Cхемотехника аналоговых электронных устройств. Лекция 12

На предыдущей лекции №11
«Методики измерения и оценки параметров АЭУ образцов радиотехнических систем»
Были рассмотрены:
1.Методики измерения параметров аналоговых электронных устройств.
2. Методики измерения характеристик аналоговых электронных устройств.

Структура дисциплины в 4 семестре обучения
Всего на дисциплину учебным планом отводится 3 зачетные единицы

Содержание темы 2 «Схемотехника резисторных усилительных каскадов образцов радиотехнических систем»

Тема №2
Схемотехника резисторных усилительных каскадов образцов радиотехнических систем
Лекция №12:
«Схемотехника оконечных каскадов образцов радиотехнических систем»

Объекты профессиональной деятельности»

Оконечные каскады РЛС Гамма -ДЕ
Общий вид усилителя мощности АФАР РЛС PJIC 67Н6Е
Схема АФАР PJIC 67Н6Е
Схема усилителя мощности АФАР РЛС PJIC 67Н6Е
Внешний вид АФАР РЛС PJIC 67Н6Е

Формируемые компетенции:
способностью учитывать в профессиональной деятельности современные тенденции развития электроники (ОПК-7);
способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию в сфере профессиональной деятельности, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ОПК-9);
способностью проводить сбор, обработку, анализ, систематизацию научно-технической информации, анализировать отечественный, зарубежный опыт в сфере профессиональной деятельности (ПК-11).
В результате обучения по дисциплине курсант должен:
а) в соответствии с требованиями ПООП
ЗНАТЬ:
основы схемотехники аналоговых электронных устройств;

Цель лекции:
дать режимы работы и параметры оконечных каскадов;
раскрыть типовые схемы и принцип функциониро-вания оконечных каскадов.

Учебные вопросы
1. Режимы работы и основные параметры оконечных каскадов.
2. Типовые схемы и принцип функционирования однотактных и двухтактных оконечных каскадов.

Дополнительная
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. (Полный курс). Учебник для ВУЗов. М: Горячая линия -Телеком 2000, 262-275,297-299. (Л.1/д)
Литература
Основная
Павлов В.Н. Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых элек-тронных устройств. Учебник для ВУЗов М: Горячая линия –Телеком, 2001 с. 138-151 (Л.1/о)
Хаперский А.В. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учебное пособие. [Электронный ресурс].Учебное пособие. Тверь: ВА ВКО, 2016. URL:htpp://ibook. academy.org/# Эл.2/о.м.1.4.1, м.1.4.2.

Проверка готовности курсантов к занятию

Вопрос 1
Режимы работы и основные
параметры оконечных каскадов

Оконечный каскад (ОК) -это усилитель, который обеспечивает необходимую мощность выходного колебания на нагрузке усилителя.
В режиме А исходное положение рабочей точки выбирают на середине рабочего участка линии нагрузки (точка А), Особенность режима: усилит. элемент не входит в режимы отсечки и ограничения.
Основными режимами работы оконечных каскадов являются ре- жимы А, В и АВ.
IК.0
IБ.0
UКЭ.0

В режиме В положение Р.Т. выбирают на границе режима отсечки (точка В).
В
А
А
Особенность режима:
в положительных полупериодах UВХ усил.элемент не входит в режим ограничения и нелинейные искажения отсутствуют;
в отрицательных полупериодах усил.элемент оказывается в режиме отсечки, что приводит к нелинейным искажениям.

Режим АВ занимает промежуточное положение между режи-мами А и В (точка АВ).
Особенность режима: меньшие нелинейными искажениями, чем режим В.
Режим D -ключевой режим, при котором на вход усилителя подаются импульсы полностью отпирающие или запирающие усилительный элемент.
В
А
А
АВ

Основными параметрам оконечных каскадов являются:
коэффициент усиления мощности КР ;
выходное сопротивление RВЫХ ;

1) Обеспечение высокого КПД
Наименьшим значением КПД характеризуется режим А (η≤50%), а наибольшим -режим В (η≤ 78,5%).
Основные требования к оконечным каскадам:
2) Получение максимальной мощности в нагрузке
Условием получения максимальной мощности в нагрузке
RВЫХ. ОК=RН .
3) Обеспечение минимальных нелинейных искажений
Использование линейного участка линии нагрузки.

Выводы по первому вопросу:
1. В оконечных каскадах применяются режимы работы А, В или АВ, отличающиеся исходным положением рабочей точки, значением КПД и уровнем нелинейных искажений.

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ И ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОДНОТАКТНЫХ ОКОНЕЧНЫХ КАСКАДОВ
Вопрос 2

Трансформаторные оконечные каскады обычно используются при работе на низкоомную нагрузку, обеспечивая RВЫХ = RН .
Назначение элементов
VT – усилительный элемент
СР – разделительный конденсатор, для развязки входа каскада по постоянному току
R1,R2 – резистивный делитель напряже-ния, для задания режима по постоянному току
Тр – трансформатор коллекторной нагруз-ки, для развязки выхода каскадов по пос-тоянному току
UП – источник питания
СЭ ,RЭ – цепь эмитетрной стабилизации. Rэ создает в каскаде последовательную ООС по току. Сэ устраняет эту ООС на переменном токе блокируя Rэ на переменном токе
Однотактный каскад усиление - усилитель осуществляющий усиление одним усилительным прибором.

Принцип действия однотактного оконечного каскада
Iб.0
Uбэ.0
Iк.0
При Uвх=0
⇒ Iк.0 =const
⇒ Ф=const
⇒евз=0
⇒Iн=0
⇒Uвых=0
При Uвх≠0
⇒ Iк.0 =var
⇒ Ф=var
⇒евз≠0
⇒Iн≠0
⇒Uвых≠0

Недостатки однотактного трансформаторного каскада
1. Низкий КПД.
2. Постоянное подмагничивания сердечника трансформатора током Iк.0 приводит к нелинейным искажениям сигнала
Оконечные каскада при работе на высокоомную нагрузку
Каскад с общим эмиттером
Каскад с общим истоком

Бестрансформаторный однотактный ОК при работе на низкоомную или емкостную нагрузку
.
Эмиттерный повторитель
Истоковый повторитель

Двухтактный каскад - каскад из двух половин, называемых пле-чами и напряжение на нагрузке получают путем взаимного вычитания выходных колебаний плеч.
Т1 -входной трансформатор разделительная цепь, обеспечивающая противо-фазность напряжений UБЭ1 и UБЭ2.
Назначение элементов
R1,R2 – резистивный делитель напряжения, для задания режима по постоянному току
Т2 – выходной трансформатор, для развязки выхода каскадов по постоянному току

Iк1
Принцип действия двухтактного оконечного каскада
UВХ=0
Iк2
Iб1
Iб2
При Uвх=0
⇒ Iк.1,2 =const
⇒ Ф=const
⇒евз=0
⇒Iн=0
⇒Uвых=0
VT1 больше открывается
VT2 закрывается
При Uвх≠0
⇒ Iк.1↑ Iк.2↓
⇒ Ф=var
⇒евз≠0
⇒Iн≠0
⇒Uвых≠0
VT2 больше открывается
VT1 закрывается

Достоинствами двухтактного трансформаторного каскада:
являются высокий КПД;
отсутствие постоянного подмагничивания сердечника транс-форматора Т2.
Недостатки двухтактных трансформаторных каскадов:
необходимость обеспечения симметрии его плеч;
большие габариты и масса.

VT1 – усил. каскад ОЭ с фиксирован-ным напряжением базы;
VT2,VT3- комплементарная пара транзисторов по переменному току включены по схеме ОК, образуя двухтактный ЭП с сопротивлением RН.
Схема бестрансформаторного оконечного каскада
RЭ – резистор эмиттерной стабилиза-ции, создающий ООС по постоянному току;
СЭ – конденсатор шунтирующий RЭ по переменному току;
RН – резистор нагрузки каскада.
VD- диод создает смещение между базами VT2 и VT3 и обеспечивает температурную стабилизацию этих транзисторов.
RБ1,RБ2 –делитель задающий режим по постоянному току;
Назначение элементов
С – конденсатор -источник питания VT3, для снижения частотных искажений на НЧ.
RК-резистор коллекторной нагрузки каскада с ОЭ;
СР – разделительный конденсатор для развязки оконечного каскада по постоянному току;

+
−
В исходном состоянии VT1 и через него протекает ток коллектора.
Принцип действия бестрансформаторного ОК
Токи IК1= IК2, но за счет конденсатора С ток IН =0 и UВЫХ.0=0.
VT2 и VT3 на грани отсечки (режим В).
За счет падения напряжения на открытом диоде

Принцип действия бестрансформаторного ОК
В положительном полупериоде UВХ VT1 закрывается (VК1↓),
+
−
С заряжается по цепи +UП→⊥→RН→С →VT2→−UП
Ток заряда протекает через RН снизу вверх.
VT3- закрывается.
VT2- открывается и входит в активный режим

Принцип действия бестрансформаторного ОК
В отрицательном полупериоде UВХ VT1 открывается (VК1↑),
+
−
VT2 -закрывается.
VT3- активный режим
С становится источником UП для VT3и разряжается по цепи +С→RН→⊥→ VT3→−С
Ток заряда протекает через RН сверх вниз.

Схема бестрансформаторного ОК на МДП-транзисторах
Достоинствами бестрансформаторных ОК являются:
меньшие габариты и масса;
широкая полоса пропускания, меньшие частотные искажения;
малое выходное сопротивление.

В современной РЭА предпочтение отдается бестранс-форматорным двухтактным каскадам, которые при тех же положительных качествах, что и трансформаторные двухтактные каскады, характеризуются меньшими габаритами, массой и более широкой полосой пропускания .
Вывод по второму вопросу: