Бестрансформаторные усилители мощности
В настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности. Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости (комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис. 10.9). Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения uвхтранзистор Т1работает в режиме усиления, а транзистор Т2 – в режиме отсечки. При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями.
Рис. 10.9. Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности
Максимально возможная мощность нагрузки определяется выражением
.
При максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением
.
Отсюда получаем максимально возможный коэффициент полезного действия усилителя
.
Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса АВ (рис. 10.10). При этом коэффициент полезного действия несколько уменьшается.
Рис. 10.10. Двухтактный усилитель АВ-класса
Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем (рис. 10.11). В схеме использована общая отрицательная обратная связь (резисторы R1иR2), охватывающая оба каскада (на операционном усилителе и на биполярных транзисторах), благодаря которой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что часто не требует дополнительных цепей смещения для каскада на транзисторах Т1и Т2.
Рис. 10.11. Двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем
Поскольку напряжение на нагрузке Rн примерно равно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителя ограничивается выходным напряжением ОУ.
Лекция 11 генераторы Генераторы гармонических сигналов
Генератором гармонических колебаний называют устройство, создающее переменное синусоидальное напряжение при отсутствии входных сигналов. Генератор преобразует энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного входного сигнала.
Различают два режима возбуждения генератора: самовозбуждение (мягкий режим) и с внешним начальным сигналом (жесткий режим).
RC-генераторы с мостом Вина.Мостом Вина обычно называют схему, приведенную на рис. 11.1.
Рис. 11.1. Мост Вина
При частоте входного сигнала, равной резонансной частоте f0, напряжение на выходеuвых равно нулю (при ненулевом входном напряженииuвх). Резонансная частота определяется выражением
.
В реальных схемах генераторов для поддержания колебаний необходимо, чтобы на частоте колебаний напряжение uвыхнесколько отличалась от нуля. Поэтому реально мост работает с некоторым рассогласованием, когда отношение сопротивленийR1/R2несколько отличается от 2 (более точноR1/R2>2).
Схема генератора на операционном усилителе с очень простой схемой автоматической стабилизации амплитуды, которую обеспечивают диоды, представлена на рис. 11.2. Пунктиром показан усилитель, представляющий из себя ОУ, охваченный цепью отрицательной обратной связью (ООС) и имеющий коэффициент усиления К. С помощью частотно-зависимойRC-цепи (упрощенный мост Вина) этот усилитель охвачен цепью положительной обратной связи.
Рис. 11.2. Генератор на ОУ с мостом Вина и стабилизатором
амплитуды на диодах
На частоте f0коэффициент передачи упрощенного моста Вина β=1/3. Для соблюдения условия баланса амплитуд необходимо, чтобы К·β≥1, т.е.R1+R2≥2R3.
При практическом применении подобных генераторов нагрузку часто желательно подключать через дополнительный буферный усилительный каскад.
Кварцевые генераторы.Основой генераторов составляют кварцевые резонаторы. Кварцевый генератор – это пластинка кварца, закрепленная определенным образом в кварцедержателе и представляющая собой электромеханическую колебательную систему. Эти резонаторы относятся к пьезоэлектрическим элементам, принцип действия которых основан на использовании прямого и обратного пьезоэффекта. При анализе схемы с кварцевым резонатором (рис. 11.3,а) его удобно заменить эквивалентной схемой (рис. 11.3,б).
Рис. 11.3. Схема кварцевого резонатора (а) и его эквивалентная схема (б)
В эквивалентной схеме могут иметь место и параллельный, и последовательный резонанс. На практике используют оба вида резонанса.
На частоте последовательного резонанса
резонатор имеет минимальное сопротивление RК. Частота параллельного резонанса
.
В диапазоне частот между ωкиω0резонатор ведет себя как некоторая индуктивность.
Кварцевые резонаторы характеризуются высокой стабильностью и добротностью (Qк=104 ÷ 105). Использование кварцевых резонаторов позволяет снизить относительное изменение частоты генераторов до очень малых значений (10–6÷ 10–9).
Упрощенная схема кварцевого генератора на основе операционного усилителя при использовании последовательного резонанса (рис. 11.4).
Рис. 11.4. Кварцевый генератор с ОУ с последовательным резонансом
На частоте последовательного резонанса в схеме имеет место сильная положительная обратная связь, что и поддерживает автоколебания.