Усилительный каскад с трансформаторным входом и трансформаторным выходом. Принцип действия, основные параметры.

 

Рассмотрим схему, представленную на рис.1а. Точка О, определяющая ток покоя транзистора (рис.), находится на линии статической нагрузки. Из точки на оси абсцисс с координатами Е, О проведена прямая под углом, тангенс которого равен (-1/r₁) где r ₁ – активное сопротивление
первичной обмотки трансформатора. Так как активное сопротивление первичной обмотки трансформатора достаточно мало, то линия нагрузки по постоянному току проходит почти вертикально. Ток покоя I _э0 задается напряжением Е_э и резистором R _э.

Для построения линии динамической нагрузки (нагрузки по переменному току) сопротивление R_H приведено к первичной обмотке (R '_н). Через точку О проведена линия динамической нагрузки под углом, тангенс которого — 1 / R ' _H.

При подаче на вход синусоидального сигнала ток коллектора будет изменяться практически по синусоидальному закону с амплитудой I_kt. Это является следствием перемещения рабочей точки по нагрузочной прямой в диапазоне от с до b в соответствии с мгновенным значением входного тока . Следует отметить, что напряжение U _Кс, соответствующее точке с нагрузочной линии, существенно превышает Е. Это возможно только при наличии трансформатора и объясняется тем, что энергия, накопленная индуктивностью намагничивания, при уменьшении тока вызывает появление ЭДС самоиндукции.

Мощность, рассеиваемая в нагрузке R ’ _н.

где -амплитудные значения напряжения и тока.

Для нахождения мощности в истинной нагрузке следует учитывать, что КПД трансформатора , поэтому

Если выходная мощность задана, то, зная приблизительно , можно найти мощность , которую необходимо получить от каскада.

 

Рис. 1. Схема однотактного выходною каскада с ОБ. работающего
в режиме А (а); построение статической и динамической характеристик
(б); определение среднего значения входного сопротивления (в)

Для того чтобы наиболее полно использовать транзистор, координаты точки О нужно выбирать из условия получения максимальных требуемых амплитуд напряжения и тока коллектора, т. е.

На максимальные значения амплитуд токов и напряжений
накладываются очевидные ограничения:

где  и  – соответственно максимально допустимое напряжение и ток для данного транзистора.

Зная -  можно связать их с , т. е.

И найти коэффициент трансформации

Усилительный каскад, работающий в режиме А, в первом приближении можно считать линейным. Поэтому мощность, отдаваемая источником питания, не зависит от входного сигнала:

При этом он будет близок к своему максимально допустимому значению 0,5 (практически не выше 0,45). Если учесть потери в трансформаторе и цепях смещения (Е_э, R _э), то реально достижимый КПД находится в пределах 0,30-0,35.

С учетом неравенств (4.224) определим максимальную мощность, которую может отдать транзистор:

Не следует забывать, что максимальная мощность ограничена не только допустимыми напряжением и током, но и допустимой мощностью рассеяния на коллекторе .В усилительном каскаде мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора,

И КПД коллекторной цепи

Отсюда можно записать приближенное неравенство, позволяющее выбрать транзистор по значению допустимой мощности рассеяния в коллекторной цепи:

Так как КПД коллекторной цепи <0,5, для оценки допустимой мощности рассеяния в коллекторной цепи можно использовать другое приближенное неравенство

Входную мощность, которую должен отдавать каскад предварительного усиления, обычно определяют приближенно. Это обусловлено нелинейностью характеристики . Поэтому берем усредненное значение входного сопротивления, которое для схемы с ОБ при больших токах

)

Тогда необходимая мощность на входе каскада

Коэффициент усиления по мощности каскада найдем как отношение

 к :

Учитывая, что , получим

Из последнего выражения видно, что для повышения коэффициента усиления по мощности сопротивление R ', желательно брать большим, поэтому заданную мощность Р_н целесообразно обеспечивать за счет повышения амплитуды выходного напряжения, а не тока.