Общая характеристика каскадов оконечного усиления колебаний высокой частоты, применяемых в ВТС

Федеральное государственное казенное военное

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного» Министерства обороны Российской Федерации

Кафедра

УТВЕРЖДАЮ

Начальник 2 кафедры

полковник

А. Давыдов

 

«_____» ____________ 2013 года

 

 

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств»

 

Тема № 2	«Усилители электрических сигналов»
Занятие № 11	«Усилители мощности звуковой частоты»

 

 

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической комиссии)

Протокол № _____ от

«_____» ____________ 2013 года

 

Санкт-Петербург

I. Учебные цели

1. Изучить способы построения и работы оконечных усилительных каскадов (УМЗЧ).

2. Закрепить полученные знания по теме «Усилители электрических сигналов».

II. Воспитательные цели

3. Развитие профессионально важных качеств военных специалистов.

III. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин.
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Учебные вопросы:
1. Однотактные УМЗЧ.
2. Двухтактные УМЗЧ.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

IV. Литература

 

1. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М., «Академия» 2008 г., c.138-144.

2. Якушенко С. А., Ершов Ю. К., Журбин Г. Е., Романов А. Г. Основы схемотехники. Учебное пособие, часть 1. НВВИУС 2004 г., c.94-106.

V. Учебно-материальное обеспечение

1. Демонстрационная установка, демонстрационная программа.

2. Мел, доска.

VI. Текст лекции

ВВЕДЕНИЕ

На данной лекции мы продолжаем изучать тему № 2 "Усилители электрических сигналов". Важность данной темы заключается в том, что в дальнейшем при рассмотрении радиопередающих и приемных устройств, аппаратуры уплотнения, оконечных устройств Вы обязательно остановитесь на изучении их принципиальных и структурных схем, а также принципов работы, и знания, полученные на данной лекции, будут способствовать быстрому и качественному усвоению материала на военно-технических кафедрах.

Однотактные усилители мощности звуковой частоты.

Общая характеристика каскадов оконечного усиления колебаний высокой частоты, применяемых в ВТС.

Оконечным называется каскад, с выхода которого сигнал, усиленный до заданной мощности или напряжения, поступает в нагрузку усилителя. Все предыдущие каскады по сравнению с оконечным являются маломощными. Именно он определяет КПД всего усилителя, а также требуемые напряжение и мощность источника питания, т.е. в основном определяет стоимость всего устройства и его эксплуатации.

Оконечные каскады отличаются между собой выходной мощностью, полосой усиливаемых частот, типом нагрузки. В каждом отдельном случае требуется выбирать для работы в этом каскаде наиболее подходящий усилительный элемент - биполярный или полевой транзистор или электронную лампу, подобрать для них оптимальный режим работы и соответственно схему включения.

Как и в предварительных каскадах, выбор оптимального варианта определяется основными требованиями, которым должен удовлетворять данный каскад:

1. Получение высокого КПД. Чем выше КПД, тем большая часть затраченной мощности источника преобразуется в полезную мощность, отдаваемую в нагрузку, тем меньше требуется энергии источника питания для получения требуемой мощности в нагрузке. Оконечные каскады различной мощности (от единиц Вт до единиц КВт) имеются в миллионах приемниках, многоканальной, измерительной аппаратуре, оконечных устройствах, усилительных устройствах радиопередатчиков и т. д. Поэтому проблема повышения КПД в оконечных каскадах усилителей имеет важное экономическое значение для вооруженных сил.

2. Получение максимальной мощности в нагрузке. Условием получения максимальной мощности в нагрузке является согласование выходного сопротивления усилительного элемента с нагрузкой. Условие согласования - равенство сопротивления нагрузки выходному сопротивлению усилительного элемента.

3. Получение минимальных нелинейных искажений. Для получения большой мощности на выходе оконечного каскада и особенно большого КПД на вход усилительного элемента необходимо подавать такие амплитуды напряжения, которые предполагают использование большей части характеристики транзистора (лампы), включая и нелинейные участки. При этом форма сигнала искажается, т. е. возникают нелинейные искажения. Т.О., возникает противоречие между требованием получения наибольшего КПД и минимальных нелинейных искажений. Следовательно, в каждом отдельном случае требуется определить условия преодоления этого противоречия, т.е. возможности получения максимального КПД при минимальных нелинейных искажениях.

4. Получение минимальных частотных и фазовых искажений. Решение этой проблемы происходит таким же путем, как и в предварительных каскадах, т.к. причины этих искажений в обоих случаях одинаковы: наличие в схеме реактивных элементов L и C.

Однотактный трансформаторный каскад является основной схемой оконечного каскада в линейных усилителях многоканальной связи (рис. 1). Особенностью однотактного каскада является то, что он работает в режиме А.

Характеристики схемы.

(Однотактный трансформаторный усилитель мощности на биполярном транзисторе n‑p‑n типа по схеме с ОЭ, с комбинированным смещением от базового делителя напряжения (R ₁, R ₂) и эмиттерного сопротивления R_Э, с трансформаторным выходом, работает в режиме класса А.)

Назначение элементов.

(Назначение элементов аналогично резистивному усилителю по схеме ОЭ. Выходной трансформатор ТV является нагрузкой коллекторной цепи и предназначен для выделения усиленного колебания и передачи его в нагрузку усилителя. Он также выполняет задачу согласования сопротивления транзистора с внешней нагрузкой усилителя и их гальванической развязки.)

Однотактным каскадам усиления присущи следующие особенности:

1. Конструктивная простота.

2. Возможна работа только в режиме класса А. При этом предельное значение КПД теоретически может достигать 50%. Однако практически КПД бывает еще меньше, особенно если предъявляются жесткие требования к уровню нелинейных искажений

3. Выходной трансформатор позволяет оптимизировать условия работы УЭ посредством преобразования сопротивления внешней нагрузки в сопротивление R _нУЭ = R_н / n² h _т, где – коэффициент трансформации выходного трансформатора усилителя, равный отношению числа витков обмоток; h _т - КПД трансформатора (h _т» 0,8 ¸ 0,9).

4. Трансформатор улучшает использование напряжения источника питания, т.к. падение напряжения на сопротивлении первичной обмотки очень мало.

5. Трансформатор не пропускает в выходную цепь постоянные напряжение и ток, существующие в первичной цепи.

6. Достоинством трансформатора является также то, что в нем потери мощности минимальны.

7. Выходной трансформатор позволяет от несимметричной цепи с общим проводом (корпусом) перейти к симметричной (двухпроводной) линии, что иногда необходимо.

8. С применением трансформатора происходит сужение АЧХ усилителя. Сужение АЧХ в ОНЧ обусловлено шунтирующим действием индуктивности выходного трансформатора. Сужение АЧХ в ОВЧ обусловлено наличием паразитной межвитковой ёмкости, шунтирующей нагрузку, и возрастанием сопротивления индуктивности рассеяния.

9. Большие габариты и вес трансформаторов создают невозможность миниатюризации и применения их в интегральных микросхемах.

Многие эти недостатки в значительной степени устраняются построением оконечных каскадов по двухтактнойсхеме.