Двухтактные

бестрансформаторные каскады

Более совершенной является схема с использованием конденсатора значительной емкости (рисунок 2.41).

В исходном состоянии оба транзистора закрыты, и если предположить, что они облают идентичными параметрами, то на них будет одинаковое напряжение, равное

0,5 Е_к.

До такого же напряжения будет заряжен конденсатор Ср, причем на правой обкладке будет «+», а на левой «-».

Пусть к зажимам 1-1’ приложено напряжение сигнала, причем в первый полупериод к зажиму 1, а следовательно и к базам транзисторов VT1, VT2, – «+», а к зажиму1’, то есть к эмиттерам через ,– «-».

Тогда транзистор VT1 будет закрыт, а VT2 ­­– открыт. Конденсатор начнет разряжаться по цепи: «+» правая обкладка на , через транзистор VT2 на левую обкладку конденсатора В данном случае выступает как источник который создает через нагрузку ток в направлении на схеме (рисунок 2.42) сверху вниз.

В следующий полупериод открывается VT1, а VT2 закрыт. Теперь ток через нагрузку будет проходить от источника Е_к по цепи:

+

Следует иметь в виду, что и в этом случае величину тока определяет, напряжение, равное 0,5 Е_к, поскольку встречно с напряжением источника включен конденсатор с напряжением 0,5 Е_к. Таким образом, на резисторе выделяется переменное напряжение с частотой сигнала.

Отметим, что по переменному току каждый из транзисторов используется как эмиттерный повторитель (в каждый полупериод один из транзисторов закрыт), поэтому каскад работает с высокой степенью линейности, допуская заметные различия в характеристиках используемых транзисторов. Исключительная простота и высокий КПД в режиме В делают эту схему особенно пригодной для микросхемного исполнения.

В тех случаях, когда нельзя подобрать транзисторы с разной проводимостью на нужную выходную мощность, можно использовать транзисторы с одинаковой проводимостью, однако для их поочередной работы требуется двухфазное напряжение, которое создается с помощью фазоинверсных каскадов.

Принципиальная схема двухтактного бестрансформаторного каскада на БТ одинаковой структуры приведена на рисунке 2.42

Недостаток схемы– потребность в фазоинверторе, который преобразует однофазное напряжении сигнала в двухфазное и обеспечивает поочередную работу транзисторов оконечного каскада.

Рисунок 2.42 – Бестрансформаторный каскад на одинаковых транзисторах  

При этом коллекторный ток транзистора VT1 обеспечивается напряжением , а коллекторный ток VT2 – напряжением заряженного конденсатора (емкость которого значительна и составляет сотни–тысячи микрофарадов), примерно равным 0,5 .

Распространенная схема двухтактного усилителя на одинаковых транзисторах VT3 и VT4 вместе с фазоинверсным каскадом на VT1 и VT2 показана на рисунке 2.43

Рисунок 2.43-Двухтактный бестрансформаторный каскад

Полупроводниковый диод VD, включенный в прямом направлении, задает небольшое начальное смещение на базы VT1 и VT2.

При поступлении сигнала переменный ток управления проходит по цепи:

зажим 1 → корпус → зажим 1.

Если в какой-то момент времени на зажиме 1 будет “+”, то транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается, в результате чего ток базы I_Б транзистора VT4 протекает по цепи:

“+” C_р → R_н → эмиттер-база VT4 → коллектор-база-эмиттер VT1 → “-“ С_р.

Транзистор VT4 оказывается открыт, а транзистор VT3 закрыт.

При смене полярности сигнала открывается транзистор VT2 и ток базы транзистора VT3 протекает по цепи:

+ E_K → корпус → R_н → C_p → эмиттер-база VT3 →транзистор VT2 → - E_{K .}

Теперь открывается VT3 а транзистор VT4 закрыт. Таким образом, данная схема обеспечивает поочередную работу мощных однотипных оконечных транзисторов.

Достоинства бестрансформаторных каскадов: малые габаритные размеры, отсутствие громоздких выходных трансформаторов; более высокие качественные показатели, что обусловлено отсутствием тех частотных, фазовых и нелинейных искажений, которые вносит выходной трансформатор; простая фазоинверсная схема при использовании комплементарных пар выходных транзисторов.

Недостатки: наличие большой емкости связи с нагрузкой; трудности подбора комплементарных пар с близкими параметрами.

Выводы: 1. Для получения максимального КПД в оконечных каскадах применяются режимы работы В и АВ. 2. Для получения максимальной мощности в нагрузке в оконечных каскадах применяется согласование с нагрузкой. 3. При низкоомной нагрузке в качестве согласующего элемента применяют понижающие трансформаторы либо усилительные элементы, работающие в схеме с ОК (ОА, ОС). 4. В настоящее время биполярные и полевые транзисторы используют в усилители при мощность не свыше сотен ватт. При мощности в единице киловатт и выше используют электронные лампы. 5. При работе в режиме А однотактный выходной каскад дает очень низкий КПД и поэтому может применяться в маломощных усилителях. 6. Причиной частотных и фазовых искажений на нижних частотах в трансформаторном каскаде является индуктивность L₁. 7. Причиной частотных и фазовых искажений на верхних частотах является индуктивность L_C. 8. Трансформаторный однотактный каскад работает с постоянным подмагничиванием, что может привести к появлению нелинейных искажений.9. Основным достоинством двухтактной схемы усилителя в экономичных режимах В и АВ при доступном уровне нелинейных искажений. 10. В двухтактной схеме компенсируется влияние четных гармоник на выходе. 11. В двухтактной схеме компенсируется влияние постоянной составляющей и по этому в трансформаторной двухтактной схеме отсутствует постоянное подмагничивание сердечника. 12. Двухтактная схема компенсирует влияние помех и фона переменного тока. 13. Для нормальной работы двухтактной схемы требуется полная симметрия схемы и подачи на оба плеча двух одинаковых напряжений в противофазе. 14. В режиме В коэффициент использования тока значительно выше чем в режиме А, и не зависит от амплитуды сигнала. 15. В режиме В КПД значительно выше чем в режиме А. 16. При той же нагрузке напряжения источника питания в режиме В на коллекторе (стоке, аноде) выделяется примерно в 10 раз меньше мощности. 17. Тот же транзистор (лампа) в режиме В, способен отдать значительно большую колебательную мощность чем в режиме А. 18. Не рекомендуется применять режим В, так как это может привести к большим нелинейным искажениям.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение усилителя мощности.

2. Дайте характеристику схемы однотактного трансформаторного каскада и поясните назначение ее элементов.

3. Каковы достоинства и недостатки применения трансформаторов в выходных каскадах?

4. Покажите цепи протекания токов в статическом и динамическом режимах работы.

5.Чем объяснить завалы АЧХ в области нижних и верхних частот усилителя мощности?

6. Покажите прохождение переменной составляющей тока в различные такты работы в схеме бестрансформаторного каскада с конденсатором большой емкости. Поясните назначение конденсатора.

7. Для каких целей применяют фазоинверсные каскады?

8. Почему в двухтактном каскаде усиления необходима полная симметрия схемы?

9.Что дает применение комплементарных пар транзисторов в бестрансформаторных каскадах?

Дата добавления: 2014-11-16