ном. напряжении) содержит в основном 2-ю гармонику, т. е. кривая (вых (О асимметрична, то так называемый метод трех ординат дает коэффициент нелинейных искажений в виде

макс Ч~ мин - 2/о /1 о 1 \

н.и --оТТ--f-\~

У макс МИШ

где /макс И /мин - мзксимальное и минимальное значения выходного тока за период, а /о - значение тока в момент, когда Ux = 0. В том случае, когда существенную роль играет 3-я гармоника, т. е. когда кривая itK (О симметрична относительно оси времени, применяется несколько более громоздкий метод пяти ординат [62, § 2-3].

Транзисторные выходные каскады, как и ламповые, могут выполняться однотактными и двухтактными, а транзисторы в них могут работать в классах А, В \\ АВ (см. [62], § 2-4, 4-3). Ниже рассматриваются наиболее типичные схемы выходных каскадов - однотактный каскад класса А и двухтактный каскад класса В. Поскольку в мощных усилителях часто используется трансформаторная связь, то наряду с каскадами ОЭ широкое распространение имеют каскады ОБ. В принципе можно использовать и каскады ОК, но, будучи повторителями, они требуют для раскачки больших входных напряжений и в этом отношении уступают каскадам ОЭ: получается значительно меньший коэффициент усиления мощности. Поэтому включение ОК используется лишь в специальных схемах, например в каскадах с дополнительной симметрией (см. § 12-3).

12-2, ОДНОТАКТНЫЕ КАСКАДЫ КЛАССА А

Последующий анализ проводится подробно для каскада ОБ как более простого, а относительно каскада ОЭ делаются лишь необходимые замечания, поскольку основные соотношения и выводы оказываются общими.

Энергетические соотношения. Схема каскада, подлежащая анализу, показана на рис. 12-1, а коллекторное семейство характеристик транзистора - на рис. 12-2. Точка покоя А (в отсутствие сигнала) расположена на линии статической нагрузки rj, проведенной из абсциссы Е. Сопротивление есть сопротивление первичной обмстгки выходного трансформатора. Обычно оно очень мало, так что линия идег почти вертикально и можно считать кл = Эмиттерный ток покоя Ia задается цепью Е, R.

Входной сигнал меняет ток и перемещает рабочую точку транзистора по линии динамической нагрузки R , проходящей через точку А. Сопротивление R есть пересчитанное к первичной обмотке сопротивление истинной нагрузки /? . Мощность в пересчитанной нагрузке выражается формулами

Ра = [ UrrJm = Y IlmR. == у UUR,. (12-2)

Мощность в истинной нагрузке связана с величиной Р соотношением

Рн = Лтрн,

где г]р - к. п. д. выходного трансформатора. Зная мощность P и задаваясь значением г]р = 0,75 0,95 (тем большим, чем больше мощность), находят необходимое значение Рц.

Рис. 12-1. Однотактный каскад ОБ Рис. 12-2. Режим работы транзистора в класса А. каскаде ОБ класса А.

Для наиболее полного использования транзистора координаты точки покоя должны удовлетворять соотношениям

кА Ktn макс кЛ ктмакс

(12-За) (12-36)

где макс н t/ макс - максимальныс амплитуды напряжения и тока, соответствующие максимальному входному сигналу. При таком выборе точки Л (рис. 12-2) максимальному току /к. макс соответствует минимальное коллекторное напряжение U, а максимальному напряжению t/. макс - минимальный коллекторный ток / с-Из рис. 12-2 получаем зависимости:

к. макс t/ т макс ~Ь к В к. макс ~ р; -j- /к С-

(12-4а) (12-46)

Значения U,

акс Н /к.макс НС ДОЛЖНЫ ПреВЫШЗТЬ СООТВСТСТ-

вующих допустимых значений. Тогда, полагая Ub < к.доп

he < к. доп. ЧТО всегда оправдано, приходим к следующим ограничениям для максимальных амплитуд :

т макс 2 к. доп> (12-5а)

ктмакс< 2 к. ДОП- (12-56)

Руководствуясь соотношениями (12-5), а также формулами (12-1), выбирают максимальные амплитуды для получения необходимой мощности Рн.макс- После этого сопротивление можно найти из формулы

(12-6)

к m макс

а необходимый коэффициент трансформации выходного трансформатора - из формулы

п2 = УНЖ. (12-7)

Мощность, отдаваемая источником питания, равна:

PoEJka (12-8)

и не зависит от значения сигнала. Разделив (12-2) на (12-8), получим к. п. д. коллекторной цепи:

r]K = 4--F7- (12-9)

к кА

При максимальном сигнале и соблюдении условий Ставке ~ кЛ и t/ктмакс ~ к (т. е. IC < /ктмакс И /аГ! + UB <

Ккт макс) максимальный к. п. д. Цк оказывается близким к предельному значению 50% и практически может составлять до 40- -45%. Общий к. п. д. каскада щ [с учетом потерь в выходном трансформаторе и особенно в цепи смещения (Е, R)] значительно меньше указанной величины: обычно щ = 30 35%.

Перейдем к оценке максимальной мощности Рн. макс- Перемножив правые и левые части выражений (12-5) и учитывая (12-2), легко получить:

Рн. макс g K. дспк. ДОП (12-10)

Однако максимальная мощность ограничена не только допустимыми током и напряжением, но и допустимой мощностью рассеяния на коллекторе Pg доп, причем это ограничение в ряде слу-

Следует напомнить, что допустимый ток транзистора ограничен, н е з а -в и с и м о от допустимого напряжения и допустимой мощности и что совмещение предельных режимов (в данном случае по напряжению и току) не разрешается из соображений надежности. Иначе говоря, оба неравенства (12-5) должны выполняться с достаточным запасом (на 20-30%). Значения Ск.доп и к.доп должны соответствовать максимальной рабочей температуре.