Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПОПОВ ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ.pdf
Скачиваний:
942
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

нения, можно определить, приравняв к двум подкоренные выражения в (4.73) и (4.74).

 

 

 

 

 

 

 

 

f

=

1

 

, f

 

=

1

 

,

f

3

=1/ 2πC

3

R

5

 

(4.75)

 

 

 

 

 

2πC2R4

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

2πC2R2 // R4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент

 

передачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первого

четырехполюсника

 

 

на-

 

 

 

 

KI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

чинает увеличиваться

со

скоро-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стью

KI/f=

 

-6дБ/окт при сни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жении частоты ниже f3. Рост

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

KI

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

f2

 

f3

 

 

 

продолжается до частоты f2,

ниже

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которой

коэффициент

передачи

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

остается постоянным

вплоть

до f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

= 0 (см. рис. 4.25, а). Частотная

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

 

 

f2

 

f3

 

 

 

f

характеристика

 

второго

четырех-

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полюсника KII

спадает ниже час-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тоты

f1

со

 

скоростью

6дБ/окт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 4.25, б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

 

 

 

Частотная характеристика

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

всего

каскада

 

получается

равно-

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

 

f2

f3

 

 

 

мерной и наиболее широкой, если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сделать равными частоты f3 и f1. В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

этом случае спад KII компенсиру-

ется подъемом KI, и частотная

 

характеристика каскада остается равномерной

до частоты f2. При f1 < f2 > f3 на частотной характеристике появляется подъем. При f3 > f1 подъем получается тем выше, чем больше отношение R4 R2 .

4.5.Трансформаторный каскад

4.5.1.Эквивалентная схема трансформатора

Трансформатор как элемент связи обладает рядом положительных качеств. Обмотки трансформатора практически не обладают сопротивлением для постоянного тока, что позволяет несколько улучшить условия питания активного элемента, поднять коэффициент полезного действия каскада и увеличить ам-

165

плитуду неискаженного выходного напряжения. При необходимости трансформатор позволяет получить полную гальваническую развязку между каскадом и нагрузкой или источником сигнала и входом усилителя. С помощью трансформатора несимметричный сигнал легко преобразуется в симметричный. Использование трансформатора позволяет легко выполнить условия выбора наилучшей величины нагрузки, необходимые для оптимальной работы каскада. Принципиальная схема каскада с трансформатором в выходной цепи представлена на рис. 4.25, а.

R1

 

RН

 

 

 

 

 

I1

I2

С1

Тр

 

RИ

 

 

1

 

 

 

E0 ЕИ

U1

U2 RН

R2

R3

C2

 

 

 

 

 

W1

W2

а

 

 

 

б

Рис. 4.25

Однако использование трансформатора в качестве элемента связи обладает существенными недостатками, значительно ограничивающими область его применения. К этим недостаткам можно отнести: большие габариты, вес и стоимость трансформатора, сравнительно узкую полосу пропускания и большие частотные и фазовые искажения, чувствительность трансформаторного каскада к воздействию мешающих электромагнитных полей.

Принципиальная схема трансформатора представлена на рис. 4.25, б. Усилительные свойства транзистора уже были рассмотрены выше. Поэтому рассмотрим здесь лишь свойства трансформатора, выступающего в качестве четырехполюсника связи. Выходная цепь транзистора на этой схеме представлена эквивалентным генератором ЭДС ЕИ с внутренним сопротивлением RИ.

Если в трансформаторе отсутствуют потери, то мощность на его выходе не будет отличаться от мощности на входе:

166

P1 = P2 , U1I1 = U2I2 .

Отсюда

U2 U1 = I1 I2 = W2 W1 = n ,

(4.76)

где W1,W2 - число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора; n - коэффициент трансформации.

Входное сопротивление трансформатора, нагруженного на сопротивление R2, равно RВХ = U1/I1. Используя (4.65), заменим U1 и I1 на U2 и I2:

R

BX

= U

I = U

2

nI

n = U

2

I

n2 = R

2

n2 .

(4.77)

 

1

1

2

 

2

 

 

 

Таким образом, сопротивление, находящееся в цепи вторичной обмотки трансформатора, может быть пересчитано в первичную обмотку путем деления его на n2. Аналогично можно привести к первичной обмотке сопротивления емкости ХС или индуктивности ХL, которые также могут находиться в цепи вторичной обмотки. При этом сама величина емкости умножается, а индуктивности делится на n2:

С′= Сn2 , L′= L n2 , R2 = R2 n2 .

(4.78)

Для того чтобы привести к первичной обмотке (пересчитать в первичную обмотку) напряжения и токи, действующие во вторичной обмотке, напря-

жение надо поделить, а ток – умножить на n.

 

 

 

RИ

I1

r1

r'2

I'2

 

 

 

LS1

 

 

L'S2

R'2

EИ

U1

 

L1

rC

U'2

C'Н

Рис.4.26

С учетом (4.78) эквивалентная схема трансформатора приобретает следующий вид

(рис. 4.26). На этой схеме:

167

EИ, RИ - генератор сигнала и его внутреннее сопротивление (в качестве генератора может выступать непосредственно - источник сигнала или выходная цепь усилительного элемента);

r1 - сопротивление потерь в первичной обмотке трансформатора (активное сопротивление первичной обмотки);

LS1 - индуктивность рассеивания первичной обмотки (характеризует потери в первичной обмотке трансформатора за счет рассеивания электромагнитного поля);

L1 - индуктивность первичной обмотки;

rC - сопротивление, характеризующее потери в сердечнике за счет токов

Фуко;

L'S2= LS2/n2 - приведенная индуктивность рассеивания вторичной обмотки;

R'2= R2/n2 - приведенное сопротивление нагрузки;

r'2= r2/n2 - приведенное сопротивление потерь во вторичной обмотке; C'Н = CН n2 - приведенная емкость нагрузки;

U'2=U2/n - приведенное выходное напряжение; I'2=I2n - приведенный выходной ток.

Следует отметить, что эквивалентная схема (см. рис. 4.26) является приближенной и не отражает в полной мере все свойства трансформатора. Так, емкость C'Н имеет довольно сложную структуру. Она состоит из распределенной емкости первичной обмотки, приведенной распределенной емкости вторичной обмотки, приведенной емкости непосредственно нагрузки и емкостей монтажа цепей первичной и вторичной обмоток. Элементы СН, LS1, LS2, r1, r2 и rC имеют распределенную структуру, а на схеме представлены как сосредоточенные. Кроме того, в рассматриваемой схеме не учитывается емкостная связь между витками первичной и вторичной обмоток. Однако для области частот, в которой трансформатор обычно используется как элемент связи, эта схема позволяет с достаточной точностью оценить его передаточные свойства, найти его частотную и фазовую характеристики, определить полосу пропускания и граничные частоты.

В предложенном на рис. 4.26 виде эквивалентная схема слишком сложна для анализа. Для упрощения исследования примем несколько допущений. Так, без особого ухудшения точности анализа из схемы можно исключить высоко-

168

омное сопротивление rC, так как потери в магнитном сердечнике трансформатора связи сравнительно невелики, т.е. по нему протекает незначительный ток, которым можно пренебречь.

RИ

 

r1

r'2

LS

 

EИ

U1

L1

 

R'2 C'Н

U'2

Рис.4.27

Индуктивности LS1, L'S2 имеют небольшую величину, и их влияние на частотную характеристику становится заметным только в области высоких частот. Напротив, индуктивность L1 благодаря своей большой величине оказывает влияние на работу схемы в области низких частот и не влияет на высоких частотах. В этих условиях можно объединить индуктивности LS1, L'S2 и заменить их одной индуктивностью LS = LS1+ L'S2 . С учетом предложенных выше допущений эквивалентная схема трансформатора примет вид, изображенный на рис. 4.27.

4.5.2. Поведение трансформаторного каскада в области средних частот

Для области средних частот схема (см. рис. 4.27) принимает следующий

вид:

RИ

I1

r1

r'2

 

EИ

U1

 

U'2

R'2

Рис. 4.28

На рис. 4.28 отсутствуют все частотно-зависимые элементы, так как их сопротивления в области средних частот не влияют на протекание токов. Действительно, индуктивности рассеивания очень малы и могут быть заменены

169