Краткие теоретические сведения

Исследование двухтактного усилителя мощности

Лабораторная работа №8

Сделать краткие выводы по работе

Контрольные вопросы

4.1 Что происходит с рабочей точкой при увеличении R₁ и R₂?

4.2 Какие элементы схемы влияют на АЧХ усилителя в области верхних и нижних частот?

4.3 Как изменится усиление каскада, если исключить конденсатор С₃?

4.4 Какую форму будет иметь выходной сигнал при отключении резистора R₁?

Цель работы: Изучение принципа действия двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности. Снятие и анализ АЧХ и АХ усилителя.

Усилители мощности бывают однотактными и двухтактными.

Однотактные усиливают сигнал одним транзистором в течении всего периода за один такт, могут работать только в линейном режиме А и имеют невысокий уровень нелинейных искажений. Однако режим А неэкономичен, так как ток коллектора транзистора в рабочей точке должен быть достаточно большим, чтобы можно было его под действием входного сигнала как увеличивать, так и уменьшать. Для режима А характерно также равенство тока в режиме ожидания входного сигнала среднему току при появлении этого сигнала, т.е. даже теоретический КПД однотактного усилителя составляет 40 - 45%. Это ограничивает их применение.

Двухтактные усилители усиливают сигнал двумя транзисторами за два такта. В течении первого полупериода один из транзисторов усиливает сигнал, а другой в это время тока не проводит, а в течении второго полупериода – наоборот. Рабочие точки транзисторов выбирают в самом начале входных характеристик, т.е. при отсутствии сигнала такой каскад тока не потребляет - режим класса В.
В этом случае усилитель экономичен, его КПД достигает 70%, а нелинейные искажения выше, чем у однотактного. При работе двухтактного усилителя в режиме В входной сигнал Uвх в первый полупериод, воздействуя на один из транзисторов, вызывает синусоидальный ток базы I_Б1~. Коллекторный ток этого транзистора будет также синусоидальным, но только в течении первого полупериода. Во второй полупериод входной сигнал Uвх аналогично воздействует на второй транзистор. Схему усилителя выполняют так, чтобы через нагрузку проходил ток, форма которого близка к синусоидальной, повторяющей форму суммарного базового тока I_Б~.

Для снижения нелинейных искажений при незначительном уменьшении КПД используют промежуточный режим АВ. В этом режиме рабочие точки транзисторов выбирают при небольших токах их баз, т.е. при ожидании входного сигнала схема потребляет от источника питания небольшой ток. Режим АВ широко распространен, по сравнению с более экономичным режимом класса В, в нем значительно меньше нелинейные искажения.

В двухтактных каскадах усилителей мощности используют все три схемы включения транзисторов: с ОБ, ОЭ и ОК.

В настоящее время наиболее распространены бестрансформаторные усилители мощности низкой (звуковой) частоты, выполненные на транзисторах разных типов электропроводности или одного типа.

Для управления транзисторами разного типа электропроводности (рисунок 1) требуется один сигнал. Так, если в первый полупериод входной сигнал увеличивает ток базы транзистора VT2, одновременно уменьшается ток базы транзистора VT1. Во второй полупериод – наоборот.

Таким образом, входные цепи транзисторов по отношению к источнику сигнала включены параллельно, выходные по отношению к отношению к источнику питания Е_К – последовательно, а по переменному току - параллельно на общую нагрузку R₅.

Рассмотрим работу каскада усиления мощности в режиме В (рисунок 1). В схеме используется кремниевый диод VD1. При положительном полупериоде переменной составляющей коллекторного напряжения транзистора VT1 предварительного усилителя, транзистор VT2 закрывается, а транзистор VT3 усиливает сигнал, используя как источник питания заряженный примерно до 0,5 Е_К конденсатор С₃. В течении этого полупериода ток проходит по цепи: правый электрод конденсатора С₃, заряженный положительно → резистор нагрузки R₅ → корпус → промежуток коллектор – эмиттер транзистора VT3 → левый электрод конденсатора С₃. Емкость конденсатора С₃ должна быть настолько большой, чтобы за время самого длительного полупериода (самая низкая усиливаемая частота) он разряжался незначительно.

При отрицательном полупериоде транзистор VT3 закрывается, а транзистор VT2 открывается, усиливая сигнал.

Коллекторный ток транзистора VT2 проходит по цепи: +Е_К → корпус → резистор R₅ → конденсатор С₃ → промежуток эмиттер – коллектор транзистора VT2, - Е_К.

Таким образом, через резистор R₅, на который поочередно работают два транзистора, управляемые одним сигналом, проходит переменный ток усиленного сигнала – сумма переменных составляющих эмиттерных токов транзисторов VT2 и VT3.

Отсюда следует, что по отношению к источнику сигнала транзисторы включены по схеме с ОК, которая усиливает мощность сигнала, повторяя его напряжение.

Включение кремниевого диода VD1 увеличивает напряжение между базами транзисторов, и их рабочие точки смещаются к началу выходных характеристик, т.е. каскад переход в режим В. Этот переход становится заметнее, если используют два последовательно включенных кремниевых диода.

Одновременно диод VD1 служит для температурной стабилизации базовых цепей транзисторов. При повышении температуры входная характеристика транзистора смещается влево, что означает увеличение тока базы при постоянном напряжении на эмиттерном переходе. Однако ток базы при включении диода VD1 увеличивается значительно меньше, поскольку прямое напряжение на нем при увеличении температуры также уменьшается.

Дата добавления: 2017-02-01