Контрольные вопросы.

1. Для чего используются параллельные регуляторы?

2. Что такое модуляция?

3. Назовите, какие виды модуляции бывают. Суть видов модуляции. Графики зависимости , , .

4. Достоинства и недостатки различных видов модуляции.

5. Где применяются различные виды модуляции?

6. Что такое глубина модуляции?

7. Объяснить принцип работы параллельного модулятора.

8. Как уменьшить нелинейные искажения, которыми обладает сигнал несущей частоты, усиленный транзистором VT2?

9. Почему не следует уменьшать частоту несущего сигнала?

10. Двухтактный усилитель мощности

Выходной ток интегральных операционных усилителей обычно составляет не более 20 мА. Существует много способов, с помощью которых можно без особых затрат увеличить этот ток приблизительно в 10 раз.

Для этого можно применить, например, мощные выходные каскады. Для низкочастотных входных сигналов можно использовать двухтактные эмиттерные повторители в режиме В. При положительных входных сигналах транзистор VT1работает как эмиттерный повторитель, а транзистор VT2 заперт. При отрицательных входных напряжениях – наоборот. Таким образом транзисторы работают попеременно, каждый в течении одного полупериода входного напряжения. При Uвх=0 оба транзистора заперты; следовательно, схема имеет малый ток покоя. Ток, потребляемый как от положительного, так и от отрицательного источника напряжения равен току в нагрузке. Поэтому схема обладает существенно более высоким коэффициентом полезного действия по сравнению с обычным эмиттерным повторителем. Еще одно различие состоит в том, что выходное напряжение при любой нагрузке может достигать ±U, поскольку транзисторы не ограничивают выходной ток. Таким образом, в схеме не требуется согласования нагрузки, и максимальная мощность на выходе определяется лишь предельным током и максимальной мощностью рассеивания используемых транзисторов.

Как уже отмечалось выше, в каждый момент времени открыт только один транзистор. Однако это справедливо только для частот входного сигнала, не превышающих частоту пропускания используемых транзисторов. Из открытого состояния в закрытое транзистор переходит за определенный промежуток времени. Если длительность колебаний входного напряжения меньше этого промежутка времени, оба транзистора могут оказаться открытыми одновременно. При этом через открытые транзисторы от источников питания будет течь большой ток, который может привести к мгновенному разрушению транзисторов. Колебания с такой критической частотой могут возникнуть также в усилителях, охваченных обратной связью, или даже тогда, когда нагрузка эмиттерного повторителя носит емкостный характер. Для защиты транзисторов следует предусмотреть ограничение тока.

Классы усиления сигнала.

В зависимости от положения рабочей точки на проходной характеристике транзистора различают А, В, АВ, С, Д классы усилений.

Класс А:

В этом режиме рабочая точка находится на середине линейного участка проходной характеристики. В этом режиме обеспечиваются минимальные нелинейные искажения, но он имеет низкий КПД (менее 5% для синусоидального сигнала) и высокие потери мощности в режиме отсутствия сигнала. Используются в предварительных и промежуточных каскадах усилителей, а также в усилителях мощности сверхвысокого качества.

Класс В:

В этом режиме рабочая точка находится в начале проходной характеристики U_бэ = 0. Достоинства: достаточно высокий КПД (до 78% при усилении синусоидального сигнала), отсутствие потерь мощности в режиме покоя. Недостатки: высокие нелинейные искажения. Применение: в усилителях мощности невысокого качества и высокой экономичности.

Класс АВ:

В этом режиме рабочая точка находится в начале линейного участка проходной характеристики. Имеет высокий КПД (60-65%), невысокие потери мощности в режиме покоя и относительно невысокие линейные искажения. Необходимо схемоподдержания начального тока коллектора. Используется в усилителях мощности среднего и высокого качества.

Класс С:

В этом режиме транзистор заперт напряжением смещения на базе и находится в режиме отсечки, т.е. рабочая точка находится левее нуля (в отрицательной области). Транзистор надёжно закрыт обратным смещением. КПД более высокий чем в режиме В, но очень высокие нелинейные искажения. Используется в устройствах, где существенны даже незначительные увеличения КПД, а нелинейные искажения не играют роли, также в генераторах и усилителях, где выделение основной гармоники осуществляется специальными фильтрами, в мощных радиопередатчиках.

Класс Д (ключевой режим):

В этом режиме транзистор либо закрыт, либо открыт. Это импульсный режим работы транзистора. Достоинства: высокий КПД (стремится к 100%). Отсутствуют потери мощности (только на фронтах). Недостатки: нелинейный режим. Применение: импульсные источники питания, наконечники лазеров.

Двухтактный усилитель мощности

На рис. 11.1 изображена схема усилителя мощно­сти на двух транзисторах, которая называется двух­тактной.

Pис. 10.1

Верхняя половина цепи является зеркаль­ным отображением нижней. Каждая половина пред­ставляет собой усилитель на одном транзисторе. Выходное напряжение снимается со вторичной обмот­ки трансформатора в течение чередующихся полупе­риодов входного сигнала. Оба транзистора работают как усилители класса АВ или В. Вход двухтактного усилителя требует входных сигналов, сдвинутых по фазе на 180°. Это означает, что один сигнал должен быть инвертирован по отношению к другому. Однако оба сигнала должны иметь одинаковую амплитуду и частоту. Цепь, создающая такой фазовый сдвиг сигна­лов, называется фазовращателем. Фазовращатель на одном транзисторе изображен на рис. 10.2.

Pис. 10.2

Выходные сигналы берутся с коллектора и эмитте­ра транзистора. Фазовращатель работает как усили­тель класса А, обеспечивая наименьшие искажения выходного сигнала. Для компенсации разницы меж­ду коллекторным и эмиттерным напряжениями по­стоянного тока необходимы конденсаторы связи.

Двухтактный усилитель, не требующий фазовра­щателя, называется комплементарным двухтакт­ным усилителем. Для работы двухтактного каска­да в нем используются транзисторы n-р-n и р-n-р (рис. 10.3).

Pис. 10.3

Два транзистора соединены последовательно, эмит­терами друг к другу. Когда каждый транзистор правильно смещен, между его базой и эмиттером имеется напряжение 0,7 В или 1,4 В между двумя базами. Два диода помогают поддерживать разность потенциалов 1,4 В постоянной. Выходное напряже­ние берется из точки соединения эмиттеров через конденсатор связи.

Так как усилители мощности развивают высокую мощность, то его транзисторы сильно нагреваются. Для того чтобы помочь им избавиться от накоплен­ного тепла используются радиаторы. Радиатор — это устройство, которое имеет большую площадь, которая может излучать тепло.

Двухтактные бестрансформаторные усилители мощности, выполненные на комлементарных транзисторах (n-p-n и p-n-p типов) обладают лучшими параметрами, чем выполненные на фазоинверсных усилителях. Такие усилители мощности принято называть бустерами. Различают бустеры тока и напряжения. Если бустер тока предназначен для усиления тока, то бустер напряжения усиливает не только ток, но и напряжение. Поскольку усиление напряжения осуществляется предыдущими каскадами многокаскадного усилителя, наибольшее распространение получили выходные каскады в виде бустера тока.

Токовый бустер класса АВ

Токи покоя баз транзисторов Т1 и Т2 здесь задаются с помощью резисторов R1 и R2, а также диодов D1 и D2. При интегральном исполнении в качестве диодов используются транзисторы в диодном включении. Падение напряжения на прямосмещенном кремниевом диоде составляет примерно

0,7 В, а в кремниевых ИС с помощью диодов осуществляется термокомпенсация рабочего режима. В режиме покоя входная цепь рассматриваемого бустера потребляет малую мощность (менее 5% ). Сопротивление вводится для лучшего согласования с предыдущим каскадом усилителя. Обычно

Рассмотрим работу входной части усилителя при положительной полуволне . Поскольку в первый момент времени диод D1 оказывается призакрытым, то напряжение на его аноде возрастает (примерно до уровня + ), что приведет к возврату диода D1 практически в свой изначальный режим. Таким образом, диод D1 остается в открытом состоянии, а напряжение на базе транзистора Т1 будет «отслеживать» потенциал на входе устройства (катоде диода D1). В результате происходит интенсивное открывание транзистора Т1 и течет ток по цепи: источник питания +Е, коллектор – эмиттер транзистора, сопротивление , общая шина. При отрицательной полуволне состояния диодов и транзисторов меняются на противоположные и в нагрузке потечет ток транзистора T2 в противоположном направлении. Таким образом, будет формироваться напряжение на нагрузке, которое будет нетрудно рассчитать по следующей формуле .

Д анный токовый бустер позволяет обеспечить в нагрузке ток при мощности .Более мощные усилители могут быть выполнены с использованием составных транзисторов.

Рис.10.4 Токовый бустер

Задание к лабораторной работе:

Рис. 10.5

1. Изучить теоретическую часть лабораторной работы.

2. Собрать усилитель по схеме, изображенной на рисунке 10.5

В отчет по этой работе внести таблицу с исходными данными (табл. 1)

Таблица 1

R49,кОМ	R50,кОМ	R51,кОМ

3. Подать входное напряжение на вход схемы. Поочередно подавая положительную и отрицательную полуволны, заполнить таблицу, учитывая полярность тока на нагрузке (R₅₁)

	Положительная полуволна	Отрицательная полуволна
UВХ,В
UН,В

Контрольные вопросы

1.Какие существуют способы, с помощью которых можно увеличить выходной ток интегральных операционных усилителей?

2. Объясните работу двухтактного эмиттерного повторителя в режиме В.

3.В чем преимущество обычной эмиттерной схемы по сравнению со схемой двухтактного эмиттерного повторителя?

4.Пречислите классы усиления (изобразите на графике), их достоинства и недостатки, а также где используется каждый из них?

5.Объясните принцип работы двухтактного усилителя мощности.

6.Для чего нужны конденсаторы связи в фазовращателе?

7.Объясните принцип работы комлементарного двухтактного усилителя.

8.Какие усилители мощности обладают лучшими параметрами?

9.В чем существенное отличие бустера тока и бустера напряжения?

10.Объяснить принцип работы бустера тока.