регистрация /  вход

Каскады мощного усиления (стр. 1 из 3)

Содержание:

1. Определение гармонических составляющих выходного тока

2. Двухтактный каскад усиления мощности

3. Энергетические соотношения в двухтактном каскаде

4. Схемы трансформаторных двухтактных каскадов

5. Безтрансформаторный каскад усиления мощности

Литература


1. Однотактный каскад усиления мощности

Каскады мощного усиления должны отдавать в нагрузку заданную мощность, поэтому используется весь размах характеристики транзистора (из-за больших амплитуд) с заходом на нелинейный участок. Один из основных показателей – коэффициент нелинейных искажений.

Нелинейные искажения возникают во входной (нелинейность входных характеристик) и в выходной (нелинейность выходных характеристик) цепях.

Учесть эти нелинейности позволяет сквозная характеристика

, которую можно построить по точкам входной и выходной характеристик. Строится нагрузочная прямая по переменному току. Для каждой точки находятся значения i к и i б . По входной характеристике находятся значения
. Для каждой точки вычисляются значения
. По этим точкам строится сквозная характеристика как зависимость
. По сквозной характеристике, построенной таким образом, можно определить влияние второй гармоники. Ток коллектора

.

Рассмотрим различные моменты времени.

1) Ток коллектора

;

2) Ток коллектора

;

3) Ток коллектора

Из этих уравнений можно найти значения среднего тока коллектора

, амплитуду первой гармоники тока коллектора
и амплитуду второй гармоники тока коллектора
. Тогда коэффициент гармоник


Метод трех ординат дает сведения о влиянии только второй гармоники. Чтобы учесть гармоники более высокого порядка (третью и четвертую), пользуются методом пяти ординат, при котором на характеристике берется пять точек.

Согласование с нагрузкой осуществляется с помощью трансформатора, коэффициент трансформации которого, где

и
число витков соответственно в первичной и вторичной обмотках. Сопротивление нагрузки, пересчитанное к первичной обмотке
, откуда
,
находится ниже из электрического расчета. С учетом КПД трансформатора

,
.

Каскад работает в режиме А.

Ток существует во время всего периода.

В режиме В происходит отсечка тока. Ток существует только во время угла отсечки коллекторного тока. В режиме В

. Реально
, что соответствует режиму АВ.

Необходимо рассмотреть энергетические соотношения в каскаде. Рассмотрим семейство выходных характеристик.

1) Проведем нагрузочную прямую по постоянному току. Так как по постоянному току нагрузкой транзистора является первичная обмотка трансформатора, чье сопротивление очень мало, то прямая вертикальна

(

)

2) Выбираем рабочую точку О в середине характеристик.

3) Построим нагрузочную характеристику по переменному току из условия максимального использования характеристик транзистора. Наклон нагрузочной прямой определяет сопротивление нагрузки по переменному току:

,

если это значение сильно отличается от заданного

, применяется трансформатор. Значение тока
должно быть меньше допустимого значения для данного транзистора.

4) Коэффициенты использования коллекторного тока и напряжения:

,
.

5) Колебательная мощность:

.

6) Потребляемая мощность:

.

7) КПД каскада:

. Т. е. КПД каскада при пиковой мощности может достигать
. Среднее значение КПД составляет всего 2-4%.

Потребляемую мощность можно представить в виде суммы двух составляющих: колебательной

и рассеиваемой на коллекторе
мощностей:

.

Потребляемая мощность – величина постоянная, максимальная рассеиваемая – в режиме молчания, когда

,
. Транзистор выбирается по допустимой мощности
.

Основной недостаток режима А – неполное использование транзистора:

.

Для рабочей схемы необходимо выбрать напряжение питания

. У транзистора существует параметр – допустимое напряжение на коллекторе (
). В режиме А необходимо, чтобы
. Для расчета необходимо знать входное сопротивление и входную мощность транзистора. Входное сопротивление

,

входная мощность

Удвоенные значения амплитуд берутся, так как рабочая точка расположена несимметрично на характеристике.Нелинейные искажения можно определить, построив сквозную характеристику и рассчитав коэффициент гармоник методом трех или пяти ординат. В случае пяти ординат можно определить коэффициент гармоник с учетом первых четырех гармоник:

.

Для различных схем включения зависимости коэффициента гармоник от сопротивления генератора различны.

В схеме с общей базой нелинейные искажения меньше, так как в этой схеме есть отрицательная обратная связь по току на сопротивлении генератора, чем оно больше, тем глубже ОС, тем меньше нелинейные искажения. Схема с общим коллектором требует большего входного напряжения, так как напряжение в данной схеме не усиливается, малые искажения возможны при малых сопротивлениях генератора. Схема применяется в безтрансформаторных каскадах.

2. Двухтактный каскад усиления мощности

Свойства двухтактного каскада. Данный тип каскадов является основным для каскадов усиления мощности. Разновидности двухтактного каскада – трансформаторный и безтрансформаторный. Особенности трансформаторного каскада: 1) Каскад состоит из двух симметричных плеч;

2) Оба плеча возбуждаются противофазно:

,
.

Особенности безтрансформаторного каскада:

1)Транзисторы плечей – комплементарные (то есть разной проводимости и имеющие одинаковые характеристики):

-
,
-
;

2) Плечи возбуждаются противофазно, инверсия фазы обеспечивается за счет разной проводимости транзисторов.