связью часто выполняют на основе интегральных микро­ схем. При этом нужно иметь в виду, что в интегральных ми­ кросхемах отсутствуют разделительные конденсаторы Ср, так как изготовить конденсаторы большой емкости в ин­ тегральном исполнении сложно. Поэтому помимо входных и выходных выводов для подключения источников питания микросхемы снабжаются выводами для подключения раз­ делительных конденсаторов.

Контрольные вопросы и упражнения

1.Поясните порядок построения и нарисуйте общую эк­ вивалентную схему усилительного каскада с резистивноемкостной связью на биполярных транзисторах.

2.Поясните порядок построения и нарисуйте общую эк­ вивалентную схему усилительного каскада с резистив­ но-емкостной связью на полевых транзисторах.

3.Нарисуйте и поясните частотную характеристику уси­ лительного каскада с резистивно-емкостной связью на полевых транзисторах.

4.Нарисуйте и поясните фазовую характеристику усили­ тельного каскада с резистивно-емкостной связью на би­ полярных транзисторах.

Г л а в а 5

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основным требованием, предъявляемым к каскадам уси­ ления мощности является обеспечение в заданном нагрузоч­ ном сопротивлении возможно большей или заданной вели­ чины мощности сигнала. Эта мощность должна быть отда­ на при допустимом уровне нелинейных и частотных искаже­ ний, а также при возможно меньшем потреблении мощнос­ ти от источника питания. Поэтому основными исходными данными при расчете каскада являются: мощность Р н, от­ даваемая в нагрузку; уровень частотных М и нелинейных Кг искажений; рабочая полоса частот о н — сой; коэффици­ ент полезного действия каскада т]. Усилитель мощности

обычно является выходным каскадом усилительного уст­ ройства.

Сопротивление нагрузки усилителя мощности, как пра­ вило* не превышает величину нескольких десятков или со­ тен Ом. Если низкоомную нагрузку включить непосред­ ственно в выходную цепь транзистора выходного каскадг, имеющего обычно большое выходное сопротивление, то мощность сигнала в нагрузке окажется очень малой. В этом случае согласование выходного сопротивления усилитель­ ного каскада и сопротивления нагрузки осуществляется с

помощью выходного трансфор­ матора. Если нагрузка доста­ точно высокоомна, то она мо­ жет быть включена непосред­ ственно в выходную цепь око­

ся в широких пределах. Вследствие этого, аналитические расчеты каскада с использованием малосигнальных пара­ метров усилительного элемента дают большую погрешность и расчет всех показателей каскада усиления мощности про­ водится графически по выходным характеристикам. Рабо­ чая область характеристик располагается левее гиперболы потерь и ограничивается максимально допустимыми для данного усилительного элемента значениями выходного то­ ка и напряжения, а также условиями получения минималь­ ных искажений и минимального потребления мощности ис­ точника питания. Рабочая область выходных характерис­ тик транзистора для схемы включения с общим эмиттером в режиме усиления мощности представлена на рис. 5.1.

Каскады усиления мощности могут выполняться как одно- и двухтактные. В зависимости от выбора рабочей точ­ ки и величины возбуждающего напряжения в этих каска­ дах используется тот или иной режим усиления. Однотакт­ ные каскады работают в режиме А. В двухтактных схемах, кроме режима Л, широко применяются режимы В и А В.

Усилительные каскады, содержащие один или несколь­ ко параллельно включенных усилительных элементов, на входы которых подают одно входное напряжение и с выхо­ да которых снимают одно выходное напряжение усиленно­ го сигнала, называют однотактными. Используются они для получения в нагрузке сравнительно небольших мощ­ ностей.

Однотактные каскады могут выполняться в зависимости от величины нагрузки с бестрансформаторным и трансфор­ маторным ее включением в выходную цепь каскада.

5.2.1. Однотактный трансформаторный каскад

Принципиальные схемы однотактных трансформатор­ ных усилителей мощности при включении транзисторов по схеме с общим эмиттером и общей базой приведены соответ­ ственно на рис. 5.2, а и 5.2, б. На рис. 5.3 показана линия нагрузки каскада по переменному току, позволяющая про­ вести анализ работы схемы (рис. 5.2, а) графоаналитиче­ ским методом с использованием выходных характеристик транзистора.

Рис. 5.2. Принципиальные схемы однотактных каскадов усилителей мощности с трансформаторной связью

Порядок построения линии нагрузки следующий. Вна­ чале строится линия нагрузки по постоянному току. Тран­ зистор в каскаде с трансформаторным включением нагруз­ ки нагружен по постоянному току малым сопротивлением первичной обмотки трансформатора. Если R3 = 0, то на­ пряжение на коллекторе мало отличается от напряжения

жений (прямая /?к-). Рабочая точка О каскада находится

Максимальная амплитуда переменной составляющей на коллекторе транзистора

Uкт = £Лж Uк min = Ек — Д £к — t/Kmin-

Максимальная величина напряжения на коллекторе, как видно из рис. 5.3, а, равна UKmax = 2U Km + UKminЭта величина не должна превышать значение максимально до­

мощности полагают чисто активной. Поэтому оптимальная

нагрузка /<к~ = —т— , в которую транзистор отдает макси-

‘ кт

мальную мощность, может быть определена с учетом лишь активных сопротивлений обмоток выходного трансформа­

тора и нагрузки # к~ = Ru + Г\ + гг, где тх — активное со­ противление первичной обмотки выходного трансформатора;

R» — сопротивление нагрузки, приведенное к первичной

обмотке трансформатора; г2 — активное сопротивление вто­ ричной обмотки выходного трансформатора, приведенное к первичной.

Мощность, потребляемая усилительным каскадом от ис­ точника питания за период действия входного сигнала оп­

При малых значениях Д£к, UKmin и /к га|п к. п. д. каскада при­ ближается к 0,5 (50 %). Однако чрезмерное уменьшение Uк min и / к min приводит к резкому увеличению нелинейных ис­ кажений усиливаемого сигнала. Поэтому трансформатор­ ные однотактные усилители мощности работают практиче­ ски с к. п. д. порядка 25—40 %.

Для расчета параметров входной цепи каскада на вход­ ную характеристику, снятую при UKф 0, переносятся крайние точки А и В нагрузочной прямой по переменному току и определяются размах входного тока и напряжения