Каскад с ОК следует применять в тех случаях, когда требуется высокое входное или низкое выходное сопротивление. При этом нужно помнить, что такой каскад имеет относительно небольшое усиление по мощности и не изменяет фазу усиливаемого сигнала, т. е. каскад как бы «повторяет» напряжение источника сигнала на своей нагрузке, включенной в цепь эмиттера. По этой причине каскад с ОК часто называют эмиттерным повторителем.
Каскад, и котором транзистор включен с ОБ, применяется относительно редко, поскольку он имеет малый (менее единицы) коэффициент усиления по току и малое входное сопротивление. Основное назначение этого каскада - работа в составе сложных каскадов (например, дифференциальных). Заметим, что у каскадов с ОК и ОБ существенно меньшие АЧИ (по сравнению с каскадом с ОЭ).
Работа выходных каскадов усиления имеет следующие особенности.
Мощность сигнала, которая может быть получена в нагрузке каскада, выполненного на конкретном усилительном элементе, ограничена. При этом более мощные усилительные элементы или дороже, или обладают худшими частотными свойствами и имеют большие габаритные размеры и массу. Поэтому для выходного каскада выбирают по возможности менее мощный усилительный элемент, но создают для него такие условия работы, при которых в нагрузке каскада выделяется максимум мощности, т.е. пытаются максимально использовать усилительный элемент. Это предопределяет работу усилительного элемента в режиме большого сигнала по переменному току.
В выходных каскадах стремятся также уменьшить рассеиваемую энергию и не только потому, что она значительно больше энергии, рассеиваемой в предварительных каскадах, и ее снижение заметно повышает эффективность использования источника питания, но и потому, что рассеиваемая энергия повышает температуру элементов каскада, снижая тем самым его надежности.
Получение в нагрузке каскада наибольшей мощности сигнала при наименьшей мощности, отбираемой от источника питания, а следовательно, и минимальной рассеиваемой мощности обеспечивается соответствующим выбором режима работы усилительного элемента по постоянному току, обеспечением определенной величины сопротивления нагрузки по переменному току и использованием в выходной цепи элементов, имеющих возможно меньшее сопротивление постоянному току.
Принципиальная схема выходного каскада представлена на рис. 6.14. Наиболее часто выходной каскад связан с нагрузкой с помощью трансформатора, несмотря на то, что он является достаточно дорогостоящим и громоздким элементом. Применение трансформатора оказывается вполне оправданным, так как, во-первых, при прохождении через него постоянной составляющей коллекторного тока Ik0 практически не выделяется энергия; во-вторых, с его помощью заданное сопротивление нагрузки усилителя Rн преобразуется (за счет выбора соответствующего коэффициента трансформации) в необходимое для получения максимальной мощности усиленного сигнала сопротивление нагрузки R~ усилительного элемента; в-третьих, схема усилителя и внешняя цепь оказываются развязанными по постоянному току, что
защищает усилитель от опасных напряжений, возникающих в линии, и, наконец, в-четвертых, трансформатор позволяет подключать нагрузку, уравновешенную относительно общего провода усилителя.
Пересчет
сопротивлений в трансформаторе осуществляется по формуле
где
w1
и w2
-число витков в обмотках; п - коэффициент трансформации трансформатора.
При использовании трансформаторов следует иметь в виду, что в области низких частот индуктивные сопротивления обмоток снижаются и могут заметно шунтировать нагрузку, а в области высоких частот становится заметным влияние так называемой индуктивности рассеяния, которое проявляется в увеличении выходного сопротивления трансформатора.
Суть выбора режима по постоянному току и сопротивления нагрузки R~ усилительного элемента заключается в обеспечении максимально возможных изменений тока и напряжения в выходной цепи каскада. При этом используется так называемый графоаналитический метод.
На рис. 6.15 изображено семейство выходных характеристик транзистора, на котором отмечено максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером Uэкмах показана гипербола максимально допустимой мощности рассеяния на коллекторе Pk=Iк Uэк=const, а также отмечено остаточное напряжение Uост выше которого характеристики становятся относительно прямолинейными. Очевидно, что максимальная амплитуда переменной составляющей коллекторного тока Ik будет равна IKм, а максимальная амплитуда переменной составляющей напряжения между коллектором и эмиттером Uэк -значению Uкм.
Рис. 6.15. Семейство выходных характеристик
транзистора
Мгновенные значения Iк и Uэк определяются отрезком прямой АВ, проходящим через точку покоя РТ и носящим название нагрузочной линии. В этом случае сопротивление нагрузки транзистора по переменному току Р~ =Ukм/Ikм, численно равно котангенсу a- угла наклона нагрузочной линии, мощность усиленного синусоидального сигнала Р~ = Ikм Ukм/2, а мощность, потребляемая транзистором от источника питания, Р0=Ik0Ukэ0.
При этом коэффициент полезного действия (КПД) транзистора hТ= Р~/ Ро @0,5Qи, где Qи = Uкм /Uэк0-коэффициент использования коллекторного напряжения.
Очевидно, что КПД транзистора в подобных каскадах, называемых однотактными, всегда будет менее 0,5. Для каскада КПД определяется соотношением h= Р~/( Ро+ Рпс) hтр, где Рпс- мощность постоянного тока, рассеиваемая на резисторе Rэ (и на других резисторах схемы, если таковые имеются); hтр -КПД трансформатора. Очевидно, что всегда выполняется неравенство hТ >h.
Таким образом, условиями, при которых в нагрузке каскада выделяется максимальная мощность усиленного сигнала, являются следующие (см. рис. 6.15):
нагрузочная линия усилительного элемента должна пересекать ось абсцисс в точке Uэк тах и касаться гиперболы максимально допустимой мощности рассеяния;
РТ должна быть расположена на середине нагрузочной
линии;
сопротивление нагрузки транзистора численно должно быть
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.