Выходные каскады:особенности работы усилительных элементов в режиме большого сигнала

Управляющий источник электрической энергии, от которого усиливаемые электрические колебания поступают на усилитель, называют источником сигнала, а цепь усилителя, в которую эти колебания вводятся, – входной цепью или входом усилителя. Источник, от которого усилитель получает энергию, преобразуемую им в усиленные электрические колебания, называют основным источником питания. Кроме него, усилитель может иметь и другие источники питания, энергия которых не преобразуется в усиливаемые колебания. Устройство, являющееся потребителем усиленных колебаний называют нагрузкой усилителя или просто нагрузкой; цепь усилителя, к которой подключается нагрузка, называют выходной цепью или выходом усилителя. Режим В из-за высокого кпд широко применяется в каскадах мощного усиления. В каскаде, работающем в режиме В, плечи двухтактной схемы работают поочередно, каждое в течение полупериода сигнала, отключаясь от схемы на вторую половину периода. Это является особенностью такого каскада и может вызвать появление в схеме переходных процессов. Увеличивающих искажения усиливаемых сигналов.

Для упрощения анализа трансформаторного каскада, работающего в режиме В, удобно привести его схему к одной половинке первичной обмотки выходного трансформатора и считать, что на эту половинку работает один усилительный элемент в течение всего периода сигнала. Все расчеты тогда можно будет производить для половины периода сигнала по семейству характеристик одного усилительного элемента, получая при этом данные, относящиеся ко всему каскаду за период.

При прямолинейных статических выходных характеристиках усилительного элемента, работающего в режиме В

Если каскад мощного усиления работает в режиме В с изменяющейся в широких пределах амплитудой входного сигнала, изменяется пропорционально сигналу. В этом случае, если при максимальном расчетном сигнале , максимальная мощность выделяется на выходном электроде при максимальном сигнале и ее находят по формуле (5), подставив в формулу I^’_макс, соответствующее максимальному расчетному сигналу. Если же при максимальном расчетном сигнале , максимальная мощность на выходном электроде выделяется при амплитуде сигнала, соответствующей . В этом случае максимальную мощность, выделяющуюся на выходном электроде, также находят по формуле (5), но в формулу подставляют I^’_макс, соответствующий .

При работе каскада мощного усиления в режиме В с неизменной амплитудой сигнала выделяемую на выходном электроде усилительного элемента мощность находят по формуле (5) для расчетной амплитуды сигнала.

В симметричной двухтактной схеме с выходным трансформатором, работающей в режиме В, магнитодвижущая сила (мдс), создаваемая прохождением тока покоя усилительного элемента через половину первичной обмотки трансформатора, компенсируется точно такой же мдс обратного знака, создаваемой прохождением тока покоя другого усилительного элемента через другую половину первичной обмотки. Поэтому при прохождении эдс сигнала через нулевое значение магнитный поток в сердечнике выходного трансформатора отсутствует и нагрузочная прямая плеча проходит не через точку покоя, а через точку U₀ на горизонтальной оси семейства статических выходных характеристик (см., например, рис 3).

Рис. 3. Cемейство статических выходных характеристик триода ГМ-70 и нагрузочная прямая

для одного плеча двухтактного каскада, работающего в режиме В при R_a~n=2200 ом

Проведенная на семействе статических выходных характеристик усилительного элемента нагрузочная прямая, соответствующая выбранному значению сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, в режиме В представляет собой лишь половину полной нагрузочной прямой. Вторая половина прямой, являющаяся продолжением первой, расположена ниже горизонтальной оси. При симметричности плеч двухтактного каскада, работающего в режиме В, он не вносит четных гармоник; из формул метода пяти ординат следует, что при I^’₁=0,5 I^’_макс третья гармоника также исчезает. Отношение токов I^’₁ и I^’_макс зависит от величины смещения на входном электроде усилительного элемента, поэтому для получения наименьшего коэффициента гармоник при максимальной амплитуде сигнала смещение желательно брать таким, чтобы I^’₁=0,5 I^’_макс.

В каскадах работающих в режиме В с изменяющейся в широких пределах амплитудой сигнала (например, в усилителях для усиления сигналов речи и музыки), необходимо иметь крутизну характеристики усилительного элемента в точке покоя не ниже 0,3 0,4 средней крутизны за рабочий полупериод. При крутизне в точке покоя меньше указанного значения суммарная динамическая характеристика каскада заметно искривляется вблизи точки покоя, и каскад вносит значительные нелинейные искажения при малых амплитудах сигнала.

Параметры усилительных элементов, используемых в двухтактной схеме, отличаются друг от друга в пределах допусков технических условий. Вследствие этого верхний и нижний полупериоды сигнала на выходе двухтактной схемы, работающей в режиме В, оказываются неравными, что вызывает появление в выходном сигнале четных гармоник и смещает точку, соответствующую прохождению сигнала через нулевое значение, с горизонтальной оси.

В ламповом каскаде, работающем в режиме В, отрицательное смещение на управляющие сетки желательно подавать от отдельного источника (выпрямителя). Чтобы токи сетки, имеющие место при случайной перегрузке усилителя, не запирали выпрямитель смещения и не заряжали выходной конденсатор его фильтра до напряжений, при которых мощный каскад будет работать в режиме С, выпрямитель смещения нагружают сопротивлением R_н (

42.Генераторы сигналов на транзисторах