Кривоносенко Геннадий Владимирович
Должность:преподаватель общепрофессиональных дисциплин
Группа:Посетители
Страна:Россия
Регион:Воронежская область г. Семилуки
01.11.2014
0
703
1

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 15 ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

 

ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ№ 15

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Цель занятия: 1.Практическое ознакомление со схемами однотактного и двухтактного усилителей мощности. 2. Снять  зависимость выходной мощности на нагрузке усилителей от входного напряжения. 3. Исследовать форму осциллограмм усилителя при его разбалансировке.

 

Перечень приборов.

1.      Лабораторный стенд.

2.      Сменный блок №4.

3.      Соединительные провода.

     4.   Электронный осциллограф.

Рекомендуемая литература. 1) курс лекций; 2) (1) стр. 548 –551$ 3) (2) стр. 150 –155/

 

Контрольные вопросы.

1.  Какие особенности имеет усилитель мощности?

2. В каком классе усиления работает однотактный усилитель мощности и в чем особенность этого класса?

      3.  Зависят ли нелинейные искажения от режима работы?

4.  Как  вычисляется  КПД усилителя?

5.  Как  вычисляется  коэффициент  усиления  усилителя  по напряжению?

 

Краткие теоретические сведения.

Трансформаторные усилительные каскады




Отличие трансформаторного усилителя (рис. 1) от усилите­
ля на резисторах в том, что в коллекторную цепь тран­зистора вместо резистора включена первичная обмотка трансфор­матора Т. Коллекторный ток ΙК, состоящий из постоянной и пере­менной составляющей, протекает по первичной обмотке I и создает два магнитных потока в сердечнике трансформатора: постоянный и переменный. Во вторичной обмотке трансформатора Т наводит­ся ЭДС только переменным магнитным потоком; постоянный маг­нитный поток, хотя и охватывает вторичную обмотку, но, не изме­няясь во времени по величине и знаку, не наводит в ней ЭДС. Через нагрузку rН, подключенную ко второй обмотке трансформатора, протекают токи усиливаемых сигналов. В данном усилителе не надо ставить разделительного конденсатора, так как трансформатор по принципу своей работы не пропускает во вторую обмотку по­стоянную составляющую коллекторного тока. Коэффициент усиления трансформаторного усилителя, как и для усилителя на резисторах, представляет отношение напряжений выходного   UВЫХ квходному UВХ. Трансформаторные уси­лители находят широкое применение, так как позво­ляют легко согласовывать сопротивление выходной цепи с низкоомным сопро­тивлением нагрузки, что достигается подбором ко­эффициента трансформа­ции. Очень важное достоин­ство трансформаторного усилителя в том, что он мо­жет работать как усилитель напряжения и как усилитель мощности, что достигается применением трансформатора с соответ­ствующим коэффициентом трансформации. Коэффициент усиления по мощности KPпредставляет отношение выходной РВЫХ к входной PВХ мощности.                                                                 

При использовании транзистора с большими допустимыми тока­ми коллектора низкоомное сопротивление нагрузки может быть включено в выходную цепь транзистора. Это значительно упрощает схему и конструкцию усилителя и уменьшает искаже­ния усиливаемого сигнала. Мощность на нагрузке вычисляется по формуле Pн=ηтРвых, где ηт- КПД выходного трансформатора, коэффициент трансформации которого n= где - сопротивление нагрузки, пересчитанное к первичной обмотке трансформатора (приведённое сопротивление).

Транзисторные усилители мощности работают в трех ос­новных классах. На рис.2 изображен режим работы усили­теля мощности с ОЭ в классе А. На выходной динамической характеристике показаны из­менения коллекторных токов от до и соответ­ствующих им напряжений от до относительно рабочей точки D с базовым током /Б0.

Двухтактные усилительные каскады мощности

Однотактные каскады усиления мощности обладают существенны­ми недостатками:

  небольшой КПД каскада;

  относительно большие нелинейные искажения, создаваемые уси­лительным прибором и постоянными токами подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора;

  относительно большие частотные искажения.


     
В тех случаях, когда однотактный каскад усиления мощности непри­меним из-за указанных выше недостатков и мощности, применяют двухтактный каскад усиления мощности

     Схема двухтактного усилительного каскада мощности с трансформа­торным входом и выходом, работающего в режиме класса В, изображена на рис. 3. В данной схеме в любой момент времени может быть от­крыт только один из двух транзисторов. Для облегчения понимания принципа работы схема усилителя показана в двух состояниях, при этом открытый транзистор заштрихован, закрытый транзистор — светлый.

     При отсутствии на входе сигналов от

генератора сигналов G(рис.3, а) транзисторы VT1 и VT2 закрыты, потому, что на их эмиттерно-базовых переходах нет разности потенциалов — на эмит­теры прямо, а на базы через половины вторичной обмотки транс­форматора Т1 поступает +Uк от источника Εк. Через VT1 и VT2 протекают незначительные тепловые коллекторные токи покоя IК01 и IК02. Эти токи (рис. 4) представлены на двух динамических выходных характеристиках VT1 и VT2, смещенных на 180° по отношению друг к другу, ось абсцисс Uк (Uк1 и Uк2) является общей. Рабочие точки 01 и 02 отмечены при IБ = 0.

Если на вход усилителя подать сигнал с напряжением тока от точки 2 к точке 1 в первичной обмотке Т1 (рис.3, а), то в его вторичной об­мотке наводится ЭДС, положительный потенциал которой приложен к базе VT2, а отрицательный — к базе VT1; VT2 закроется еще сильнее, так как к его эмиттерно-базовому переходу приложено обратное напря­жение, поступающее от нижней полу обмотки трансформатора Т1 (зажим 4 — точка 01). Транзистор VT1 откроется, потому что на его эмиттерно-базовый переход приложено прямое напряжение от верхней полуобмот­ки Т1 (зажим 3 — точка 01). По цепи К — 0 — VT1 — 5 — 02 — (-EК) потечет переменный коллекторный ток IК1 с амплитудой (рис.3). Напряжение коллекторной цепи транзистора VT1 повторяет по форме ток IК1 и совпадает с положительным направ­лением оси UK1.

Когда полярность напряжения входного сигнала изменится на противоположную (см. рис.3, б) и в первичной обмотке Т1 бу­дет протекать ток от точки 1 к точке 2, со вторичной обмотки Т1 поступит прямое напряжение на эмиттерно-базовый переход тран­зистора VT2 и обратное напряжение на такой же переход транзис­тора VT1 закроется транзистор VT1 и
откроется -
VT2. По цепи КVT2—6—02—(-ЕК) потечет переменный коллекторный ток IК2 с амплитудой Iкmax (рис.4), которому соответствует напряжение с амплитудой, совпадающее по напряжению с осью UК2. Таким об­разом, в зависимости от полярности входного сигнала открываются поочередно соответствующие транзисторы и поочередно по обоим плечам первичной полу обмотки трансформатора Т2 протекают кол­лекторные токи с амплитудами IКmах.

Во вторичной обмотке Т2 наводится ЭДС, к зажимам 7, 8 кото­рой подключена нагрузка RН.

Подпись: Рис.4. Выходная характеристика двухтактного усилителя мощности, работающего в классе В
Главное значение выходных каскадов — получение максималь­
ной полезной мощности сигнала. Для этого рабочий участок ди­намической характеристики должен иметь максимальную длину (см. рис.4), т.е. транзистор должен полностью использоваться как по току, так и по напряжению. Чтобы выполнить это требование, рабочую точку в режиме класса В обычно выбирают на динамичес­кой характеристике в области малых значений токов коллектора (в нашем случае точки 01 и 02 с токами IК01 и IК02). Это также обеспе­чивает наименьшее потребление мощности от источника питания.


При максимальном использовании транзистора в режиме клас­са В амплитуда переменной составляющей тока  а амплитуда напряжения

. В действи­тельности пиковое значение напряжения на коллекторе закрытого тран­зистора при наличии выходного трансформатора может превышать в два раза величину напряжения UK. Это объясняется тем, что ток откры­того транзистора, например IК1 транзистора VT1 (см. рис.3, а), про­текая по своей половине обмотки трансформатора Т2, наводит ЭДС и во второй половине обмотки этого трансформатора. Эта ЭДС и напря­жение источника питания действуют согласно и их сумма прикладыва­ется к коллектору закрытого транзистора. В этом случае величину на­пряжения источника питания следует выбирать из условия UUKдоп/2, где UKдоп — максимально допустимое напряжение на коллекторе тран­зистора.

Кроме большой выходной мощности и высокого КПД двухтактные усилители обладают следующими важными качествами: компенсиру­ют четные гармоники усиливаемого тока и гармоники пульсирующего напряжения источника питания.

Указанные гармоники, проходя по плечам первичной обмотки трансформатора Т2, создают (по отношению к точке 02 на рис.3) равные по величине и противоположные по направлению магнит­ные потоки, которые компенсируют друг друга. В результате от четных гармоник и снижается уровень фона на его выходе от пуль­сации питающего напряжения.

Схема бестрансформаторного двухтактного усилителя мощно­сти, собранная на двух разнотипных транзисторах, один из которых типа р-п-р, а другой п-р-п, приведена на рис.5, а. Эти тран­зисторы соединены последовательно друг с другом по постоянно­му току, а их входы соединены параллельно по напряжению входного сигнала.

При отсутствии входного сигнала на входе и полной симмет­рии транзисторов VT1 и VT2 их постоянные коллекторные токи IК01 и IK02, одинаковы по значению и каждый транзистор является для другого коллекторной нагрузкой по постоянному току.

При подаче на вход переменного сигнала (рис.5, б) через на­грузку RH, включенную через разделительный конденсатор Ср3, по­течет переменный ток iн (рис.5, д), равный разности коллектор­ных токов (рис.5, в, г) транзисторов VT1 и VT2

(iн = IК1 - IК2). Это обусловлено тем, что при положительном входном напряжении Uвх(рис.5, а, б) уVT1 ток коллектора iК1 возрастает (рис. 5 в), а у VT2 настолько же уменьшается ток коллектора iК2 (рис.5, г). При изменении полярности входного сигнала уменьшается ток iК1 и воз­растает ток iК2. Так как транзист

Комментарии пользователей /0/
Комментариев нет...
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Наши услуги



Мы в соц. сетях

    Персональные сообщения