2.4 Усилители с трансформаторной связью

2.4.1 Однотактный усилитель с трансформаторной связью

Применение трансформаторной связи позволяет лучше согласовать усилительные каскады между собой, в результате увеличивается коэффициент усиления по мощности. Однако маломощные трансформаторы являются технологически сложными и дорогими устройствами, поэтому трансформаторные каскады применяются сравнительно редко.

Рис. 2.15 Однотактный трансформаторный каскад

Начальный режим (постоянный ток коллектора) задается резисторами R1, R2, R_Э, аналогично каскаду переменного тока с общим эмиттером. Емкость С1 шунтирует резистор R_Э для переменного тока. Трансформаторы будем считать идеальными с коэффициентами трансформации по напряжению .

Оценим коэффициент усиления по току.

Переменная составляющая тока базы равна .

Переменная составляющая тока коллектора равна .

Ток нагрузки равен .

Коэффициент усиления по току

. (2.31)

Коэффициенты трансформации n₁, n₂ обычно меньше единицы, соответственно коэффициент усиления по току больше .

Входное сопротивление каскада равно входному сопротивлению транзистора, приведенному к первичной обмотке трансформатора Т1

. (2.32)

Коэффициент усиления по напряжению

. (2.33)

Коэффициент усиления по мощности

. (2.34)

Если то коэффициент усиления по мощности больше, то есть больше, чем теоретически можно получить в каскаде сRC связями.

2.4.2 Двухтактный каскад с трансформаторной связью

Теоретический максимальный коэффициент полезного действия однотактного каскада не превышает 20%. В двухтактном каскаде максимальный коэффициент полезного действия теоретически равен 75%.

Рис. 2.16 Двухтактный трансформаторный каскад

Временные диаграммы токов и напряжений двухтактного трансформаторного каскада приведены на рис. 2.17.

Рис. 2.17 Временные диаграммы двухтактного трансформаторного каскада

Транзисторы работают в классе ВС, то есть в исходном состоянии транзисторы полностью закрыты и требуется некоторое напряжения на базе, чтобы перевести их на границу активной области.

Входной трансформатор Т1 формирует два противофазный напряжения на базах транзисторов. Транзисторы работают по очереди, каждый в своем такте. Коллекторные токи суммируются так же в противофазе, что обеспечивает восстановление исходной формы сигнала.

Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью входных характеристик транзисторов, что ведет к появлению горизонтальных участков в токе нагрузки. В реальных схемах создается дополнительное начальное смещение, которое переводит работу транзисторов в класс В.

Каскад используется как усилитель мощности. Недостатком каскада, кроме нелинейных искажений, является необходимость обеспечивать полную идентичность транзисторов VT1 и VT2.

2.5 Нелинейные искажения в усилительных каскадах

2.5.1 Нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью входной характеристики транзистора

При достаточно больших сигналах (обычно в усилителях мощности) начинают сказываться нелинейности транзистора. На рис. 2.18 показано, как нелинейность входной характеристики транзистора приводит к появлению нелинейных искажений базового тока транзистора

Рис. 2.18 Искажение базового тока входной характеристикой транзистора

и - начальные значения напряжения и тока базы. При синусоидальном входном напряжении, входная характеристика сжимает нижнюю полуволну и растягивает верхнюю полуволну. Для снижения этого эффекта на входе усилителя включают активное сопротивлении, которое делает входную характеристику каскада более линейной, но ведет к снижению коэффициента усиления по напряжению.