Схема з ЗВ та з витоковою температурною стабілізацією;

1.                             Схема з ЗВ та з витоковою температурною стабілізацією;

Схема з ЗС ( витоковий повторювач);

2.                             Схема з ЗЗ

В)

Мал 2.4.

В схемах ЗВ та ЗЗ опір R₁ може бути відсутнім, якщо розмір опору R_в можна обрати таким, що забезпечується потрібна напруга на ділянці затвор-виток.

Величина постійного струму в схемах підсилювачів на ПТ не залежно від схеми його включення проходить постійний струм стоку, джерелом якого є джерело Е_в. Полярність включення цього джерела визначається типом каналу, у ПТ з каналом р-типу на стік подається від’ємна напруга, а з каналом n-типу – позитивна.

Проводячи порівняльну оцінку властивостей схем підсилювачів на ПТ, не важко помітити, що по таким параметрам, як впливна фазу підсилюємого сигналу, коефіцієнт підсилення, вхідний та вихідний опори, смугу робочих частот, неважко помітити, що вона аналогічна розглянутій раніше оцінці підсилювачів на БТ.

 

4. Особливості підсилювачів на БТ

Коефіцієнт корисної дії (η) визначається виразом:

η =P_~/P_o= 2U_m*I_m/E*I_o=0,5*ξI_m/ I_o

ξ= U_m / E коефіцієнт ЕС джерела живлення.

I_m, I_o– відповідно амплітуда струму в навантаженні, та постійна складова струму вихідного кола ПП.

Для отримання високого КПД елемент,що підсилює необхідно за можливістю більш повно використовувати які по напрузі, так й по струму.

Розрізняють схеми однотактних та двухтактних ПП, трансформаторних та безтрансформаторних.

Елементи, що підсилюють в трансформаторних ПП найбільш часто включають за схемою ЗЕ, володіючий більшим підсиленням потужності. Вариант схеми однотактного трансформаторного транзисторного ПП зображено на мал.2.5.

Мал 2.5.

Призначення елементів схеми ПП, кола струму бази та колектора ті ж, що й в схемі резистивного Підсилювача на БТ ( за виключенням трансформатора Тр ).

Трансформатор в схемі ПП виконує наступні функції :

·              Виключає проходження постійної складової струму колектора крізь навантаження (роз’е’єднує навантаження та вихідне коло та вихідне коло ПП по постійному струму)

·              Трансформує опір нагрузки в розмір, необхідний для навантаження кола колектора по змінному струму, тобто забезпечує погодження вихідного опору ПП з опором навантаження для отримання в навантаженні максимальної потужності.

Елементи, що підсилюють в схемах однотактних П працюють в режимі класу А (лінійному режимі), при цьому постійна складова струму його вихідного кола залишається при підсиленні сигналів практично постійною, що дозволяє використовувати в транзисторнних ПП схему емітерної стабілізації.

До основних характеристик щднотактного ПП відносяться:

1.           Потужність в корисній нагрузці R_kP_н=0,5I²_k1m*R₂ ,де – амплітуда першої гармоніки струму колектора; η_mp= P_н/ P – ККД вихідного трансформатора.

2.            Потужність, що споживається від джерела живлення:

3.           P₀=E_k*I_knI_kn- струм колектора в режимі спокою

4.           ККДη= P_н/ P₀=0,5* I²_k1m *R₂ η_mp/ E_k* I_kn= * η_mp, тутη_к=0,5*I²_k1m *R₂/ E_k* I_kn – ККД колекторного кола.η_mp=0,7-0,85 та зменшується зі зменшенням розмірів трансформатору (тобто його потужності).

5.           Потужність, яка розсіюється на колекторному переході:P_к= P₀- P= E_k *I_kn– 0,5 I²_k1m*R₂= E_k* I_kn- 0,5 I_k1m*U_km

6.           Коефіцієнт нелінійних викривлень (коефіцієнт гармонік):

К_ri=√ I²_k2m+ I²_kзm+.../ I_k1m

 

Граничне значення ККД однотактного ПП не превищує 0,5(це тільки теоретично). Дійсно, якщо покласти I_k1m= I_kn ,амплітуду напруги на колекторі U_mk =E_k ,а ККД трансформатора η_mp=1 ,отримуємо:

η=0,5 I_k1m* U_mk/( E_k* I_kn)=0,5 I_kn* E_k/( E_k* I_kn)=0,5

Практично η помітно менше, так як з-за значень нелінійних викривлень коефіцієнти використання транзистора як по струму так і по напрузі не перевищують значень 0,7-0,8.

Більш високі значення ККД вдається отримати в схемах двухтактних ПП, в яких елементи, що підсилюють, працюють в режимі класу В (з відсічкою струму рівній θ^°=180^°/2).

Варіант схеми транзисторного трансформаторного ДПП зображен на мал.2.6.

Мал 2.6.

Режим спокою в даній схемі задається підбором елементів дільника, а ланцюг емітерної стабілізації R_ε C_ε відсутній, так як постійна складова струму колектора залежить від амплітуди підсилюємих сигналів.

В ДПП обидва прилади, що підсилюють повинні бути ідентичними, а схема в цілому-симетрична відносно загальної точки, так як збудження транзисторів відбувається в протифазі та з однаковими амплітудами.На схемі точками позначені одноіменні затиски обмоток трансформаторів Тр.1 та Тр.2, а знаками “+” та “-”-розділ потенціалів на вторинній обмотці Тр.1(без дужок-для додатнього періоду,в дужках-для від’ємного).

Фізпроцеси в схемі пояснюються графіками залежності струмів транзисторів i⁽¹⁾_k та i⁽²⁾_kта струиу різниці в первісній обмотці Тр.2.

Протягом позитивного півперіду вхідного сигналу через обмотку Трю2 проходить тільки струм i_k2 , так як транзистор VT1 буде практично закритий. При від’ємному півперіоді стан транзисторів VT1 та VT2 змінюється на протилежний: відкритий VT1, закритий VT2.

Результуючий струм в обмотці Тр.2 рівний різниці струмів i⁽¹⁾_k та i⁽²⁾_k(мал.2.7.в) повторює форму вхідного сигналу(звідсіля і назва схеми-двутактна).

Графіки мал.2.7. дають декілька спрощене пояснення фізпроцесів в транзисторному ДПП, так як отримати в резисторах різку відсічку струму колектора дуже важко.

ККД ДПП значно більше ККД однотактного ПП,дійсно,вважаючи приблизно, що амплітуда напруги між колекторами U_kmрівня E_k ,а амплітуда струму колектораI_km рівна максимальному значенню струму колектора, яке він приймає під час роботи, отримуємо для потужності в навантаженні.

P_н=0,5I_km*U_km=0,5I_kmax*E_kη_тр ;

Для середньої потужності, що витрачається:

P_о=1/Т₀∫^ТE_k*2I_kodt, I_ko=1/Т₀∫^Т/2I_km*cos(ωt)dt= I_km/T= I_kmax/T

P_о=E_k*I_kmax2/T.

Тоді для ККД ДПП(без урахування ККД вихідного трансформатора Тр.2), маємо:

η_к= P_н/ P₀= E_k I_kmax/(2* E_k I_kmax 2/π)= π/4=0,78

Практично ККД не досягає граничного значення, але помітно більше ККД однотактного ПП.

Так як трансформатори вносять додаткові частотні та нелінійні викривлення, порівняно громіздкі та не можуть бути елементами ІМС, виникла необхідність створення безтрансформаторного ДПП.

Розроблені схеми ДПП, побудовані як на транзисторах однієї провідності, так і на комплементарних транзисторах.

Варіант схеми безтрансформаторного ДПП на транзисторах різної провідності зображен на мал.2.8.

P₂,VD-1,VD-2-елементи, які забезпечують необхідний розмір напруги на ділянці Б-Е транзисторів VT-2,VT-3 в стані спокою та температурну стабілізацію їх струмів колектора. С₂-виключає проходження постійних складових струму колектора VT-2,VT-3 через R_н. R₃R₄ ланцюг ВЗЗ по напрузі-для підтримання рівності напруг U_KEvt2=U_Kevt3=0.5E_k при зміні t°, расброс параметрів та інше. В режимі споеою в схемі ДПП проходять постійні складові струмів бази та колектора під дією напруги джерела живлення Е_к. Значення цих струмів невеликі, так як транзистори майже зачинені малою напругою на ділянках Б-Е, знятим з діодів VD-1таVD-2 в прямому включенні.

Для простоти вважаємо підсилюємий сигнал гармонічним. Двутактний каскад працює наступним чином. При появі на колекторі транзистора VТ-1 напруги підсилюємого сигналу, яка одночасно подається до баз VТ-2 та VТ-3(до бази VТ-3 безпосередньо, до бази VТ-2 малий опір відкритих діодів VD-1,VD-2). Наприклад позитивної полярності n-p-n транзистор відчиняється,а VТ-3 зачиняється. Змінна складова струму колектора VТ-2 проходить через R_n по колу: К-Б-Е

 С₂ R_n   К.

В другий півперіод напругою від’ємні полярності танзистор VТ-2 зачиняється, а VТ-3 відчиняється та його змінний струм колектора проходить по колу

К→ ┴ → Сф → R_n→С2 → К.

Тобто в даній схемі VТ-1 та VТ-2 почергово відчиняються, а зачиняються на час, рівний половині періода підсилюваємого сигналу, а їх колекторні струми створюють на опорі навантаження напругу, співпадаючу за формолю з вхідним сигналом, але більшої потужності.

При побудові схем ДПП на однотипних транзисторах необхідно як і в попередній схемі (мал. 2.8) забезпечити почергову роботу транзисторів тільки протягом половини періода підсилюваємого сигналу. В режимі спокою вихідні транзистори ПП повинні знаходитись в однаковому стані з можливо меншим струмом колектора спокою. При цьому схма ПП будується итак, щоб відкриття одногоз транзисторів відкликало закритт іншого. Ці схеми отримали назву схем з послідолвним збудженням (управлінням) елементів, що підсилюють.

Варіант схеми ДПП на однотипних транзисторах зображений на мал.2.9.

5. Призначення елементів схеми

R_1, VD-1 cхема зміщення рівня, що забезпечує режимрежим спокою транзистора VТ-2 (напруга зсуву на ділянці Б-Е VТ-1).

R₂ – опору навантаження кола колектора VТ-1, воно ж виконує роль опору зв’язку. На ньому створюється напруга протифазна до напруги, підведеної до ділянки Б-Е VТ1. Ця напруга через маленький опір стабілітрона VD-1 подається на базу VТ-2 та керує його станом.

R – приймає участь в забезпеченні потрібного режиму спокою транзисторів та температурну стабілізацію точки спокою.

 

6. Робота схеми

При подачі на базу транзистора VТ-1 , наприклад, позитивного півперіода підсилюваємого сигналу, змінна складова струму колектора ~і_к1 , протікаюча по колу +Ек→R₂→К-Б-Е→R_н→┴→-Ек створює протифазне до вхідної напруги на R₂ . Ця напруга через малий опір стабілітрона VD-1 підводиться до бази VТ-2 та закриває його. Через опір навантаження проходить змінна складова струму колектора тільки VТ-1.

При зміні полярності вхідного сигналу інвертована напруга з R₂ відчиняє транзистор VТ-2 та його змінний струм колектора, протікаючи по колу: ┴ → R_н →К-Б-Е (VТ-2) →-Ек, створює на R_н синфазну з вхідним сигналом напругу підсиленого сигналу. Транзистор VТ-1 під час від’ємного півперіода вхідного сигналу підзапирається, а його струм, що проходить через R_н зменшується практично до нуля.

Тобто в даній схемі транзистори VТ-1 та VТ-2 працюють почергово, тобто в два такти. Протягом позитивного півперіода вхідного сигналу транзистор VТ зачинений та напруга в навантаженні створюється змінним струмом колектора VТ-1. Під час від’ємного півперіода транзистор VТ-1 підзапирається, а VТ-2 відкривається та через опір навантаження проходять назустріч одне одному струми обох транзисторів. Але і_к2 >>і_к1 , та тому можна вважати, що корисний ефект в навантаженні створюється тільки струмом VТ-2.

Література

 

1.Качанов Н.С. ЛРТУ М.ВИ.1974 р. Стор 369-383, 426-438