18. Классы усиления

Классификация усилителей

Все усилители по назначению делятся на усилители напряжения, тока и мощности. Это деление условное, но очень удобное при проектировании и расчёте усилительных схем.

Усилители напряжения отличаются от других двух типов тем, что работают на высокоомную нагрузку, для этих усилителей всегда выполняется условие Rн > Rвых, где Rвых – выходное сопротивление усилителя. Для усилителя тока Rвых < Rн, а для усилителя мощности Rвых ≈ Rн. В двух последних типах усилителей – Rн – это низкоомное сопротивление может составлять единицы, десятые доли Ом.

По виду усиливаемого сигнала делятся на усилители гармонических (синусоидальных) и импульсных сигналов. В первом типе усилителей изменение входного сигнала всегда значительно медленнее, чем время переходных процессов в самом усилителе. В импульсном усилителе происходит усиление сигналов с крутыми фронтами и требования к такому усилителю, минимальное искажение этих фронтов.

По частотному диапазону усилители делятся на усилители постоянного тока (УПТ) и усилители переменного тока. Для УПТ нижний диапазон усиливаемых частот меньше примерно 15 Гц и чаще лежит в диапазоне частот близких к нулю. Усилители переменного тока усиливают частоты нижний диапазон которых примерно больше 15Гц. Поэтому усилители переменного тока подразделяются ещё на подгруппы. Это усилители низкой частоты(УНЧ. ), усилители высокой частоты (УВЧ.), усилители сверхвысокой частоты (СВЧ.). Кроме того, усилители переменного тока в зависимости от частотного диапазона делятся на широкополосные (импульсные)и избирательные усилители, обеспечивающие усиление в очень узком диапазоне частот.

По виду межкаскадных связей усилители делятся на усилители с непосредственной связью, усилители с RC – связью и усилители с трансформаторной связью.

19.

20. Трансформаторный 2-тактный усилитель мощности.

Двухтактные усилители мощности.

Двухтактные усилители мощности позволяют значительно повысить КПД, отдаваемую мощность в нагрузку сохраняя низкий коэффициент гармоник. Могут выполняться в трансформаторном варианте и бестрансформаторном.

Схема двухтактного УМ с трансформаторным входом и выходом на транзисторах включенных по схеме ОБ показана на рис. 3.

Как видно из схемы транзисторы работают в классе «В» (отсутствует напряжение смещения), что обеспечивает высокий КПД. Однако форма тока в нагрузке равна близка с синусоидальной. Это можно пояснить рассмотрев эпюры изменения тока J_K1, J_K2, J_H рис. 4.

С помощью входного трансформатора напряжение входа расщепляется на два, напряжения одинаковой величины, но сдвинутых друг относительно друга на 180^О . На промежутке от 0 до π положительным входным напряжением является напряжение U^|_вх , а отрицательным - U^||_вх . Поэтому транзистор VT2 будет закрыт, а VT1 в усилительном режиме, тогда в первичной обмотке трансформатора Тр2 будет протекать ток J_K1 (направление его показано стрелкой). Через пол периода на участке от π до 2π положительным входным напряжением станет напряжение U^||_вх, а U^|_вх – отрицательно. Это приведет к тому, что закроется транзистор VT1, а усиливать будет VT2, тогда в первичной обмотке трансформатора будет протекать ток J_K2 направление его противоположно току J_K1. Следовательно, во вторичной обмотке будет протекать знакопеременный ток J_Н. Искажение формы тока нагрузки происходит только при переходе через ноль и связано это с нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора. Эти искажения можно устранить, если перевести транзисторы в класс «АВ» (рис. 5). На рис. 5а показана форма тока базы в классе «В», а на рис. 5б в классе «АВ».

Однако в режиме «АВ» КПД снижается, что ограничивает величину выходной мощности усилителя в этом классе усиления.

Трансформаторные каскады могут быть выполнены и на транзисторах включенных по схеме ОБ. Однако большая зависимость от температуры требует сопротивление в эмиттерной цепи для стабилизации точки покоя, что увеличивает потери в таком каскаде.

Достоинством схемы ОЭ является входное сопротивление, что позволяет исключить из схемы входной трансформатор Тр1.

Трансформаторные каскады усилителей мощности имеют существенные недостатки, связанные с наличием трансформатора – это большая стоимость, вес и габариты. Чтобы исключить эти недостатки, очень хорошо используются двухтактные УМ бестрансформаторные.

В этих каскадах нагрузка подключается непосредственно в цепь эмиттеров транзисторов VT1 и VT2 (рис. 7).

В этой схеме используется разнополярные транзисторы VT1 n-p-n типа, VT2 p-n-p типа. Следовательно, когда идет положительная полуволна входного напряжения усиливает VT1 и через нагрузку протекает ток J_Э1, а когда проходит отрицательная полуволна усиливает транзистор VT2 и через нагрузку протекает ток J_Э2 в противоположном направлении. Следовательно через нагрузку протекает знакопеременный ток близкий к синусоидальной форме(такой же как на рис. 4). Для повышения коэффициента усиления по мощности, а также увеличения входного сопротивления транзисторы VT1 и VT2 включаются по схеме составного транзистора (рис. 8).