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 iк и iб. 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.