книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Параллельно сопротивлению R„.т включено индуктивное сопро­ тивление первичной обмотки трансформатора ш/^. Практически трансформатор всегда делают так, чтобы в полосе средних рабочих частот усилителя выполнялось условие:

2. По известной величине тока базы /бо находят положение точ­ ки исходного режима на семействе КСХ. Эта точка позволяет узнать

ходного режима на БДХ и исходное напряжение на базе [/бо- Даль­ нейшие построения графиков мгновенных значений напряжений и токов ясны из рис. 2.40.

250

Рис. 2.40. Процесс усиления синусоидального сигнала в однотактном трансфор­ маторном усилителе на транзисторе р — п — р с общим эмиттером, работающим в режиме класса А

to

СП

В соответствии с изображенными графиками физические про­

причине изменяется потенциальный барьер эмиттерного перехода и происходит изменение интенсивности процесса инжекции дырок из эмиттера в базу. Вследствие этого происходят взаимно пропорцио­ нальные изменения токов базы и коллектора. Они синфазны. Ввиду наличия нагрузки в коллекторной цепи транзистора, изменения тока ('к сопровождаются изменениями напряжения цк . Они противофазны.

При достаточно большой величине сопротивления R„.т ампли­ туда коллекторного напряжения UmK получается значительно боль­ ше, чем £Лпб. Амплитуда тока коллектора 1тк всегда много больше амплитуды тока базы 1тв-

Если трансформаторный каскад является выходным, то обычно

печивает выделение значительной мощности полезного сигнала на малом сопротивлении реальной нагрузки каскада Ra.

Пользуясь графиками физических процессов можно определить следующие параметры усилителя:

262

— мощность потерь, рассеиваемую на нагрев коллектора:

ванного треугольника. Назовем его треугольником полезной мощ­ ности (ТПМ). Мощность Р0 равна площади заштрихованного пря­ моугольника. Будем называть его прямоугольником расходуемой мощности (ПРМ). Очевидно, что КПД усилителя (точнее, его кол­ лекторной цепи) равен отношению площади ТПМ к площади ПРМ.

Мощность Ра не зависит от величины сопротивления Rn. т- Она определяется только напряжением £ к и током /ко- Мощность Р к . ц зависит от величины сопротивления RH. т и от амплитуды входного сигнала. Очевидно, что КПД усилителя возрастает с увеличением входного напряжения. Поэтому в усилителе мощности желатель­ но использовать максимально возможный рабочий участок КДХ.

значительные нелинейные искажения. По этой причине применять режим полного возбуждения усилителя нецелесообразно. Обычно амплитуда возбуждающего напряжения выбирается такой величи­ ны, при которой КПД каскада получается 25—35%.

Особенностью трансформаторных усилителей является возмож­ ность изменения фазы выходного сигнала на 180°. Достигается это переключением одной из обмоток трансформатора.

В любом трансформаторном каскаде легко получить на выходе два симметричных напряжения. Для этого вторичная обмотка трансформатора должна состоять из двух одинаковых половин. Пример схемы однотактного трансформаторного усилителя с двумя

Практически схемы однотактных трансформаторных усилителей редко применяются без отрицательной обратной связи. Она нужна для стабилизации исходного режима транзистора и для уменьше-

263

нйя искажений усиливаемых сигналов. Примеры таких схем будут приведены дальше.

Обычно однотактные усилители на транзисторах попользуются в приемниках с выходной мощностью порядка десятков или сотен милливатт. Она получается максимальной, если

Рис. 2.41. Схема однотактного трансформаторного усилителя с двумя симметричными выходными напряжениями

б) О д н о т а к т н ы й т р а н с ф о р м а т о р н ы й у с и л и т е л ь на л а м п е

Наиболее распространенная схема оконе|Чного каскада приемни­ ка на лампе изображена на рис. 2.42. Это усилитель на пентоде с ячейкой автоматического смещения в цепи катода. Очень часто каскад.выполняется на лучевом тетроде. Триоды в оконечных кас­ кадах современных приемников применяются редко.

Поскольку семейство АСХ пентода аналогично семейству КСХ транзистора, то и графические построения для усилителя на лампе

где RB. Л —эквивалентное сопротивление анодной нагрузки лампы. Для выходных пентодов характерно наличие оптимального на­ грузочного сопротивления RB. л . опт, при котором получаются наи-

234

меньшие нелинейные искажения. Оно обычно указывается в спра­ вочниках. Приблизительно

Практически эта величина бывает 5—10 ком. При заданном со­ противлении реальной нагрузки Rn подбор необходимой величи­ ны Ru. л достигается выбором коэффициента трансформации выход­ ного (согласующего) трансформатора.

О частотных свойствах трансформатора судят по его эквивалент­ ной схеме. В полном виде она изображена на рис. 2.43.

265

трансформатора Ф. На входе трансформатора действует перемен­

Рис. 2.43. Полная схема трансформатора с активной нагрузкой

В соответствии с этой формулой пересчета сопротивлений полу­ чается эквивалентная схема трансформатора (рис. 2.44). В этой

схеме приведенными к первичной обмотке трансформатора (т. е. пересчитанными в его первичную цепь) являются:

= / ? „ • f-=r-J.—сопротивление нагрузки усилителя;

-j=j-j — индуктивность рассеяния вторичной обмотки;

-=ЛJ — активное сопротивление вторичной обмотки.

-=r-J —емкость вторичной цепи трансформатора;

^ ё ы х = ^вых • — выходное напряжение усилителя.

266

В области средних частот усилителя можно пренебречь нали­ чием индукт.ивноетей рассеяния (так как они малы) и индуктив­ ностью L x (потому что она достаточно велика). Тогда эквивалентная схема трансформатора примет вид, показанный на рис. 2.45, а. Из нее видно, что в области средних рабочих частот трансформатор обладает активным входным сопротивлением. В транзисторном

усилителе оно обозначено RB. т . Точная величина этого сопротивле­ ния равна

Поскольку выходная мощность полезного сигнала выделяется на сопротивлении 7?н', а на сопротивлениях гх и г'2 происходит вы­ деление мощности тепловых потерь, то уравнение для КПД транс­ форматора имеет следующий вид:

Поэтому требуемый коэффициент трансформации определяют по следующей формуле:

267

Д ля расчета п задаются ожидаемой величиной КПД трансфор­ матора, выбирая т)Тр = 0,6-г-0,9. При этом руководствуются практи­ ческим опытом, из которого известно, что с увеличением размеров трансформатора его КПД возрастает.

Коэффициенты усиления трансформаторного усилителя на транзисторе в области его средних частот можно рассчитать по следующей формуле:

^ — в л и я н и е i?2

влияние индуктивности рассеяния трансформатора и междувитковых емкостей обмоток. Из-за наличия емкости С\ с повышением ча­ стоты уменьшается переменное напряжение на входе трансформа­

чих частотах может получиться некоторый подъем усиления. Одна­ ко на частотах более высоких, чем резонансная, спад усиления не­ избежен.

С понижением частоты усиливаемых колебаний сопротивление емкостей возрастает, а индуктивностей уменьшается. Поэтому в об­ ласти нижних частот усилителя эквивалентная схема трансформа-

268

тора имеет вид, показанный на рис. 2.45, в. Из этой схемы видно, что на нижних частотах усилителя проявляется влияние индуктив­ ности первичной обмотки трансформатора L \ . Из-за ее наличия с понижением частоты происходит уменьшение входного сопротивле­ ния трансформатора, что приводит к уменьшению напряжений на его входе и выходе. Резонансных явлений в области нижних частот усилителя обычно не возникает.

Типичный вид частотных характеристик трансформаторного усилителя показан на рис. 2.46.

Из сказанного ясно, что для расширения полосы пропускания усилителя в область нижних частот необходимо увеличивать индук­ тивность первичной обмотки трансформатора. При этом размеры трансформатора, его вес и стоимость возрастают. Однако увеличи­ вается и КПД.

4. Двухтактные трансформаторные усилители

Двухтактные трансформаторные усилители (ДТУ) применяют­ ся для получения большой выходной мощности полезного сигнала при наличии высокого КПД. Выходная мощность ДТУ опреде­ ляется типом усилительных приборов и режимом их работы. КПД усилителя зависит только от режима его работы.

Схема ДТУ представляет собой совокупность двух однотактных усилителей, работающих на общую нагрузку. Половина двух­ тактного усилителя называется плечом. Оба плеча электрически симметричны. Для электрической симметрии плеч ДТУ его усили­ тельные приборы должны иметь одинаковые параметры и симмет­ ричные режимы. Такие режимы получаются, если на входе ДТУ действуют два симметричных входных напряжения. Будем их счи­ тать синусоидальными. Они должны быть равны и противофазны.

Существует много различных схем ДТУ, но их основные свой­

На рис. 2.47 Изображена типичная схема двухтактного транс­

предыдущего каскада. Его полная схема может соответствовать рис. 2.41.

Если условия полной симметрии плеч ДТУ выполнены, то все составляющие токов аналогичных электродов обоих транзисторов получаются равными.

269