Файл: конспект лекций схемотехника.pdf

Вихідні струми iК1 і iК 2 направлені в цих півобмотках зустрічно, тому створюють магнітний потік, пропорційний різниці струмів ( iК1 – iК 2 ).

Струм у навантаженні Iн пропорційний

результуючому магнітному потоку, отже, струм у навантаженні буде пропорційний різниці струмів плечей:

iК1 iК 2 2IКm1 cos t 2IКm3 cos3 t ... (6.7)

Аналізуючи вираз (6.7), можна зробити ряд важливих висновків.

1.Струм у навантаженні, а отже, і вихідний сигнал не містить парних гармонік. Компенсація парних гармонік дозволяє використовувати економічний режим В.

2.На виході каскаду компенсуються всі синфазні перешкоди. Це знижує чутливість двотактного каскаду до пульсацій напруги живлення, що дозволяє спростити згладжувальні фільтри випрямлячів, які живлять підсилювальний каскад. При цьому збільшується динамічний діапазон підсилювача.

3.Відсутнє постійне підмагнічування осердя

вихідного трансформатора Tр2 , оскільки різницевий струм

не містить постійної складової. Це дозволяє при заданій вихідній потужності істотно знизити масу, габарити і вартість трансформатора Tр2 .

4. Струм, що проходить через спільне джерело живлення, не містить основної частоти (першу гармоніку) сигналу, оскільки загальний струм у колі живлення дорівнює сумі струмів плечей:

iК1 iК 2 2IК 0 2IКm2 cos 2 t...

і містить лише постійну складову і парні гармоніки. Завдяки цьому помітно знижується паразитний міжкаскадний зв'язок через спільне джерело живлення, спрощуються розв'язувальні фільтри.

134

Коливальна потужність, що одержується від обох транзисторів:

P~ IКmUКm . 2

У двотактних підсилювачах споживаний струм

залежить від амплітуди сигналу.

Потужність споживана двома транзисторами від джерела живлення визначається виразом

0,9 ; отже, практично досяжне значення ККД дорівнює

0,7.

Потужність розсіювання на колекторі кожного транзистора визначається виразом

звідки знайдемо значення UK m , що відповідає PК max :

UКm кр 2 EK 0, 64EK .

Тобто коефіцієнт використання напруги живлення дорівнює

кр UКm кр 0, 64 .

EК

При цьому ККД каскаду дорівнюватиме

кр кр 0,5 . 4

При збільшенні кр ККД каскаду збільшується.

Тому вигідно працювати при можливо більшому використанні джерела живлення, оскільки економічність каскаду збільшується.

6.3Безтрансформаторні двотактні вихідні каскади

Використання трансформаторів у підсилювачах потужності приводить до низки істотних недоліків. Трансформатор вносить додаткові частотні, фазові, перехідні і нелінійні спотворення сигналу і має великі масу, габарити і вартість. У трансформаторі втрачається частина потужності, тому зменшується ККД підсилювача. Але найголовніше трансформатор неможливо виконати за інтегральною технологією.

На сьогодні значного поширення набули безтрансформаторні транзисторні двотактні вихідні каскади, особливо у зв'язку з можливістю використання таких каскадів в інтегральних мікросхемах (ІМС).

На рисунку 6.8 а, б наведені варіанти схем безтрансформаторних підсилювачів потужності (без кіл зміщення), в яких застосовані транзистори з провідністю

136

одного типу.

Для нормальної роботи каскадів необхідно подавати

Рисунок 6.8 – Безтрансформаторні підсилювачі потужності на транзисторах з провідністю одного типу

Тому на вході кожної зі схем потрібно використовувавти спеціальний фазоінверсний підсилювальний каскад. У схемі на рисунку 6.8 а необхідно застосувати двополярне джерело живлення (два однакові джерела колекторного живлення або одне джерело із середньою точкою). У цій схемі змінні вихідні струми плечей проходять через навантаження у протилежних напрямах, формуючи на ній різнополярну вихідну напругу. Постійна складова вихідної напруги за відсутності вхідного сигналу дорівнює нулю, оскільки при повній симетрії схеми постійні струми через навантаження однакові і протилежні за знаком.

На схемі рисунка 6.8 б достатньо одного джерела живлення. Постійна складова вихідного струму в цій схемі через навантаження також не проходить через розділовий конденсатор С. Коли при подачі Uвх1 і Uвх2 верхній

транзистор VT1 відкривається, а нижній VT2 – закривається,

137

струм, що проходить через VT1 і Rн , заряджає конденсатор. При зміні полярності Uвх1 і Uвх2 відбувається замикання VT1 і відмикання VT2 , і раніше заряджений конденсатор С розряджається через VT2 і Rн , будучи своєрідним джерелом

живлення для нижнього плеча схеми. Ємність цього конденсатора повинна бути достатньою для того, щоб на найнижчій частоті fн підсилюваного сигналу він не

розряджався повністю. Стала часу розряду конденсатора в найгіршому випадку (при повністю відкритому транзисторі VT2 ) t RнC . Ця величина повинна бути значно більшою

від половини періоду вхідного сигналу. Звідси можна визначити ємність розділового конденсатора C 1 (2 fн Rн ) . Величина ємності цього конденсатора, як

правило, досить велика (сотні, тисячі мікрофарад), тому тут використовують електролітичний полярний конденсатор, полярність під’єднання якого показана на рисунку 6.8 б.

Якщо у плечі безтрансформаторного двотактного каскаду використати транзистори з різним характером провідності, то вхідні кола плечей можна об'єднати (рисунок 6.9) і при подачі на вхід напруги Uвх схема

працюватиме як двотактна, тобто сигнал, що відкриває транзистор типу p n p -типу, відповідно замикатиме

транзистор типу n p n -типу і навпаки. Принцип дії цих

схем аналогічний принципу дії схем рисунку 6.8.

Для отримання високого ККД безтрансформаторні вихідні каскади найчастіше працюють у режимі В(АВ). Транзистори у вихідних каскадах включаються як повторювачі, тобто використовуються двотактні емітерні (або витокові) повторювачі.

Найбільшого поширення набули двотактні схеми, в яких використовуються комплементарні пари. Комплементарну пару утворюють транзистори з

138

однаковими параметрами, але різними типами провідності. Наприклад, біполярні транзистори n p n - і p n p -

типу, польові транзистори з n– і р–каналами утворюють комплементарну пару.

працюватиме як двотактна. У всіх схемах підсилювачів можуть використовуватися як біполярні, так і польові транзистори.

Для отримання великої потужності промисловість спеціально випускає комплементарні пари потужних транзисторів із великими струмами колекторів і великими коефіцієнтами підсилення струму. Для збільшення потужності можна використовувати комплементарні пари, виконані на складених транзисторах, як показано на рисунку 6.10 а і б. Використання комплементарних пар дозволило істотно спростити і здешевити схеми вихідних