~ ЛЕКЦИЯ 16 ~
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Усилители мощности – это выходные (оконченные) каскады, к которым подключается внешняя нагрузка.
Классификацию усилителей мощности осуществляют по следующим показателям:
1. Виду усилительного элемента:
- на биполярных, полевых транзисторах,
- интегральных микросхемах (ИМС),
- электронных лампах.
2. Схеме включения усилительного элемента:
- ОБ,
- ОЭ,
- ОИ,
- ОС.
3. Способу подключения нагрузки:
- трансформаторные,
- бестрансформаторные каскады.
4. Используемому классу усиления:
- А,
- В,
- АВ.
Режим класса А применяется в однотактных усилителях, включенных по схеме ОЭ, ОБ, ОИ, ОС. В режимах класса В и АВ усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый из транзисторов служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. Выходной двухтактный каскад при этом имеет более высокий к.п.д. и применяется для усиления больших мощностей, чем однотактный.
Режим класса АВ позволяет существенно снизить нелинейные искажения выходного сигнала, существующие в классе В вследствие нелинейности начального участка входной характеристики транзистора.
Усилитель мощности Класса А с трансформаторным включением нагрузки
Схема усилителя показана на рис. 39. Исходными при расчете такого усилителя являются мощность РН и сопротивление RН.
Рис. 39. Схема усилителя мощности класса А с трансформаторным включением нагрузки.
Определим к.п.д. каскада:
h=hК ×hТР,
где hК - к.п.д. коллекторной цепи;
hТР - к.п.д. трансформатора.
Реально значения h не превышают 0,35¸0,45. Однотактные усилители мощности используют в маломощных предвыходных и выходных каскадах. Преимуществом их является низкий уровень нелинейных искажений.
Двухтактный выходной усилительный каскад с трансформаторной связью
Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с трансформаторной связью (рис. 40).
Рис. 40. Схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторной связью.
Назначение элементов схемы:
TV1 и TV2 – входной и выходной трансформаторы,
VT1 и VT2 – биполярные транзисторы, включенные по схеме ОЭ,
R – сопротивление, ограничивающее токи в эмиттерных цепях от источника питания ЕК.
Пояснения по работе TV1 и TV2: обмотки wВХи w1-1 и w1-2 включены в противофазе, обмотки w2-1, w2-2и wН – согласно.
Входной сигнал UВХ подаем с помощью трансформатора TV1 в базовые цепи обоих транзисторов. При появлении входного сигнала, начинающегося с положительной полуволны, на вторичной обмотке w1-1 трансформатора TV1 действует отрицательная относительно общей точки обмоток полуволна напряжения, а на вторичной обмотке w1-2 – положительная полуволна. В результате транзистор VT2 закрыт, транзистор VT1 открыт, в коллекторной цепи протекает ток iK1=b×iБ1. На нагрузке действует положительная полуволна напряжения UH.
При поступлении на вход каскада отрицательной полуволны полярность напряжений на вторичных обмотках меняется на обратную. Теперь закрыт будет VT1, а VT2 открыт. В коллекторной цепи VT2 будет протекать ток iK2 = b×iБ2. На нагрузке будет действовать отрицательная полуволна напряжения UН.
Таким образом, процесс усиления входного сигнала осуществляется в два такта работы схемы. Первый такт сопровождается усилением одной полуволны напряжения с участием первого транзистора, а второй такт – усилением второй полуволны с участием второго транзистора.
К.п.д. рассмотренного усилителя мощности составляет 0,6¸0,7, что в 1,5 раза выше, чем в однотактном.
Недостатками двухтактного усилителя с трансформаторной связью, работающего в классе В, являются большие нелинейные искажения и сложность определения средней точки вторичных обмоток TV1 и TV2. Кроме того, необходимо подбирать транзисторы по коэффициенту усиления b.
Двухтактные бестрансформаторные усилители мощности
Для уменьшения массогабаритных и стоимостных показателей усилителей, а также исполнения в виде интегральной схемы усилители мощности выполняют с емкостной связью.
Рассмотрим двухтактные усилители с емкостной связью с питанием от двух источников ЕК1 и ЕК2 (рис. 41) и одного источника ЕК (рис. 42).
В схемах используются комплиментарные транзисторы с разными типами проводимости, но с одинаковыми параметрами.
Рис. 41. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности с питанием от двух источников.
При появлении положительной полуволны на входе открывается транзистор VT1 (n-p-n типа). Происходит усиление входного сигнала. Отрицательная полуволна открывает транзистор VT2.
Рис. 42. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности с питанием от
одного источника.
Работа усилителя (рис. 42) аналогична предыдущей схеме (рис. 41). Преимуществом является повышение к.п.д. и снижение габаритов и веса.
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ
Для создания усилителей мощности на интегральных микросхемах (ИМС) используют гибридные и полупроводниковые микросхемы серий К174, К224, К237 и другие. Например, К174УН5, К174УН8, К148УН1, К148УН2, КР544УД1А, КР544УД1В.
Рассмотрим усилитель мощности на микросхеме К174УН5, используемый в выходных каскадах. На рис. 43 показана принципиальная схема усилителя, а на рис. 44 – типовая схема включения ИМС К174УН5.
Выходной каскад ИМС (рис 43) образован транзисторами VT9 (схема ОК) и VT2 (схема ОЭ).
Рис 43. Принципиальная схема усилителя мощности на микросхеме К174УН5.
На них подается двухфазное напряжение с фазоинверсного каскада на комплиментарных транзисторах VT8 (схема ОК) и VT10 (схема ОЭ). Эмиттерный повторитель на транзисторе VT11 усиливает ток транзистора VT10. Входной каскад на транзисторах VT1 и VT2 является дифференциальным, напряжение сигнала через эмиттерный повторитель на транзисторе VT3 передается к предвыходному однотактному каскаду на транзисторе VT7, в цепи коллектора которого находятся транзисторы VT4, VT5 и VT6, предназначенные для получения напряжения смещения и стабилизации тока покоя транзисторов выходной группы. Элементом связи с выходными транзисторами является резистор R6, верхний вывод которого через внешний конденсатор С4 (рис. 44) оказывается присоединенным к выводу 2 ИМС, т.е. к эмиттеру составного транзистора VT8, VT9.
Рис. 45. Типовая схема включения ИМС К174УН5.
Цепь R3 C3 создает вольтдобавку для более полного использования по мощности транзисторов выходного каскада ИМС. Конденсатор С4 образует последовательную положительную обратную связь по напряжению. Выходное напряжение, ослабленное делителем на резисторах R4, R5 и R6 (рис. 44) подается на второй вход дифференциального каскада (вход 6).
Использование усилителей мощности на ИМС уменьшает габариты и вес электронных устройств, улучшает их параметры.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
