МІЖКАСКАДНІ ЗВ’ЯЗКИ. ОДНОТАКТНИЙ ТРАНСФОРМАТОРНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ ПОТУЖНОСТІ

Підсилювачами потужності (потужними або вихідними каскадами) називаються підсилювальні каскади, які забезпечують отримання в пристрої навантаження максимальної потужності підсиленого сигналу.

Основна особливість роботи вихідних каскадів – високий рівень сигналу.

Пристроями навантаження підсилювачів потужності є обмотки елетродвигунів, реле, гучномовці і інші елементи єлектричних ланцюгів, які мають порівняно невеликі опори (одиниці і десятки Ом).

На практиці зустрічаються каскади потужного підсилення з вихідною потужністю від мілліватт до сотень кіловат. Потужні каскади, як правило, вихідні, розраховують по заданих значеннях R_Н і Р_Н. Щоб оцінити, яку потужність повинен давати каскад попереднього підсилення, розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за потужністю К_Р.

Потужний вихідний каскад є основним споживачем енергії. Він вносить основну частину нелінійних спотворень і займає об'єм, порівнянний з об'ємом решти частини підсилювача.

Тому при виборі і проектуванні вихідного каскаду основну увагу звертають на можливість одержати найбільший к.к.д., необхідну вихідну потужність, малі нелінійні спотворення і габаритні розміри.

Отримання необхідної потужності в пристрої навантаження забезпечується перш за все вибором підсилювального елемента (транзистора)- тобто вибором робочого режиму підсилювального елемента, напруги живлення, опору навантаження вихідного ланцюга, зміщення у вхідному колі, амплітуди вхідного сигналу і інш.

Активні елементи в підсилювачах потужності можуть працювати в режимах А (однотактні), В або АВ (двотактні). При підсиленні прямокутних імпульсів постійної амплітуди найвигіднішим є режим Д.

У каскадах потужного підсилення можна використовувати будь-які підсилювальні елементи: транзистори, тріоди, тетроди або пентоди.

Спосіб розрахунку каскаду потужного підсилення залежить від схеми каскаду, типу використовуваного підсилювального елементу і режиму, в якому він працює.

Якщо один підсилюючий каскад не забезпечує потрібного рівня підсилення, то застосовують багатокаскадні підсилювачі. Структурна схема такого підсилювача зображена на рис.65.

Рисунок 65- Структурна схема багато каскадного підсилювача

Загальний коефіцієнт підсилення при цьому становить

                                        Ќ_заг = Ќ₁ Ќ₂ …Ќ_n.                                                                (1)

Для передачі сигналу від одного каскаду  багатокаскадному підсилювача до іншого, від джерела сигналу на вхід першого підсилювального елементу і від вихідного ланцюга останнього підсилювального елементу в навантаження застосовують різні схеми, звані схемами міжкаскадного зв’язку. Ці схеми одночасно служать і для подачі живлення на електроди підсилювальних елементів, а також для додання підсилювачу певних властивостей.

Існують наступні способи зв’язку між каскадами в агато каскадному підсилювачі: зв’язок через резистори і розділові конденсатори (зв’язок резистивно-ємнісний), безпосередній зв’язок (гальванічний), зв’язок за допомогою трансформаторів (трансформаторний) і за допомогою дроселів (дросельний).

Підсилювальні каскади можуть бути однотактними і двотактними, симетричними і несиметричними.

Однотактні каскади – це схеми підсилювальних каскадів, що містять один або декілька паралельно включених підсилювальних елементів, на вхід яких подають одну вхідну напругу сигналу, і з виходу яких знімають одну вихідну напругу. 

Двотактні каскади – симетричні

Це каскади, що містять два підсилювальні елементи або дві групи паралельно включенних підсилювальних елементів, що працюють на загальне навантаження, при цьому вихідні струми ПЕ рівні по величині і протилежні за полярністю, тобто при синусоїдальному сигналі зсунуті на 180^0.

Недоліки в порівнянні з однотактними:

Двотактактні каскади складніші однотактних і містять більше деталей.

Переваги:

- компенсація парних гармонік, що вносяться підсилювальними елементами, що дозволяє використовувати в двотактних каскадах економічні режими (режим В, що дає великий відсоток парних гармонік і тому не вживаний в однотактних схемах);

- компенсація перешкод і фону, що поступають на каскад від джерела живлення і інших джерел перешкод, що збільшує динамічний діапазон підсилювача і підвищує допустиму змінну складову напруги джерела живлення, що спрощує і здешевлює згладжуючі фільтри випрямлячів, що живлять двотактні схеми.

- компенсація струмів сигналу в дротах, що знижує паразитний міжкаскадний зв'язок через джерела живлення і, дозволяє спростити і здешевити розв'язуючі фільтри підсилювача.

- компенсація постійного подмагнічування осердя вихідного трансформатора, що дозволяє підвищити в ньому змінну складову магнітної індукції, що скорочує розміри, вагу і вартість трансформатора.

Двотактні схеми застосовують в транзисторних каскадах потужного підсилення (з вихідною потужністю 2-3 Вт и вище), в каскадах потужного підсилення широкосмугових підсилювачів і широкосмугових вихідних каскадах, що працюють на симетричне навантаження, коли використовування трансформаторів неможливе через обмежену смугу пропускання.

Найширшого використовування набули безтрансформаторні двотактні каскади на транзисторах.

Однотактні каскади підсилення потужності.

Трансформаторний каскад при відповідному коефіцієнті трансформації вихідного трансформатора може працювати з високим к.к.д. практично на будь-який по величині опір навантаження.

Трансформаторні каскади будуються за однотактною або двотактною схемами. Схема однотактного трансформаторного підсилювача потужності наведена на рис.66.

Рисунок 66 – Однотактний трансформаторний підсилювач потужності

У колекторне коло транзистора VT1 увімкнено первинну обмотку трансформатора TV1, вторинна обмотка якого підімкнена до навантаження R_н .

Вихідний трансформатор служить для узгодження опору навантаження з вихідним опором транзистора. Призначення решти елементів те ж саме, що і в попередніх схемах. Працює підсилювач у режимі класу А.

Недоліками наведеної схеми є :

- низький к.к.д.: η = 0,25…0,3;

- неможливість застосування економічних режимів АВ і В через неприпустимо великі нелінійні спотворення;

- відносно великі нелінійні спотворення, що вносяться транзистором;

- збільшення нелінійних спотворень через стале підмагнічування магнітопровода вихідного трансформатора;

- відносно великі частотні спотворення.