Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
36
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
10.19 Mб
Скачать

Статическая линия нагрузки (СЛН) описывается уравнением:

ЕС = IОC RИ + UОСИ

(3.18)

и проходит через точки [ЕС; 0], [0; ЕС/RИ] и [UОСИ ;IОC].

 

 

I

 

 

 

 

 

EС/RИ

~RИН

ДЛН

 

 

 

 

 

 

UЗИ > UОЗИ

 

 

 

 

 

Icm

+

 

 

0

 

UОЗИ

t

 

 

 

 

 

IО

 

 

 

СЛН

 

 

 

 

 

 

 

UЗИ < UОЗИ

 

 

 

 

 

 

UСИ

 

0

UИС

 

UОСИ

UА

EC

 

 

 

+

Uиm

 

 

 

 

 

 

 

 

t

Рис. 3.7. Выходные ВАХ ПТ и линии нагрузки истокового повторителя

На переменном токе нагрузкой транзистора является эквивалентный резистор

RСн

 

RС

Rн

(3.19)

RС Rн

 

 

 

Динамическая линия нагрузки (ДЛН) проходит через точку покоя О[UОСИ;IОC] и точку с координатами [UА;0], где

UА= UОСИ + IОС RИН.

(3.20)

В режиме холостого хода на выходе RИН = RИ, UА = ЕС, ДЛН совпадает со статической ЛН.

90

3.4. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя. Параметры.

На переменном токе малосигнальная схема замещения:

 

З

UЗИ

И

IC = IИ

 

RГ

RЗ

СЗИ

RI

 

 

 

 

CСИ

UВЫХ

 

UВХ

 

 

RИ RН

ЕГ

CЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUЗИ

 

 

С

Рис. 3.8. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя

Как и для усилителя ПТОИ сопротивления разделительных конденсаторов С1, С2 в области средних и высших частот близки к нулю, а межэлектродные емкости CЗИ, СЗС и CСИ учитываются в области высших частот.

Входное сопротивление определяется эквивалентным сопротивлением делителя напряжения, формирующего UОЗ.

RВХ= R1 R2

(3.21)

Знак коэффициента передачи по напряжению повторителя положителен, так как при положительной полуволне сигнала генератора увеличиваются напряжение на затворе UЗИ и ток стока, вызывая увеличение напряжения на RИ.

В схеме истокового повторителя зависимый источник тока управляется разностью напряжений

UЗИ=UВХUВЫХ . (3.22)

Выходное напряжение и коэффициент передачи по напряжению на основании схемы замещения

UВЫХ SUЗИ Ri

RИН =S Ri

RИН (U ВХ UВЫХ ),

(3.23)

91

UВЫХ

 

S Ri

 

 

 

RСН

UВХ ,

 

(3.24)

 

 

 

1+S Ri

 

RСН

 

 

 

КU

U

ВЫХ

 

 

 

 

S Ri

 

 

 

RСН

1

(3.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U ВХ

 

 

 

 

 

RСН

 

1+S Ri

 

 

Коэффициент передачи по напряжению в режиме холостого хода получим заменой RИН RИ:

 

U

ВЫХХХ

 

 

 

 

S Ri

RИ

 

КUХХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(3.26)

 

 

 

 

 

 

1+S Ri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UВХ

RИ

 

Сквозной коэффициент передачи с учетом внутреннего сопротивле-

ния источника сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UВЫХ

 

 

 

RВХ

 

 

 

UВЫХ

 

 

 

КЕ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЕГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RГ RВХ UВХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.27)

γUВХКU

 

 

 

R

 

 

S Ri

 

RИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RГ RВХ 1 S Ri

 

Управляющий сигнал UЗИ в схеме повторителя равен разности UВХ- UВЫХ. Поэтому находит применение схема замещения с зависимым источником напряжения, управляемым непосредственно напряжением UВХ.

IВЫХ

IВЫХ

RI

RЭКВ

UВЫХ

UВЫХ

SUЗИ

ЕЭКВ

Рис. 3.9. Преобразование зависимого источника тока в источник ЭДС

Для исходной схемы

92

 

UВЫХХХ S UЗИ Ri

 

SRi (UВХ UВЫХХХ )

 

 

 

UВЫХХХ

 

 

SRi

 

UВХ

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.28)

 

 

1 SRi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IВЫХКЗ SUЗИ S(UВХ UВЫХКЗ ) SUВХ

 

Параметры эквивалентной схемы

 

 

 

 

 

 

 

μ

 

 

 

 

Е

ЭКВ

U

ВЫХХХ

 

SRi

 

 

U

ВХ

 

 

U

ВХ

(3.29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 SR

 

 

1 μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

U ВЫХХХ

 

 

 

μ

 

 

 

 

 

Ri

 

(3.30)

 

 

 

 

IВЫХКЗ

S(1

μ)

 

μ

 

 

 

ЭКВ

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После преобразования зависимого источника получим схему замещения истокового повторителя - рис.3.10.

Сквозной коэффициент передачи для полученной схемы

 

К

Е

 

UВЫХ

 

 

RВХ

 

 

UВЫХ

 

γ

К

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЕГ

 

 

 

RГ RВХ

 

UВХ

 

 

U ВХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.31)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RВХ

 

 

μ

 

 

 

RИН

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RГ RВХ

 

 

Ri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя в (3.31) RГ = 0, получим

 

 

 

1 μ RИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КU

UВЫХ

 

 

 

 

μ

 

 

 

RИН

 

 

 

 

 

 

 

μ RИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.32)

U

еХ

 

 

 

 

Ri

 

 

 

 

 

R (1 μ)R

ИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 μ RИН

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В режиме холостого хода (при RН= )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КUХХ

UВЫХХХ

 

 

 

 

 

 

μ

 

 

RИ

 

 

 

 

 

 

μRИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.33)

 

 

U

ВХ

 

 

 

Ri

 

 

 

 

 

R (1 μ)R

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 μ RИ

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

93

З

UЗИ

 

И

 

RГ

СЗИ

Ri

 

 

RЗ

1

 

 

UВХ

 

 

RИ RН

UВЫХ

 

CЗС

 

 

U

 

 

 

 

ВХ

 

ЕГ

 

1

 

 

 

 

 

 

С

Рис. 3.10. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя с источником ЭДС, управляемым напряжением UВХ

Выходное сопротивление RВЫХ:

R

 

Ri

 

 

R

 

1

 

 

 

 

R

 

 

1

(3.34)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫХ

1 μ

 

И

 

S

 

 

 

 

 

И

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

В области высоких частот емкостной входной ток равный сумме токов емкости СЗС и проходной емкости СЗИ:

ICВХ = j СЗС UВХ + j СЗИ [UВХ −UВЫХ] =

= j СЗСUВХ + j СЗИUВХ(1−КU)=

= j [СЗС + СЗИ (1−КU)]∙UВХ = j СВХ UВХ

(3.35)

где СВХ = СЗС +СЗИ (1−КU) - эквивалентная входная емкость

Так как коэффициент КU < 1, то влияние проходной емкости минимально и истоковый повторитель имеет наибольшую верхнюю частоту.

Большое входное и сравнительно низкое выходное сопротивление, а также частичная нейтрализация проходной емкости определяют области применения истокового повторителя: согласование высокоомного источника сигнала (напряжения) с низкоомной и емкостной нагрузкой.

94

4. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

Усилителями мощности (УМ) называют электронные усилители, выходная мощность которых сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Усилители мощности являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для генерирования заданной мощности РН в нагрузке RН.

УМ работают в режиме больших сигналов, поэтому при их проектировании основное внимание уделяется энергетическим показателям РН,

РПОТР, КПД.

4.1. Классификация усилителей мощности

Усилителями мощности (УМ) называют электронные усилители, выходная мощность которых сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Усилители мощности являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для генерирования заданной мощности РН в нагрузке RН.

УМ работают в режиме больших сигналов, поэтому при их проектировании основное внимание уделяется энергетическим показателям РН,

РПОТР, КПД.

Усилители мощности делятся на классы в зависимости от угла отсечки тока активного прибора.

Угол отсечки равен ½ части периода сигнала, в течение которой (части периода) через активный прибор протекает ток.

Основные классы: А, В, С, D, E.

1. Класс А. Для усилителей класса А угол отсечки равен 1800 (3600/2). Ток покоя IОК>IКm.

IK Iкm<Iок

Iкm Класс А

Ioк

t

T

Рис. 4.1. Ток транзистора в классе А

2. Класс В. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок=0

95

Iк(t)

Iкm

t

T

Рис. 4.2. Ток транзистора в классе В

3. Класс АВ. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок>0

Iк(t)

Iкm

Ioк

t

T

Рис. 4.3. Ток транзистора в классе АВ

4. Класс С. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок=0

IK (t)

t

T

Рис. 4.4. Ток транзистора в классе С

В классе А транзистор находится в активном режиме весь период сигнала, в классе В − ½ Т в активном режиме, ½ Т – в отсечке. Класс А обладает минимальными искажениями. Класс В формирует только «половину» сигнала, поэтому обычно усилители класса В выполняют по двухтактной схеме: два транзистора поочерёдно работают на общую нагрузку. Класс С обладает максимальными искажением синусоидального сигнала, поэтому класс С применяют в резонансных схемах. Пример: выходной каскад передатчика с нагрузкой в виде резонатора-антенны.

Класс АВ сочетает преимущества класса А по малым нелинейным искажениям и класс В по высокому КПД.

96

 

IБ

 

 

IОБ 0

А

UОБЭ 0

 

В

UБЭ

 

 

С

UОБЭ

 

 

 

 

UОБЭ UОТС

 

Рис. 4.4. Положение точки покоя на входной ВАХ

IК

А

IОК

АВ

B, С

UКЭ

Рис. 4.5. Положение точки покоя на линии нагрузки

5. Класс Д – ключевой режим работы активного прибора.

U(t)

tи=f[U(t)]

t

Моду- Усили-

лятор тель

Фильтр

Рис. 4.5. Класс Д

97

6. Класс Е –усилитель со следящим питанием.

БП

E f (UH )

Источник Усилитель

сигнала

Рис. 4.6. Класс E

4.2. Усилитель мощности класса А

Ек

С1

Uвх

Рис. 4.7. Усилитель мощности класса А

IK

RKH

RK

IOK

EK

EK UКЭ

2

Uкm

 

 

Uкmxx

Рис. 4.8. Линии нагрузки усилителя мощности класса А

98

IK (t)

Iкm

A: Iкm<Iок

I OK

t

UK (t)

Uкm

Uoк t

Рис. 4.9. Временные диаграммы сигналов усилителя мощности класса А

 

 

 

 

 

I K ( t ) IOK

I Km sin t IOK

U Km

sin t

(4.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RKH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UK ( t ) UOKЭ U Km sin t ,

 

 

 

(4.2)

 

При условии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

амплитуда напряжения

 

 

 

 

 

UHm UKm

U Km.XX

 

 

RH

 

 

 

EK

 

 

 

RH

 

 

 

 

 

 

(4.3)

 

 

 

 

RH RK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность нагрузки

 

 

 

 

 

 

2 RH RK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

U H2

 

 

 

U K2m

 

EK2

 

 

 

 

RH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

RH

 

 

 

2RH

 

8

 

RH RK 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим экстремум мощности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dP E2

R

Н

R

К

2

 

2

R

 

R

K

R

H

 

E2

R R

H

 

 

H

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

K

 

 

0

dR

8

 

 

 

 

 

( R

 

R

 

 

)

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

K

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 ( R R )

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

H

 

 

RН=RК – условие максимальной мощности на нагрузке, известный режим согласованной нагрузки.

 

 

E 2

R

H

E 2

 

P

 

H

 

 

 

 

H

(4.5)

 

 

 

 

 

H .MAX

 

8 ( RH

RK )2

32RH

 

 

 

 

Потребляемая мощность

99

Соседние файлы в папке АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА