4.2. Выходные (оконечные) каскады

Энергетические показатели.

Основными показателями оконечных каскадов усилителя являются:

а) выходная мощность (мощность в нагрузке)

б) колебательная мощность (мощность, развиваемая в выходной цепи усилительного элемента)

– амплитуда коллекторного напряжения

– сопротивление нагрузки коллекторной цепи усилительного элемента по переменному току.

В случае если нагрузка подключается в выходную цепь усилительного элемента посредством трансформатора, то

– КПД трансформатора.

в) мощность, потребляемая выходной цепью усилительного элемента от источника питания

– среднее значение тока, отбираемое у источника питания за период сигнала.

(не путать с ) – напряжение, подводимое к выходной цепи от источника питания за вычетом падения напряжения, например, на резисторе .

г) мощность, рассеиваемая на выходном электроде усилительного элемента в виде тепла и коэффициента полезного действия

;

д) нелинейные искажения сигнала, оцениваемые коэффициентом гармоник , %.

Схемы оконечных устройств

1) однотактный выходной каскад с непосредственным включением нагрузки.

В такой схеме усилительные элементы (БПТ, ПТ) работают при усилении гармонических сигналов в режиме класса «А», то есть без отсечки выходного тока (РТ обычно выбирается на середине нагрузочной прямой)

Для этой схемы:

а) , где

б)

Примечание. В режиме класса «А»

Для получения требуемой мощности в нагрузке при заданной величине

а РТ должна быть выбрана при

Максимальна выходная мощность

При максимальном использовании транзистора по току и при полном использовании в этом включении имеем:

– переменная составляющая тока, – переменная составляющая напряжения.

Из этого следует, что КПД в выходной цепи каскада при непосредственном включении нагрузки в выходную цепь

– максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе в виде тепла

– вся потребляемая мощность от источника питания идет на нагрев транзистора и является основным условием выбора транзистора по мощности.

2) трансформаторный выходной каскад.

Назначение элементов , , , такое же как и в предыдущей схеме.

В этой схеме нагрузка подключается в коллекторную цепь транзистора посредством трансформатора, что позволяет при любом внешне заданном значении обеспечить транзистору оптимальную величину сопротивления нагрузки переменному току ( ).

Эквивалентная схема трансформатора.

где – активное сопротивление меди первичной обмотки трансформатора. Это довольно маленькая величина .

– индуктивность рассеивания первичной обмотки (1 миллигенри).

– собственная индуктивность первичной обмотки(индуктивность ХХ) ее порядок (у УНЧ) десятки генри.

– потери в сердечнике на вихревые токи, перемагничивание и т.д.

– индуктивность рассеивания вторичной обмотки трансформатора.

– коэффициент трансформации

– приведенная к первичной индуктивность рассеивания вторичной обмотки (пересчитанная)

– активное сопротивление медной проволоки вторичной обмотки

– активное сопротивление вторичной обмотки, пересчитанное в первичную обмотку.

– сопротивление нагрузки, приведенное к зажимам первичной обмотки.

В области средних частот обычно можно пренебречь присутствием в эквивалентной схеме индуктивностей и тогда эквивалентная схема на будет иметь вид

коэффициент трансформации рассчитывается из условия обеспечения транзистору оптимального сопротивления нагрузки при любом внешне заданном

На семействе ВАХ отмечаем положение РТ имея в виду, что УУ работает в режиме класса А.

, так как – мало, то

2. Этап построения нагрузочной прямой по переменному току (выходные динамические характеристики) для построения ВДХ переменного тока необходимо от вправо отклонить отрезок, численно равный .

подводим к базе транзистора максимально возможный сигнал по амплитуде

;

мощность, выделяемая на первичной обмотке трансформатора (в коллекторной цепи транзистора)

– полезная мощность сигнала, выделяемая в первичной обмотке трансформатора

– мощность, потребляемая коллекторной цепью транзистора.

(только в режиме класса А)

, где

– коэффициент использования транзистора по току.

– коэффициент использования напряжения коллекторного питания, показывающий, на сколько превращается в .

Очевидно при , , то

– трансформатора .

, где .