19. Усилители мощности

Усилительные каскады, обеспечивающие выполнение этого условия, называют усилителями мощности.

Таким образом, основным параметром, характеризующим работу усилителя мощности, является коэффициент усиления по мощности Кp.

 Для усилителей мощности важное практическое значение имеет КПД, который существенно зависит от режима работы транзистора. Поэтому в усилителях мощности часто используют режим В, обеспечивающий более высокий к.п.д. Но в режиме В возникают значительные нелинейные искажения. Для их уменьшения служат специальные двухтактные усилители мощности. В  однотактных усилителях приходится применять режим А. Чаще всего в усилителях мощности используют усилительные каскады с общим эмиттером. Положение рабочей точки покоя на коллекторных характеристиках определяется предельными эксплуатационными величинами:

     1) максимальной мощностью транзистора Pmах;

     2) максимальным напряжением между коллектором и эмиттером Ukmax;

     3) максимальным током коллектора I k max.

     

20. Усилители постоянного тока

Необходимо усиливать сигналы очень низких частот - порядка долей герц. Для этого требуются усилители, имеющие равномерную амплитудно-частотную характеристику до самых низких частот. Такие усилители называют усилителями постоянного тока (УПТ).

В усилителях постоянного тока возникают специфические трудности, связанные с отделением полезного сигнала от постоянных составляющих напряжения и тока, необходимых для работы транзисторов, используемых в усилителях.

     

     Как и в усилителях с резистивно-емкостной связью между каскадами, характеристики усилителей постоянного тока должны отвечать ряду требований:

• в отсутствие входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал;

• при изменении знака входного сигнала должен изменять знак и выходной сигнал;

• напряжение на нагрузочном устройстве должно быть пропорционально входному напряжению.

     Второе и третье требования в УПТ, так же как и в других усилителях, выполняются при работе усилителя в режиме А. Для выполнения первого условия необходимо отделить полезный выходной сигнал от постоянных составляющих тока и напряжения транзистора.

21. Обратные связи в усилителях

Обратной связью в усилителях называют подачу части (или всего) выходного сигнала усилителя на его вход.

    

 Обратные связи в усилителях обычно создают специально. Однако иногда они возникают самопроизвольно. Самопроизвольные обратные   связи   называют   паразитными.

Существует несколько видов паразитных обратных связей:

• паразитная связь между каскадами через цепи питания;

• емкостная (электростатическая) связь, обусловленная паразитными емкостями между выходом и входом усилителя;

• магнитная связь, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.

    Если при наличии обратной связи входное напряжение u_вх складывается с напряжением обратной связи u_ос, в результате чего на усилитель подается увеличенное напряжение u₁ то такую обратную связь называют положительной.

    Если после введения обратной связи напряжения u₁ на входе и u_вых на выходе усилителя уменьшаются, что вызывается вычитанием напряжения обратной связи из входного напряжения u_вх, то такую обратную связь называют отрицательной.

    Все обратные связи делятся на обратные связи по напряжению и по току. В обратной связи по напряжению u_ос =  B u_вых , где B - коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи. В обратной связи по току u_ос=R_ос i_вых, где R_ос - взаимное сопротивление выходной цепи и цепи обратной связи. Кроме того, все обратные связи подразделяют на последовательные, при которых цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные, когда  цепи обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя.

Введение положительной обратной связи повышает коэффициент усиления усилителя. Однако положительная обратная связь в электронных усилителях практически не применяется, так как при этом стабильность коэффициента усиления значительно ухудшается.

    Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательную обратную связь в усилителях применяют очень часто. В результате введения отрицательной обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя:

• повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при  изменениях параметров транзисторов;   

• снижается уровень нелинейных искажений;

• увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивления усилителя, и т. д.

22. Операционные усилители

Операционным усилителем называют дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схемах с отрицательной обратной связью.

23. Схемы соединения транзисторов

(транзистор Дарлингтона) — объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току. Такие транзисторы используются в сильноточных схемах, например, в схемах стабилизаторов напряжения, выходных каскадах усилителей мощности и во входных каскадах усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс и малые входные токи.

Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора. Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора, (иногда ошибочно называемого «супербета»^[3]), у мощных транзисторов (например, КТ825) ≈1000 и у маломощных транзисторов ≈50000. Это означает, что небольшого тока базы достаточно для того, чтобы составной транзистор открылся или насытился.

Схема Шиклаи

Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai pair), названное так в честь его изобретателя Джорджа К. Шиклаи, также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона^[5].

В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разной полярности(P-N-P и N-P-N). Пара Шиклаи ведет себя как N-P-N-транзистор c большим коэффициентом усиления. Входное напряжение — это напряжение между базой и эмиттером транзистора Q1, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Q2 рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной полярности.

Каскадная схема

Составной транзистор, выполненный по так называемой каскадной схеме, характеризуется тем, что транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 — по схеме с общей базой. Такой составной транзистор эквивалентен одиночному транзистору, включенному по схеме с общим эмиттером, но при этом он имеет гораздо лучшие частотные свойства и большую неискаженную мощность в нагрузке, а также позволяет значительно уменьшить эффект Миллера.