Файл: Лабораторная работа 6 двухтактный бестрансформаторный.docx

транзисторов Q4 и Q5. Описание модели терморезистора (рис.6.32) в основном совпадает с описанием обычного резистора (рис.6.5). Назначение кнопок, описание атрибутов и др. рассмотрены ранее при вводе схемы усилителя мощности.

В этом случае не ограничиваются указанием атрибутов резистора (PART, RESISTANCE), а включают описание

Рис.6.32

параметров, задающих температурную и (или) частотную зависимость величины сопро- тивления. Это происходит при описании атрибута MODEL. В этом случае можно описать MODEL в строке задания атрибута VALUE в формате [ТС=[]]. Если ограни- читься указанием имени модели (например, Rt), то температурные факторы вводятся в подсвеченных окнах текстового файла

(рис.6.3.26) вво-

дятся параметры резистора, где

(рис.6.3.27)-масштабный коэффициент спектральной плотности шума. Ре- дактирование коэффициента и его сохранение проводится только для конкретной схемы. Сохраняется в текстовом файле описания модели резистора,

(рис.6.3.28)- масштабный множитель сопротивления. Отредактированное значение и описание сохраняется в текстовом файле,

(рис.6.3.29)- линейный температурный коэффициент. Отредактированное значение сохраняется в текстовом файле описания модели,

(рис.6.3.30)- квадратичный температурный коэффициент. Отредактиро- ванное значение сохраняется в текстовом файле описания модели,

(рис.6.3.31)- экспоненциальный температурный коэффициент сопротив- ления. Отредактированное значение сохраняется в текстовом файле описания модели.

Номинальное значение сопротивления резистора, задаваемое в окне атрибутов RESIS- TANCE составляет величину, определенную для номинальной температуры (по умолча- нию t = 27^оС) и режима транзисторов по постоянному току при вычислении напряжений в узлах и токов в ветвях схемы (рис.6.26). Параметр модели резистора ТС1 – линейный тем- пературный коэффициент часто задается в справочном листке резистора как миллионные доли на ^оС (ppm/degree C). Для преобразования этого справочного параметра в ТС1 необ- ходимо его деление на 10⁶. Для гипотетического резистора R15, который должен обладать температурной зависимостью его сопротивления (Rt), противоположной характеру изме- нения току коллектора значение ТС1= -8,53е-3. Схема усилителя мощности с включенным “терморезистором Rt ” имеет вид (рис.6.33,б)

Рис.6.33

Последовательно выполнив команды Analysis → Dynamic DC…→ Dynamic DC Lim- its → OK, получим результаты анализа схемы усилителя на постоянном токе (рис.6.36). Сравнивая значения напряжений в узлах и токов в ветвях схемы (рис.6.28,6.29) и схемы, с введенным терморезистором (рис.6.34), убеждаемся, что режим по постоянному току не изменился.



a)




б) Рис.6.34

Сравнивая значения напряжений в узлах и токов в ветвях схемы (рис.6.26,6.27) и схемы, с введенным терморезистором (рис.6.34), убеждаемся, что режим по постоянному току не изменился.

Сравним характер изменения сопротивления диодов r _д (рис.6.36,а) и сопротивления терморезистора Rt (рис.6.36,б) при изменении температуры. Для этого последовательно выполним, находясь в окне схем Analysis → DC…. → DC Analysis Limits → Run. Нахо- дясь в подменю DC Analysis Limits, зададим пределы и вид кривых, выводимых на экран монитора (ис.6.35)



Рис.6.35

Температурная зависимость сопротивлений r _д и Rt представлена на рис.6.36




Рис.6.36

Повторим расчет по постоянному току коллекторных токов транзисторов Q1 и Q4, за- дав условия анализа в подменю (рис.6.37).



Рис.6.37

Результаты расчета температурной зависимости коллекторных токов транзисторов Q1 и

Q4 приведены на рис.6.38.

Рис.6.38

Вычислите I _к01 — I _{к01 ном} или I _к04 — I _{к04 ном} , где I _{к01 ном} (I _{к04 ном}) значение кол- лекторного тока соответствующего транзистора (Q1 или Q4) при температуре t = 27 ^оС и результаты внесите в таблицу 4. Повторите расчет для оптимального значения сопротив- ления ОС R9 = R _опт, вычисленного в п.2.2.4 и результаты внесите в таблицу 4.

---

5 Содержание отчета

Отчет должен включать в себя:

1. 
   Наименование и цель работы.
   
2. 
   Принципиальную схему бестрансформаторного усилителя мощности с вольтдобавкой с указаниями значений постоянных напряжений в узлах и токов в ветвях.
   
3. 
   Линейное уравнение функции наилучшего приближения для оптимального значения сопротивления ОС R9 = R _опт
   
4. 
   Заполненные таблицы 1  4.
   
5. 
   Краткие выводы
   

4. Контрольные вопросы

1. 
   Изобразите схему двухтактного трансформаторного каскада. Покажите протекание по- стоянной и переменой составляющих токов.
   
2. 
   Какой режим работы усилительных элементов используется обычно в двухтактных усилителях мощности и почему?
   
3. 
   Поясните в чем преимущество бестрансформаторных схем в оконечных усилительных каскадах по сравнению со случаем применения согласующих трансформаторов.
   
4. 
   Изобразите схему однотактного усилителя. Сравните значение КПД, получаемого в од- нотактной и двухтактной схеме, объясните причину различия.
   
5. 
   Изобразите нагрузочную характеристику для схемы трансформаторного усилителя, ра- ботающего в режиме А. Укажите положение рабочей точки активного элемента и пре- имущества и недостатки такого выбора.
   
6. 
   Изобразите нагрузочную характеристику для схемы трансформаторного усилителя, ра- ботающего в режиме В. Укажите положение исходной рабочей точки активного элемента и преимущества и недостатки такого выбора.
   
7. 
   Почему редко используются схемы однотактных бестрансформаторных оконечных кас- кадов? Изобразите принципиальную схему такого каскада.
   
8. 
   Изобразите принципиальную схему простейшего бестрансформаторного выходного усилительного каскада с двумя источниками питания.
   
9. 
   Изобразите принципиальную схему двухтактного бестрансформаторного усилительного каскада с вольтдобавкой и покажите протекание постоянных токов.
   
10. 
    Нарисуйте принципиальную схему двухтактного бестрансформаторного усилительно- го каскада с вольтдобавкой и поясните, как обеспечивается напряжение смещения на транзисторах.
    
11. 
    Какой вид обратной связи (по знаку и способу подачи и снятия напряжения ОС) обес- печивается в усилителе мощности с вольтдобавкой?
    
12. 
    Какую функцию выполняют диоды в схеме бестрансформаторного усилителя мощно- сти с вольтдобавкой? Как изменится форма выходного сигнала при уменьшении их числа до одного?
    

---

4. Краткие теоретические сведения

Работа выходных каскадов от других отличается высоким уровнем сигнала. Это требу- ет повышения эффективности использования транзисторов по току и напряжению, т.е. ра- боту транзисторов в режимах близких к режиму насыщения, а повышение КПД – исполь- зованию АЭ с малыми значениями токов в ИРТ. Все вместе это приводит или к режиму ограничения, или к режиму отсечки выходного тока, искажению его формы и, соответст- венно, возрастанию нелинейных искажений.

В зависимости от реализации различают два вида выходных каскадов: однотактные идвухтактные. В зависимости от применяемой цепи связи с нагрузкой: резисторные, дрос-сельные и трансформаторные; а при отсутствии цепи связи – бестрансформаторные ибесконденсаторные. В зависимости от типа применяемых АЭ – выходные каскады могут быть транзисторныеили ламповые.

Необходимость получения большой выходной мощности (напряжения) в нагрузке тре- бует применения в выходных каскадах АЭ с большой мощностью рассеяния на коллекто- ре (аноде), работающих на мощностях, близких к предельным значениям. Это в свою оче- редь требует увеличения мощности источников питания и повышения КПД каскада, что позволяет снизить потребляемую мощность и мощность рассеяния на АЭ. Уменьшение

рассеиваемой мощности позволяет снизить остроту проблемы отвода тепла, повысить стабильность работы АЭ, повысить экономичность работы выходного каскада.

Методика анализа работы выходных каскадов существенно отличается от применяемой

---

для каскадов предварительного усиления, работающих на малом сигнале. В этом случае при расчете параметров каскада необходимо применять, усредненные по амплитуде сиг- нала, значения крутизны, внутреннего сопротивления. Обычно для этого применяют гра- фоаналитические методы с использованием динамических характеристик, позволяющие оценить выходную и потребляемую мощность, уровень нелинейных искажений.

---

Однотактные выходные каскады

Различают резисторные, трансформаторные и дроссельные выходные каскады. Резисторные каскады предназначены для усиления высоких уровней напряжения и ши-

роко применяются в операционных усилителях, УПТ, балансных и дифференциальных каскадах, широкополосных и импульсных усилителях [2,3].

Применение согласующего трансформатора в выходных каскадах позволяет обеспечи- вать оптимальное, с точки зрения согласования с нагрузкой, сопротивление в выходной цепи АЭ. Трансформаторные выходные каскады получили широкое применение в усили- телях многоканальной связи, когда входной и выходной трансформаторы выполняют функцию не только согласующих цепей, но и являются компонентом цепи общей частот- но-зависимой отрицательной ОС.

Дроссельный каскад, обладая свойствами во многом схожими с трансформаторным каскадом, при этом не позволяет обеспечивать оптимальное сопротивление нагрузки и по- этому находит ограниченное применение.
Трансформаторныйкаскад
В однотактном выходном каскаде усиление осуществляется одним транзистором


(рис.6.39,а), работающем в режиме А

а) б)

Рис.6.39

Выходной трансформатор Т преобразует сопротивление внешней нагрузки R_н (например, волновое сопротивление коаксиальной линии) в сопротивление коллекторной нагрузки R_{н к} :

R_{н к} = r ₁ + (r ₂+ R_н)/n²_т , (6.1)

где r ₁ и r ₂ — активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора (сопротивление потерь, которым обычно пренебрегают, т.к. R_н >> r ₁ + r ₂); n_т = ω ₁/ω ₂ – коэффициент трансформации, где ω ₁ и ω ₂ – число витков первичной и вторичной обмо- ток трансформатора.

Выходной трансформатор одновременно позволяет исключить взаимное влияние на- грузки на режим работы АЭ и, наоборот. Нагрузочная прямая ВС (рис.6.41,б), наклон ко- торой величиной сопротивления R_{н к}, проходит через точку А, положение которой опреде- ляется режимом в ИРТ (U_кэ0, I _к0), задаваемой на нагрузочной прямой по постоянному то- ку. Если сопротивление первичной обмотки трансформатора r ₁ = 0, то нагрузочная прямая по постоянному току проходит вертикально через точку А и U_кэ0 = Е. Временные диа- граммы (рис.6.41,б) отражают характер мгновенных значений коллекторного тока и на- пряжения максимально возможной амплитуды при усилении гармонического сигнала. Точки В и С определяют границы используемой нагрузочной прямой при работе транзи- стора в режиме А. Точка В соответствует границе перехода в режим насыщения, а точка С

– в режим отсечки. Напряжение в точке В и ток в точке С являются минимальными и на- зываются остаточными (u _ост, i _ост).

Эффективность работы транзистора определяется коэффициентамииспользованиятока и напряжения транзистора

---