R3 |
|
1 |
|
|
|
C1 |
|
|
VT3 |
|
E0 |
R1 R4 |
|
2 |
|
|
VT5 |
VT1 |
VT2 |
|
|
C4 |
|
|
|
|
|||
C2 |
|
3 |
R7 |
R8 |
VT6 |
|
|
|
|
VT4 |
R14 |
RИ |
|
R6 |
|
R12 |
|
|
|
|
|
R9 |
C6 |
EИ |
|
|
|
|
VT7 |
|
|
|
|
|
|
R2 |
R5 |
C3 |
R10 |
VT8 |
|
|
|
|
|
C5 |
RH |
|
|
|
|
R11 |
R13 R15 |
|
|
4 |
|
|
|
Рис. 5.9
Общие тенденции довольно ясно просматриваются в этой схеме. Оконечный каскад, выполняющий основное усиление по мощности, строится на одиночных или составных транзисторах по схеме с общим коллектором.
Эта схема удобна при работе на низкоомную нагрузку, дает малые нелинейные искажения, имеет широкую полосу пропускания, обладает большим входным сопротивлением, но требует для раскачки большой амплитуды входного сигнала. Правда, последнее требование выполняется довольно легко.
Каскад на транзисторе VT3 (см. рис. 5.9) может обеспечить очень большое усиление по напряжению (больше тысячи), благодаря тому что нагрузкой для него является большое входное сопротивление оконечного каскада. При таком усилении на эмиттерном переходе VT3, который является основным источником нелинейных искажений, действует сравнительно малая амплитуда сигнала. Нелинейные искажения в этом каскаде даже при значительных амплитудах выходного напряжения оказываются сравнительно небольшими.
211
Это позволяет строить каскад на VT3 даже без сопротивления в цепи эмиттера (без местной ООС).
|
|
1 |
|
С4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
2 |
VT1 |
VT3 |
VT5 |
|
R1 |
|
|
VT6 |
|
|
VT1 |
RИ |
Е0 |
R7 |
|
|
С1 |
3 |
VT2 |
|
|
RИ |
R2 R6 |
ЕИ |
|
С6 |
|
|
R6 |
||||
|
|
|
|
|
|
ЕИ |
С3 |
4 |
R5 |
С3 |
RН |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
б |
|
|
|
|
Рис. 5.10 |
|
|
Каскад на VT1 представляет собой еще один предварительный усилитель напряжения, выполненный на половине дифференциального каскада. Вторая половина задействована в петле отрицательной ОС по напряжению последовательной по входу, охватывающей все три каскада по переменному и постоянному току. Коэффициент петлевого усиления в ней равен произведению коэффициентов усиления каскадов на VT1 и VT3, коэффициента передачи оконечного эмиттерного повторителя, делителя напряжения на сопротивлениях R7 и R6, коэффициента передачи эмиттерного повторителя на транзисторе VT2 и зависит от сопротивления источника сигнала RИ. Эта петля обратной связи выделена на рис. 5.10, б. Большое усиление в петле позволяет получить очень глубокую обратную связь. В свою очередь глубокая отрицательная обратная связь по переменной составляющей позволяет снизить нелинейные искажения всего усилителя до сотых и даже тысячных долей процента. Эта же ООС по постоянной составляющей стабилизирует режим работы всех транзисторов.
Каскад на транзисторе VT3 (см. рис. 5.9) охвачен частотно-зависимой ООС по напряжению параллельной по входу, создаваемой конденсатором С3. Эта местная ООС сужает частотную характеристику петли обратной связи и устраняет возможность самовозбуждения усилителя мощности на высоких частотах.
212
Сопротивление R5 в схеме (см. рис. 5.9), особенно в усилителях, выполненных по интегральной технологии, заменяется генератором стабильного тока, как это обычно делается в дифференциальных каскадах. Такая замена повышает температурную стабильность усилителя и уменьшает чувствительность к синфазной помехе.
Входная часть усилителя мощности, ограниченная линией, проходящей по контактам 1 - 4, в отдельных случаях может быть заменена более простой схемой, представленной на рис. 5.10, а. Качественные показатели усилителя при этом ухудшаются незначительно.
Использование двухполярного источника питания, как в схеме на рис. 5.5, а, позволяет несколько упростить схему усилителя мощности (см. рис. 5.9). Прежде всего отпадает необходимость в конденсаторе С6, так как точка подключения нагрузки в этом случае имеет нулевой потенциал. Входная цепь усилителя
также упрощается. Постоянный потенциал базы транзистора VT1 не отличается от потенциала общего провода, следовательно, отпадает надобность в сопротивлениях делителя R1 и R2, что ведет к увеличению входного сопротивления усилителя. Если при этом источник сигнала не содержит постоянной составляющей, то конденсатор С1 также может быть исключен из схемы.
Как следует из рис. 5.5, в, амплитуда напряжения на нагрузке не может быть больше, чем Е0/2. Следовательно, мощность, отдаваемая в нагрузку рассматриваемыми усилителями мощности, не превышает величины
|
|
|
Е |
0 |
2 |
|
|
|
E2 |
|
|
Р |
2МАХ |
≤ |
|
|
R |
Н |
= |
0 . |
(5.17) |
||
2 |
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
8R Н |
|
Для увеличения этой мощности необходимо повышать напряжение питания Е0, что не всегда возможно. Увеличить отдаваемую мощность можно путем использования мостовой схемы. В мостовой схеме обычно используют два усилителя мощности, подобных схеме, представленной на рис. 5.9. На рис. 5.11 представлена мостовая схема, в которой для простоты изображены только оконечные каскады.
В этой схеме нагрузка включается между выходами двух усилителей мощности, которые возбуждаются от симметричного источника сигнала.
213
|
R1 |
Е0 |
|
R8 |
|
|
VT1 |
VT3 |
|
ЕИ1 |
R4 |
RН |
R6 |
ЕИ2 |
|
R2 |
|
|
R9 |
|
R5 |
|
R7 |
|
|
|
VT2 |
VT4 |
|
|
R3 |
|
|
R10 |
Рис. 5.11
Будем считать, что транзисторы открываются полностью при подаче на базу напряжения соответствующей полярности. Представим открытые транзисторы в виде замкнутых ключей, как и в случае, рассмотренном на рис. 5.5, в. При полярности сигналов, указанной на рис. 5.11, открытыми оказываются транзисторы VT1 и VT4, ток через нагрузку протекает слева направо, и на ней выделяется напряжение, равное Е0, с плюсом с левой стороны (для упрощения не учитывается падение напряжения на сопротивлениях R4, R5, R6, R7). Следующие полпериода открываются транзисторы VT2 и VT3. На нагрузке снова выделяется напряжение, равное Е0, но с полярностью, изменившейся на противоположную, так как ток через нее протекает уже справа налево. Таким образом, амплитуда напряжения на нагрузке в мостовой схеме стремится к величине Е0 (увеличивается в два раза). Выходная мощность в такой схеме приближается к значению
Р2 = |
Е2 |
|
|
0 |
. |
(5.18) |
|
|
|||
|
2R Н |
|
|
Из сравнения (5.24) и (5.25) следует, что мостовая схема позволяет в четыре раза увеличить выходную мощность.
214
Под усилителями постоянного тока (УПТ) понимают усилители, способные усиливать сигналы, нижняя частота которых может быть равной нулю. Частотная характеристика (рис. 6.1) таких усилителей начинается с определенного значения на частоте fH = 0 и остается постоянной до частоты fB, которая, как обычно, определяется техническим заданием на усилитель.
На рис. 6.1 представлены также фазовая, переходная и амплитудная характеристики усилителя постоянного тока. Его фазовая характеристика отличается от подобной характеристики усилителя переменного тока тем, что она расположена в области отрицательных значений фазового сдвига. На переходной характеристике УПТ отсутствует спад в области больших времен, характерный
для усилителей переменного тока. Ампли- |
|
|
|
|
|
|
|
тудная характеристика отражает условия |
|
|
К |
|
|
|
К |
|
|
|
|
||||
прохождения сигнала постоянного тока че- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
f |
|
рез данный усилитель, т.е. при смене по- |
|
|
|
|
|
|
|
лярности постоянного напряжения на вхо- |
|
−ϕ |
φ |
||||
де соответственно меняется и полярность |
|
|
|||||
h(t) |
|
||||||
выходного сигнала. |
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Усилители постоянного тока нахо- |
|
|
|
|
|
|
|
дят широкое применение в электронной |
|
|
|
|
|
|
f |
аппаратуре; они используются в осцилло- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВЫХ |
|
графах, вольтметрах постоянного тока, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электронных стабилизаторах тока и напря- |
--UВХ |
UВХ |
|||||
жения, различных системах автоматиче- |
|||||||
ского регулирования, операционных уси- |
|
|
|
|
|
|
|
лителях и многих устройствах. |
|
|
|
|
|
|
--UВЫХ |
По принципу действия УПТ делят |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на два вида: усилители постоянного тока |
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
прямого действия и усилители постоянного тока с преобразованием. В УПТ прямого действия используются непосредст-
венные связи между каскадами, источником сигнала и нагрузкой. В усилителях с преобразованием входной сигнал с помощью преобразователя частоты преоб-
215