Литература.

1. Гершензон Е.М. и др. Радиотехника. М.: Просвещение, 1986, с.103-113, 119-126, 136-155.

2. Манаев Е.И.. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985, с.79-143, 260-273.

3. Богатырев А.Н. Радиоэлектроника, автоматика и элементы ЭВМ. Уч. пособие для 8-9 кл.ср.шк., М.: Просвещение, 1990, с.46-58, 71-79.

4. Максимов А.В. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу радиотехники, ч.1, Череповец: ЧГПИ, 1986, с.17- 41.

5. Максимов А.В. Усилители на биполярных транзисторах. Методические указания к лабораторному практикуму по радиоэлектронике. - Череповец ЧГПИ, 1996, с.1-34.

© 1998г. Каф. теор. физики и астрономии, лаб. радиоэлектроники ИМФИ ЧГУ

1.Теоретическая часть.

Рабочие точки транзисторов Т1 и Т2 в усилительных каскадах в лабораторных работах 2 и 3 были выбраны на середине соответствующих нагрузочных прямых, т.к. Uкэр = Е/2 = 4,5В (точка А на рис. 8а). Такой режим работы транзисторов определяется как режим класса А, а соответствующие однотранзисторные каскады можно назвать однотактными, т.к. в них транзисторы Т1 и Т2 одинаково усиливают и положительные, и отрицательные полупериоды сигнала.

В однотактном усилителе мощности (рис.11) трансформатор Тр согласует низкоомное сопротивление нагрузки Rн с высокоомной выходной цепью транзистора. Делитель из сопротивлений Rб1, Rб2 фиксирует по постоянному току потенциал базы транзистора, а резистор Rэ определяет разность потенциалов перехода эмиттер-коллектор. Таким образом, в данный схеме (рис.11) делитель из сопротивлений Rб1, Rб2 и Rэ определяет рабочую точку транзистора.

Кроме того, на резисторе Rэ создается напряжение отрицательной обратной связи по постоянному току (см. л/р №2). Для устранения нежелательной обратной связи по переменному току параллельно резистору Rэ включается конденсатор Сэ, имеющий сравнительно малое сопротивление для переменного тока. Ёмкость Ср, как обычно, разделяет по постоянному току источник входного сигнала и усилитель мощности (см. л/р №2).

Для создания большой выходной мощности необходима довольно большая амплитуда нагрузочного тока в цепи коллектора транзистора выходного каскада (Т2 в л/р №2). Если рабочую точку этого транзистора выбрать на середине нагрузочной прямой (что соответствует режиму класса А), то однотактный каскад даже в отсутствие входного сигнала сам потребляет достаточно большой ток, и его КПД в режиме усиления мощности обычно не превышает 50%. Таким образом, режим класса А неэкономичен и поэтому однотактные схемы применяют для получения сравнительно небольших выходных мощностей.

Если выбрать рабочую точку в точке Б (рис. 8а), т.е. на границе области «отсечки» транзистора, то он будет работать в режиме усиления класса В. В этом режиме однотранзисторный усилитель мощности будет усиливать только одну половину периода (отрицательную или положительную) в зависимости от полярности транзистора, в другую же половину периода он будет практически закрыт. Таким образом, режим класса В обеспечивает экономичность работы усилителя мощности, а значит и больший КПД (~70%) в результате снижения, в основном, тепловых потерь энергии, например, в обмотках выходного трансформатора.

На практике каскады, работающие в классе В, применяют редко, т.к. они вносят значительные нелинейные искажения, связанные с изменением спектра усиливаемого входного сигнала, поскольку в этом режиме рабочая точка транзистора находится на нелинейной части его входной характеристики (рис. 4). Поэтому обычно применяется режим класса АВ, в котором транзистор выводится из состояния «отсечки», но рабочая точка все же близка к этой области (точка Рна рис.8а).

Из-за соображения экономии энергии выходные каскады, потребляющие основную мощность усилителя, выгодно конструировать по двухтактным схемам с двумя транзисторами, которые находятся в состоянии, близком к «отсечке» и попеременно усиливают разные полупериоды сигнала. В двухтактных схемах можно использовать транзисторы одной проводимости (например, р-n-р типа), обладающие максимально близкими параметрами и работающие в одинаковых режимах, устанавливаемых делителем R₁ и R₂ (рис. 12).

Для разделения входного синусоидального напряжения на положительные и отрицательные полупериоды в данной схеме (рис. 12) используется фазоинвертор - трансформатор Тр1, имеющий отвод от средней точки вторичной обмотки. Для сложения усиленных полупериодов входного сигнала в единый синусоидальный выходной сигнал применяется второй выходной согласующий трансформатор Тр2, к вторичной обмотке которого подключается обычно низкоомный громкоговоритель Гр, воспроизводящий весь усиленный сигнал. Недостатком трансформаторных двухтактных схем является наличие сложных намоточных устройств (трансформаторов), в которых возможны дополнительные искажения сигнала, например, вследствие потерь в их сердечниках.

В последнее время в радиоэлектронике отдаётся предпочтение бестрансформаторным усилителям низкой частоты, в которых применяют фазоинверторы и выходные каскады другого типа. Однако в двухтактных схемах можно обойтись вообще без инверторов, если использовать транзисторы разной структуры: Т3- р-n-р, Т4- n-р-n (рис. 13).

Нагрузкой транзистора T2 в предыдущем усилительном каскаде, собранном по схеме ОЭ, служат резисторы Rк₂ и Rк₂. Совместно с участком эмиттер-коллектор этого транзистора они образуют делитель, с которого на базы транзисторов Т3 и Т4 выходного каскада вместе с усиливаемым входным сигналом подаются начальные напряжения смещения: на базу транзистора Т3 - отрицательное, а на базу транзистора Т4 - положительное (относительно их эмиттеров). Выбором добавочного резистора Rк2

определяется напряжение смещения между базами транзисторов Т3 и Т4, т.е. устанавливают

ся рабочие токи баз этих транзисторов. Для установления режима работы усилителя мощности класса АВ необходим рабочий ток коллектора транзисторов выходного каскада, находящийся в пределах 2-3мА.

Транзисторы Т3 и Т4 выходного каскада по постоянному току соединены между собой последовательно и делят напряжение источника Е = Uкэ₃ + Uкэ₄ = =9В. В случае симметричного деления относительно точки соединения эмиттеров (рис. 13) на коллекторе транзистора Т3 имеется потенциал -4,5В, а на коллекторе транзистора Т4 +4,5В, что и необходимо для работы транзисторов разного типа. Таким образом, вследствие симметрии в рабочих точках этих транзисторов должны выполняться следующие условия:

U^р кэ=U^pкэ4 = Е/2 = 4,5В, U_Rк2 = U^рбэ₃+U^рбэ₄ = 2U^рбэ3= I_К2  R_К2 (4.1)

Транзистор Т3 (р-n-р структуры) усиливает отрицательные, а транзистор Т4 (n-р-n структуры) - положительные полупериоды входного сигнала. Динамическая головка громкоговорителя включается через конденсатор С3 в эмиттерные цепи обоих транзисторов и является их общей нагрузкой. Следовательно, оба транзистора включены по схеме с общим коллектором (см. л/р №2). В громкоговорителе происходит преобразование усиленных электрических колебаний низкой частоты в звуковые колебания.