Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

19.21 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2728 / 5228 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 > Следующая >>>

При равенстве постоянных коллекторных токов отсутствует по

стоянное подмагничивание сердечника выходного		трансформато
ра Тр2.	Это позволяет выбрать размеры трансформатора значи
тельно	меньше, чем в однотактной схеме. Поэтому	двухтактный

усилитель получается очень компактным.

При равенстве переменных составляющих коллекторных токов магнитный поток в сердечнике трансформатора Тр2 создается толь ко нечетными гармониками сигнала, которые проходят в первичной обмотке в одном направлении. Четные гармоники коллекторных тсков магнитного потока в трансформаторе не создают, так ка.к протекают в первичной обмотке навстречу друг другу.

Гр,

W, l/вих Ян

—	+ „ I I
1вх

Рис. 2.47. Типичная схема двухтактного трансформаторного усили теля

Если для ДТУ выбрать режим работы класса В, то высшие не четные гармоники импульсных коллекторных токов полностью исче зают. Тогда переменный магнитный поток в трансформаторе соз дается только их первыми гармониками. В режиме АВ нечетные гармоники в коллекторных токах транзисторов есть, но их ампли туды малы по сравнению с амплитудой первой гармоники. Из ска занного следует, что в ДТУ целесообразно применять экономичные режимы работы класса В или АВ. Тем самым можно получить КПД более высокий, чем у однотактного усилителя.

Схема ДТУ малочувствительна к пульсациям напряжения пи тания, так как изменения постоянных токов усилительных прибо ров магнитного потока в выходном трансформаторе не создают. Эта особенность двухтактного усилителя позволяет упростить кон струкцию сглаживающего фильтра выпрямителя.

Достоинство ДТУ заключается также в малой паразитной свя зи с предыдущими каскадами, возникающей через общий источник питания, потому что к этому источнику проходят только четные гармоники усиливаемого сигнала, а на их частотах самовозбужде ние усилителя не возникает. По этой причине в многокаскадных усилителях упрощаются, а иногда и полностью исключаются раз вязывающие фильтры и зачастую отпадает необходимость в бло кировочном конденсаторе общей цепи питания.

270

Ввиду указанных свойств схема ДТУ имеет серьезные преиму

щества по сравнению с однотактной	схемой. Однако они зависят
от степени электрической симметрии	плеч	ДТУ.	Опыт практиче
ского налаживания транзисторных	схем	ДТУ	показывает, что

идеальной симметрии плеч достигнуть невозможно. Поэтому на практике симметрию считают приемлемой, если постоянные коллек торные токи транзисторов ДТУ отличаются не более чем на 10—20%.

При теоретическом анализе ДТУ принято считать симметрию его плеч полной. Тогда можно ограничиться рассмотрением любой половины схемы, а затем обобщить результат исследования. Так, например, сразу ясно, что полная полезная мощность двухтактного усилителя в два раза больше мощности одного плеча.

Если в ДТУ	усиление синусоидального сигнала осуществляется
в режиме класса	А, то в каждом его плече происходят физические

процессы, изображенные на рис. 2.40. Но обычно ДТУ работают в режиме В или АВ.

Для получения режима класса В напряжение смещения необхо димо выбрать таким, чтобы в исходном состоянии усилителя его транзисторы были заперты, но при появлении даже очень слабого сигнала один из транзисторов должен сразу же отпереться. Тогда смека состояний транзисторов будет происходить /через половину

периода усиливаемых		колебаний.
В таком режиме графики токов и напряжений имеют вид, пока
занный на рис. 2.48. Поясним			их	применительно к транзистору Т\.
До MOiMeHTa t\ он заперт.			Процесса			инжекции	в этом	транзи
сторе нет. В цепи коллектора			и базы проходит тепловой ток						кол
лекторного перехода		/ к . Он	идет		под	воздействием напряжения,
которое	практически	постоянно		и	равно Ек (так		как U'm п х	<С Е«)-
Ток Г	не меняется. Его величина				очень	мала. Он	втекает	в	тран

зистор через вывод базы и вытекает из транзистора через вывод коллектора.

С момента t\ до момента t2 транзистор отперт. Потенциальный барьер эмиттерного перехода изменяется по закону входного на пряжения и'ш. В транзисторе происходит инжекция дырок из эмит тера в базу. Результатом процесса инжекции являются импульсы коллекторного и базового тока. Их амплитуды пропорциональны амплитуде входного напряжения. Ток коллектора значительно боль ше тока базы.

Аналогичные процессы происходят в транзисторе Т2. Только по времени они сдвинуты на половину периода.

При более детальном построении графиков физических процес сов, происходящих в ДТУ, необходимо уметь строить КДХ. Прин


цип ее	построения		остается	тот	же	самый, что		и для	режима
класса	А.
Такие		построения для		одного		плеча	ДТУ	проделаны на
рис. 2.49.		Они выполнены для случая, когда усиливаемый сигнал
имеет	максимально		допустимую		величину		при выбранном		сопро-

271

тивлении нагрузки транзисторов RB. т- Это сопротивление опреде ляют по формуле

	_2_	n	_	J _		/ J 1 V			п	_BJL	(2.118)
	Wj	К н	—		4	^ U72 У		^ н _		4л= •
^ c v l	I Uт av
u " 1 \ m e * 1		1		Г			I		I
		~ к макс		I	/тч		I	7*01		гт\ 1
	M			I	l
	( ж									J
			Ч	I
		/ Г \		I
	I /			I						Г	t
Б*	" к						1			'
'	I °	•					I	Т'	п	I
	I	I		I			IK	•	Г	\|	t
	i вмакс	I		I		./	I		i
		i		i К '			i		i	T T

Р И С . 2.48. Графики токов	и напряжений в	ДТУ при
работе транзисторов	в режиме класса	В

Минимально допустимое сопротивление полезной нагрузки тран зисторов RH. т и соответственно максимально допустимая величина импульсов коллекторных токов ограничиваются температурой на грева транзисторов. Улучшая условия охлаждения транзисторов (например, применяя специальные радиаторы), можно заметно увеличить полезную мощность усилителя.

272.

Рис. 2.49. Графики физических процессов в	одном плече ДТУ, работающего
в режиме класса	В

Из рис. 2.48 и 2.49 видно, что, несмотря на импульсную форму коллекторного тока транзисторов, напряжения на коллекторах по лучаются синусоидальными. Объясняется это наличием взаимной магнитной связи между обеими половинами первичной обмотки вы ходного трансформатора.

Поэтому при изменении мгновенных значений коллекторного тока любого транзистора происходит возникновение ЭДС на обеих по ловинах первичной обмотки трансформатора. В одной половине обмотки индуктируется ЭДС самоиндукции, а в другой ЭДС вза имоиндукции. Максимально возможная амплитуда этих ЭДС близ

ка к напряжению Ек.

Но она получается

такой

только при полном

возбуждении

усилителя, т. е. при условии, что он работает в режи

ме максимальной

мощности.

Энергетические свойства усилителя мощности характеризуют

следующие величины:

Мощность, расходуемая источником питания:

Я 0

2 - / к 0 - £ - к .

(2.119)

2. Мощность сигнала в коллекторной

цепи

^к. ц=

2 • - у • I т

«1 • Uт

к ?s - у • iK- м а к с

• Uт к .

(2.120)

Выходная

мощность

сигнала

Um вчх

^вых =

~2~*

/Jjj

" у "

вых '

Р«. ц ' *)тр

(2.121)

Мощность

потерь,

рассеиваемая на нагрев

коллекторов

к — PQ — Рк.ц

— Ро —

•

(2.122)

КПД выходной цепи

усилителя

т 1тр

1 . £ к ^ _ ^ ш ^

( 2 Л 2 3 )

Если усилитель работает

режиме

класса

В, а

температура

транзисторов

невысока

(т. е.

тепловой

ток

/ К о

мал), то

тогда

макс ~ 3 • / к 0 .

Бели при этом

возбуждение

каскада является пол

ным

(режим

максимальной

мощности),

то

UmK^EK

тогда

т)~'0,75. Таким

образом, ДТУ, работающий

в режиме

класса В, мо

жет иметь КПД около 75%.

Из уравнений 2.122 и 2.123 ясно, что

Р*.,

Р * л - 1 - = 3

(2.124)

или

Рк. ц =

1~—-vj' ^ > н ' к

(2.125)

274

Бели 7)=0,75, то Рк. ц = 3 - Р н . к . Отсюда видно, что максимально возможная полезная мощность ДТУ примерно в три раза больше мощности, рассеиваемой внутри его транзисторов, или в шесть раз больше мощности, расходуемой на нагрев одного транзистора. Но надо иметь в виду, что на практике получить КПД усилителя, рав ный 75%, без больших нелинейных искажений нелегко.

В режиме максимально допустимой мощности при допустимых нелинейных искажениях КПД обычно получается около 60%. По этому считают режим ДТУ приемлемым, когда

Р к . ц « 1,5-/>„.«.	(2.126)
В большинстве случаев соотношение (2.126) может	служить
критерием для выбора подходящего типа транзисторов	для ДТУ.

Величина максимально допустимой мощности рассеяния на коллек торе транзисторов указывается в справочниках.

Заметим, что режим максимальной мощности усилителя тре бует неизменной амплитуды усиливаемого сигнала, а на практике она непрерывно изменяется. Поэтому сравнение экономичности ре жимов А и В рекомендуется производить в реальных условиях ра боты усилителя.

Для определения средней величины амплитуды различных ре альных напряжений звуковой частоты были проведены статистиче

ские исследования. Оказалось, что в большинстве		случаев
Uт ср	' Uт мако	(2-127)

т. е. средняя амплитуда реального напряжения звуковой частоты (разговор, пение, музыка) составляет одну пятую часть его макси мальной амплитуды.

Выходная мощность полезного сигнала в любом режиме уси

лителя пропорциональна квадрату выходного	напряжения.	Мощ
ность, забираемая усилителем от источника питания в режиме		клас
са А, не зависит от амплитуды усиливаемых	колебаний. Поэтому

усилитель, работающий в режиме А (однотактный или двухтакт ный), имеет средний КПД:

Следовательно, средний КПД усилителя, работающего в режи

ме А, получается менее 2%.
Мощность, забираемая усилителем от источника		питания в ре
жиме класса	В, пропорциональна амплитуде усиливаемых		колеба
ний. Поэтому	усилитель, работающий в режиме В,	имеет	сред
ний КПД
	Ч с р ( в , « 4 - , Y W		( 2 - 1 2 9 )

Следовательно, средний КПД усилителя, работающего в режи ме В, получается не более 15%.

275

Из	сравнения выражений (2.129) и (2.128)	видно,	что режим
класса	В в реальных условиях экономичнее	режима	класса А
в 8—10	раз. Это обстоятельство и является причиной того, что двух

тактные усилители обычно работают в режиме В или близком к нему режиме АВ.

Максимально возможная амплитуда импульсов коллекторных

токов / к . м а к с зависит от выбранных величин напряжения						Ек и со
противления RB. т . Очевидно, что
( 4 , м а к с ) м а к с = 7 Д ^ —						(2Л30)
v	" м и н
Из уравнения (2.120) и логичного	рассуждения			ясно, что с ро
стом амплитуды импульсов коллекторных токов происходит уве
	личение		выходной			мощно
(PK3on}t"=5o°	сти	усилителя.			Однако при
(PK3on}t"=5o°	этом	возрастает			и мощность
	этом	возрастает			и мощность
	потерь, расходуемая на бес
[p,KBan)t'=2.0°	полезный		нагрев транзисто
	ров. Очевидно, что она рав
	на	произведению				мгновен
	ных	значений			коллекторно
	го	тока	и	коллекторного

	напряжения,	которые в ра
	бочем режиме		усилителя
Рис. 2.50. Гиперболы допустимой мощности	непрерывно	изменяются.
Рис. 2.50. Гиперболы допустимой мощности	Таким образом
потерь на семействе КСХ при различной	Таким образом
трмпрпятипр
			(2.131)

Максимально допустимую мощность потерь в транзисторе обо

значим Р н . к. д о п -	Тогда
	Ян .	= & •»,.)„„.	(2.132)
Поскольку в	уравнении	(2.132) произведение 1к-ик	есть вели
чина постоянная, то на графике в системе коллекторных			координат

допустимая мощность потерь изображается гиперболой. Положение гиперболы допустимой мощности потерь (ГДМП) зависит от тем пературы транзистора в рабочем режиме (рис. 2.50). Объясняется это тем, что мощность, которую может рассеять транзистор (в виде тепла), уменьшается с повышением окружающей температуры.

ГДМП накладывает ограничения на возможные места нахожде ния точки исходного режима усилителя и на возможные положе ния коллекторной динамической характеристики. Точка исходного

режима должна	находиться ниже		ГДМП и только в предельном
случае может быть на гиперболе		(но не выше ее).
Коллекторная	динамическая	характеристика		усилителя,	рабо
тающего в режиме класса А,		не	должна	пересекать	ГДМП
(рис. 2.51, а).

276

Если усилитель работает в режиме класса В, то КДХ может пересекать ГДМП, но так, чтобы среднее значение мощности потерь за период усиливаемого сигнала не превышало Рк,доп (рис. 2.51, б).

Рис. 2.51. Предельно допустимые положения КДХ:

а — D р е ж и м е класса А; б — в р е ж и м е класса В

Практические схемы двухтактных транзисторных усилителей обычно имеют один источник питания. В этих схемах напряжение смещения на базу получается при помощи различных делителей. Один из простых, но распространенных вариантов подобной схемы приведен на рис. 2.52.

+ г ~

Рис. 2.52. Схема двухтактного трансформаторного усилителя на тран зисторах р— п — р с общим эмиттером

В данной схеме	напряжение смещения создается на	резисторе
Rt током делителя	R\R2- Конденсатор С] включен для	коррекции

частотной характеристики усилителя в области верхних звуковых частот. Очень часто в двухтактных выходных каскадах приемников применяется отрицательная обратная связь.

277

б) Д в у х 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 а х

В ламповых радиоприемниках двухтактные трансформаторные каскады выполняются на лучевых тетродах или пентодах. Одна из типичных схем приведена на рис. 2.53.

Частной особенностью представленной схемы является симмет рирующий резистор Rc, имеющий небольшое сопротивление (десят ки ом). Перемещением его движка легко получить строго симмет-

Рис 2.53. • Схема двухтактного	трансформаторного	усилителя
на лучевых	тетродах	•

ричные режимы ламп даже в том случае, если их параметры не совсем одинаковые. Конечно, имеются усилители и без симметри рующего резистора.

Вторая особенность рассматриваемой схемы заключается в на личии корректирующих цепочек /?t Ct и R2C2. Они выравнивают усиление каскада в области его верхних частот.

Подобные частные дополнения к основной схеме двухтактного усилителя бывают разнообразны и встречаются в различных ва риантах. Они не меняют сути двухтактной схемы, а только улуч шают ее качественные показатели.

Принцип работы двухтактного усилителя объяснялся выше. От метим только, что ДТУ на лампах наиболее часто работают в ре жиме класса АВ с углом отсечки, близким к 120°. В этом режиме первая гармоника анодного тока имеет наибольшую амплитуду, а уровень высших гармоник сравнительно мал.

Режиму класса В отдается предпочтение в тех случаях, когда основным требованием к усилителю является получение высокого КПД. В этом режиме обычно отказываются от ячейки автоматиче ского смещения RKCK. Ее заменяют отдельным источником.

278

§ 6. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ

1. Основные схемы отрицательной обратной связи

Качественные показатели усилителя улучшаются, если в нем применяется отрицательная обратная связь (ООС).

В результате применения ООС происходит значительное умень шение нелинейных, частотных и фазовых искажений, возникаю щих в усилителе. Заметно повы шается стабильность коэффици ента усиления и полосы пропу скания. Может быть изменено входное и выходное сопротивле ние усилителя.

Малая величина нелинейных искажений в усилителе с отрица тельной обратной связью позво ляет повысить его КПД и выход

ную	неискаженную		мощность,
что	имеет	особо важное значе
ние	для	усилителей	мощности

низкой частоты.

В усилителях напряжения от рицательная обратная связь обычно применяется для расши рения их полосы пропускания, т. е. для уменьшения частотных и фазовых искажений, а также для стабилизации параметров.

Усилитель может состоять из одного каскада или быть много каскадным. В большинстве ра диоприемников усилители с ООС являются однокаскадными. По этому в данной книге рассматри ваются только такие усилители. Усилительный каскад с ООС может быть низкочастотным или высокочастотным. Практически

Рис. 2.54. Основные схемы отрица- тельной обратной связи:

а — последовательная обратная связь по напряжению; б — параллельная обратная связь по напряжению; в — последователь ная обратная связь по току; г — комби нированная обратная связь

ООС чаще используется в усилителях низкой частоты Будем считать, что они ламповые.

В усилительном каскаде с ООС на сетку лампы одновременно с входным напряжением подается также несколько меньшее напря жение обратной связи, фаза которого в области средних частот усилителя противоположна фазе входного напряжения. Напряже ние обратной связи Ufi создается в самом каскаде. Оно получается в его выходной цепи,

279

<<< < Предыдущая 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2728 / 5228 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ