Каскады мощного усиления (стр. 2 из 3)

3) Оба транзистора работают поочередно, в режиме В.

Ток каждого плеча состоит из переменной и постоянной составляющих, переменные составляющие противофазны:

,

В трансформаторном каскаде переменные составляющие токов текут встречно через первичную обмотку трансформатора, образуя разностный магнитный поток, который образует виртуальный разностный ток.

В безтрансформаторном каскаде разностный ток реально существует в нагрузке:

,

постоянная составляющая разностного тока

, переменная составляющая , то есть переменные токи плечей суммируются. При симметрии схемы , тогда постоянная составляющая разностного тока равна нулю.

Двухтактные каскады обладают следующими свойствами:

1) В двухтактном каскаде отсутствует постоянный ток подмагничивания трансформатора, поэтому магнитная проницаемость

сердечника трансформатора возрастает, поэтому при заданной идуктивности первичной обмотки можно уменьшить габариты трансформатора.

2) В безтрансформаторной схеме через сопротивление нагрузки не протекает постоянный ток, нагрузку можно подключать через разделительный конденсатор.

3) В разностном токе отсутствуют четные гармоники:

,

.

Переменное напряжение на базе

, тогда по формулам кратных дуг можно получить выражения для токов коллектора:

,

.

Разностный ток

.

Четные гармоники противофазны, в разностном токе они компенсируются, что позволяет каскаду работать в режиме В при малых нелинейных искажениях.

В режиме В ток коллектора представляет собой последовательность косинусоидальных импульсов. У таких импульсов отсутствуют нечетные гармоники, начиная с третьей (видно из разложения в ряд), четные гармоники компенсируются, в результате остается одна первая. Противофазное плечо дает импульсы противоположной полярности, разностный ток представляет собой целую гармонику. Таким образом, в идеальном случае в двухтактном каскаде отсутствуют нелинейные искажения.

4) В источнике питания трансформаторного каскада отсутствуют нечетные гармоники:

При этом облегчаются требования к цепям развязки для уменьшения паразитной отрицательной обратной связи через цепи питания.

К недостаткам двухтактных схем можно отнести наличие в схеме двух плеч, двух транзисторов; отвода от средней точки в первичной обмотке трансформатора; необходимость выполнения условий симметрии.

3. Энергетические соотношения в двухтактном каскаде

Амплитуда коллекторного тока

для трансформаторного каскада не должна превышать допустимого значения .

Для безтрансформаторного каскада строится нагрузочная прямая

.

Колебательная мощность

.

Постоянный ток в одном плече можно найти из разложения косинусоидальных импульсов:

. Мощность, потребляемая двумя плечами: , то есть потребляемая мощность зависит от амплитуды импульсов коллекторного тока, в режиме молчания, каскад не потребляет энергию.Коэффициент использования коллекторного напряжения: . КПД каскада

КПД каскада зависит от амплитуды импульсов коллекторного тока

, максимум КПД получается при максимальной амплитуде, если , то . Средний КПД .

Мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора

Для нахождения максимума функции продифференцируем по

:

Приравняем производную к нулю, откуда критический коэффициент использования напряжения

. Критическое напряжение , ток . Тогда максимальная рассеиваемая мощность

Отношение колебательной и рассеиваемой мощностей:

При пиковой колебательной мощности

стремится к единице, тогда , то есть , или . Транзистор выбирается из условия .

В режиме В колебательная мощность для одного транзистора

,а в режиме А – . Как видим, при одном и том же в режиме В колебательная мощность одного транзистора в раз больше, чем в режиме А. Наряду с высоким КПД это обстоятельство является основным преимуществом работы в режиме В.

4. Схемы трансформаторных двухтактных каскадов

Используются в основном схемы с общим эмиттером и общей базой.

1) Классическая схема с общим эмиттером (работа транзисторов в режиме А. Сопротивления R1,R2- делитель цепи смещения;Rэ- сопротивление термостабилизации, не шунтируется конденсатором, так как при симметрии плеч переменное напряжение на нем не падает из-за противофазности токов плеч. При асимметрии падение переменного напряжения симметрирует плечи (для одного плеча оно образует положительную обратную связь, для другого – отрицательную). Схема работает только в режиме А, так как в режиме В емкости

заряжаются при открытых транзисторах и не успевают разрядиться при закрытых, поэтому транзисторы запираются.

2) Схема с дифференциальным каскадом. Вместо сопротивления Rэ можно включить генератор стабильного тока. Транзисторы двухтактного каскада включены по схеме с общим эмиттером. Данная схема обладает минимальной мощностью возбуждения (повышенным коэффициентом усиления), но также бльшими нелинейными искажениями по сравнению со схемой, где транзисторы включены с общей базой.

3) Схема с общей базой. Сопротивления R1, R2- делитель цепи смещения. Схема с общей базой требует на входе дополнительной мощности для возбуждения, поэтому предоконечный каскад должен также быть усилителем мощности. На выходе каскада получаем большую мощность по сравнению со схемой с общим эмиттером при меньших нелинейных искажениях, так как во входной цепи присутствует последовательная отрицательная обратная связь по току. Схемы с общим коллектором в трансформаторном варианте не рассматриваются

5. Безтрансформаторный каскад усиления мощности

Безтрансформаторные каскады обладают меньшими массогабаритными параметрами, в них отсутствуют линейные и нелинейные искажения за счет трансформатора.

1) Схема на комплементарных транзисторах .

Транзистор

- n-p-n типа, - p-n-p типа, инверсный каскад не требуется. Транзистор открывается положительной полуволной, транзистор - отрицательной, инверсия фазы происходит в самом каскаде. Транзисторы работают в режиме В. По постоянному току транзисторы включены последовательно, по отношению к сопротивлению нагрузки Rн - параллельно, это позволяет выбирать величину нагрузки, необходимую для согласования с транзисторами. Недостаток схемы – наличие внутренней точки для подачи входного сигнала, два источника сигнала..