
книги из ГПНТБ / Боровиков, А. И. Усилители электрических сигналов в вопросах о ответах учеб. пособие для студентов РИСХМа специальностей 0636, 0501, 0502, 0504, 0509, 0531 и 0536
.pdfдой лампы поданы одинаковые напряжения смещения Ucoi3 Ucoz . Так как токи Doo, и Jaoz протекают в полу-
обмотках выходного трансформатора в разных направлениях, то ордината токов первой лампы направлена вверх, а второй лампы - вниз.
Ось времени входного сигнала проходит вдоль осей орди
нат через |
рабочие точки Aj и |
обеих ламп (см.рис. 73). |
||
Приложенное входное напряжение, как показано |
на рис. 73, |
|||
положительной полуволной воздействует |
на первую лампу, а |
|||
отрицательной полуволной - на вторую, |
в результате на вы - |
|||
ходе выходного трансформатора будет получена усиленная |
||||
волна выходного сигнала. |
|
|
|
|
При отсутствии входного сигнала через лампы, а |
следо |
|||
вательно, |
и через полуобмотки |
W| |
выходного |
трансфор |
матора протекают одинаковые и противоположно направленные
токи |
покоя |
7ао, |
и |
За<и |
. Их магнитодвижущие |
силы |
( JooiW', * Ja.iW, |
) |
компенсируют друг друга (при |
хорошей симметрии), поэтому постоянного подмагничивания железа сердечника выходного трансформатора в этой схеме нет. Это очень важное преимущество двухтактных схем.
Вследствие симметрии в выходной цепи полностью компен — сируются также все четные гармоники сигнала, поэтому
110
двухтактный усилитель вносит меньше нелинейных искажений, чем однотактный. Отсутствие постоянного подмагничивания сердечники позволяет конструировать выходной трансформатор меньших габаритов.
В целях повышения КПД усилителя двухтактные усилите ли большой мощности могут работать в режимах 'В ' и 'С '.
Для работы двухтактного усилителя мощности необ ходимо несимметричное
входное напряжение предварительного усилителя преобразовать
вдва одинаковые, но противофазные напряжения.
Вбольшинстве случаев преобразование входного напря -
жения осуществляется при помощи входного трансформатора,
у которого |
вторичная |
обмотка |
имеет средний вывод |
(см .п . 84). |
||||
Входное несимметричное напряжение подается на первич |
||||||||
|
|
|
|
|
ную обмотку (см. рис. 74). |
|
||
|
.. |
_ |
|
|
Средняя |
точка вторичной о б - |
||
Т |
|
J |
Wi |
v/cl |
мотки заземлена, поэтому на |
|||
I |
... |
■< |
-----Т---------- ® |
выводах |
вторичной обмотки |
|
||
|
|
|
|
|
(начало и конец) по отноше — |
|||
|
|
|
|
^ нию к средней точке |
(земле) |
|||
|
|
|
|
|
будут действовать два противо |
|||
|
|
|
|
|
фазных |
напряжения |
Uci |
и |
|
|
|
|
|
Uci |
(см. п. 84). |
|
|
|
|
Рис. |
74 |
|
В тех случаях, |
когда при |
||
|
|
|
|
|
менение |
входного трансформа |
||
тора |
нежелательно (для расширения полосы пропускания), |
|
вместо входного трансформатора применяют электронные парафазные каскады, которые, как и входной трансформатор, на выходе образуют два симметричные по отношению к зем ле противофазные напряжения.
Существует много различных схем нарафазных каскадов, 1 заменяющих входной трансформатор в двухтактных усилите — лях мощности. Некоторые схемы таких усилителей приведены в п. 86. -
Ш
88. КАК |
УСТРОЕНЫ НАИБОЛЕЕ |
На рис. |
75 |
приведена |
|||||||
ПРОСТЫЕ СХЕМЫ ПАРАФАЗНЫХ |
схема |
балансирующегося |
|||||||||
КАСКАДОВ ? |
|
|
|
фаэоинверсивного |
(пара- |
||||||
|
|
|
|
|
фазного) каскада. Пер |
||||||
триоде выдает напряжение |
Uci |
, |
вый каскад |
на левом |
|||||||
сдвинутое по |
отношению |
||||||||||
к входному |
напряжению на |
|
at |
180°, |
а второй каскад |
||||||
(вторая половина лампы) сдвигает это напряжение еще раз |
|||||||||||
на 180° ( |
Ucz ). |
|
|
|
Таким образом, |
с вы |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ходов |
усилителя снимаются |
||||||
|
|
|
|
два противофазных напря - |
|||||||
|
|
|
|
жения |
Uet |
и |
|
Uc? |
|||
|
|
|
|
Величины этих напряжений |
|||||||
|
|
|
|
устанавливаются |
сопротивле |
||||||
|
|
|
|
ниями делителя |
напряжения |
||||||
|
|
|
|
Pi |
Рг |
Рз |
• |
приведена |
|||
|
|
|
|
|
На рис. |
76 |
|||||
|
|
|
|
схема фазоинверсного каска |
|||||||
|
|
|
|
да с разделенной |
нагрузкой |
||||||
|
|
|
|
на одном |
триоде. |
Одно |
|||||
|
|
|
|
выходное |
напряжение |
Uci |
|||||
|
|
|
|
снимается с анода лампы. |
|||||||
|
|
|
|
Это |
напряжение |
находится |
|||||
в противофазе с входным напряжением. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Второе |
выходное напряжение |
U «г |
, |
снимаемое |
с ка |
||||||
|
|
тода |
лампы, |
находится |
в фазе с |
||||||
|
|
входным |
напряжением. |
Величины |
|||||||
|
|
выходных напряжений выбираются |
|||||||||
|
|
одинаковыми путем выбора сопро |
|||||||||
|
|
тивлений |
(?а.( Rij R<ij Rm и |
1?г, |
|||||||
|
|
|
Рассмотренный каскад |
(рис.75 \ |
|||||||
|
|
не только образует противофаз - |
|||||||||
|
|
ные |
напряжения, |
но и усиливает |
|||||||
|
|
их. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112
87. |
КАК УСТАНАВЛИВАЕТСЯ |
Усилительные каскады на |
|
ТОК |
СМЕЩЕНИЯ ТРАНЗИС - |
транзисторах, |
как и на |
ТОРНОГО КАСКАДА ? |
вакуумных приборах, мо - |
||
|
|
гут работать |
в режимах |
"Д", |
|
классов "А ", |
"В ", "С " и |
а также в промежуточных режимах "АВ^ " |
и "АВ )". |
||
|
Тот или иной режим по постоянному току устанавливается |
выбором положения рабочей точки на динамической характе - ристике усилительного каскада.
Электронные лампы (триоды, пентоды |
и др. ), как извест |
но, являются потенциальными приборами, |
и для получения ' ' |
необходимых режимов работы на сетки ламп достаточно по -
дать определенные отрицательные потенциалы. |
Токи |
в |
этом |
||||
случае но цепям сеток практически не проходят. |
|
|
|||||
Транзистор |
же является токовым прибором, и для полу |
||||||
чения необходимого режима работы в цепи эмиттер - |
база |
||||||
должен проходить также вполне определенный, |
хотя |
и неболь |
|||||
шой, ток базы, |
создающий заданный коллекторный ток~покоя |
||||||
3Ко |
|
|
|
|
|
транзисто |
|
Следовательно, для требуемого режима работы |
|||||||
ра необходимо установить надлежа. щий ток смешения |
J £' . |
||||||
Следует обратить внимание еще на одну особенность |
|||||||
транзистора. Когда сетка электронной |
лампы |
имеет |
нулевой |
||||
потенциал но |
отношению к кнтоду, лампа открыта, |
Л если ба |
|||||
за транзистора |
имеет |
нулевой потенциал по |
отношению к |
||||
эмиттеру - |
i ранзистир |
закрыт. |
» |
|
|
|
|
|
|
|
Простейшей схемой для установления |
||||
|
|
|
режимов классов "А " и "АВ" являет |
||||
|
|
|
ся схема с фиксированным током |
||||
|
|
|
смешения. |
|
|
|
|
|
|
|
На рис. |
77 приведена схема для |
|||
|
|
|
получения фиксированного т'ока сме |
||||
|
|
|
шения транзистора тина р-п-р. |
||||
|
|
|
Величина тока смещения устанав |
||||
|
|
|
ливается резистором |
R см |
|
ИЗ
|
|
R СИ — |
^ ( Е к -U fe) |
) |
|
|
|
С|- О*-) о |
|
где |
Е к |
- напряжение источника питания; |
-коэффициент усиления по току (в схеме с обшей базой);
U л |
- |
напряжение смещения • |
Jko |
- |
ток покоя транзистора в данном режиме. |
Недостатком этой схемы является зависимость тока сме щения от изменения параметров транзистора (изменение тем - пературы и некоторые другие причины).
Чтобы получить более стабильный ток смещения часто, применяется схема с фиксированным напряжением, показанная на рис. 78. Фиксированное напряжение смещения снимается с
резистора |
Ra |
делителя напря - |
||
жения R, - Ra |
|
|
||
|
Отношение сопротивлений выбира |
|||
ется |
так, |
чтобы |
получить необходи |
- |
мое |
напряжение, |
а следовательно, |
и |
ток смещения базы. Чем больше ток
делителя, |
тем выше стабилизация |
||
режима: |
|
EK_ Ufe |
Ufo |
К| — |
3Sep 7< |
R a ~ ' |
|
|
|
i |
|
где Jeep |
- |
среднее |
значение тока |
,Рис. 78 базы при максимальном расчетном
значении сигнала:
- ток делителя. Обычно |
J<f= ( I ~ 3) J Sч> |
Схема с фиксированным напряжением смещения дает более |
|
устойчивый режим работы, чем |
схема с фиксированным током, |
но она мало экономична, так как на делителе бесполезно рассеивается мощность от источника питания.
Оба рассмотренные виды смещений тока пригодны для каскадов, работающих при относительно малом интервале коле баний температуры.
Для повышения температурной стабильности иногда вво - дится отрицательная обратная связь по току (коллекторная стабилизация). Схема коллекторной стабилизации режима пред ставлена на рис. 79. Резистор смещения .. Rсм подключается
114
между базой и коллектором транзистора, поэтому ток базы будет зависеть от тока коллектора, т .е . будет отрицатель ная обратная связь по току.
Например, при понижении температуры окружающей среды ■Сопротивление цепи базы увеличится, а ток смещения вслед ствие этого уменьшится. Это приведем к некоторому умень шению тока коллектора и соответственно к уменьшению па —
дения напряжения на коллекторном |
резисторе |
Rk |
. По - |
||
тенциал точки |
„ |
повысится, и ток смещения |
снова |
||
возрастет?, достигнув почти своего |
прежнего значения. |
||||
В данной |
схеме |
отрицательная |
обратная |
связь |
будет |
действать и по переменному току, |
что приведет к уменьше |
||||
нию коэффициента усиления каскада. |
|
|
Чтобы уменьшить действие обратной связи по переменно му току и этим сохранить величину коэффициента усиления,
переменную составляющую напряжения, |
падающую на |
резисто |
|
ре смещения, шунтируют емкостью |
С см |
так, |
как это |
показано на рис. 80. |
|
|
|
В этом случае переменная составляющая сигнала практи чески не будет поступать на базу и 'коэффициент усиления уменьшаться не будет. Более высокую температурную ста — билизацию можно полу чить по схеме эмиттерной етабилнза — ции совместно с фиксированным напряжением базы. 1 Схема
115
эмиттерной стабилизации представлена на рис. 81. Сопро тивление R? , шунтированное емкостью Сэ , рабо тает аналогично узлу автоматического смещения в усилитель ных каскадах на лампах (см. п. 49):
-Ек
110
|
|
о |
|
|
•р |
Ек- l b f - U k . |
^ |
U»5 + USo |
|||
|
|
Кэ |
Зэе > |
к ,_ |
|
+' |
|
|
|
|
|
LiyS — допустимое |
напряжение на эмиттере^ |
|
|
||||||||
]$о"Ьотоки покоя |
базы |
(смещения) и эмиттера |
p |
f +Эк) ) |
|||||||
у ^0 |
_ напряжение |
смешения определяется |
из входной ха — |
||||||||
|
рактеристики |
триода; |
|
|
|
|
|
||||
|
- ток делителя |
напряжения. |
|
|
|
отрицатель |
|||||
Узел |
|
R* |
и С э |
действует как узел |
|||||||
ной обратной связи по постоянному току. |
Обратная связь по |
||||||||||
переменному |
току гасится |
конденсатором |
|
С э |
. Отрица — |
||||||
тельная обратная связь по току, |
как известно, стабилизи — |
||||||||||
рует |
ток |
(см. п, 57), Для установления |
режимов класса |
||||||||
'В ", |
" С |
и "Д" используются иные схемы |
(см. |
п. |
70). |
||||||
88. |
КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ |
Эмиттерная температур - |
|||||||||
ЭМИТТЕРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ |
ная стабилизация |
режима |
|||||||||
РЕЖИМА РАБОТЫ |
|
ТРАНЗИС - |
постоянного тока |
описана |
|||||||
|
|
|
ТОРА |
? |
|
|
в пункте 87. |
|
|
||
89. |
КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ |
Коллекторная стабилиэа — |
|||||||||
КОЛЛЕКТОРНАЯ СТАБИЛИЗА |
ция режима постоянного |
||||||||||
ЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ |
|
тока осуществляется вве |
|||||||||
|
ТРАНЗИСТОРА ? |
|
дением в цепь смещения |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
отрицательной |
обратной |
|||
|
|
|
|
|
|
|
связи (см. п. 87). |
||||
90. |
КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ |
На рис. |
82 представлена |
||||||||
СОГЛАСОВАНИЕ МЕЖКАСКАД. |
наиболее распространенная |
||||||||||
НЫХ СВЯЗЕЙ В МНОГОКАС - |
схема трехкаскадного |
||||||||||
КАДНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ |
транзисторного усилителя. |
||||||||||
|
УСИЛИТЕЛЯХ •* |
|
Как видно из схемы, меж- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
каскадные связи вылолне - |
||||
ны,как и в вакуумных усилит елях, при помощи |
RC |
- цепей. |
Выходное сопротивление транзисторного каскада, как извест но, значительно выше его входного сопротивления. Поэтому
высокоомный |
выход предыдущего каскада оказывается |
связанным с |
низкоомным входом последующего каскада. Сле - |
117
довательно, между каскадами транзисторного усилителя нет надлежащего согласования нагрузок (требующего равенства этих сопротивлений). По этой причине коэффициент усиления усилителя оказывается заниженным по сравнению со случаем полного согласования нагрузок.
Для полного согласования межкаскадных связей в схему усилителя необходимо было бы ввести согласующие элемен ты, например, межкаскадные трансформаторы, д россели или эмиттерные повторители.
Однако все это оказалось бы неоправданным. В случае
- Е к
применения трансформаторов или дросселей увеличились бы габариты, вес и стоимость усилителя, а при использовании эмиттерных повторителей в схему надо было ввести дополни
тельный транзистор. |
|
|
Поскольку межкаскадные |
R С |
- связи являются очень |
простыми, удобными и дешевыми, они практически исполь - зуются почти во всех случаях, несмотря на отсутствие долж ного согласования нагрузок, а потеря коэффициента усиления от несогласованности этих связей компенсируется добавлением
дополнительного каскада.
Добавление одного несогласованного каскада оказывается выгодней, чем осуществление 'согласования при помоши ( на — пример) эмиттерного повторителя и тем более дросселя или
118
трансформатора. Поэтому транзисторные усилители, |
как |
|||||||
правило, выполняются без полного согласования |
межкаскад |
|||||||
ных связей, ограничиваясь простыми |
RC |
- |
связями. |
|||||
91. КАКИМИ ДОСТОИНСТВАМИ |
|
Достоинства транзис- |
||||||
И НЕДОСТАТКАМИ ХАРАК'ГЕРИ- |
торных усилителей |
|||||||
ЗУЮТСЯ ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИ - |
состоят |
в следующем: |
||||||
|
ЛИТЕЛИ ? |
|
|
|
1) |
малые габари |
||
|
|
|
|
|
ты и вес усилителей ; |
|||
2 ) высокая экономичность (отсутствие цепей накала) уси |
||||||||
лителей; |
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
большой срок |
службы (срок службы электронной лам |
||||||
пы составляет около |
1000 часов, |
транзистора - |
свыше |
|||||
30 000 |
часов;; |
|
|
|
|
|
|
|
1 ) |
высокая |
надежность |
(транзисторы |
устойчивы относите л |
||||
но ударов, трясохс, вибраций, |
они обладают высокой |
мехаии - |
||||||
ческой прочностью); |
|
|
|
|
|
|
|
|
5) |
мгновенная готовность |
усилителя к работе ( |
для лам |
|||||
пового усилителя необходимо время на разогрев катода). |
||||||||
Транзистор вступает в работу сразу с момента его включе — |
||||||||
ния. ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 ) способность работать на относительно низком напря |
||||||||
жении (от 1,5 до 30 вольт). Среднее |
напряжение - |
9-10вольт; |
||||||
7) хорошие характеристики для работы в ключевом режиме |
||||||||
Недостатки следующие: |
|
|
|
|
|
|
||
1 ) |
зависимость |
параметров транзисторов от |
темпера |
|||||
туры; |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ) повышенный разброс параметров транзисторов в одной серии;
3)повышенные собственные нкумы транзисторов;
4)наличие гальванических связей между входной и выход ной цепями, что создает паразитные обратные связи;
5)мало входное сопротивление.
Однако дальнейшее совершенствование производства тран зисторов устраняет перечисленные недостатки,и их следует считать временными.
119