1.4. Оконечный каскад с трансформаторным выходом

Такого рода усилители применяют при необходимости обеспе­чить гальваническую развязку каскадов или для получения значи­тельного коэффициента усиления по мощности при минимальных нелинейных искажениях сигнала. В частности такие усилители ши­роко распространены в линейных системах многоканальной связи.

Рис. 11.

Д ля их построения используют схему ОЭ, работающую в режи­ме класса А. При этом последовательно с коллектором транзистора включается первичная обмотка трансформатора, а нагрузка под­ключается к его вторичной обмотке (рис. 11.). Поэтому сопротив­ление постоянному току в коллекторной цепи относительно мало, а статическая линия нагрузки ЛН⁼ проходит почти вертикально че­рез точку, лежащую на оси абсцисс U_кэ ≈ Е (рис. 11.). Динамиче­ская линия нагрузки ЛН^~ обязательно проходит через точку покоя под углом α (см. раздел 1.2.1).

С

Рис.12.

уществует некоторое оптимальное значение эквивалентного сопротивления R_к~.опт, при котором ψ→1 и ξ→1. Тогда максимально используются усилительные качества выбранного транзистора, а к.п.д. каскада стремится к предельному значению η_к = 0,5.

Поэтому, с целью повыше­ния коэффициентов использо­вания тока и напряжения точ­ку покоя выбирают с коорди­натами

. (54)

Максимальная мощность будет передаваться в нагрузку при выполнении условия R_вык.к= R_н (см. формулу 25). Выше было показано, что выходное сопротивление каскада ОЭ определяется сопротивле­нием коллекторного резистора. В трансформаторном каскаде экви­валентное сопротивление коллекторной цепи транзистора перемен­ному току R_к~ и сопротивление нагрузки Кн связаны выражением

, (55)

где r₁ и r₂ - омическое сопротивление первичной и вторичной об­моток трансформатора;

n= w₁/w₂ - коэффициент трансформации.

Поскольку r₁ и r₂ значительно меньше R_н, то в практических расчетах ими обычно пренебрегают и

, (56)

тогда коэффициент трансформации

. (57)

Из формулы (57) следует, что можно добиться оптимального согласования каскада с нагрузкой соответствующим выбором ко­эффициента трансформации. Поскольку линии нагрузки по посто­янному и по переменному току пересекаются в одной точке, то эквивалентное сопротивление коллекторной цепи для оптимальных условий согласования R_{к~ опт} определяется как

. (58)

Подставляя R_{к~ опт} в формулу (57) и, учитывая при этом соотношения (54), окончательно получаем

. (59)

Из графика (рис. 12) видно, что максимальное напряжение на коллекторе транзистора получается почти вдвое больше напряже­ния источника питания. Это объясняется свойством трансформатора запасать электромагнитную энергию, а при уменьшении тока воз­вращать ее в виде ЭДС самоиндукции. Поэтому транзисторы сле­дует выбирать, учитывая соотношение

. (60)

Коэффициент полезного действия каскада η складывает­ся из к.п.д. коллекторной цепи и к.п.д. трансформатора. С учетом выражения (29) можно записать

, (61)

где η_тр - к.п.д. трансформатора, который выбирается в зависимо­сти от мощности усилителя из таблицы 1.4.1.

Таблица 1.4.1

Рн [вт]	0,1	0,1...1	1...10	10...100
ηтр	0,65	0,65...0,75	0,75...0,85	0,84...0,93

Полезная мощность, выделяющаяся в нагрузке

, (62)

где Р_вых - выходная мощность каскада,

тогда, учитывая (29) и (30), мощность, рассеиваемая транзистором

. (63)

Коэффициент усиления по напряжению определяется с учетом коэффициента трансформации

. (64)

В выходной цепи усилителя мощности протекают значительные токи, поэтому для уменьшения мощности потерь на резисторе R_э в соотношении (6) используют минимальный эмпирический коэффи­циент.