Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [83] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

при 1тк = 1к И UmnVn

rimax = 0,5. (11.5)

Напомним (см. гл. 5), что

У = 1тЛк (11.6)

называют коэффициентом использования тока коллектора, а отношение

l=UmrJUn (11.7)

- коэффициентом использования коллекторного напряжения. С учетом этих обозначений

Г1 = 0,5у. (11.8)

При идеализированных характеристиках транзистора Vmax=l и

тах=1 И в соответствии С (11.5) Г]тах = 0,5.

в следующих параграфах покажем, в чем заключаются особенности и ограничения, связанные с реальными характеристиками транзисторов.

11.2. УСИЛЕНИЕ МОЩНОСТИ В РЕЖИМЕ А

ПРИ РЕАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ТРАНЗИСТОРА

Реальные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОБ, отличаются от идеализированных настолько мало, что если вычертить их в линейном масштабе, то окажется невозможным отличить одни от других. Поэтому рассмотренный в предыдущем параграфе случай может быть полностью перенесен и на реальные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОБ.

Коллекторные характеристики транзистора по .схеме с ОЭ в усилителе мощности показаны на рис. 11.5. Прежде всего видно, что коэффициент использования коллекторного напряжения тах при этом несколько меньше единицы.

Кроме того, верхний заштрихованный треугольник на рис. 11.5 имеет не только меньшее основание, чем нижний, но и меньшую высоту. Дело в том, что с увеличением тока коллектора падает коэффициент передачи тока /i2is, вследствие чего при удвоении тока базы коллекторный ток не удваивается и поэтому максимальная амплитуда

коллекторного тока /тктах</к,

где /к - коллекторный ток в исходной рабочей точке. В результате неполного использования коллекторного тока и напряжения в схеме с ОЭ максимальный КПД меньше 50%.

Нелинейность приращений кол-

та»


к таи

Рис. 11.5. Использование транзистора, включенного по схеме с ОЭ в усилителе мощности



лекторного тока при увеличении и уменьшении тока базы приводит к нелинейным искажениям, которые характеризуются появлением колебаний с частотами, которых нет в исходном сигнале. Поясним это на примере произвольной зависимости

Utx = f (iex) = f (iexo + Мех) .(И.9]

Разлагая эту зависимость в ряд Тейлора, получаем

ieuxfiiexa) +fihxo)Mex+ -~ Пехо) {Мех) +

+ ГМ{Мех)+ ... 1П.10)

31

Если зависимость (11.9) линейна, то все производные, начиная со второй, и все члены ряда, начиная с третьего, также равны нулю. Если условие линейности не выполняется, то членами, начиная с третьего, можно пренебречь только при усилении малых сигналов, когда

О.бГМ Щех)<ГЫМех. (11.11)

Если сигналы нельзя считать малыми, т. е. нельзя пренебречь, например, третьим и четвертым членами, то эти слагаемые приводят к появлению новых гармонических составляющих. Так, при усилении сигнала

M,x=ImCOsQt (11.12)

третий член пропорционален величине

iMex) = /mcos = / (0,5 -f 0,5 cos 2Q),

т. е. появляется вторая гармоника, а четвертый член ряда, пропорциональный величцне (Агвж), дает третью гармонику.

Нелинейные искажения, появляющиеся на выходе усилителя, принято оценивать коэффициентом гармоник. Коэффициент гармоник равен отношению среднеквадратического напряжения суммы всех гармоник, начиная со второй, к среднеквадратическому напряжению первой гармоники, когда на вход усилителя подается гармонический сигнал. Так как среднеквадратические значения пропорциональны амплитудам, коэффициент гармоник

=]/s /- пгь (11-13)

где /ml и Imh - амплитуды 1-й и k-w. гармоник.

Кроме полного коэффициента гармоник усилителя часто определяют коэффициент по отдельным гармоникам, причем наиболее часто по второй и третьей:

ia2 = W/mi; (11.14)

Кгъ = 1ш11ши (11.15)



Часто общий коэффициент гармоник усилителя с достаточной точностью вычисляется по формуле

(11.16)


Рис. 11.6. Схема двухтактного усилителя мощности

Обычно коэффициент гармоник выражают в процентах и не допускают, чтобы он превышал 5-10%, причем при высококачественном усилении звуковых колебаний он не должен превышать 1-1,5%. Ухо человека слабо реагирует на появление второй гармоники и более легко обнаруживает появление третьей. Кроме того, следует иметь в виду, что в двухтактных схемах усилителей четные гармоники взаимно компенсируются. Нечетные же гармоники взаимным вычитанием устранить нельзя, не уничтожив полезное напряжение первой гармоники.

Двухтактная схема транзисторного усилителя показана на рис. 11.6. Кроме уменьшения четных гармоник она имеет и другие преимущества перед однотактной схемой, например уменьшение подмагничивания сердечника выходного трансформатора за счет протекания постоянных составляющих коллекторных токов транзисторов. Подмагничивание уменьшает индуктивность трансформатора. При равенстве постоянных токов верхнего и нижнего транзисторов постоянные магнитные потоки полностью компенсируются.

Сравнение построений, выполненных на рис. 11.4 и 11.5, показывает, что схема с ОБ позволяет получить несколько большую выходную мощность благодаря лучшему использованию коллекторного тока и напряжения. В схеме с ОК можно получить выходную мощность примерно такую же, как и в схеме с ОЭ. Что касается коэффициента усиления по мощности, то он наибольший в схеме с ОЭ, потому что она обеспечивает усиление как напряжения, так и тока.

Нелинейные искажения в схемах с ОБ и ОК меньше, чем в схеме с ОЭ, при одной и той же выходной мощности.

11.3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРЛитОРА

В усилителях мощности иногда применяются трансформаторы. Например, в схеме, приведенной на рис. 11.2, используются два трансформатора: входной и выходной. Эквивалентная схема трансформатора показана на рис. 11.7. Здесь же показаны эквивалентный генератор и нагрузочное сопротивление.


Рис. 11.7. Эквивалентная схема трансформатора в усилительном каскаде



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [83] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.011