Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 334

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

тивлении нагрузки транзисторов RB. т- Это сопротивление опреде­ ляют по формуле

 

_2_

n

_

J _

/ J 1 V

 

п

_BJL

(2.118)

 

Wj

К н

—

 

4

^ U72 У

^ н _

4л= •

 

^ c v l

I Uт av

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u " 1 \ m e * 1

1

 

Г

 

 

I

 

I

 

 

 

 

~ к макс

 

I

/тч

I

7*01

гт\ 1

 

 

M

 

I

l

 

 

 

 

 

 

 

( ж

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

Ч

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ Г \

 

 

 

 

 

 

 

 

I /

 

 

I

 

 

 

 

 

Г

t

Б*

" к

 

 

 

 

 

1

 

 

'

 

'

I °

•

 

 

 

 

I

Т'

п

I

 

 

I

I

 

I

 

 

IK

•

Г

|

t

 

i вмакс

I

 

I

 

./

I

 

i

 

 

 

 

i

 

i К '

 

i

 

i

T T

 

Р И С . 2.48. Графики токов

и напряжений в

ДТУ при

работе транзисторов

в режиме класса

В

Минимально допустимое сопротивление полезной нагрузки тран­ зисторов RH. т и соответственно максимально допустимая величина импульсов коллекторных токов ограничиваются температурой на­ грева транзисторов. Улучшая условия охлаждения транзисторов (например, применяя специальные радиаторы), можно заметно увеличить полезную мощность усилителя.

272.

Рис. 2.49. Графики физических процессов в

одном плече ДТУ, работающего

в режиме класса

В

»

Из рис. 2.48 и 2.49 видно, что, несмотря на импульсную форму коллекторного тока транзисторов, напряжения на коллекторах по­ лучаются синусоидальными. Объясняется это наличием взаимной магнитной связи между обеими половинами первичной обмотки вы­ ходного трансформатора.

Поэтому при изменении мгновенных значений коллекторного тока любого транзистора происходит возникновение ЭДС на обеих по­ ловинах первичной обмотки трансформатора. В одной половине обмотки индуктируется ЭДС самоиндукции, а в другой ЭДС вза­ имоиндукции. Максимально возможная амплитуда этих ЭДС близ­

ка к напряжению Ек.

Но она получается

такой

только при полном

возбуждении

усилителя, т. е. при условии, что он работает в режи­

ме максимальной

мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергетические свойства усилителя мощности характеризуют

следующие величины:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Мощность, расходуемая источником питания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я 0

=

2 - / к 0 - £ - к .

 

 

 

 

(2.119)

2. Мощность сигнала в коллекторной

цепи

 

 

 

 

 

^к. ц=

2 • - у • I т

«1 • Uт

к ?s - у • iK- м а к с

• Uт к .

 

(2.120)

3.

Выходная

мощность

сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Um вчх

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

^вых =

~2~*

 

/Jjj

=

" у "

вых '

=

Р«. ц ' *)тр

(2.121)

4.

Мощность

потерь,

рассеиваемая на нагрев

коллекторов

 

 

 

 

 

к — PQ — Рк.ц

— Ро —

•

 

 

(2.122)

5.

КПД выходной цепи

усилителя

 

т 1тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

=

 

1 . £ к ^ _ ^ ш ^

 

 

 

( 2 Л 2 3 )

Если усилитель работает

в

режиме

класса

В, а

температура

транзисторов

невысока

(т. е.

тепловой

ток

/ К о

мал), то

тогда

макс ~ 3 • / к 0 .

Бели при этом

возбуждение

каскада является пол­

ным

(режим

максимальной

 

мощности),

то

UmK^EK

и

тогда

т)~'0,75. Таким

образом, ДТУ, работающий

в режиме

класса В, мо­

жет иметь КПД около 75%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из уравнений 2.122 и 2.123 ясно, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р*.,

=

Р * л - 1 - = 3

 

 

 

 

(2.124)

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рк. ц =

1~—-vj' ^ > н ' к

 

 

 

(2.125)

274

Бели 7)=0,75, то Рк. ц = 3 - Р н . к . Отсюда видно, что максимально возможная полезная мощность ДТУ примерно в три раза больше мощности, рассеиваемой внутри его транзисторов, или в шесть раз больше мощности, расходуемой на нагрев одного транзистора. Но надо иметь в виду, что на практике получить КПД усилителя, рав­ ный 75%, без больших нелинейных искажений нелегко.

В режиме максимально допустимой мощности при допустимых нелинейных искажениях КПД обычно получается около 60%. По­ этому считают режим ДТУ приемлемым, когда

Р к . ц « 1,5-/>„.«.

(2.126)

В большинстве случаев соотношение (2.126) может

служить

критерием для выбора подходящего типа транзисторов

для ДТУ.

Величина максимально допустимой мощности рассеяния на коллек­ торе транзисторов указывается в справочниках.

Заметим, что режим максимальной мощности усилителя тре­ бует неизменной амплитуды усиливаемого сигнала, а на практике она непрерывно изменяется. Поэтому сравнение экономичности ре­ жимов А и В рекомендуется производить в реальных условиях ра­ боты усилителя.

Для определения средней величины амплитуды различных ре­ альных напряжений звуковой частоты были проведены статистиче­

ские исследования. Оказалось, что в большинстве

случаев

Uт ср

' Uт мако

(2-127)

т. е. средняя амплитуда реального напряжения звуковой частоты (разговор, пение, музыка) составляет одну пятую часть его макси­ мальной амплитуды.

Выходная мощность полезного сигнала в любом режиме уси­

лителя пропорциональна квадрату выходного

напряжения.

Мощ­

ность, забираемая усилителем от источника питания в режиме

клас­

са А, не зависит от амплитуды усиливаемых

колебаний. Поэтому

усилитель, работающий в режиме А (однотактный или двухтакт­ ный), имеет средний КПД:

Следовательно, средний КПД усилителя, работающего в режи­

ме А, получается менее 2%.

 

 

Мощность, забираемая усилителем от источника

питания в ре­

жиме класса

В, пропорциональна амплитуде усиливаемых

колеба­

ний. Поэтому

усилитель, работающий в режиме В,

имеет

сред­

ний КПД

 

 

 

 

Ч с р ( в , « 4 - , Y W

 

( 2 - 1 2 9 )

Следовательно, средний КПД усилителя, работающего в режи­ ме В, получается не более 15%.

275

Из

сравнения выражений (2.129) и (2.128)

видно,

что режим

класса

В в реальных условиях экономичнее

режима

класса А

в 8—10

раз. Это обстоятельство и является причиной того, что двух­

тактные усилители обычно работают в режиме В или близком к нему режиме АВ.

Максимально возможная амплитуда импульсов коллекторных

токов / к . м а к с зависит от выбранных величин напряжения

Ек и со­

противления RB. т . Очевидно, что

 

 

 

 

 

 

( 4 , м а к с ) м а к с = 7 Д ^ —

 

 

 

(2Л30)

v

" м и н

 

 

 

 

 

Из уравнения (2.120) и логичного

рассуждения

ясно, что с ро­

стом амплитуды импульсов коллекторных токов происходит уве­

 

личение

выходной

мощно­

(PK3on}t"=5o°

сти

усилителя.

Однако при

этом

возрастает

и мощность

 

 

потерь, расходуемая на бес­

[p,KBan)t'=2.0°

полезный

нагрев транзисто­

 

ров. Очевидно, что она рав­

 

на

произведению

мгновен­

 

ных

значений

 

коллекторно­

 

го

тока

и

коллекторного

 

напряжения,

которые в ра­

 

бочем режиме

усилителя

Рис. 2.50. Гиперболы допустимой мощности

непрерывно

изменяются.

Таким образом

 

потерь на семействе КСХ при различной

 

трмпрпятипр

 

 

 

 

 

 

(2.131)

Максимально допустимую мощность потерь в транзисторе обо­

значим Р н . к. д о п -

Тогда

 

 

 

Ян .

= & •»,.)„„.

(2.132)

Поскольку в

уравнении

(2.132) произведение 1к-ик

есть вели­

чина постоянная, то на графике в системе коллекторных

координат

допустимая мощность потерь изображается гиперболой. Положение гиперболы допустимой мощности потерь (ГДМП) зависит от тем­ пературы транзистора в рабочем режиме (рис. 2.50). Объясняется это тем, что мощность, которую может рассеять транзистор (в виде тепла), уменьшается с повышением окружающей температуры.

ГДМП накладывает ограничения на возможные места нахожде­ ния точки исходного режима усилителя и на возможные положе­ ния коллекторной динамической характеристики. Точка исходного

режима должна

находиться ниже

ГДМП и только в предельном

случае может быть на гиперболе

(но не выше ее).

 

Коллекторная

динамическая

характеристика

усилителя,

рабо­

тающего в режиме класса А,

не

должна

пересекать

ГДМП

(рис. 2.51, а).

 

 

 

 

 

276

Если усилитель работает в режиме класса В, то КДХ может пересекать ГДМП, но так, чтобы среднее значение мощности потерь за период усиливаемого сигнала не превышало Рк,доп (рис. 2.51, б).

Рис. 2.51. Предельно допустимые положения КДХ:

а — D р е ж и м е класса А; б — в р е ж и м е класса В

Практические схемы двухтактных транзисторных усилителей обычно имеют один источник питания. В этих схемах напряжение смещения на базу получается при помощи различных делителей. Один из простых, но распространенных вариантов подобной схемы приведен на рис. 2.52.

+ г ~

Рис. 2.52. Схема двухтактного трансформаторного усилителя на тран­ зисторах р— п — р с общим эмиттером

В данной схеме

напряжение смещения создается на

резисторе

Rt током делителя

R\R2- Конденсатор С] включен для

коррекции

частотной характеристики усилителя в области верхних звуковых частот. Очень часто в двухтактных выходных каскадах приемников применяется отрицательная обратная связь.

277

V.

б) Д в у х т а к т н ы й т р а н с ф о р м а т о р н ы й

у с и л и т е л ь

на л а м п а х

 

В ламповых радиоприемниках двухтактные трансформаторные каскады выполняются на лучевых тетродах или пентодах. Одна из типичных схем приведена на рис. 2.53.

Частной особенностью представленной схемы является симмет­ рирующий резистор Rc, имеющий небольшое сопротивление (десят­ ки ом). Перемещением его движка легко получить строго симмет-

Рис 2.53. • Схема двухтактного

трансформаторного

усилителя

на лучевых

тетродах

•

ричные режимы ламп даже в том случае, если их параметры не совсем одинаковые. Конечно, имеются усилители и без симметри­ рующего резистора.

Вторая особенность рассматриваемой схемы заключается в на­ личии корректирующих цепочек /?t Ct и R2C2. Они выравнивают усиление каскада в области его верхних частот.

Подобные частные дополнения к основной схеме двухтактного усилителя бывают разнообразны и встречаются в различных ва­ риантах. Они не меняют сути двухтактной схемы, а только улуч­ шают ее качественные показатели.

Принцип работы двухтактного усилителя объяснялся выше. От­ метим только, что ДТУ на лампах наиболее часто работают в ре­ жиме класса АВ с углом отсечки, близким к 120°. В этом режиме первая гармоника анодного тока имеет наибольшую амплитуду, а уровень высших гармоник сравнительно мал.

Режиму класса В отдается предпочтение в тех случаях, когда основным требованием к усилителю является получение высокого КПД. В этом режиме обычно отказываются от ячейки автоматиче­ ского смещения RKCK. Ее заменяют отдельным источником.

278

Смотрите также файлы