- ПК, Multisim
Краткие сведения
Однотактный оконечный трансформаторный каскад является основной схемой выходного каскада в существующих линейных усилителях многоканальной связи. С помощью выходного трансформатора согласуется выходное сопротивление выходного каскада с характеристическим сопротивлением линии. Работают такие каскады в режиме А.
К основным энергетическим показателям, характеризующим работу каскада относятся:
- полезная мощность, отдаваемая усилительным элементом в нагрузку;
- мощность, потребляемая от источника питания;
- мощность, рассеиваемая на коллекторе;
- КПД каскада.
Для определения нелинейных искажений строится сквозная (нагрузочная) характеристика и выходная характеристика трансформаторного каскада.
Таким образом, режим А в однотактном трансформаторном каскаде на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ обеспечивает низкий КПД и небольшие нелинейные искажения.
Наличие выходного трансформатора, обладающего реактивными сопротивлениями, неизбежно приводит к частотным и фазовым искажениям.
Двухтактный трансформаторный каскад – это схема выходного усилительного каскада, собранная на двух транзисторах. Двухтактный выходной усилительный каскад обладает такими свойствами, которые определяют его широкое применение в усилителях.
1 Так как гармоники обоих плеч в нагрузке компенсируются из за протекания токов в противоположных направлениях, то и ЭДС обмоток трансформатора направлены друг против друга. Это сильно снижает нелинейные искажения в режимах В и АВ, в которых велики уровни четных гармоник. Поэтому данная схема применима для этих режимов по сравнению с однотактной, в которой нелинейные искажения очень большие.
2 Результирующий ток не содержит постоянной составляющей, так как они тоже взаимокомпенсируются, а значит, не происходит постоянного подмагничивания сердечника. Что позволяет выполнить сердечник выходного трансформатора без воздушного зазора и уменьшить его габариты и массу.
3 Двухтактная схема позволяет скомпенсировать влияние помех и фона переменного тока, создаваемого источником питания. Это позволяет упростить сглаживающие фильтры выпрямителей и допустить в них гораздо больший уровень пульсаций по сравнению с однотактным трансформаторным каскадом.
4 В общем проводе отсутствует ток первой гармоники, что исключает ОС между каскадами.
Достоинства двухтактной схемы могут быть реализованы только при полной симметрии обоих плеч, то есть одинаковых транзисторах с одинаковыми параметрами и характеристиками.
Энергетические показатели:
- коэффициент использования тока в режиме В составляет 1,57, то есть амплитуда полезного сигнала в 1,57 раз больше полезного сигнала. В режиме А коэффициент использования тока Кт=I1 / Iср меняется в зависимости от амплитуды входного сигнала, что изменяет положение рабочей точки на ВАХ.
- полезная мощность и КПД, которые равны Рm=0,5Im*Um,
кпд = Рm/Ро = 0,785 ξ,
- где - Ро=2Iкm*Ек /π – потребляемая каскадом мощность;
- ξ=Um/Eк – коэффициент использования напряжения,
что более чем в 1,5 раза превышает кпд такого же каскада в режиме А.
- максимальная мощность выделяемая на коллекторе – Ркm=0,1 Ек 2 / Rпл выделяется при амплитуде сигнала, соответствующей ξ=0,637
-
Вопросы допуска
1 В каких усилительных каскадах используются трансформаторные схемы усиления мощности и почему?
2 Какие требования предъявляют к работе каскадов усиления мощности?
3 Каковы параметры и особенности работы однотактной трансформаторной схемы?
4 Перечислите достоинства однотактного усилителя мощности.
5 Каковы недостатки однотактного усилителя мощности?
Содержание отчета
1 Название и цель работы.
2 Принципиальная схема исследуемого усилителя
Рисунок 16. Схема однотактного трансформаторного усилителя мощности
3 Таблица измерений
| % изменения подстроечного резистора | U1 | U2 | Осциллограмма |
4 Расчетная часть
Порядок выполнения
Активизировать программуMultisim.
Установить % изменения построечного резистора с помощью клавиши R (английский регистр) значение «0».
Включить режим моделирования.
Записать в таблицу измерений показания входного и выходного вольтметров и начертить осциллограмму, соответствующую данным условиям.
Повторить измерения для значений таблицы.
Выключить моделирование кнопкой
Расчетная часть
Рассчитать коэффициент усиления усилителя в режиме наименьших искажений и диапазон рабочих частот.
Контрольные вопросы
1 Какой трансформаторный усилитель называют двухтактным?
2 Как называются транзисторы, используемые для организации двухтактного трансформаторного усилителя?
3 Какие транзисторы называют составными?
4 Перечислите энергетические показатели двухтактного трансформаторного усилителя?
5 Каковы достоинства и недостатки двухтактного трансформаторного усилителя?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13
Исследование работы схемы двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности
Цель работы: исследовать работу бестрансформаторного усилителя мощности, изучить принцип действия, его параметры и характеристики.
Используемое оборудование: ПК, Multisim
Краткие сведения
Двухтактный бестрансформаторный каскад – это схема выходного усилительного каскада, собранная на двух транзисторах и не использующая в своей структуре трансформатора.
Двухтактный бестрансформаторный предоконечный каскад обладает следующими свойствами, которые определяют его широкое применение в усилителях.
1 Так как гармоники обоих плеч в нагрузке компенсируются из-за протекания токов в противоположных направлениях, то и ЭДС обмоток трансформатора направлены друг против друга. Это сильно снижает нелинейные искажения в режимах В и АВ, в которых велики уровни четных гармоник. Поэтому данная схема применима для этих режимов по сравнению с однотактной, в которой нелинейные искажения очень большие.
2 Двухтактная схема позволяет скомпенсировать влияние помех и фона переменного тока, создаваемого источником питания. Это позволяет упростить сглаживающие фильтры выпрямителей и допустить в них гораздо больший уровень пульсаций по сравнению с однотактным трансформаторным каскадом.
3 Отсутствие трансформатора значительно снижает частотные, фазовые и нелинейные искажения.
4 Увеличивается полоса усиливаемых частот.
5 Значительно уменьшаются габариты, масса и стоимость схемы.
Достоинства двухтактной схемы могут быть реализованы только при полной симметрии обоих плеч, то есть одинаковых транзисторах с одинаковыми параметрами и характеристиками.