Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
8.79 Mб
Скачать

- 210

разности температуры перехода и кор­ пуса в градусах Цельсия на ватт виден

ляемой в нем мощности;

Вкв - тепловое сопротивление корпуса транзис!-

тора между радиатором транзистора и внешней средой, выражающееся отноше­

нием разности температуры радиатора и окружающей среды в градусах Цельсий

на ватт выделяемой в транзисторе мощ­

ности.

Исходная рабочая точка " А " и наклон динамической

характеристики В©

должны выбираться так,- чтобы при мак­

симальном использовании триода по коллекторному току и на­

пряжению отдаваемая мощность была не мецее

заданной.

Так кай

в режиме

А,

форма выходного

сигнала мало

отличается

от

входного сигнала,

то форма переменных составляющих коллектор­

ного тока и напряжения при синусоидальном входном сигнале

близка к

синусоиде.

 

 

 

*>

 

Поэтому

отдаваемая мощность Р

в

нагрузку

и среднее значе-г

ние коллекторного тока

I ср

можно

считать

равными соответ-г

етвенно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р,

^

5 ! т

и ш

^

 

(*.31)

 

I

 

1ОК

 

 

 

 

 

«•р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(*.32)

Приведенное к коллекторной цепи сопротивление нагрузку переменному току определяется наклоном динамической характер

ристики и может быть определено как

R к

* К т

(*.33)

Наибольшая мощность, которая выделяется на транзисторе в коллекторной цепи при отсутствии сигнала, будет

- 211

V ^p^KO^OK UKO

(4.34)

 

Коэффициент гармоник к. ^ транзисторного каскада уси­

ления мощности зависит от многих причин, основными из кото­ рых являются способ включения транзистора и отношение сопро­

тивления источника сигнала (выходное сопротивление предыду­

щего каскада) R u

к входному

сопротивлению транзистора.

Ориентировочный вид

зависимости

 

к г от способа включения и

отношения - щ 1- .

даны на рис.

4.13. Из рисунка видно,

что наибольшие нелинейные искажения дает включение с общим

эмиттером, а наименьшие - включение с общим коллектором.

Рис. 4.13

- 212 -

Напряжение питания транзисторного каскада усиления мощности желательно брать более высоким. При этом уменьшает-1 ся потребляемая входной цепью транзистора мощность сигнала, снижаются нелинейные искажения, повышается к .п .д . и облегча­

ется

конструирование

выпрямителя.

 

 

Расчет каскада

усиления мощности в режиме А

начина-*

ют с

определения мощности сигнала, которую должен отдавать

транзистор, по формуле

 

где - мощность в выходной нагрузке каскада;

- коэффициент полезного действия трансформато-

т Р ра (часть

мощности

расходуется на актив­

ном сопротивлении

трансформатора г и г ) ;

к .п .д .

берут из таблиц.

Затем о .ентировочно определяют мощи зть, которая выде-i ляегся на г нзисторе в коллекторной цепи при отсутствии си1т- нала, по фо_ луле

На основании соотношения

Р*аоп

5>Е^, выбирают

транзистор по допустимой мощности рассеяния.

Напряжение питания выходной цепи

транзистора U KQ выбин

рают из соотношения (4 .2 ^

) .

Затем выбирают способ включе­

ния .транзистора, схему подачи

смещения и стабилизации и со­

ставляют принципиальную схему

рассчитываемого каскада. Даль­

нейший расчет ведут графическим способом.

Линейные искажения, расчет элементов трансформатор и других параметров схемы ведут обычным путем (см. трансфор­ маторный каскад ).

- 213 -

Двухтактный каскад'усиления мощности

Двухтактный каскад состоит из двух однотактных каска­ дов, соединенных вместе общими проводами (рис.4 .14). Его можно выполнить по реостатной схеме, дроссельной,трансфор­ маторной, и т .д . Реостатный каскад усиления мощности облада­ ет очень низким к .п .д . и применяется при минимальной выход- :Н0Й мощности-. '

Наиболее совершенным при работе в диапазоне звуковых и ультразвуковых чаотст является; трансформаторный каскад уси­ ления мощности.. Двухтактный трансформаторный'.каскад является основным з усилителях мощности более 5-10 вт.-При меньших мощностях Применять двухтактную .схему нецелесообразно из-за ее громоздкости. Она'по сравнению с однотактным каскадом усиления мощности дает-.мекьшиё*не линейные искажения, позво­ ляет лучше использовать лампу» уменьшить вес выходного транс­ форматора, упростить систему развязывающих фильтров в цепях питания.

 

Двухтактные.схемы могут работать в режиме А , а также

в

более экономичных режимах

В

и АВ

, что.

позволяет

существенно повысить к .п .д .

каскада. Нелинейные

искажения

з

режимах В

и АВ хотя

и возрастают,

но оказываются

приемлемыми. То качественно новое, что отличает свойства двухтактного каскада от однотактного, определяется способом соединения исходных каскадов. Поэтому эти новые свойства можно выяснить безотносительно к режимам работы.

Рассмотрим г-'оцесск, происходящие в двухтактной схеме, изображенной на рис. 4 .14 а. Полагаем , что все элементы верх­ него плеча схемы соответственно равны элементам нижнего плеча. Первичная обмотка выходного трансформатора выполнена из двух одива: свых половин, намотанных в одну сторону, каждая с числом витков —i p .

На сетки памп подаются огцраковые синусоидальные напряжения

Uef

c o s <ш>Ь и

\ь С4=

- ^ c m COSW ^

9 также на­

пряжение смещения

UC Q .

 

 

 

Через каждую половину первичной обмотки трансформато-.

ра

протекает ток одной из

ламп. Полный ток первой (верхней)

йи

leu

<*/

Рис. 4.14

 

 

 

-

215

 

пампы

t aJ = Ia

. + i,a l ^

протекает через верхнюю поло- !

вину,

а полный ток

второй

(нижней ) пампы % s i

* с

- через нианюю половину.

ag

O.OJS,

 

 

Токи

и

Ь_

протекают всегда в неизменных

направлениях: от плюса источника питания к анодам ламп. Оче~

видно, что магнитные действия токов оа

и.

взаимно

противоположны. Поэтому результирующая величина

магнитодви­

жущей силы, наводящей магнитный поток

в сердечнике трансфор}-

матора, и напряжение на его вторичной обмотке пропорциональ­

ны разности анодных токов

ламп

 

 

 

н • о М ^ г С к

а .

) ;

 

 

 

(*.35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость анодного

тока первой пампы от напряжения

на сетке

-uc i= U

со +Uc m eos, c o b

 

может быть выражена

степенным рядом

 

 

 

 

 

 

 

 

f ( ' u c ) = i < U ,,со

 

Ucm c o s c o b > = f ( U CQ)

+ H U c o )UcrnC0S64

 

г

COSTCO t

+

№ с а

)

ь

ь

гТ

U -.

-------5П— Ч

 

c-OS ы Ъ +

cm'

 

 

 

Л!

cm

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ (4 ic ^) =

 

,

H U C0) - I <iOt .

Подобным же образом представляется зависимость анод­

ного тока

второй

лампы

 

 

 

 

 

 

{(■ис 2) = i <и со -

Ч : т со8

 

= к у

с о ) -

 

*

* <и <я) и а

£-osac o t + -. .

 

 

 

 

 

- { < 4 i o>UcmCO*<*, t

 

g I

cm.

 

 

 

 

 

 

 

Заменяя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c o s 2 a?fc = i

(1 * c o s 2 t*5t> ;

c o s ^ c o t = - y - ( , 2 > C 0 S * C o S S

4

—216 —

 

к т .д . и делая несложные преобразования,'

находив

 

V

1

V * u 4 i > ' - 5 3 i v

. ‘ r a A v c > v cm - 3 «

 

 

 

*>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х 17

costot + 2[

J (U

)Ua + ...IV

cosbu>b*

 

 

 

 

 

cm

 

 

 

д а!

со'

 

cm

J Cm

 

 

 

 

+ 2[ —— ,

 

U

) U 1-

-*...Л7

cm

c o s s w b - »

 

 

 

 

 

L 16.5! 1 4

 

е л 7

c m

 

-*

 

 

 

 

ИЛИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l a 1-

l a a= 2l .m COSU3t t a I 2,r1x C Q S ЬОЭ l> ■

C^.36)

 

где

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

i m

e [ f ' t u

W - L f " ( U

) U

cm

 

c m

 

 

 

 

 

^

с о '

 

A.aj

Л

с о -

 

 

1

 

амплитуда первой гармоники тока одкого_ плеча;

 

 

 

 

Г

t .

.ffl

 

2

" 1 ......V

 

~

 

l *

 

 

Зж= L” .51.*

< Uco) Ucm + 56А! г

( l co >'c m

■ 3ЧвлГ

 

амплитуда тока третьей гармоники плеча;

 

 

 

 

 

 

15т.гггт-:':гт--"лгт1-

 

 

 

 

амплитуда тока пятой гармоники плеча

и т.д ...

 

 

 

 

Подставляя выражение

(4.36)

в (4 .3 5 ), получим

 

и а = К = о,2Л

C2llme o s to Ь ^ 2IAmc o s J w Ъ + . . . ) . ^ * 37)

 

Нз этого соотношения следует,

что~напряженность магпитно-

 

. го-поля Я ‘

и напряжение

Tia

не содержат

постоянной состав­

 

ляющей и четных гармоник.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсутствие

постоянного

подмагкичизания

сердечника

 

выходного трансформатора

позволяет уменьшить вес и. габариты

трансформатора и, следовательно,

снизить

его стоимость.

 

 

 

 

Компенсация четных

гармоник в двухтактной схеме поз­

воляет реализовать более экономичные режимы работы В и АВ „ дающие-большой процент четных гармоникой поэтому трудно применимые в однстактных схемах.

- 217 -

Для режима работы класса А .это свойство приводит к значительному уменьшению нелинейных искажений в двухтактном каскаде.

Достоинством двухтактного каскада является также то,

что

общий ток

, протекающий через источник акодно-;

го

питания (рис.4.14?а ),

не содержит нечетных гармоник, в том

числе и основной; при неполной симметрии они значительно по­ давлены-

Л и т

а +

i-а = f t l о + £ I 2т c o s a o o t+ a l4т соь4*оВ...,

 

1

г

 

 

(4.38)

где

-

амплитуда

тока

второй гармоники одного плеча;

1^

-

амплитуда

тока

четвертой гармоники

плеча.

Отсутствие нечетных гармоник позволяет упростить конст-*

рукцию развязывающих фильтров,

предотвращающих самовозбужде-*

ние многокаскадного усилителя

из-за паразитных связей, возни­

кающих на внутреннем сопротивлении через источник общего

питания, а также исключить при

работе в режиме А

блокиро­

вочные конденсаторы С-к и

 

в цепях смещения и т .д .

Важной особенностью двухтактного каскада является срав­ нительно небольшая чувствительность к пульсациям питающего напряжения. При полной симметрии плеч каскада пульсация от- ' сутствует. Это свойство объясняется тем, что изменение (пуль­ сации) любого источника питания (анодного, экранного,сеточнбго) приводит к одновременному и одинаковому изменению анод­ ных токов ламп каждого плеча.

В результате этого разноеть токов остается неизменной. Таким образом, магптные поля, вызванные пульсациями токов источников питания, компенсируются и не проникают на выход усилителя. Последнее позволяет понизить требования к фильт­ рам источников питания двухтактных као-кадов.

Итак, кроме симметричности, двухтактные каскады имеют ряд положительных особенностей, а именно:

1. Компенсацию четных гармоник, создаваемых усилитель­ ными элементами.

2 . Отсутствие постоянного подмагничиввния сердечника

- 218 -

выходного трансформатора.

3 . Компенсацию помех и фона, вносимых источниками пи­ тания.

4 . Компенсацию нечетных гармоник в проводах источников питания, ь том числе и основной гармоники(сигнала).

Следует указать, что все отмеченные преимущества реа­ лизуются тем полнее,чем больше симметрия плеч. На практике, вследствие разброса параметров усилительных элементов, мы имеем лишь некоторое приближение к идеальным условиям, и за счет асимметрии преимущества двухтактной схемы частично

утрачиваются.

Недостатками двухтактной схемы являются:

1.

Повышенные требования к идентичности памп и соответ4

ствующих обмоток трансформаторов;

2.

Применение не менее двух ламп, что не всегда удобно.)

3.

Необходимость иметь на входе каскада два одинаковые

напряжения,сдвинутые по фазе на 180°.

В режиме класса А пампы двухтактной схемы работают’бей

отсечки анодного тока, причем лампы каждого плеча в

одинаков

вой степени участвуют S создании выходной мощности. Поэтому,

расчет

такой схемы на заданную полезную мощность

Р^

можно

свести

к расчету мощности

,

которую должен

отдать один

усилительный элемент. При наличии

в каждом плече

по

одной

лампе (транзистору) расчет ведется.на полезную мощность 0,5Pj отдаваемую одним плечом схемы (рис. 4.15).,

Имея в виду, что двухтактная

схема компенсирует четные

гармоники, выбирают рабочую точку

и проводят нагрузоч­

ную прямую для мощности 0,5 Р ,

с учетом обеспечения ми- :

нимальных искажений на 3-й гармонике. Определенное графичес-^ ки сопротивление нагрузки одного плеча Ra = удваивается ( 2.11^ ). Оно и является результирующим входным conpo-i тивлениеа двух плеч трансформатора со стороны его первичной

обмотки. По оконечной нагрузке R a , сопротивлению

2 Ra

и коэффициенту полезного действия трансформатора

onpq

депяют коэффициент трансформации

т р

-

219 -

 

rv =

E Z T

(4.39)

 

 

m p ^ a

Так как дампы можно считать подключенными последова­ тельно к трансформатору, то сопротивление между анодами ламп можно считать равным (обе лампы одинаковы). Частотные искажения находятся обычным порядком (см. П. гл)

Двухтактные схемы могут работать не только в режиме

А * но главным образом

в режимах В и

А В .

 

Выясним

особенности

работы режима

В

Режим АВобыч­

но близок к

режиму В ,

так как начальный ток лампы I

всегда можно сделать весьма небольшой величины. Принципиаль­

ная схема каскада, работающего в режиме В

или

АВ , анало­

гична двухтактной схеме класса, А . В режиме

В

плечи

двухтактной схемы работают поочередно,каждое в течение полу-

периода,

отключаясь на

следующую половину периода. Поэтому

в любой

момент времени

работает только половина первичной

обмотки

-

вторая половина первичной обмотки отключена от

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ