Проектирование и расчет ВКС двухтактного выходного каскада передатчикадиапазона 200 м (1449 – 1620 кГц) для мощности 100 Вт

Мощный выходной каскад на эмиттерных повторителях

Ток нагрузки и ток покоя

Очень важно осознать, что малое выходное сопротивление не обязательно означает, что та или иная часть схемы может развивать большие токи в низкоомной нагрузке.

Например, простая схема эмиттерного повторителя на рис. 5.13 может обеспечить выходное сопротивление меньше 50 Ом, однако не приходится ожидать, что с ее помощью окажется возможным создавать на нагрузке с таким же сопротивлением сколько-нибудь значительные колебания напряжения. Даже колебания с полным размахом 1 В на сопротивлении 50 Ом требуют создания переменного тока с размахом 1/50 А (20 мА). Поскольку у нас имеется ток покоя всего лишь в 1 мА, колебания тока в нагрузке безусловно ограничены пределами ±1 мА, а максимальное значение для полного размаха тока равно 2 мА.

Усилители, специально рассчитанные так, чтобы была возможность возбуждать большие по величине колебания напряжения в низкоомных нагрузках типа громкоговорителей, обычно называют усилителями мощности. Однако это название не должно вводить в заблуждение: оно не означает, что такие усилители принципиально отличаются от уже рассмотренных схем. Усилители мощности — это не что иное, как «слегка специализированные» усилители напряжения, способные развивать большие выходные токи.

Вполне возможно напрямую определять ток покоя в схеме эмиттерного повторителя, необходимый для того, чтобы могли осуществляться колебания выходного тока с большим размахом. Можно все резисторы изменить по величине в одно и то же число раз и, если это необходимо, вместо транзистора типа ВС 107 поставить транзистор с большей номинальной мощностью. Однако использование большого тока покоя расточительно с энергетической точки зрения, и эмиттерный повторитель на одном транзисторе — это не самый эффективный способ развивать в нагрузке определенную мощность,

Двухтактный усилитель: режим В и режим АВ

Как мы видели, в эмиттерном повторителе необходимо поддерживать ток покоя, чтобы ток в нагрузке мог меняться как вверх, так и вниз и можно было передавать без искажений положительный и отрицательный полупериоды переменного сигнала. Рассмотрим теперь схему на рис. 5.23, где имеются два комплементарных транзистора: через п-р-n

-транзистор проходят положительные полуволны, а через
р-п-р-
транзистор — отрицательные полуволны. Характеристики транзисторной пары ZTX450-ZTX550 вполне допускают коллекторные токи до 1 А, так что можно, не опасаясь, нагружать их малыми сопротивлениями величиной примерно до 6 Ом. Говорят, что схема такого типа работает в
режиме В
каждый транзистор пропускает

Рис. 5.23. Простейший эмиттерный повторитель на комплементарной паре транзисторов, работающих в режиме В. Транзисторы 2N3053 и 2N4037 — противоположной полярности (п-р-п и р-п-р соответственно). Цоколевка у этих транзисторов такая же, как у транзистора ВС 107.

Читайте также:  Акустический кабель. Виды и устройство. Как выбрать и применение

сигнал только одной полярности, и поэтому ток покоя может быть нулевым. Иногда такую конструкцию называют двухтактным выходом

(push- pull), поскольку транзистор Т2 «проталкивает снизу» (to push) отрицательную полуволну, а затем наступает очередь транзистору
Тг
«протаскивать сверху» (to pull) положительную полуволну.

По определению, схема работает в режиме В,

если рабочая точка транзистора выбрана так, что он проводит ток только в пределах половины периода входного сигнала. Это прямо противоположно режиму
А,
применяемому в большинстве схем усилителей напряжения, когда ток течет через транзистор в течение всего периода входного сигнала. Третий случай — режим С — это, по определению, работа транзистора в таких условиях, когда он проводит
менее
чем в пределах полупериода входного сигнала, но такой режим применяется только в выходных каскадах радиопередатчиков вместе с узкополосными резонансными цепями.

Мы можем определить коэффициент полезного действия усилительного каскада как долю, которую составляет мощность переменного сигнала, фактически развиваемая на нагрузке, к полной мощности, потребляемой от источника питания. При работе в режиме А

к.п.д. не может превосходить максимально достижимых 50 %; можно показать, что в режиме
В
предельное значение к.п.д. равняется 78 %, а в режиме С к.п.д. может достигать 100 %.

Как можно догадаться, эта схема из-за своей крайней простоты непригодна в тех случаях, когда требуются малые искажения. Каждому транзистору нужны 0,6 В на переходе база—эмиттер, чтобы через него пошел заметный ток, так что малые сигналы (с полным размахом меньше 1 В) не передаются вовсе. Схема будет работать с большими сигналами, но при этом будут иметь место искажения типа «ступеньки», показанные на рис. 5.24. Вблизи точек, в которых колебание пересекает ноль, коэффициент усиления падает до нуля, в результате чего происходит указанный на рисунке

Рис. 5.24. Типичные входное и выходное колебания в схеме на рис. 5.23, демонстрирующие сильные искажения типа «ступеньки».

резкий «излом». При работе в диапазоне звуковых частот искажения такого типа особенно нежелательны, поскольку проявляются тем сильнее, чем меньше уровень сигнала.

Хотя простая схема, приведенная на рис. 5.23, и годится для некоторых приложений в автоматике, все же она нуждается в улучшении, чтобы результаты в диапазоне звуковых частот были приемлемыми. Необходимо приложить к транзисторам какое-то смещение, чтобы переходы база—эмиттер были готовы пропускать малейшие входные сигналы. Обычно для работы в линейном режиме на транзисторы подается такое смещение, что по ним течет небольшой коллекторный ток покоя даже в отсутствие входного сигнала. Когда сигналы малы, этот каскад работает в режиме А

Читайте также:  Синтезатор с автоаккомпанементом Yamaha PSR-R200

и оба транзистора находятся в проводящем состоянии, тогда как при сигналах большей величины только один транзистор оказывается открытым в пределах каждой полуволны. Такой режим работы называют режимом АВ, и именно так бывают, как правило, устроены усилители мощности звукового диапазона.

На рис. 5.25 показано, как следует модифицировать рассмотренную выше простую схему с режимом В

для работы в режиме
АВ.
Вместо того чтобы непосредственно соединять базы одну с другой, их разделяют парой диодов D, и D2, смещенных в прямом направлении, которые как раз и обеспечивают достаточное смещение для транзисторов, при котором в них течет ток в режиме покоя. С помощью эмиттерных резисторов
R3
и
R4
создается небольшая обратная связь по току, улучшающая стабильность по постоянному току.

Во всех усилителях с режимом АВ исходное состояние транзисторов в большой степени зависит от разности потенциалов в прямом направлении

Рис. 5.25. Эмиттерный повторитель на комплементарной паре транзисторов, работающих в режиме АВ.

VBE

на переходах база—эмиттер. Небольшие изменения
VBE,
обусловленные колебаниями температуры, могут приводить к значительным изменениям коллекторного тока покоя. Применение диодов для создания смещения обеспечивает температурную компенсацию: если температура окружающей среды растет и величина
VBE
падает, то разность потенциалов на каждом из диодов также падает, в результате чего базовые токи, а значит, и коллекторные токи поддерживаются относительно неизменными. В идеальном случае диоды нужно размещать рядом с транзисторами, чтобы те и другие испытывали одни и те же колебания температуры. Коллекторный ток покоя следует выбирать в районе 5—10 мА.

Рис. 5.27. Эмиттерный повторитель по схеме Дарлингтона на комплементарных транзисторах, работающих в режиме АВ, способный отдавать в нагрузку 3 А.

тот, создавая путь для носителей тока, которые иначе ответвлялись бы в базовые области и тормозились в них.

Отводя ток утечки коллектор—база (1СВ0), они увеличивают также напряжение пробоя мощных транзисторов.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Tweet Нравится

  • Предыдущая запись: ЧЕТЫРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА (ТЕТРОД)
  • Следующая запись: Применение генераторов Tektronix AFG3000 для измерения емкости
  • Похожие посты:

  • ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ АУДИОСИГНАЛОВ C АРУ (2)
  • ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
  • ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
  • ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
  • ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)
  • ЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАНЫ МОТОЦИКЛА (0)
  • ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПРОСТАЯ СХЕМА (0)
Оцените статью
Добавить комментарий