Файл: конспект лекций схемотехника.pdf

транзистора

Потужність, що віддається транзистором, чисельно дорівнює площі трикутника ADО (трикутника потужності),

передаватиметься потужність сигналу, PН тр Pвих , де тр

– ККД вихідного трансформатора.

При практичних розрахунках навантаження каскаду підсилення потужності вважають чисто активним. Тому оптимальне навантаження RK ~ UKm IKm , в яке

транзистор віддає максимальну потужність, може бути визначене з урахуванням лише активних опорів обмоток

Потужність, споживана підсилювальним каскадом від джерела живлення за період дії вхідного сигналу,

Таким чином, ККД трансформаторного каскаду, що працює в режимі А, менше 50 %, із збільшенням коефіцієнтів

129

використання і (при малих значеннях EK , UK min і

IK min ), ККД наближається до 50 %, але завжди менше за це значення. Проте надмірне зменшення UK min і IK min

приводить до різкого збільшення нелінійних спотворень підсиленого сигналу. Тому трансформаторні однотактні підсилювачі потужності мають ККД близько 25–40 %.

Для розрахунку параметрів вхідного кола каскаду на вхідну характеристику, зняту при UKE0 0 , переносять

крайні точки А і В з прямою навантаження за змінним струмом і визначають розмах вхідного струму і напруги, а потім розраховують значення вхідного опору Rвх~ і

потужність Pвх вхідного сигналу:

однотактного каскаду підсилення потужності транзистори вибирають з умови РK доп Рвих або з урахуванням виразу

для Рн , РK доп Рн ηтр .

Через первинну обмотку трансформатора проходить постійний струм, який викликає підмагнічування трансформатора. Для зменшення насичення трансформатора його осердя в однотактних підсилювачах потужності виконується з повітряним зазором.

130

6.2Двотактний трансформаторний вихідний каскад

Двотактними називають каскади, що містять два (або дві групи) підсилювальні елементи, які працюють на спільне навантаження. Вихідні струми підсилювальних елементів мають зсув фаз π. Кожен підсилювальний елемент із відповідними колами складає плече двотактного каскаду. Звичайно говорять, що плечі працюють у протифазі. Двотактні каскади дозволяють використовувати режим В і забезпечити необхідну потужність у навантаженні при високому ККД і допустимих нелінійних спотвореннях.

Принципову схему двотактного трансформаторного каскаду із спільним емітером наведено на рисунку 6.7.

R1

VT2

Рисунок 6.7 – Двотактний трансформаторний каскад

Схема повинна бути симетричною, в цьому випадку істотно зменшуються нелінійні спотворення каскаду. У схемі використані два трансформатори: вхідний Tр1 і

вихідний Tр2 . Вхідний трансформатор дозволяє одержати на транзисторах VT1 і VT2 вхідні напруги, які зміщені за

131

фазою на π. Вихідний трансформатор дозволяє створити транзисторам оптимальний опір навантаження колектора змінному струму кожного плеча. За допомогою резисторів R1 і R2 у каскаді подається напруга зміщення, за якої

відсутня «сходинка узгодження». Отже, каскад працює в режимі АВ, що також дозволяє зменшити нелінійні спотворення каскаду. Замість резистора R2 може бути

використано діод, який, крім забезпечення напруги зміщення, буде служити елементом температурної компенсації для стабілізації точки спокою транзисторів VT1

іVT2 .

Усхемі транзистори VT1 і VT2 працюють по черзі.

Якщо на базу транзистора VT1 подається позитивна півхвиля вхідної синусоїдної напруги, то на базу транзистора VT2 у цей момент подається напруга у протифазі – негативна півхвиля. У результаті транзистор VT1 відкривається, транзистор VT2 закривається. Працює верхнє плече схеми. Змінний струм колектора транзистора VT1 – IK1 проходить через верхню півобмотку трансформатора Tр2 і джерело живлення ЕK , створюється

змінний магнітний потік, який у вторинній обмотці індукує ЕРС. Під дією цієї ЕРС у навантаженні з'являється струм і створюється вихідна напруга певного знака.

Через півперіод ситуація зміниться на протилежну: VT1 – закриється, VT2 відкриється, працюватиме нижнє

плече. Напрям струму колектора транзистора VT2 – IK2 у півобмотці трансформатора Tр2 протилежний напряму струму IK1 , тому магнітний потік змінить свій напрям і

напруга на навантаженні змінить свій знак. Таким чином, на навантаженні одержимо повний підсилений синусоїдний

132

сигнал.

Широке застосування двотактних вихідних каскадів зумовлене цілою низкою позитивних властивостей цих схем. Проаналізуємо ці властивості. Схему вважаємо симетричною, тобто плечі однаковими. Вхідні напруги вважаємо гармонічними, врахуємо також зсув фаз π між uвх1 і uвх2 , одержимо:

uвх1 Um cos t ,

uвх2 Um cos( t ) Um cos t ,

де uвх1 і uвх2 – напруги на півобмотках вторинної обмотки вхідного трансформатора Tр2 ;

Um – амплітуда цих напруг.

Під дією напруги uвх1 , у колекторному колі транзистора VT1 проходить колекторний струм, який можна подати у вигляді ряду Фур'є:

iК1 IК 0 IКm1 cos t IКm2 cos 2 t IКm3 cos3 t ...

де IК 0 – постійна складова колекторного струму; IКm1, IКm2 , IКm3,... – амплітуди гармонік.

Початковими фазами гармонік струму, які не відіграють у даному випадку особливої ролі, можна знехтувати.

Оскільки напруги uвх1 і uвх2 зсунені за фазою на π, то струм ik 2 знайдемо, замінивши t на ( t ) . Для

ідеально симетричної схеми одержимо

iК 2 IK 0 IКm1 cos( t ) IKm2 cos 2( t )IКm3 cos 3( t ) ...

IК 0 IКm1 cos t IКm2 cos 2 t IКm3 cos 3 t ...

Обидві половини первинної обмотки вихідного трансформатора Tр2 намотуються в одному напрямі.

133