Материал: 832

100

10 УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

10.1Трансформаторный выходной каскад в режиме класса А

При проектировании выходных каскадов усилителей, которые часто называют усилителями мощности, стремятся максимально полно использовать напряжение и ток источника питания с целью обеспечения более высокого коэффициента полезного действия. Главное назначение выходного каскада – получение требуемой мощности PН в заданной нагрузке RН. Оно обеспечивается прежде всего выбором соответствующего транзистора.

Повышение КПД возможно за счет использования трансформаторной связи с нагрузкой, а также режимов усиления классов В, АВ и С.

На рис. 10.1, а приведена схема трансформаторного уси-

лителя мощности с ОЭ в режиме класса А.

Выбор положения точки покоя прежде всего ограничен условиями:

Imin I0 IКдоп ;

Umin U0 UКЭдоп;

PК = U0 I0 < PКдоп,

где IК доп, UКЭ доп, PК доп – предельно допустимые для данного транзистора значения тока коллектора, коллекторного напряже-

ния и мощности рассеяния на коллекторном переходе. Графическое представление этих неравенств выделят рабочую область на выходных характеристиках транзистора. Рабочая точка А выбирается на нагрузочной прямой постоянного тока, проходящей вертикально при UКЭ = U0 = E. Через точку А проведена нагрузочная прямая переменного тока.

Мощность сигнала в коллекторной цепи транзистора графически соответствует площади заштрихованных треугольников

(на рис. 10.1, а)

где тр 0,8...0,9 – КПД трансформатора

Амплитуда переменного напряжения на коллекторе

Um E Umin.

102

Амплитуда переменной составляющей тока коллектора

Im 2P~ . Um

Сопротивление выходной цепи переменному току R~ Um .

Im

Коэффициент трансформации n W2 выбирают таким, что-

W1

бы пересчитанное к первичной цепи сопротивление нагрузки соответствовало рассчитанной выше величине R~, обеспечивающей требуемую мощность PН:

Ток коллектора в рабочей точке I0 = Im+Imin.

Полная мощность, потребляемая от источника питания P =

=I0E.

Коэффициент полезного действия каскада

где Im 1 – коэффициент использования транзистора по току;

I0

Um 1 – коэффициент использования транзистора по

E

напряжению.

Максимальное теоретическое значение КПД трансформаторного каскада в режиме А равно 50 % (при тр 1). В

практических схемах удается реализовать (20 30)%. Самым тяжелым для транзистора является режим покоя, ко-

гда на коллекторе рассеивается мощность P0 U0I0. При подаче входного сигнала она уменьшается до значения PК P0 P~.

Соотношения для выбора транзистора:

103

PКдоп P0 2,5Pн;

UКЭдоп 2E;

IКдоп 2I0.

Суммарная поверхность пластинчатого радиатора, на который надо установить транзистор, чтобы при максимальной температуре окружающей среды Tс mах температура перехода не превышала допустимого значения Tп mах определяется выражением

где Rпк, оСВт – тепловое сопротивление участка «переход – корпус» транзистора, являющееся справочным параметром используемого транзистора.

Трансформатор TV1 в каскаде работает с постоянным подмагничиванием сердечника. Ток I0 должен быть меньше тока намагничивания. Сердечник обычно выполняют с зазором.

Другой недостаток рассматриваемой схемы – трудность температурной стабилизации режима работы транзистора. С этой целью в качестве RБ можно использовать нелинейное сопротивление, значение которого растет с ростом температуры окружающей среды.

10.2Трансформаторный выходной каскад в режимах В и АВ

Более высокий КПД позволяет получить двухтактный вы-

ходной каскад в режиме класса В (рис. 10.1, б). В состоянии по-

коя (при Uвх = 0) транзисторы VT1 и VT2 закрыты, так как по постоянному току их эмиттерные переходы закорочены активным сопротивлением вторичных обмоток трансформатора TV1. Рабочая точка В находится в начале координат входной характеристики транзистора (рис. 10.1, в), токи базы и коллектора транзисторов VT1 и VT2 равны нулю. К транзисторам прикладывается все напряжение источника питания (UКЭ = Е на выходных характеристиках).

104

При подаче входного напряжения трансформатор TV1 формирует на базах транзисторов VT1 и VT2 равные по величине, но противоположные по фазе сигналы. В положительный полупериод напряжения на базе VT1 этот транзистор обеспечивает протекание тока IК1 от плюса источника питания Е через верхнюю половину первичной обмотки трансформатора TV2, формируя на его коллекторе перепад напряжения амплитудой Um. В это время транзистор VT2 закрыт и к его коллектору прикладывается максимальное обратное напряжение E+Um.

В отрицательный полупериод напряжения на базе VT1 этот транзистор закрыт, но VT2 обеспечивает протекание тока IК2, который создает в сердечнике трансформатора TV2 магнитный поток противоположного направления, чем IК1. Постоянное подмагничивание сердечников отсутствует как в выходном (TV2), так и во входном (TV1) трансформаторе.

Основные соотношения для расчета каскада:

1) мощность переменного сигнала в коллекторной цепи транзисторов (соответствует площади заштрихованного на рис. 10.1, б треугольника)

2) амплитуда коллекторного напряжения может быть получена чуть меньшей напряжения источника питания Е:

Um E Umin;

3) амплитуда тока коллектора транзистора

Im 2P~ ; Um

4) сопротивление выходной цепи переменному току

R~ Um ; Im

5) коэффициент трансформации выходного трансформатора