ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ 1 БАЗОВЫЕ СХЕМЫВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ, РАБОТАЮШИЕ В РЕЖИМАХ ИЛИ

Выходные каскады 1. Слайд 1. Всего 18.
ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ 1
БАЗОВЫЕ СХЕМЫВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ, РАБОТАЮШИЕ В
РЕЖИМАХ В ИЛИ АВ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 2. Всего 18.
Полумостовые выходные каскады
В этих схемах нагрузка включается в диагональ моста, образованного
двумя усилительными элементами (обычно составными транзисторами) и
двумя источниками питания (биполярное питание).
VT1
u1(+)
u1(-)
Автор Останин Б.П.
выход
VT2
UП1
iH(+)
iH(-)
RH
UП2
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 3. Всего 18.
Частные схемы включения не составных выходных каскадов
+UП1
VT1
iH(+)
выход
iH(+)
выход
ОК, ОК
iH(-)
-UП2
VT1
+UП1
VT2
+UП1
iH(+)
выход
ОЭ, ОК
ОК, ОЭ
iH(-)
iH(-)
Автор Останин Б.П.
-UП2
VT1
iH(+)
VT2
ОЭ, ОЭ
iH(-)
VT2
выход
+UП1
VT1
-UП2
VT2
-UП2
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 4. Всего 18.
Мостовые выходные каскады
Мостовая схема получается из двух полумостовых. В каждом из плеч
можно использовать любую из вышеприведённых схем.
VT1
iH(+)
iH(-)
VT3
+UП1
RH
VT2
iH(-)
iH(+)
VT4
-UП2
Работают транзисторы попарно: когда открыты транзисторы VT1 и VT4,
транзисторы VT2 и VT3 должны быть закрыты; и наоборот, когда открыты
транзисторы VT2 и VT3, транзисторы VT1 и VT4 должны быть закрыты.
Проследите пути тока в каждый полупериод.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 5. Всего 18.
Управляющие напряжения с необходимыми фазовыми
соотношениями подаются от согласующих каскадов.
VT1
iH(+)
iH(-)
VT3
+UП1
RH
U1
VT2
iH(-)
iH(+)
VT4
-UП2
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 6. Всего 18.
Энергетические соотношения в полумостовых выходных каскадах
VT1
UП1
uКЭ1
u1(+)
RH
u1(-)
uH
uКЭ2
iH
UП2
VT2
У выходных каскадов нас, прежде всего, интересует коэффициент
полезного действия.
Рассмотрим связь мощности в нагрузке рН с напряжениями питания UП1 = UП2
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 7. Всего 18.
Рассмотрим связь мощности в нагрузке рН с напряжениями питания UП1 = UП2, а
затем доберёмся и до  (КПД.)
VT1
UП1
uКЭ1
u1(+)
RH iH
u1(-)
u
uКЭ2
UП2
H
VT2
Возьмем наиболее тяжёлый в энергетическом смысле случай, когда сигнал
меняется очень медленно.
Согласно второму закону Кирхгофа для верхнего и для нижнего контуров
uH
()
 U П1  u КЭ1
uH
( )
 U П 2  u КЭ 2
Мощность PH в нагрузке RH принимает максимальное значение, когда
падением напряжения между коллектором и эмиттером uКЭ можно
пренебречь. Тогда можно принять, что
uH
Автор Останин Б.П.
()
max
 uH
()
max
 U П1  U П 2
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 8. Всего 18.
Мощность одного плеча, например верхнего, в нагрузке будет максимальна
p H max  u H
()
U П1 U П2 1

max i H  U П 1i H  U П 1
RH
RH
Аналогично и для второго плеча
Следовательно при условии, что UП = UП1 = UП2, максимально возможное
значение мощности не может превышать
p H max
U П2

RH
При усилении синусоидальных сигналов
Средняя мощность PH  U H I H
t
2
PH


P0
Автор Останин Б.П.

0
t
2
2
2
U Hm I Hm RH I Hm
U Hm




2
2 RH
2
2
U Hm sin( t )2 dt
RH
U Hm sin( t )
0 RH U П dt

U Hm
4U П
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 9. Всего 18.
t
2
P
 H 
P0

0
t
2
U Hm sin( t )2 dt
RH
U Hm sin( t )
0 RH U П dt

U Hm
4U П
В предельном случае при
U Hm  U П имеем  max  0,785 т.е.  max  78,5%
Следовательно даже при максимальном КПД (78,5%) потери мощности в
транзисторе составляют: 100 – 78,5 = 21,5%. Обычно КПД меньше
максимального. Допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе
транзистора выбирается из условия
PК ДОП
Автор Останин Б.П.
PH

4
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 10. Всего 18.
Энергетические соотношения в мостовых выходных каскадах
В мостовых выходных каскадах амплитуда переменного напряжения
на нагрузке в два раза больше, чем в полумостовых.
U H max  U П  U П1  U П 2
Поэтому при одинаковом напряжении питания такой каскад способен
отдать в нагрузку в четыре раза большую мощность (для
синусоидального сигнала).
PH max 
U m2 max
2 RH

(U m max H ) 2
2 RH

4U m2 max H
2 RH
 4 Pm max H
Um max п - максимальная амплитуда переменного напряжения на нагрузке
у полумостового каскада
PH max п - максимальная мощность полумостового каскада
Это главное достоинство мостовых каскадов. Особенно при малых напряжениях
питания.
КПД мостовых каскадов не выше, чем у полумостовых (  78,5%).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 11. Всего 18.
Амплитудные характеристики выходных каскадов
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 12. Всего 18.
+UП1
VT1
Таким образом, в схеме ОК, ОК имеется
зона нечувствительности 1,2 В. Чтобы
уменьшить зону нечувствительности
(или даже совсем убрать), необходимо
между базами транзисторов ввести
напряжение UБ1, Б2 ≈ 1,2 В.
iH(+)
RH
uВХ
iH(-)
VT2
iH
uH
-UП2
UH, IH
ВАХ VT1
-UВХ
+UВХ
≈ 0,6 В
≈1,2 В
ВАХ VT2
Автор Останин Б.П.
Идеальная ВАХ
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 13. Всего 18.
Схема ОК, ОК
UБ1
+UП1
VT1
iH(+)
RH
uВХ
I0
UБ2
iH(-)
VT2
iH
uH
-UП2
Введение напряжения UБ1, Б2 ≈ 1,2 создаст начальное смещение
входных характеристик транзисторов и приведёт к появлению
тока покоя I0 (сквозного тока). Сквозной ток сильно зависит от
напряжения UБ1, Б2 , поэтому необходима его стабилизация.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 14. Всего 18.
Схема ОЭ, ОЭ
+UП1
UВХ1
iH(+)
VT1
VT2
UВХ2
RH
I0
iH(-)
iH
uH
-UП2
У полумостовых схем с коллекторным выходом (ОЭ, ОЭ)
амплитудная характеристика имеет такой же вид, что и в схеме
ОК, ОК. Io сквозной ток. У схем ОЭ, ОЭ для линеаризации
амплитудной характеристики тоже необходимо создать
начальное смещение эмиттерно-базовых переходов, а также
решить задачу стабилизации тока покоя.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 15. Всего 18.
Базовая схема стабилизации тока покоя на основе диодов
R1
+UП1
1
VD1
iД
VT1
R3
RH
iH
UБ1, Б2 = UСМ
uВХ
R4
VD2
2
iH(+)
R2
uH
I0
iH(-)
VT2
-UП2
Считаем, что эмиттерно-базовые p-n переходы транзисторов VT1 и VT2, и диоды
VD1 и VD2 имеют одинаковые ВАХ. Тогда можно записать (по второму закону
Кирхгофа, т.е. по закону Кирхгофа для напряжений)
U Д 1  U Д 2  U БЭ1  U БЭ 2  R3 I 0  R4 I 0
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 16. Всего 18.
U Д 1  U Д 2  U БЭ1  U БЭ 2  R3 I 0  R4 I 0
U
Формула тока через p-n переход (ток через диод)
I Д  I S  (e T  1)
U - напряжение на p-n переходе (на каждом эмиттерно-базовом p-n переходе
транзисторов VT1 и VT2, и напряжение на каждом из диодов VD1 и VD2);
Т = 0,025 В - температурный потенциал;
IS - ток насыщения (тепловой ток).
Решив формулу для тока относительно напряжения на p-n переходе, получим
U  U S  T ln
IД
IS
Подставив полученную формулу в верхнюю формулу получим при R1=R2=RЭ
 T ln
IД
I0
 RЭ I 0
Если увеличить число диодов до n, то ток I0 может превышать ток IД.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 17. Всего 18.
Зависимость тока I0 от RЭ
I0
IД
0
RЭ = R3 = R4
(n  2)U X  2 RЭ I 0  2T ln
IД
I0
 n  T ln
IД
I0
В общем случае, если известна величина напряжения между базами
транзисторов, то ток покоя (сквозной ток I0) определяется из соотношения
U Б1, Б 2  2U X  2T ln
Автор Останин Б.П.
IД
I0
 R3 I 0  R4 I 0
Конец слайда
Выходные каскады 1. Слайд 18. Всего 18.
Вместо диодов можно применять диодно-транзисторные структуры
1
1
IД
IД
R1
VT1
VT1
VT2
R2
R1
2
2
UСМ ≈ 1,3 В ≈ UБ1, Б2 (К140УД7)
U СМ  U БЭ (1 
U Б1
)  U Б1, Б 2
U Б2
Путём регулирования R1 (R2) можно установить I0 на заданном уровне.
Обычно I0 = (0,01…0,05) IН max.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда