Особенности и условия работы каскадов мощного усиления

Однотактный трансформаторный каскад.

Как правило, каскады мощного усиления являются оконечными (ОК) или предоконечными (ПОК). ОК – называется каскад, с выхода которого сигнал, усиленный до заданной мощности или напряжения, поступает в нагрузку.

ОК отличаются между собой выходной мощностью, полосой усиливаемых частот и типом нагрузки. В каждом отдельном случае для ОК выбирается наиболее подходящий усилительный элемент с достаточно оптимальным режимом работы и схемой включения.

Этот выбор определяется основными требованиями:

1. Получение высокого КПД, который равен n = Р / Ро,

Где Р - полезная мощность на выходе каскада;

Ро – мощность, потребляемая от источника питания.

Чем выше КПД, тем большая часть мощности преобразуется в полезную, отдаваемую в нагрузку, тем меньше величина Е источника питания.

ОК мощностью в единицы и десятки Ватт используются в приемниках, телевизорах, электрофонах. ОК мощностью в сотни и тысячи Ватт – в усилительных устройствах радиовещания, модуляторов передатчиков.

2. Получение максимальной мощности в нагрузке. Для выполнения этого требования необходимо согласование выходного сопротивления элемента с сопротивлением нагрузки.

Rн << Rвых.

В схемах с ОЭ и ОБ выходное сопротивление высоко (сотни Ом – сотни тысяч ОМ) поэтому должны быть предусмотрены схемы согласования.

3. Получение минимальных нелинейных искажения. Для этого на вход усилительного элемента необходимо подавать такие амплитуды напряжения, которые позволили бы добиться максимального соотношения I / Iист, U / Uист. Такие соотношения возможны только при использовании большей части характеристики транзистора или лампы, включая и нелинейные участи, что все равно приводит к наличию в ОК нелинейных искажений.

4. Получение минимальных частотных и фазовых искажений за счет уменьшения реактивных элементов.

Выбор усилительного элемента по мощности распределяется следующим образом:

- при мощности ОК свыше 1 кВт используют только электронные лампы – генераторные и модуляторные триоды, тетроды и пентоды;

- при мощности в сотни Вт используются лампы и транзисторы;

- при мощности менее 100 Вт используют только транзисторы.

Выбор усилительного элемента зависит так же и от величины рассеиваемой мощности, которая должна быть минимальна.

Расчет элементов ОК и ПОК осуществляют по входным и выходным характеристикам используемого усилительного элемента.

Особое внимание при построении ОК и ПОК уделяется тепловому режиму работы усилительного элемента, так как повышение температуры увеличивает вероятность теплового пробоя устройства. Для устранения перегрева в электронных лампах применяют воздушное или водяное охлаждение или мощные полевые транзисторы.

ОК работают в режимах А, АВ, В. Выбор режима определяется требованиями, предъявляемыми к усилительному каскаду. Самый высокий КПД обеспечивает режим В, но в этом режиме самые большие нелинейные искажения. Режим А обеспечивает самый малый КПД и не имеет нелинейных искажений, его применяют при очень малой мощности, когда КПД не имеет существенного значения. В усилителях повышенной мощности используют режим АВ и В. В импульсных схемах применяется ключевой режим D.

Для выполнения условия согласования на выходе усилителя применяют понижающий трансформатор. В случае, когда использование трансформатора не допустимо, используют схему с ОК, имеющих малое выходное сопротивление, что позволяет включить нагрузку непосредственно в выходную цепь усилительного элемента. В выходных каскадах УЭ работают на основе схем с ОЭ, с ОБ, с ОК

Однотактный оконечный трансформаторный каскад является основной схемой выходного каскада в существующих линейных усилителях многоканальной связи. С помощью выходного трансформатора согласуется выходное сопротивление выходного каскада с характеристическим сопротивлением линии. Работают такие каскады в режиме А.

К основным энергетическим показателям, характеризующим работу каскада относятся:

- полезная мощность, отдаваемая усилительным элементом в нагрузку;

- мощность, потребляемая от источника питания;

- мощность, рассеиваемая на коллекторе;

- КПД каскада.

Для определения нелинейных искажений строится сквозная (нагрузочная) характеристика и выходная характеристика трансформаторного каскада.

Т.о. режим А в однотактном трансформаторном каскаде на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ обеспечивает низкий КПД и небольшие нелинейные искажения.

Наличие выходного трансформатора, обладающего реактивными сопротивлениями, неизбежно приводит к частотным и фазовым искажениям.

Дата добавления: 2014-01-06