Двухтактный каскад УМ на биполярных транзисторах с переходным и выходным трансформаторами.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 16Следующая ⇒

Двухтактные каскады УМ, которые могут работать в режимах классов А, АВ, В, дают возможность получать полезную выходную мощность в нагрузке в два и в несколько раз больше, чем однотактные каскады УМ. При этом уменьшаются нелинейные искажения, а также влияние внешних помех, снижается фон переменного тока источника питания и т. п.

В этих каскадах УМ постоянные составляющие, а также четные гармоники коллекторных токов обоих транзисторов протекают по одинаковым полуобмоткам первичной обмотки трансформатора навстречу друг другу и, взаимно компенсируясь, не намагничивают сердечник. Это позволяет уменьшить габариты, массу и стоимость трансформатора.

Суммарный ток обоих транзисторов, равный току источника питания, не содержит первой гармоники, что устраняет паразитную обратную связь через цепь источника питания.

При работе в более экономичных режимах классов АВ1 или В значительно повышается КПД двухтактного каскада УМ. При этом транзисторы могут включаться по схемам с ОЭ, ОБ или ОК.

Наибольший коэффициент усиления по мощности получается при включении транзисторов по схеме с ОЭ, что требует меньшей мощности входного сигнала, отбираемого от каскада предварительного усиления, который может собираться или с переходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку со средней точкой, или по схеме с разделенной нагрузкой, обеспечивающей фазоинвертирование сигнала, подаваемого на базы выходных транзисторов, без переходного фазоинвертирующего трансформатора.

Рис. 1.9.2. Схема транзисторного двухтактного каскада УМ с ОЭ, с автоматическим смещением в классе АВ1 (а); то же, но без автоматического смещения в классе В (б); график работы одного плеча этого каскада УМ в классе В (в); диаграммы напряжений и токов в цепях такого каскада в классе АВ1 (г)

При включении транзисторов по схеме с ОБ получается небольшой коэффициент усиления по мощности и требуется большей величины ток на выходе каскада предварительного усиления, так как выходным током мощных транзисторов в схеме каскада УМ с ОБ служат их эмиттерные токи. Входные сопротивления транзисторов в схеме с ОБ имеют малую величину, поэтому выходной двухтактный каскад УМ подключается к каскаду предварительного усиления при помощи переходного фазоинвертирующего трансформатора.

На рис. 1.9.2, а приведена типовая схема с ОЭ двухтактного каскада УМ, которая может работать в режимах классов А или АВ. При работе в режиме класса В резисторы R₁ и R₂ не включаются, так как в этом режиме U_бэ0 = 0, то есть транзисторы работают без напряжения смещения (рис. 1.9.2, б, в). Графическое пояснение принципа работы двухтактного каскада УМ в режиме класса АВ1 показано на рис. 1.9.2, г.

Расчет двухтактной схемы УМ проводится графоаналитическим методом только для одного плеча, аналогично расчету однотактного каскада УМ. При этом необходимо расчетную величину полезной мощности Р_вых, для каждого плеча взять равной половине заданной полезной мощности, выделяемой в нагрузке Р_н, то есть

Р_вых = Р_н / 2 = I_mк U_mк / 4

С учетом коэффициента трансформации и КПД трансформатора h_тр полезная выходная мощность каждого плеча будет определяться выражением:

Р_вых× h_тр = Р_н / 2 = I_mкU_mк/ (2 × 2) = I²_mк R_экв / 4,

где R_экв= n² R_н, n = W₁ / 2W₂;

W₁ / 2 - число витков полуобмотки первичной обмотки трансформатора;

R_экв - приведенное сопротивление нагрузки к одной первичной полуобмотке выходного трансформатора; величину напряжения источника питания в режиме классов АВ1 или В выбирают из расчета

Е_к » 0.6 * U_{m вых} » (1.1 - 1.25)U_{кэ 0}.

В таких двухтактных схемах УМ можно получить полезную выходную мощность в нагрузке Р_вых » 3Р_{к макс доп} при заданной рабочей температуре. Коэффициент полезного действия такого каскада УМ в режиме класса В достигает h_э = Р_вых * 100% / Р₀ » » 45 - 60%.

3. Двухтактный каскад УМ с предварительным парафазным, то есть фазоинверсным, каскадом с разделенной нагрузкой.

Принципиальная электрическая схема такого усилительного каскада УМ приведена на рис. 1.9.3. В такой схеме двухтактный каскад УМ подключается вместо переходного фазоинверсного трансформатора со средней точкой к предварительному фазоинверсному каскаду на транзисторе с общим эмиттером, нагрузка которого разделена на две почти равные части R_к » R_э.. Так как эмиттерный ток I_э = = I_к + I_б немного больше тока коллектора I_к, то величину сопротивления резистора R_к выбирают немного больше сопротивления эмиттерного резистора R_э.

В этой схеме усилителя величина каждого сопротивления резисторов R1 и R2, R5 и R6 в цепях делителей напряжения рассчитывается, исходя из необходимой величины напряжения смещения, подаваемого на базы транзисторов, для выбора рабочей точки в режиме класса А для фазоинверсного каскада и в режиме класса АВ1 для каскада УМ.

В схеме включают R3 = R4; С₂ = С₃ = единицы - десятки мкФ. Резистор R_э, не зашунтированный конденсатором, создает последовательную отрицательную обратную связь не только по постоянной составляющей эмиттерного тока, что стабилизирует положение рабочей точки при изменении температуры, но и по переменной его составляющей, что уменьшает коэффициент усиления предварительного каскада по напряжению в 1+ gК_u раз, то есть

К_{u (ooc)}= К_u/ (1+ gК_i ), где g = U_oc / U_вых— коэффициент передачи напряжения обратной связи;

К_u — коэффициент усиления каскада по напряжению без обратной связи:

К_u = bR_к / R_{вх к-да}; R_{вх к-да}= R_б || r_{вх тр-ра} (без обр. св.),

где R_б = R1 || R2.

Хотя фазоинверсный каскад предварительного усиления и не усиливает входной сигнал по напряжению, однако он усиливает сигнал по току примерно в раз.

Рис 1.9.3. Схема двухтактного каскада УМ с предварительным фазоинверсным каскадом с разделенной нагрузкой, с автоматическим смещением

Выходное сопротивление этого каскада по коллекторному выходу значительно больше выходного сопротивления каскада по эмиттерному выходу

В процессе усиления, когда на вход фазоинверсного каскада подается входное напряжение сигнала U_вх = U_{m вых} * sinwt, одновременно на базы обоих транзисторов двухтактного каскада подаются одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180° входные напряжения, которые усиливаются выходным транзистором каждого плеча так же, как в обычной схеме двухтактного каскада УМ.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒