книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

Схемы усилителей мощности. Различают однотактные и двух­ тактные схемы таких усилителей. При однотактной схеме (рис. 59,а) сопротивление нагрузки Rn согласуют с сопротивлением лампы выходной ступени при помощи выходного трансформатора Тр\. Однотактные усилители мощности дают хорошие результаты при работе в режиме А. Но этот режим отличается низким к. п.д.

Для повышения к. п.д. выходных каскадов усилителя исполь­ зуют двухтактную схему (рис. 59,6). В первичной обмотке выход­

Рис. 60. Графики ра­ боты (а, б, в, г) и принцип компенсации нелинейных искаже­ ний (<?, е, ж ) в двух­ тактном усилителе мощности.

90

Uq2 подаются в противофазе от входного трансформатора Трх (рис. 59, а и 60, а). Соответственно и анодные токи ламп 7at и 7а2 также будут находиться в противофазе (рис. 60,6).

Ток одной лампы

дечнике трансформатора. Этот поток пропорционален разности то­ ков 7а 1 и /а2:

Ф = 2AImsin Qt.

Следовательно, постоянная составляющая анодного тока в ста­ ли трансформатора отсутствует,- а переменная составляющая на выходе трансформатора имеет удвоенную амплитуду анодных то­ ков ламп (рис. 60,г). Поэтому в двухтактной схеме выходной трансформатор может быть облегченной конструкции.

Двухтактная схема малочувствительна к пульсации анодного тока, питающего лампу. Нелинейные искажения в ней меньше бла­ годаря взаимному уничтожению вредного влияния четных гармо­ нических составляющих (рис. 60,6, е, ж).

8. Усилители постоянного тока

В усилителях постоянного тока коэффициент усиления не из­ меняется при понижении частоты. Они способны без искажений усиливать сколь угодно медленные колебания и постоянные токи.

Усилители на сопротивлениях и трансформаторах имеют огра­ ничения по усилению напряжения очень низкой частоты. Ограни­ чивающими элементами являются разделительный конденсатор между каскадами и конечная индуктивность намагничивания трансформатора.

Для усилителей постоянного тока характерна гальваническая связь между анодом предыдущего и сеткой последующего каскада.

91

Усилителям постоянного тока свойственно явление д ре йфа , которое состоит в большом изменении выходного напряжения при незначительных колебаниях напряжения источника питания, а так­ же при изменении параметров ламп (например, после замены).

Для уменьшения дрейфа усилителей используют специальные схемы включения ламп, в частности мостиковые.

9.Обратная связь в усилителях электромагнитных колебаний

Назначение обратной связи. На характеристики усилителя эф­ фективно можно воздействовать, подавая сигнал с выхода усили­ теля на его вход в противофазе (отрицательная обратная связь) или в той же фазе (положительная обратная связь). Отрицательная обратная связь уменьшает усиление, но улучшает характеристики усилителя. Положительная обратная связь дает возможность уве­ личить усиление, но может вызвать самовозбуждение усилителя.

Способы осуществления обратной связи. Можно часть выход­ ного напряжения (например, с добавочной обмотки выходного трансформатора) включить последовательно с входным напряже­ нием (обратная связь по напряжению). Можно напряжение обрат­ ной связи снять с сопротивления, включенного последовательно с нагрузкой (обратная связь по току). Существуют и комбинирован­ ные схемы, когда обратная связь осуществляется и по напряже­ нию, и по току.

На рисунке 61, а показано, как при помощи комбинированной связи в виде цепочки Ср, — —/?р, может быть поднято усиление на нижних частотах и скомпенсирован завал частотной характери­ стики в области нижних частот. Это происходит потому, что на нижних частотах сопротивление конденсатора Ср увеличивается и напряжение обратной связи уменьшается. На верхних частотах этого не происходит, и усиление становится меньшим.

В схеме, показанной на рисунке 61,6, обратная связь осущест­ вляется при помощи цепи Rr, — Ср . Здесь обратная связь на высо­ ких частотах усиливается за счет уменьшения сопротивления кон­ денсатора Ср и усиления его шунтирующего действия.

Рис. 61. Схемы отрицательной обратной связи в усилителях.

92

ным и большим входным сопротивлением, не требует высокого на­ пряжения для своей работы, вносит малые нелинейные фазовые и амплитудно-частотные искажения.

Положительная обратная связь находит применение в лампо­ вых усилителях, используемых для улучшения характеристик из­ бирательности ^С-фильтров.

10. Специальные усилители

Для усиления сигналов с частотным спектром в сотни и мил­ лионы герц применяются специальные широкополосные усилите­ ли. Необходимость в применении таких усилителей возникает, на­ пример, в телевизионных и импульсных усилителях.

В широкополосных усилителях используются различного рода корректирующие контуры. В качестве примера на рисунке 62 по­ казана схема усилительного каскада, в котором подъем усиления

резонансу между индуктивностью La и входной емкостью С после­ дующего каскада. Коэффициент усиления в области низких частот возрастает вследствие увеличения емкостного сопротивления филь­ тра Яф— Сф. Усилители с частотной коррекцией позволяют полу­ чить почти горизонтальную амплитудно-частотную характеристику и хороший коэффициент усиления в широком диапазоне частот.

11. Усилители на транзисторах

Свойства усилительных каскадов при различных схемах вклю­ чения транзисторов. В любом усилителе (ламповом или транзи­ сторном) источник усиливаемого сигнала должен включаться в

93

цепь управляющего электрода усилительного каскада, а его на­ грузка — в цепь управляемого электрода. У электронных ламп уп­ равляющим электродом является первая сетка, управляемым— анод. В зависимости от общего провода, образуемого входными и выходными цепями, получают различные схемы усилительных кас­ кадов. Ламповая схема с общим катодом (рис. 54) получила по­ всеместное применение ввиду ее способности обеспечивать боль­ шой коэффициент усиления по напряжению. В тех случаях, когда нужно обеспечить весьма малые искажения сигнала, применяют схему с общим анодом, получившую название катодного повтори­ теля. Почти не применяют ламповой схемы с общей сеткой.

Для транзисторных усилительных каскадов столь очевидных преимуществ для одной какой-либо из возможных схем (с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором) не наблюдается.

Для схемы с общей базой (рис. 34) параметры усилительного каскада выражаются следующим образом.

Входное сопротивление каскада

п_ Ф.6 + а£ Д,

Выходное сопротивление каскада

^пб + Rc

Дб+А«б*с ' Коэффициент усиления по напряжению

осR »

Киб

ЯпХ ( 1 I А22б Я ,|)

Максимальный коэффициент усиления по мощности

а-

К г.

(]/"дб + У ,1пб А21б )

Сопротивление нагрузки в режиме согласованной передачи

Ацб~

•^п.согл .С

/

Входное сопротивление при согласованной нагрузке

RВХ‘СОГЛ.6 = ДбЯн.согл б-

В приведенных формулах /i-параметры для схемы с общей ба­

94

а

Р = 1 — а

Подставив в приведенные формулы вместо /гэ-параметров Ьъ- параметры и приняв ЛггбДн’С !, получим приближенные выраже­ ния, позволяющие сравнить параметры обеих схем:

95

общим эмиттером по сравнению со схемой с общей базой входное сопротивление и усиление по току и мощности больше, а выходное сопротивление меньше. Усиление по напряжению примерно оди­

ления по напряжению всегда меньше единицы (эта схема подобна катодному повторителю).

Во всех трех схемах включения входное сопротивление зави­ сит от сопротивления нагрузки, а выходное — от сопротивления источника сигнала.

В качестве примера ниже приведены результаты расчета пара­ метров однокаскадного усилителя низкой частоты на транзисторе,

96

В результате пере­ счета из йб-параметров получены следующие Л-параметры для схем включения транзисто­ ра (табл. 4).

Из сравнения полу­ ченных параметров (табл. 5) можно сде­ лать следующие выво­ ды. Коэффициент уси­ ления по напряжению в схемах с общим эмиттером и с общей базой одинаков, а в схеме с общим коллек­ тором меньше едини­ цы. Коэффициент уси­ ления по мощности в схеме с общим эмитте­ ром максимален, а в схеме с общим коллек­ тором минимален. Входное сопротивление наибольшее в схеме с общим коллектором, а наименьшее в схеме с

Т а б л и ц а 5

Параметры усилителя на транзисторе

* р

и выходного сопротивлений. Благодаря этим преимуществам схе­ ма с общим эмиттером (рис. 34) применяется в транзисторных

усилителях чаще других схем.

Усилители напряжения на транзисторах. В усилителях низкой

частоты на транзисторах между каскадами применяются емкост­

рисунке 63,о, работает на транзисторах с заземленным эмит­ тером.

Трансформаторные усилители (рис. 63,6) используются в тех случаях, когда требуется согласовать относительно большие вы­ ходные сопротивления каскадов с их малыми входными сопротив­ лениями.

Между каскадами усилителей напряжения высокой частоты на транзисторах включается резонансный контур L'C', настроенный

на частоту колебаний усиливаемого сигнала (рис. 63,в).

Усилители мощности на транзисторах. Однотактные выходные

ступени на транзисторах применяются только в таких усилителях, в которых мощность на выходе исчисляется десятками или сотня­ ми милливатт. В тех случаях, когда на выходе усилителя требует­ ся значительно большая мощность, применяется параллельное включение транзисторов (рис. 59, в) или двухтактная схема вы­ ходного каскада (рис. 59,а). В последнем случае напряжение с предпоследней ступени снимается с сопротивлений Rm и Ru2 - На­ ходят также применение усилители не только с выходными Тр2 ,

3.Где применяются усилители низкой частоты?

4.Какие основные параметры усилителей вам известны?

5.Перечислите причины и виды искажений в усилителях.

6.Чем характеризуются классы усиления А, В и С?

7.Нарисуйте схему усилителя низкой частоты на сопротивлениях и объясните, как она работает.

8.Нарисуйте схему усилителя низкой частоты на трансформаторах и объясни­

те, как она работает.

9- Какие вы знаете виды усилителей высокой частоты?

10.Каковы преимущества двухтактных усилителей мощности перед однотакт­ ными?

11.Для чего применяется положительная и отрицательная обратная связь в уси­

лителях?

12Для чего применяют специальные усилители? Чем они отличаются от усили­ телей обычного типа?

13.Какие вам известны схемы усилителей на транзисторах?

14.Какая разница в построении схем усилителей на транзисторах, предназна­

ченных для усиления колебаний низкой и высокой частоты?

J5. Какие схемы применяются в усилителях мощности на транзисторах?

98

Г л а в а VII

ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

1.Виды и параметры генераторов электромагнитных колебаний

Для получения электромагнитных колебаний заданной формы

ичастоты применяются генераторы электромагнитных колебаний.

Взависимости от формы генерируемых колебаний различают ге­ нераторы синусоидальных, прямоугольных, пилообразных, колоко­ лообразных и различных других колебаний.

По частоте генерируемых колебаний различают генераторы высокой и низкой частоты. По способу возбуждения различают генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждающиеся, или автогенераторы.

Кгенераторам электромагнитных колебаний предъявляются следующие требования: искажения формы генерируемых колеба­ ний должны быть не больше заданного предела; при изменении питающих напряжений, окружающей температуры, давления ит. п. частота генерируемых колебаний должна изменяться лишь в допу­ стимых пределах; к. п.д. генератора должен быть по возможности высоким.

Кпараметрам генераторов относятся: частота или диапазон частот, напряжение и мощность генерируемых колебаний, их фор­ ма, коэффициент нелинейных искажений формы и коэффициент стабильности колебаний, к.п.д. генератора, его масса и габарит­ ные размеры.

2.Генераторы с внешним (независимым) возбуждением

Генераторы-усилители. В анодных цепях генераторов-усилите­ лей всегда имеется анодный контур. Поэтому, чтобы обеспечить высокий к.п.д. генератора, лампа работает с отсечкой анодного тока (режимы В или С). Анодный контур настраивается на пер­ вую гармонику колебаний, образующихся в анодной цепи. Благо­ даря выделению первой гармоники с анодного контура снимаются синусоидальные колебания.

Генераторы с независимым возбуждением бывают трех видов: выходные, промежуточные и буферные.

Выходные генераторы предназначены для создания необходи­ мой мощности в анодном контуре, к которому подключается по­ лезная нагрузка (антенна, рамка измерительного прибора и т. п.). Главное требование, предъявляемое к этим генераторам, — высо­ кий к. п.д. Ом достигается не только выбором режима работы се­ точной и анодной цепи, но и различными видами связи между анодной цепью и нагрузкой выхода.