Частотные характеристики трансформаторных усилителей мощности

Однотактный усилитель мощности с трансформаторной нагрузкой

В трансформаторных усилителях мощности транзисторы чаще всего включают по схеме с общим эмиттером. Простейший вари­ант схемы однотактного трансформаторного усилителя мощности с таким включением транзистора показан на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема однотактного трансформаторного усилителя мощности

В этой схеме применена термостабилизация тока базы, так как включение в цепь эмиттера значительного сопротивления невозможно из-за большой величины выходного тока. Поэтому обратная связь по постоянному току получается малоэффективной и не обеспечивает стабильности режима.

Первичная обмотка трансформатора служит коллекторной на­грузкой транзистора. Ее сопротивление для переменной составляю­щей коллекторного тока велико и зависит от коэффициента транс­формации трансформатора и величины нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке.

Частотные свойства усилителя определяют его полосу пропус­кания и уровень линейных (частотных) искажений сигнала на его выходе. Анализ частотных свойств удобно производить по эквива­лентной схеме.

Рисунок 2.3 – Эквивалентная схема однотактного усилителя мощно­сти с трансформаторной нагрузкой

Полная эквивалентная схема однотактного усилителя мощно­сти с трансформаторной нагрузкой приведена на рисунке 2.3.

В эквивалентной схеме использованы следующие обозначения:

С_вых – сумма выходной емкости транзистора и межвитковой емкости первой обмотки трансформатора;

r₁ и r₂ – активные сопротивления, соответственно первой и вто­рой обмоток трансформатора;

С _н – сумма емкости нагрузки и межвитковой емкости второй обмотки трансформатора;

L_s1, L_s2 – индуктивности рассеяния, соответственно первой и второй обмоток трансформатора;

L ₁ – индуктивность первичной обмотки L1 трансформатора.

С помощью индуктивностей L _s1 и L _s2 учитываются потери элек­тромагнитной энергии в трансформаторе на рассеяние.

Идеальные индуктивности L₁и L₂связаны между собой общим магнитным потоком трансформатора Ф. Поэтому все сопротивле­ния вторичной цепи трансформатора (активные и реактивные) мо­гут быть пересчитаны в его первичную цепь по формуле

² =

Определим пересчитанные по этой формуле значения элемен­тов эквивалентной схемы:

=.

Эквивалентная схема с пересчитанными значениями элементов изменится и примет вид, приведенный на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Эквивалентная схема с пересчитанными значениями элементов

На выходе этой эквивалентной схемы действует приведенное выходное напряжение =U_вых/m.

Проведем анализ частотных свойств усилителя мощности раз­дельно на нижних, средних и верхних частотах рабочего диапа­зона.

В области низких частот (см. рисунок 2.5) основное влияние на работу усилителя оказывает индуктивность обмотки трансформатора L1, так как с понижением частоты сопротивление индуктивности па­дает и шунтирует нагрузку, вызывая завал АЧХ на нижних час­тотах.

На средних частотах влияние всех реактивностей схемы пре­небрежимо мало и АЧХ равномерна. Эквивалентная схема УМ для средних частот показана на рисунке 2.6.

Рисунок 2.5 – Эквивалентная схема УМ для низких частот

Рисунок 2.6 – Эквивалентная схема УМ для средних частот

На верхних частотах (см. рисунок 2.7) необходимо учитывать влияние индуктивности рассеяния L_S(L_S=L_S1+) и емкостей С_вых и.В схеме, приведенной на рисунке 2.7, возможно возникновение двух резонансов.

Рисунок 2.7 – Эквивалентная схема УМ для верхних частот

Первый резонанс может возникнуть за счет наличия последовательного колебательного контура, образованного индук­тивностью L_Sи емкостью нагрузки. Резонанс вызывает подъем АЧХ усилителя в области верхних частот.

Пренебрегая влиянием активных сопротивлений, определим частоту этого резонанса:

F₀₁ =

Второй резонанс возможен в параллельном колебательном кон­туре, образованном емкостями С_вых и и индуктивностью L_S.Частота этого резонанса определяется выражением

F₀₂ =

где

С_экв=

На рисунке 2.8 представлена АЧХ однотактного трансформаторно­го усилителя мощности. В области верхних частот АЧХ имеет два всплеска, определяемых резонансами на частотах F₀₁ и F₀₂.

Рисунок 2.8 – АЧХ однотактного трансформаторно­го усилителя мощности

Между этими резонансами АЧХ может быть очень неравномерной. Поэто­му верхняя граница полосы пропускания усилителя должна быть меньше F₀₁. Чтобы не получить вблизи частоты F₀₁ большой резо­нансный подъем АЧХ, надо понижать добротность последователь­ного контура, шунтируя первичную обмотку трансформатора со­противлением R_ш, которое подбирается опытным путем.

Однотактный усилитель мощности в режиме А имеет относи­тельно низкий КПД. Использование в однотактной схеме энерге­тически более выгодных режимов В и АВ нецелесообразно из-за недопустимо высокого уровня нелинейных искажений.

Вопрос 4 Двухтактные усилители мощности

Для получения большой выходной мощности полезного сигнала и высокого КПД при небольшом уровне нелинейных искажений применяют двухтактные схемы усилителей мощности.

Различают двухтактные трансформаторные усилители мощности и двухтактные бестрансформаторные усилители мощности.

3.1 Двухтактные трансформаторные усилители мощности.

В настоя­щее время двухтактные трансформаторные усилители мощности наиболее широко применяются радиоприемных устройствах.

Наиболее простая схема такого усилителя приведена на рисунке 3.1. На ее примере поясним основные свойства двухтактных трансформаторных усилителей мощности.

Рисунок 3.1 – Двухтактный трансформаторный усилитель мощности

Эта схема представляет собой совокупность двух однотактных усилителей, работающих на общую нагрузку. Половина двухтакт­ного усилителя называется его плечом. Оба плеча электрически симметричны.

Для электрической симметрии плеч усилителя его транзисторы должны иметь одинаковые параметры и симметричные режимы. Симметричные режимы идентичных транзисторов получаются, если первичная обмотка выходного трансформатора TV2 состоит из двух одинаковых половин, а входные напряжения (1.2)

При наибольшей амплитуде напряжения сигнала максимальная колебательная мощность, отдаваемая в нагрузку одним активным прибором УМ:

(1.3)

Сопоставим максимальную колебательную мощность (1.3) с мощностью рассеяния (1.2), исключив

Дата добавления: 2014-01-07