„различны по значению, то их согласуют с помощью трансформатора, для которого в идеальном случае справедливы соотношения тг'а=д !л ' ггг=нтл'; л= И',!И,, (4.213) где Л„' и Я; — соответственно сопротивление нагрузки, пересчитанное в первичную обмотку трансформатора, и сопротивление генератора, пересчитанное во вторичную обмотку: Иг, и И',— числа витков вторичной и первичной обмоток трансформатора. Так как в режиме оптимального согласования необходимо соблюдение соотношений (4.214) то козффициент трансформации для оптимального согласования и=-М'~, (4,2! 5) В усилительных каскадах возможно и параллельное последовательное включение обмоток трансформаторов с транзисторами.
При вогледоватлелеиом включении обмотку трансформатора включают в соответствующую цепь вместо нагрузочного сопротивления и через нее протекает и пос1оянный и переменный токи (рис. 4.38„и). Постоянный ток создает постоянный магнитный поток подмагничивания. При ларал- Е Е Ег Ег а) Рнс. 433. Схсмы трансформаторных каскалоа. 304 лзг ~г гэ лвг а) г г Нлнгл гг' о-):::: 1~"х — ( -~-о аг Гг Рнс н Эч, глвиввнснтныс сломы грвнсфорчм ори. лелино.п включении грансформа гор подключаю ~ параллельно соответствующему сопротивлению в цепи коллектора через конлснс пор (рис.
4.38, б). В этом случае через обмотки грансформатора постоянный ток не протекает и подмщпичивание магнитного сердечника отсутствует. Особенностью гранзисторных каскадов с трансформаторной связью является то. что согласукнпий трансформатор должен быть. как правило, понижагощим, Действительно. если рассмотреть усилительный каскад с параллельным включением трансформатора, го гс„,„,-гл„, и если нпрузкой )хв является входная пень каскада с общим эмиттером, имеющая входное сопротивление Ав„=)лы„=б„,глввф, то л=-.„б,',,г, в,ф, )лв. эпз Учитывая, что значение Л„составляет несколько кОм, нетрудно подсчитать, что обычно л~1 (порядка 0,25 0,5). Эквивалентную схему трансформатора прелставляюэ в виде. показанном на рис.
4.39 (см. р 13). При расчете использование полной эквивалентной схемы приводит к громоздким выражениям, затрудняющим анализ. поэтому обычно рассматривают аз дельные эквивалснгные схемы для низких (рнс. 4.39, о ), средних (рис. 4.39. и) н высоких (рис. 4.39, г) частот. При этом появляегся возможность пренебречь параметрами, которые суьцественно не влияют на ход процессов в рассматриваемом диапазоне частик Для четкого уяснения влияния трансформгыора на резульгирующие характеристики каскада проанализируем. лак изменяется коэффициент усиления схемы с ОЭ при по;лключении источника входного сигнала и нагрузки через трансформатор. Для определенности рассмозрим параллельную схему включения трансформаторов (см.
рис. 4.38, б). Для каскада с ОЭ коэффициент усиления по напряжению в лиапазоне средних частот Кв )гг! зх к ~в)' ф~ + ~~ах)' Если вместо А, и гх, подставить Я„' и Я', и учесть, что обычно А'„»(гг+г,), а также что входное напряжение изменяется в гг раз„а выходное--в гг, раз, получим коэффициент передачи напряжения для схемы с ОЭ и трансформаторной связью в диапазоне средних частот: 1~*„„1гг„~ гг'„) (4.216) ~рве аг й Рис.
4.4Ц Схемы избирательных усилителсв сная харакгсрисгика (к) (и. иь и, аыплитузно-часго- 306 Можно определить все интересуюгцие параметры трансформаторного усилительного каскада подставив в уравнения полученные для рассмотренных каскадов значения соответствующих сопротивлений и коэффициентов, определенные с учетом эквивалентной схемы трансформатора для данного диапазона часто~. Трансформаторггос согласование позволяет улучшить энергетические характеристики усилительного каскада, 11апример, если Я„=Я„„; 21,=А, „=1ОА„,; 12,"„=40, то при бестрансформагорном подключении К, 3,5; К;-40, а при согласовании с помощью трансформатора Кв 20; К, 200. Следует отметить, что с развитием микроэлектроники применение трансформаторов для согласования каскадов практически прекратилось.
Это связано с отсутствием микроминиатюрных трансформаторов. Однако при создании высокочастотных избирательных усилителей трансформагорное согласование используется достаточно широко. В этих случаях первичная 1 или вторичная 2 или обе одновременно обмотки трансформатора выполняют роль резонансных ЕС-коггтуров 1рис. 4.40, а, о).
Эквивалентное сопротивление Л, включенное в цепь коллектора, зависиг от частоты сигнала. Соответственно изменяется коэффициент усиления каскада, который достигает максимума на резонансной частоте (рис. 4.40, в). Для уменьшения влияния выходно~ о сопротивления каскада на добротность контура и сопротивление 2: коллекторную цепь часто подклн>чают колько к части витков.
Вторичная обмотка 2 обеспечивает трансформаторную связь контура с нагрузкой (рис. 4.40, а). Для улучшения избирательности ее иногда также ставят в режим резонансного /.О-контура, к ко горому подключают сопротивление нагрузки (рис, 4.40, б). В отдельных случаях создают систему индуктивно связанных резонансных контуров, частоты резонансов которых различаются между собой.
Это позволяет обеспечить усиление сигналов, лежащих в полосе частот, ширина которой зависит от расстройки контуров. Таким образом, трансформаторную связь между каскадами применяют для гальванической развязки частей усилителя, при получении максимального усиления по мощности, оптимальном согласовании сопротивлений генератора и нагрузки. 4Л2. МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ Под мощным каскадом понимают такой усилигельный каскад, для которого задаются нагрузка /г„и мощность Р„, рассеиваемая в этой нагрузке. Обычно мощность имеет значения от нескольких до десятков — сотен Вт, Поэтому мошные каскады, которые, как правило, бывают выходными, рассчитывают по заданным значениям Р„и Я„.
Чтобы оценить, какую мощность должен давать каскад предварительного усиления, приходится оценивать коэффициент усиления каскада по могцнос~и К, Общие сведения о мощных усилительных каскадах. Мощный выходной каскад является главным потребителем энергии. Он вносит основную часть нелинейных искажений и занимает объем, соизмеримый с объемом остальной части усилителя. Поэтому при выборе и проектировании выходного каскада основное внимание обращают на возможность получения наиболыпего КГ)Д, малые нелинейные искажения и габаритные размеры.
Нелинейные искажения для мощных транзисторных каскадов обусловлены зависимостью /~*,м или /1,*„от режима работы, нелинейностью характеристик транзисторов Г, (Г/эв) или Ув((/гз), а также нелинейностью характеристик намагничивания магнитной системы трансформатора, часто используемого для согласования выходного каскада с нагрузкой. Для количественной оценки нелинейных искажений, вносимых каскадом, на его вход подают чисто синусоидальный сигнал и измеряют амплитуды гармоник па его выходе. Отношение корня квадратного из суммы квадратов амплитуд 307 и интермодуляционных искажений, что в выражении 14.217) не учитывается, так как оно характеризует искажения одной гармоники.
Как показывают расчеты, коэффициенты гармоник, обусловленные только нелинейностью входной цепи мощного усилительного каскада на биполярных транзисторах, могут достигать 3 8'Ъ, а интермодуляционные искажения в 1,6 раза больше гармонических. Общие же искажения достигают 15-.- 20;4. Их уменьшение осуществляют за счет введения дост.аточно глубокой отрицательной ОС, охватывающей мощный усилительный каскад. Ориентировочно можно считать, что коэффициенты гармоник и интермодуляционных искажений уменьшаются пропорционально глубине ОС: К, =К,)(1+Ку), (4.
220) где К суммарный коэффициент гармоник каскада с ОС; у — — коэффициент ОС. Выходные каскады выполняют однотактными и двухтактными. Активные приборы в усилителях мощности могут работать в режимах А, В или АВ. Для создания мощных выходных каскадов используют схемы с ОЭ, ОБ и ОК. В однотактпых выходных каскадах активные приборы работают в режиме А. При их создании используют три схемы включения транзисторов. Для согласования нагрузки с выходным каскадом иногда применяют трансформаторы, которые обеспечивают получение максимального коэффициента усиления по мощности, но существенно ухудшают его частотные характеристики.
Каскад с ОБ трансформаторным входом н трансформаторным выходом. Рассмотрим схему, представленную на рис. 4.42, а. Точка О, определяющая ток покоя транзистора (рис. 4.42, й), находится на линии статической нагрузки. Она построена по правилам, рассмотренным в ~ 4З. Из точки на оси абсцисс с координатами Е. О проведена прямая под углом, тангенс которого равен ( — 1)г,), где г, †-активное сопротивление первичной обмотки трансформатора. Так как активное сопротивление первичной обмотки трансформатора достаточно мало, то линия нагрузки по постоянному току проходит почти вертикально.
Ток покоя У,„задаезся напряжением Е, и резистором А,. Для построения линии динамической нагрузки 1нагрузки по переменному току) сопротивление А„приведено к первичной обмотке 1А,',), Через точку О проведена линия динамической нагрузки под углом, тангенс которого — 1,'А'„. При подаче на вход синусоидального сигнала ток коллектора будет изменяться практически по синусоидальному закону с амплитудой 1„ . Это является следствием перемещения рабочей точки по нагрузочной прямой в диапазоне от с до 6 в соответствии с мгновенным значением входного тока 309 Следует отметить, что напряжение (/ке, соответствующее точке с нагрузочной линии, существенно превышает Е.
Э)о возможно только при наличии трансформатора и объясняется тем, что энергия, накопленная индуктивностью намагничивания. при уменьшении тока вызывает появление ЭДС самоиндукции. Мощность, рассеиваемая в нагрузке тх„', р г( г ~2 ггд)2 (г')(эй) (де ~/„и !„„,--амплитудные значения напряжения и тока. Для нахождения мощности в истинной нагрузке следует учитывать, что КПД трансформатора т),в < Е поэтому Рн т)1врн (4.222) Если выходная моп(ность задана.
то, зная приблизительно т)„, можно найти мощность Р',. которую необходимо получить от каскада. тки Г а) (/ ха на» Рис. 4.42 Схема олнотактного выхолив~о клекала с ОБ, работанннего в режиме А (и); нос~роение стати ~есной и линамичсской характеристик (о). ~ нренслсние среннсго тннчсння вхолного сопротивления (и) з)о Для того чтобы наиболее полно использовать транзистор, координаты точки О нужно выбирать из условия получения максимальных требуемых амплитуд напряжения и тока коллектора, т, е. (4.223) ( КО ('кттах хкО 1ктптх На максимальные значения амплитуд токов и напряжений накладываются очевидные ограничения: К, ах<Окэ ах~2; (4.224) где Гкэ а„и 1к„„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
