Материал: Электроника

На рисунке 250 площадь АВС представляет собой мощность, отдаваемую усилителем в нагрузку.

P 2 Imк 2 Umк

2

P = 2 ∙ Umк ∙ Imк ∙ η

С учётом КПД трансформатора, мощность Р, отдаваемая в нагрузку, будет равна η = 60÷70%. Применяются однотактные выходные каскады для усиления небольших мощностей. Недостатками являются все недостатки трансформаторной межкаскадной связи.

2) Двухтактный выходной трансформаторный каскад. Во входной цепи включён трансформатор Тр1 со средней точкой во вторичной обмотке. Это позволяет получить на базах транзисторов VT1 и VT2 два одинаковых по амплитуде и противоположных по фазе напряжения (смотрите рисунок 251).

Двухтактные усилительные каскады работают в режимах классов В или АВ.

Е. А. Москатов. Стр. 96

Когда на базы транзисторов будет подаваться положительное напряжение они будут находиться в открытом состоянии и через них будут протекать токи от плюса Eк, средняя точка Тр2, половина первичной обмотки Тр2, коллектор – эмиттерный переход транзистора, общий провод, минус Eк. Следовательно, в первичной обмотке Тр2 токи будут протекать от средней точки в разные стороны, за счёт чего магнитные потоки в сердечнике и наводимые во вторичной обмотке магнитные поля, а значит, и ток в нагрузке будут вычитаться.

То есть Iн = I1 – I2.

Ток в нагрузке будет иметь двойной размах по сравнению с каждым из токов транзистора, а следовательно, такая схема будет отдавать в нагрузку удвоенную мощность по сравнению с мощностью, рассеиваемой каждым из транзисторов.

Эта схема используется для усиления больших мощностей.

Достоинства: малые нелинейные искажения, так как в сердечнике отсутствует постоянная составляющая магнитного потока и не происходит насыщение; схема не чувствительна к пульсациям напряжения питания.

Недостатки: все недостатки трансформаторных схем – узкий диапазон частот, повышенные габариты и вес трансформатора, большие частотные искажения.

Частично недостатки трансформаторных каскадов можно устранить, если на входе вместо трансформатора Тр1 поставить фазоинверсный каскад (или каскад с разделённой нагрузкой), имеющий два выхода (смотрите рисунок 253).

Рис. 253

Напряжение с выхода 1 – Uвых1 – будет в противофазе с входным напряжением, как для схемы с ОЭ, а напряжение с выхода 2 – Uвых2 – будет в фазе с входным напряжением, как для схемы эмиттерного повторителя. Если при этом сопротивление Rк будет равно сопротивлению Rэ, то и амплитуды напряжений с выходов 1 и 2 будут равны.

3) Двухтактный выходной бестрансформаторный каскад. Наиболее широкое распространение в выходных усилителях получили бестрансформаторные каскады на транзисторах разного типа проводимости (смотрите рисунок 254).

При подаче на вход положительной полуволны напряжения транзистор VT1, структуры n-p-n, будет открыт, а транзистор VT2,структуры p-n-p, будет закрыт, и через нагрузку будет протекать ток по цепи от плюса Eк1, коллектор – эмиттер VT1, Rн, общий провод, минус Eк1.

Е. А. Москатов. Стр. 97

При отрицательной полуволне входного напряжения транзистор VT1 закрывается, а VT2 открывается, и через него будет протекать ток от плюса Eк2, Rн, эмиттер - коллектор VT2, минус Eк2.

Таким образом, токи в нагрузке будут вычитаться, за счёт чего в нагрузке появится удвоенная амплитуда тока, следовательно, и удвоенная мощность.

Достоинства: все достоинства двухтактных бестрансформаторных каскадов – большая выходная мощность, независимость от пульсаций ИП, малые нелинейные искажения. Кроме того, двухтактные бестрансформаторные каскады свободны от недостатков трансформаторных каскадов.

Недостаток данной схемы: быстрый выход из строя транзисторов при КЗ или перегрузке в нагрузке.

Усилители постоянного тока

снепосредственными связями

1)Усилители постоянного тока с непосредственными связями.

2)Дифференциальный каскад УПТ.

1) Усилители постоянного тока (УПТ) с непосредственными связями. УПТ с непосредственными связями называют усилителем прямого усиления (смотрите рисунок 255).

Рис. 255

Одной из особенностей УПТ с непосредственными связями является то, что на вход последующего каскада поступает не только усиливаемый сигнал, но и постоянная составляющая коллекторного напряжения предыдущего каскада. Поэтому напряжение между базой и эмиттером последующего каскада будет больше, чем напряжение, соответствующее выбранному положению рабочей точки. Чтобы избежать этого, сопротивление в цепи эмиттера каждого последующего каскада выбирается бóльшим, чем в предыдущем каскаде, с тем, чтобы обеспечить соответствие выбранному положению рабочей точки. Вторая особенность – дрейф нуля.

Дрейфом нуля называется медленное изменение выходного напряжения, не зависимое от напряжения на входе, а происходящее за счёт внутренних процессов в схеме усилителя. Дрейф нуля часто оценивается величиной дрейфа, приведённого ко входу.

Uдр.вх.=Uдр.вых. ,

К

где К – коэффициент усиления усилителя.

Uдр.вых. – это максимальное изменение выходного напряжения при закороченном входе за установленное время наблюдения.

Значительно лучше с точки зрения дрейфа нуля работают дифференциальные каскады усиления.

Е. А. Москатов. Стр. 98

2) Дифференциальный каскад УПТ. Дифференциальным каскадом УПТ называется усилитель разности напряжений (смотрите рисунок 256). Rк1 = Rк2 = Rк.

Рис. 256

Транзисторы VT1 и VT2 подбираются одинаковыми по коэффициенту усиления. Резисторы Rк1 и Rк2 также подбираются одинаковыми по величине своего сопротивления. Представим, что на оба входа подаём одинаковое напряжение Uвх1 = Uвх2. В этом случае токи через транзисторы VT1 и VT2 будут одинаковыми. Суммарный ток через Rэ обозначим через Iо. Тогда:

Iк1=Iк2= Io2 ;

Uвых = Uк1 – Uк2;

Uк1 = Eк – Iк1 ∙ Rк1;

Uк1 Eк Io2 Rк

Uк2 Eк Io2 Rк

Uвых Eк Io2 Rк Eк Io2 Rк 0

Представим, что Uвх1 > Uвх2. На первый вход подадим более положительное напряжение, чем на второй вход. В этом случае транзистор VT1 откроется в большей степени, чем транзистор VT2. Ток через транзистор VT1 увеличится на определённую величину ΔIo, а ток через VT2 уменьшится на такую же величину ΔIo, поскольку суммарный ток постоянен и равен Io.

Если на первый вход будем подавать бóльшее значение напряжение, чем на второй вход, то на выходе получится отрицательное значение напряжения, поэтому первый вход называется инвертирующим входом.

Если Uвх1 < Uвх2, то Uвых = +2 ∙ ΔIo ∙ Rк и поэтому второй вход дифференциального усилителя называется неинвертирующим входом.

Основной особенностью дифференциальных каскадов является то, что дрейф нуля будет значительно меньше, чем в УПТ прямого усиления. Это объясняется тем, что выходное напряжение равно разности коллекторных напряжений каждого из транзисторов, поэтому медленные изменения напряжения за счёт внутренних процессов схемы будут взаимно уничтожаться.

Е. А. Москатов. Стр. 99