Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Гомельский Государственный Технический Университет им. П.О. Сухого

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.04.2015

Размер:

10.19 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1911 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

UKM

sin t

dt E

const [ f(Uнm)]. (4.6)

Средняя за период потребляемая усилителем класса А мощность постоянна и не зависит от величины сигнала. Pо определяется только режимом покоя.

U Hm IHm

(4.7)

Km RK RH

UKm

(4.8)

RK RH

IKm IOK

(4.9)

EK IOK

(4.10)

КПД:

6,25%

(4.11)

T U

( t ) I

( t )dt

sin t I

sin t dt

OKЭ

UKm IKm

UOKЭ IOK

(4.12)

2RKН

Максимальная мощность коллектора соответствующая режиму покоя:

OKЭ

(4.12)

K .MAX

UOKЭ IOK

(4.12)

2RKН

Мощность на резисторе Rк

T U

( t ) I

( t )dt

T U

sin t I

sin t dt

ORK

RКm

ORK

U Km IRKm

ORK

RKm

Статическая мощность

100

P U

( E

) I

(4.13)

ORK

OKЭ

Мощность переменного тока

		P	U Km I RKm		U K2m			(4.14)
		RK	2		2RK
Баланс мощностей			2		2RK
Баланс мощностей
		PO EK IOK PK PH PRK
EK I		2	2		2		I	(4.15)
EK I	OK	U Km U Km EK		IOK U Km E		K	I	OK
2	OK	2RKH	2RH	2	2RK	K		OK
			P(Uнm)	PO
				PO
		PO			PRK
		PO
		2			PK
			POK PORK		PK		Uнm
					PH		Uнm

Рис. 4.10. Баланс мощностей

Достоинством класса А является низкое значение коэффициента гармоник по сравнению с другими классами, причем чем меньше амплитуды сигналов по сравнению с током покоя и, соответственно. меньше КПД, тем меньше искажения сигнала, из-за низких энергетических параметров рассмотренные УМ класса А находят применение в качестве микромощных УМ с выходной мощностью до нескольких десятков милливатт. Эмиттерный повторитель, наряду с одинаковым со схемой 0Э КПД, вносит примерно на порядок меньшие искажения вследствие глубокой отрицательной обратной связи.

4.3. Усилители мощности класса А с динамической нагрузкой

Схемы усилителей показаны на рис. 4.11. Ток покоя I0 замыкается через источник тока, а переменная составляющая тока транзистора протекает в нагрузку. Так как ток I0 не изменяется при изменении напряжения на коллекторе (эмиттере) транзистора, то статическая линия нагрузки про-

101

ходит через т. 0 параллельно оси напряжений (рис. 4.12). Реальная статическая ЛН имеет конечный наклон, обусловленный совместным влиянием выходной проводимости h22Э усилительного транзистора и выходной проводимости источника тока.

Рис. 4.11. Усилители класса А с динамической нагрузкой

Рис. 4.12. Линии нагрузки и диаграммы сигналов для УМ класса А с динамической нагрузкой

102

Энергетические параметры:		Таблица 4.1
Схема ОЭ	Эмиттерный повторитель

P0 Ioк Eк		P0 2 Ioэ E
Iнm Iкм Iok		Iнm Iэm Ioэ
Uнm Uкm 0.5 Eк		Uнm Uэм E
Pн 0.25 Ioк Eк 0.25 P0		Pн 0.5 Ioэ E 0.25 P0

Pн / P0 25%

Чаще применяют схему эмиттерного повторителя с источником тока, в которой не возникает проблем со стабилизацией точки покоя. В схеме ОЭ необходима высокая точность согласования тока покоя транзистора I0К и тока источника I0 . Для стабилизации режима покоя обычно в связи с этим применяют обратную связь по постоянному напряжению UОКЭ.

4.4.Трансформаторные и дроссельные усилители мощности класса А

Согласующие трансформаторы обеспечивают оптимальное использование транзистора по току и напряжению и позволяют повысить КПД.

Рис. 4.13. Трансформаторный усилитель мощности класса А

По постоянному току транзистор нагружен на сопротивление r1 первичной обмотки трансформатора. Напряжение покоя ввиду малости сопротивления r1

Uокэ Ек Iок r1 Eк

(4.16)

103

Статическая линия нагрузки проходит параллельно оси токов, а координаты т. 0 [ Eк ,Iok ] .

По переменному току транзистор нагружен на сопротивление

RH ' r1 (RH r2 )/n2 RH / n2 ,	(4.17)
где
n w2 / w1	(4.18)

- коэффициент трансформации.

Рис. 4.14. Линии нагрузки трансформаторного УМ класса А Для получения максимальной амплитуды напряжения

U km U нm / n Ek

(4.19)

при максимальной амплитуде тока

Ikm n Iнm Iok

(4.20)

необходимо выполнять равенства

I km Rн ' U km Ek

(4.21)

104

Iok Rн / n 2

(4.22)

Мощность на первичной обмотке трансформатора

P1 0.5 U km I km 0.5 Iok Ek

(4.23)

Мощность на нагрузке (вторичная обмотка) в случае идеального трансформатора

P2 Pн	0.5 Uнm Iнm	0.5 n Ukm Ikm / n P1					0.5 Iok Ek (4.24)
Потребляемая мощность		P0 Ek			Iok
КПД	0.5.							(4.25)

Реальные	значения	КПД			трансформатора тр 0.8 09 ,
Pн тр P1 и трансформаторный				УМ класса		имеет КПД		0.5 тр ,
что соответствует 40-45%.
Требования к транзистору
	I кмакс			2 Iok
	U кмакс		2 Ek					(4.26)
	Pкмакс		Ek Iok P0			2 Pн	/ тр

Достоинства трансформаторных УМ :

1.Максимальный КПД в классе А.

2.Оптимальное использование транзистора по току и напряжению путём подбора коэффициента трансформации при заданном сопротивлении нагрузки.

3.Гальваническое разделения источника сигнала и нагрузки.

Недостатки:

1.Высокие габариты, вес и себестоимость, особенно для низкочастотных УМ сигналов низкой частоты;

2.Нетехнологичность, невозможность интегрального исполнения;

3.Наличие постоянной намагничивающей силы вследствие протекания тока покоя через первичную обмотку трансформатора.

Последний недостаток исключается в дроссельных УМ класса А.

105

EK		EK
Lк		Lк
Lк
С		С	T1
		С
	Rн		Rн
Uвх		Uвх	Rн
Uвх		Uвх

4.15. Дроссельные усилители мощности класса А

4.5.Усилители мощности класса В

В режиме B точка покоя соответствует закрытому состоянию транзистора и находится в области отсечки на границе с активной областью.

Рис. 4.16. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе транзистора в классе B.

Входной ток покоя Iоб 0 , а на выходных ВАХ координаты точки

покоя О[ IОК IКО 0;UОК EК ] . При подаче сигнала на базу на коллекторе формируется одна полуволна тока и напряжения. Для получения на нагрузке синусоидального напряжения УМ класса В выполняют двухтактными - два транзистора поочередно формируют выходное напряжение, по-

106

ловину периода находясь в режиме отсечки коллекторного тока. Угол от-

сечки для класса В ОТС 90 .

УМ класса В выполняют по трансформаторной и без трансформаторной схемам. Наиболее распространена схема бестрансформаторного двухтактного УМ класса В на комплементарных транзисторах (с дополнительной симметрией), работающих в режиме эмиттерных повторителей напряжения на общую нагрузку.

Рис. 4.17. Двухтактный усилитель мощности класса В

E R	I К1
Н

I Кm1		ЛН1
	E	01	I ОК1 0	2E	UКЭ1
	E			2E
U		02	ЛН2
U			ЛН2

Uкm	IКm2

I К2

Рис. 4.18. Линии нагрузки двухтактного усилителя

107

Положительная полуволна напряжения на нагрузку при подаче на вход сигнала формируется транзистором VT1 n-p-n -типа, а отрицательная - транзистором VT2 p-n-р -типа. При отсутствии сигнала оба транзистора закрыты, потребляемая мощность равна нулю.

Потребляемая мощность при наличии сигнала

T 2

EI ( t )dt

sin tdt

sin td t

T / 2

cos

Ikm

EUНm

P E I

kcp

RН

P02 P01 ,

P0 P01 P02 ,

2P01

2EU Нm

Мощность нагрузки

RН

нm

2Rн

КПД.

U 2

нm

2Rн 2EUнm

4 E

При Uнm E ,

(4.27)

(4.28)

(4.29)

(4.30)

(4.31)

(4.32)

		0,785 МАКС.ТЕОР	(4.33)

	4		Uнm<Е, обычно
Из-за остаточного напряжения на транзисторах
Uнm=Е U=E (2-3)В,	=0,5 0,65.

Типовая зависимость КПД от амплитуды сигнала показана на рис.4.19.

Мощность на коллекторе определим через баланс мощностей

PO PK1 PK 2 PН 2PK PН

PН

(4.34)

2EU

U 2

нm

(4.35)

108

РК - немонотонная функция,			имеет экстремум
	dPk			E		U нm	0
				Rн
	dUнm					2Rн
Точка максимума
Uнm		2E			(4.36)

Максимальная мощность на коллекторе

P			2E 2			E 2			E	2
P										(4.37)
КМАКС				2 RН		2 RН			2 RН
	(Uнm)			2 RН		2 RН			2 RН
1	(Uнm)
1
0.9
0.8			МАКС. ТЕОР
0.7	МАКС
0.6	МАКС
0.6
0.5									U
0.4									U
0.4
0.3
0.2				2E/
0.1				2E/					E	Uнm
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
							Uнm

Рис.4.19. Типовая зависимость КПД от амплитуды сигнала

P0макс	P		P0	1.0
Pнмакс			P0		π/4
Pнмакс					π/4
			Pн	0.5
				0.5
Pкмакс			Pк
0				Uнm			Uнm
					0
		2E/π	E		0	2E/π	E

Рис.4.20. Энергетические параметры УМ класса В.

109

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1911 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА

#
15.04.2015101.96 Кб40control.pdf
#
15.04.201510.19 Mб56theory.pdf