книги из ГПНТБ / Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника

Мощность, потребляемая каскадом класса А из цепи питания, равна произведению коллекторного напряже­ ния рабочей точки UK.р.т = Дк — 0,5 UK.доп на ток рабо­

чей точки/ к. р .т = -^-/к . доп и не зависит от величины ко­

лебательной мощности:

91

мощность потерь Р п в триоде равна Р0—Р„. При холо­

Пользуясь формулой (82), можно выбрать для кас­ када класса А транзистор по величине максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторе.

После того как транзистор выбран, дальнейший рас­ чет производят графически, используя его типовые вы­ ходные характеристики (рис. 36, а). Для этого, зада­ ваясь некоторой величиной предельного коллекторного напряжения, которое всегда должно быть в два раза больше предполагаемого напряжения коллекторного питания Uк. дОП= 2£ к, определяют предельный коллек­ торный ток.

Для однотактного усилительного каскада класса Л предельный ток при известной величине колебательной мощности Р~ и предельной величине коллекторного напряжения UK.Mn определяют в соответствии с форму­ лой (79):

Величина предельного тока каскада, определяемая по формуле (83), не должна превышать величину предель­ ного тока транзистора.

После определения величины /к. доп на выходных ха­ рактеристиках проводят линию динамической нагрузки

грузки в коллекторной цепи транзистора, вносимому из выходной цепи трансформатора.

Оптимальное сопротивление динамической нагрузки в коллекторной цепи транзистора определяют для одно­ тактного каскада по формуле:

92

Необходимо, чтобы сопротивление, вносимое из вы­

ходной цепи трансформатора Ян, равнялось оптималь­ ному сопротивлению динамической нагрузки:

Отсюда коэффициент трансформации выходного трансформатора в однотактном каскаде класса А дол­ жен быть равен:

Коэффициент трансформации входного трансформа­ тора определяют через отношение вносимого во вторич­

Молено задаться величиной Rr равной входному сопро­ тивлению каскада. Однако, для улучшения линейности усилителя, полного согласования сопротивлений во входной цепи достигать не следует и желательно иметь:

для схемы с общим эмиттером

R r = (2 - 5 ) Я вх;

для схемы с общим коллектором

Яг = (0,2-0,8) Яв*;

для схемы с общей базой

Яг = (4 - 8 ) Явх-

Величину Явх для схем с общим эмиттером можно определить по формуле Явх = гь + (1 + fO гэ, а для схем с общей базой — по формуле

93

Тр.&ых

5

Рис. 37, Двухтактный каскад класса В:

94

лекторного напряжения UK.доп или, иными словами, равно величине напряжения коллекторного питания.

Учитывая также, что максимальное амплитудное значение коллекторного тока каскада класса В равно предельно допустимому току коллектора, можно найти максимальную величину колебательной мощности:

4

Мощность Р о, потребляемая из цепи питания двух­ тактным каскадом класса В, зависит от величины тока и равна при нулевом значении начального тока коллек­ тора произведению напряжения коллекторного питания Ек на среднюю величину тока:

Отсюда определяется теоретический КПД двухтактного каскада класса В:

Практически удается достичь КПД, равного 65—70%. Из энергетической диаграммы следует, что мощность

потерь в каждом транзисторе двухтактной схемы равна:

Анализ функции (93) на экстремум показывает, что максимальные потери в транзисторе происходят при

95

При выборе транзистора необходимо, чтобы допу­ стимая мощность рассеяния на коллекторе была выше максимальной мощности потерь: Рк доп > Рп шкс.

Отсюда

Существует также более жесткое условие, учитываю­ щее возможность перегрева транзистора пиками мгно­ венной мощности:

После выбора транзистора по допустимой мощности далее на типовых выходных характеристиках строят ли­ нию динамической нагрузки и определяют оптимальную величину динамического сопротивления в коллекторной цепи транзистора.

Колебательная мощность, отдаваемая одним плечом каскада, равна колебательной мощности, потребляемой трансформаторной нагрузкой в коллекторной цепи тран­ зистора (см. формулу 76). Поэтому при избранном зна­ чении предельного коллекторного напряжения величина предельно допустимого тока определяется на основании условия ( 9 0 ) :

и к. ДОП Т(тр

Величина сопротивления динамической нагрузки опре­ деляется:

Отсюда может быть найден коэффициент трансформа­ ции, соответствующий половинной части общей первич­ ной обмотки:

Общий коэффициент трансформации, определяемый как отношение числа витков вторичной обмотки выходного

96

трансформатора к суммарному числу витков первичной обмотки, определится:

так же, как и для однотактных схем (см. формулу 87). Однако таким способом получают половинный коэффи­ циент трансформации, то есть коэффициент трансфор­ мации в расчете на половину вторичной обмотки. Общий коэффициент трансформации может быть найден:

*R г

Взаключение заметим, что мощность потерь на кол­ лекторе транзистора можно определить и по более про­ стой методике. Дело в том, что отношение максимальной

колебательной мощности, отдаваемой в нагрузку, к мак­ симальной мощности потерь в транзисторе является по­ стоянной величиной. Это отношение, называемое коэф­ фициентом использования [4], для усилителей класса А равно 0,5, в усилителях класса В оно составит 2,46, в усилителях постоянного тока и усилителях с синусои­ дальным напряжением коллекторного питания коэффи­ циент использования равен 4.

Применяя коэффициент использования транзистора, нетрудно найти мощность потерь в транзисторе. Для это­ го величину необходимой колебательной мощности нуж­ но разделить на коэффициент использования.

§ 8. Дифференциальные усилители

Дифференциальным усилителем (ДУ) называется усилительная схема с двумя входами, выходной сигнал которой пропорционален разности входных сигналов и независим от среднего арифметического значения вход­ ных сигналов.

Дифференциальный усилительный каскад представ­ ляет собой сочетание двух усилительных каскадов,

9 7

4 З ак . 4119

имеющих раздельные входы и объединенных общей цепью питания, а также общей токозадающей эмиттерной цепью.

По схеме усилительных элементов правой и левой половин ДУ можно подразделить на симметричные и не­ симметричные.

В симметричном ДУ в обеих половинах схемы ис­ пользуются инвертирующие усилители, имеющие рези­ стивную нагрузку в коллекторных цепях. В несимметрич­ ных ДУ в одной половине используется инвертирующий усилитель, а в другой эмиттерный повторитель или не­ инвертирующий усилитель, выходная цепь которого слу­ жит нагрузкой для усилителя второй половины схемы.

По схеме эмиттерного токозадающего участка ДУ можно подразделять на схемы с резистивным токоза­ дающим участком, схемы с транзисторным генератором неизменного тока в эмиттерном участке, схемы с токо­ задающим генератором, обеспечивающим отрицатель­ ную обратную связь по синфазной составляющей вход­ ных сигналов.

Принцип действия ДУ удобно изучать на симмет­ ричной схеме с резисторным токозадающим участком (рис. 38). Рассмотрим вначале работу схемы при зако­ роченных на нулевую шину входах Л и Б и ненагруженных выходах В и Г.

По отношению к напряжению общей точки Э схемы эмиттерные участки транзисторов имеют следующие входные сопротивления:

( 102)

где гэ. 6i и гэ. 62 — входные сопротивления транзистора при включении по схеме с общей базой;

Дэ1 и Яз2 — сопротивления добавочных резисто­ ров в эмиттерных участках.

Поскольку сопротивления R3.6i и R3.ег могут быть неравны, удобно ввести критерий их неравенства /гвх =

и с помощью этого коэффициента определить

Дэ. 61

одно сопротивление через другое:

( 1 0 3 )

9 8

с

Рис. 38. Дифференциальный усилитель с симметричным выходом:

а — схема дифференциального усилителя; б, е, г — способы включения источника входного сигнала

Аналогично можно задать соотношение коэффициен­ тов усиления а, обратных коллекторных токов /к. 0 и со­ противлений резисторов коллекторных нагрузок R K:

а., — пла,;

9 9

сдвига нуля ДУ при короткозамкнутых входах являются асимметрия ДУ по входным сопротивлениям пВХ) асим­ метрия по коэффициентам усиления н а, асимметрия по сопротивлениям коллекторных нагрузок nR. к, а также асимметрия по обратным токам коллектора п;.к.0.

Асимметрия по входным сопротивлениям может быть устранена, то есть приведена к 1, регулировочным по­ тенциометром Rper в эмиттерной цепи триодов.

Асимметрия по коэффициентам усиления па в члене Hi Hr.к выражения (107) может быть скомпенсирована должной регулировкой асимметрии ur. к с помощью ре­ гулировочного потенциометра RK.рег.

С помощью регулировочных потенциометров Rper и R к.per можно добиться получения нулевого выходного сигнала при закороченных входах схемы.

Интересно определить разностное напряжение АС/Вх.0, которое будучи поданным на вход А, вызовет такое уменьшение тока / К1 и увеличение тока /к2, что выход­

Г э . 5 1 (1 + п в х )

100