(рис. 5.3, б), а затем рассчитываются значения входного со­

преобразований Рк = -------— Р ВыхЕсли, в предельном слу-

Р

учетом выражения для Рн, Р кдоп ^ *-JL. ^тр

С целью уменьшения насыщения трансформатора его сердечник в однотактных усилителях мощности выполня­ ется с воздушным зазором.

5.2.2. Бестрансформаторный однотактный каскад

Простейшим способом подключения нагрузки к каска­ ду усиления мощности является ее непосредственное вклю­ чение в коллекторную цепь транзистора (рис. 5.4, а). Если сопротивление нагрузки не имеет реактивных составляю­ щих, то линии нагрузки по постоянному и переменному то­ ку каскада будут совпадать (рис. 5.4, б).

Рис. 5.4. Принципиальные схемы однотактных бестрансформлторных каскадов усиления мощности

Предположим, что усилительный элемент идеален и его остаточные напряжения UKmm и ток / к min равны нулю. Тог­ да Uк шах = £ к и мощность Явых из выражения (5.3) с уче­

мально возможный к. п. д. бестрансформаторного однотакт-

Сопротивление нагрузки, необходимое для получения такого к. п. д., имеющего место только при полном исполь-

К достоинствам схемы можно отнести ее простоту, от­ сутствие потерь мощности в выходном устройстве, допол­ нительных нелинейных и частотных искажений, возмож­ ность усиления сигналов в широкой полосе частот, а к недостаткам — низкий к. п. д., протекание через нагрузку постоянной составляющей тока питания и наличие на нагруз­ ке постоянного потенциала относительно общего провода.

5.3. ДВУХТАКТНЫЕ КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Двухтактный усилитель мощности состоит из двух сим­ метричных плеч, работающих на общую нагрузку. Тран­ зисторы в каждом плече подбираются с максимально близ­ кими характеристиками и работают в одинаковом режиме

Единственным отличием в работе плеч усилителя является противофазность переменных составляющих выходных на­ пряжений и токов.

5.3.1.Трансформаторный двухтактный каскад

врежиме А

Однотактные трансформаторные каскады в режиме А име­ ют малый к. п. д. и применяются, когда необходимо полу­ чить в нагрузке небольшую мощность (до 5 Вт) с низким уровнем нелинейных искажений. Используя в схеме более мощные транзисторы, можно повысить отдаваемую неиска­ женную мощность. Однако к. п. д. каскада при этом не уве­ личивается. Кроме того, в первичной обмотке трансформа-

Рис. 5.5. Принципиальные схемы двухтактных каскадов усиления мощ­ ности с трансформаторной связью в режиме А

тора имеется большой подмагничивающий ток, что приво­ дит к увеличению искажений, габаритов и массы транс­ форматора.

Двухтактные каскады, работающие в режиме Л, требу­ ют подачи во входные цепи транзисторных плеч двух сиг­ налов, сдвинутых по фазе на 180° Это условие может быть выполнено либо включением в предоконечном каскаде спе­ циальной фазоинверсной схемы, либо включением на входе каскада усиления мощности трансформатора, вторичная об­ мотка которого имеет заземленную среднюю точку. Такие каскады усиления мощности для включения транзисторов

с общим эмиттером показаны на рис. 5.5, а и 5.5, б. Если в каскаде усиления мощности включены транзисторы по схе­ ме с общей базой, то входные токи каждого из плеч вели­ ки и на входе обязательно включается трансформатор, вторичная обмотка которого имеют заземленную среднюю точку (рис. 5.5, в).

Резистор R 9 в схемах служит для стабилизации режима работы транзисторных плеч. Для исключения возможной разбалансировки выходных токов покоя при изменениях температуры (т. к. температурные коэффициенты напря­ жения транзисторов различны) и старении элементов в эмиттерную цепь каждого транзистора иногда включают не­

большие, порядка (0,2...0,3) R 9t резисторы R3 и R9.

Если подавать на базы обоих транзисторов напряжения синусоидальной формы, сдвинутые по фазе~на 180°, то кол­ лекторные токи i K\ и / к 2 будут получать приращения, обра­ зующие переменные составляющие, также сдвинутые на 180° При отсутствии нелинейных искажений и полной сим­

Поскольку токи плеч создают противоположно направлен­ ные магнитные потоки, то суммарный намагничивающий ток is будет равен разности токов плеч

Как видно из последнего выражения, в намагничиваю­ щем токе отсутствует постоянная составляющая, что устра­ няет необходимость завышать сечение сердечника транс­ форматора. Потребляемый от источника питания ток / 0 ра­ вен сумме токов плеч

/о = ^*к1 ^к2,== 2/ок (5.5)

и не содержит первой гармоники усиливаемого сигнала. Таким образом, из выражений (5.4) и (5.5) следует, чтЬ

мощность Р н, отдаваемая двухтактным каскадом, работа­ ющим в режиме Л, возрастает по сравнению с однотактным каскадом в два раза, но при этом в два раза увеличивается мощность Р 0, потребляемая от источника питания, и по­ этому к. п.д. схемы не возрастает Рн = 2т)трРвых.

Расчет двухтактного каскада, работающего в режиме Л, производят для одного плеча по методике расчета однотакт­ ного каскада. Элементы для второго плеча выбираются идентично первому.

5.3.2.Трансформаторный двухтактный каскад

врежиме В

Для получения большей мощности (более 5 Вт) с высо­ ким к.п .д . применяют двухтактные каскады, работающие в режиме В . Принципиальная схема каскада с включением транзисторов по схеме с общим эмиттером представлена на рис. 5.6, а, а с включением транзисторов по схеме с общей базой на рис. 5.6, б.

Рис. 5.6. Принципиальные схемы двухтактных каскадов усиления мощ­ ности с трансформаторной связью в режиме В

В режиме покоя на базы транзисторов обоих плеч пода­ ется смещение, близкое к нулю (U0б = 0,1...0,3 В). При этом рабочая точка О располагается несколько выше выходной

(рис. 5.7) находится на пересечении статической выходной характеристики, снятой при = 0, с линией нагрузки по переменному току и в выходной цепи протекает неуправля­

и содержит кроме удвоенного среднего значения тока /0„ лишь четные гармоники, амплитуды которых малы. Поэтому ток, протекающий в общих цепях обоих плеч, близок по фор­ ме к постоянному, что снижает требования к конденсаторам, включаемым в эти цепи.

Следует отметить, что все преимущества двухтактного усилителя мощности могут быть реализованы при достаточ­ но высокой степени электрической симметрии плеч.

Расчет энергетических показателей двухтактного уси­ лителя мощности в режиме В проводят также, как и для' двухтактной схемы, работающей в режиме Л, для одного плеча. Порядок построения линии нагрузки плеча по пере­ менному току (рис. 5.7) такой же, как и однотактного транс­ форматорного каскада усиления мощности.

Максимальная амплитуда переменной составляющей на­ пряжения на коллекторе транзистора (/кт = Е„ — АЕК—

дует из выражения (5.6), содержит удвоенную первую гар­ монику / кт = 21\т, то мощность, отдаваемая транзистора­ ми плеч двухтактного каскада в первичную обмотку выход­ ного трансформатора Т2 равна

Р— — / IJ (5.8)

гвых — 2 1кти кт»

т.е. пропорциональна площади треугольника AOD. Мощ­ ность Рю отдаваемая в нагрузку,

Мощность, потребляемая обоими плечами от источника питания,

Постоянная составляющая /ок из разложения в ряд Фурье полусинусоидального импульса коллекторного тока с амплитудой / кт равна

Коэффициент полезного действия двухтактного каскада усиления мощности в режиме В с учетом выражений (5.8),