Однотактний трансформаторний каскад

Однотактний підсилювач - вхідний сигнал надходить у вхідний ланцюг одного підсилювального елемента або однієї групи елементів, з'єднаних паралельно.

На рисунку 2.9 наведена схема однотактного підсилювача.

Призначення елементів схеми:

Ср1- роздільний конденсатор;

R1, R2- забезпечують точку спокою каскаду;

VT1- активний елемент каскаду;

Re, Ce - термостабілізація каскаду;

Тр1- трансформатор для узгодження опорів навантаження та вихідного опору транзистора VT1.

 

Опір первинного ланцюга змінному струму повинен дорівнювати оптимальному опору колекторного навантаження транзистора Rк.опт.

Приймемо опір первинної обмотки R1= Rк.опт.

Коефіцієнт трансформації вихідного трансформатора n:

 

(2.24)

 

Визначення оптимальному опору колекторного навантаження транзистора Rк.опт відбувається за таким планом:

1. Визначити графік Pк max;
2. Визначити Ек і побудувати динамічну характеристику по постійному струму (R1 » 1Ом);
3. Визначити робочі токи на динамічній характеристиці та точку найближчу до Pк max;
4. Побудувати динамічну характеристику по змінному струму
5. Розрахувати значення Rк.опт= Uкm/Iкm;

6. Визначити потужність вихідного сигналу і ККД підсилювача.

 

1.Визначення графіку Pкmax (для транзистора КТ802А, Pк max = 50Вт) на рисунку 2.10. Для визначення графіку необхідно знайти точки, Р1…Р6.

2. Визначення Ек і побудова динамічної характеристики по постійному струму (R1 » 1…2Ом).

3. Визначення робочих точок на динамічній характеристиці та точки найближчої до Pк max:

4.Вибір динамічної характеристики по змінному струму:

 

 

5. Розрахунок значення опору первинної обмотки Rк.опт

Rк.опт= Uк0/Iк0 (2.25)

 

Виконаємо розрахунок для підсилювача, характеристики якого наведені на рисунку 2.13.

Rк.опт= 18/2,2=8,2Ом

 

6. Визначення потужності вихідного сигналу

 

(2.26)

 

де hт = 0,7…0,9 – коефіцієнт корисної дії трансформатора

=0,7× 15×1,8/2=9,5Вт

 

Р_спож =I_к0× U_ке0 (2.27)

Р_спож =2,2× 18=39,6Вт

 

 

7. Визначення коефіцієнту корисної дії підсилювача:

 

h = (Р_вих /Р_спож)100% (2.28)

(9,5/39,6)100%=23,8%

 

Недоліки однотактного підсилювача потужності:

¾ Неможливість використання режиму В;

¾ Малий ККД;

¾ Підвищення нелінійних перекручувань через постійне підмагнічування магніторовода вихідного трансформатора.

Перевагиоднотактного підсилювача потужності:

¾ Малі нелінійні перекручування завдяки використанню режиму А.

 

2.3.3 Двотактні трансформаторні каскади посилення потужності

Двотактний підсилювач потужності складається із двох симетричних плечей, що працюють на загальне навантаження. Транзистори в кожнім плечі підбираються з максимально близькими характеристиками й працюють в однаковому режимі. Єдиною відмінністю в роботі плечей підсилювача є протифазність змінних складових вихідних напруг і струмів.

Принципова схема двотактного підсилювача потужності зображена на рисунку 2.15.

 

Рисунок 2.15

Підсилювач складається з двох однотактних каскадів, виконаних на транзисторах VT1 і VT2. Параметри транзисторів повинні бути прак­тично однаковими. Трансформатор TРІ призначений для подачі на вхід підсилювача двох напруг Uвх1 та Uвх2, рівних за величинами, але зсуну­тих за фазою на 180°. Трансформатор TР2 узгоджує вихід підси­лювача з навантаженням, тобто забезпечує виконання умови передачі максимальної потужності. Резистори R1, R2 призначені для створення режиму спокою (в режимі класу АВ) для обох транзисторів.

Цей підсилювач може працювати у класі В або АВ. У трансформа­тора TР2 стале підмагнічування відсутнє, оскільки по одній його напівобмотці постійний струм тече в одному напрямку, а по другій - у протилежному, причому І0к1=І0к2.

Розглянемо роботу підсилювача за наявності Uвх.

Якщо полярність Uвх1 позитивна, тран­зистор VT2 закритий, a VT1 працює в режимі підсилення. При цьому в колекторному колі VT1 з'являється підсилена напівхвиля струму, яка через верхню первинну напівобмотку трансформатора TР2 передається до навантаження.

При негативній полярності U_вх1 транзистор VT1 закритий, a VT2 знаходиться у режимі підсилення під дією U_вх2. Напівхвиля стру­му, що протікає у колекторному колі VT2, має протилежний напрямок і через нижню первинну напівобмотку трансформатора TР2 пере­дається до навантаження. Таким чином, транзистори VT1 і VT2 працюють по черзі, створюючи підсилену змінну напругу на наван­таженні за два такти.

Вибір робочої точки двотактного підсилювача потужності виконується аналогічно вибору робочої точки однотактного підсилювача (рисунки 2.11…2.14).

Повна потужність двотактного підсилювача розраховується за формулою:

 

, (2.29)

 

де Iкср= Iкmax/p

 

Вихідна потужність розраховується за формулою:

 

, (2.30)

 

де Iк1m= /2 – амплітуда 1 гармоніки вихідного сигналу.

Коефіцієнт корисної дії підсилювача:

 

 

Крім вхідного трансформатора Т1 з виходом від середньої крапки вторинної обмотки, для порушення двотактного каскаду можуть використатися так називані фазоінверсні схеми предоконечних каскадів. Фазоінверсний каскад повинен давати на виході дві напруги, рівні по величині й зрушені між собою по фазі на 180°.

Одна з таких схем (з розділеним навантаженням) наведена на рисунку 2.16. Напруги Uвих1 й Uвих2 відповідно рівні:

 

Uвих1 = Ек — IкRк (2.32)

Uвих2 = IеRе (2.33)

Рисунок 2.16

Оскільки струм колектора Iк майже не відрізняється по величині від струму емітера Iе, то за умови R_к = R_е напруги U_вих1 й U_вих2 виявляються рівними по величині, але протилежними по фазі. Ці напруги й застосовуються для порушення двотактного каскаду. Достоїнство такої схеми - відсутність трансформатора по вхідному ланцюзі двотактного каскаду. Недолік - малий коефіцієнт підсилення по напрузі.