На рис. 141, а приведена частотная характеристика трансформаторного усилителя, а на рис. 141, б упрощенная приведенная схема трансформаторного усилительного каскада. В этой схеме R'i = Rii+ r1 + r'2 т. е. влияние сопротивлений r1 и r'2 на работу каскада учтено путем некоторого увеличения Ri (до значения R'i). Точно так же С = С22+ С1 и Ls = Ls1 + Ls2.
В области средних звуковых частот индуктивность первичной обмотки трансформатора L1 и емкость С на прохождение сигнала не влияют, ввиду их большого сопротивления, а индуктивностью рассеяния Ls можно пренебречь, так как ее сопротивление на средних частотах остается достаточно малым. Тогда
 |
Рис. 141. Частотная характеристика (а) и эквивалентные схемы трансформаторного усилительного каскада: б — упрощенная; в — на нижних частотах; г — на верхних частотах. |
Если шунтирующее сопротивление Rш отсутствует (т. е. Rш = ∞) или много больше R'i, то
Кср≈n μ
В области нижних звуковых частот, анализируя влияние элементов эквивалентной схемы на прохождение сигнала, можно пренебречь малым сопротивлением индуктивности рассеяния Ls и большим сопротивлением емкости С. Тогда эквивалентная схема каскада принимает вид, показанный на рис. 141, в, и
Величину U'вых можно найти, воспользовавшись теоремой об эквивалентном генераторе:
Так как
то
где
Отсюда
(239)
Из формулы (239) видно, что коэффициент усиления иа нижних частотах меньше Кср, с уменьшением частоты падает и тем выше, чем больше L1.
Частота, на которой коэффициент усиления падает до Кн = 0,707Кср, называется частотой среза. Ее можно определить, воспользовавшись формулой (239), из условия Rэ = ΩнL1:
Следует отметить, что реактивные элементы L1 и С образуют параллельный колебательный контур, резонансная частота которого Ωн.р = 1/√L1C обычно находится в области нижних звуковых частот.
Поэтому на нижней резонансной частоте наблюдается подъем усиления, и коэффициент усиления Кн.р достигает величины, равной Kср.
Коэффициент частотных искажений на нижних частотах определяется по формуле
(240)
Воспользовавшись формулой (240), можно рассчитать индуктивность первичной обмотки трансформатора L1 при заданных Мн и Ωн.
В области верхних частот сказывается влияние индуктивности рассеяния Ls. Образующееся на ней падение напряжения возрастает с увеличением частоты. Поэтому выходное напряжение трансформаторного усилительного каскада с увеличением частоты падает.
Коэффициент усиления на верхних частотах определяется по формуле
(241)
У трансформаторного усилительного каскада с емкостной нагрузкой на частотную характеристику в области верхних частот, кроме индуктивности рассеяния Ls, влияет и емкость С. Эти реактивные элементы образуют последовательный колебательный контур, резонансная частота которого Ωв.р = 1/√LsC находится в области верхних звуковых частот. На частоте сигнала, совпадающей с частотой Ωв.р, возникает резонанс напряжений, что приводит к резкому увеличению напряжения U'вых. р.
Коэффициент усиления на верхней резонансной частоте можно определить исходя из эквивалентной схемы, приведенной на рис. 141, г:
Параллельное соединение емкости С и сопротивления Rш можно пересчитать в эквивалентное последовательное сопротивление r'ш = 1/Ω2в.рС2R'ш, которым вследствие его малости пренебрегаем.
(242)
Из формулы (242) следует, что чем больше индуктивность Ls и меньше емкость С, тем сильнее проявляется резонанс в области верхних звуковых частот. Влияние резонанса на верхних звуковых частотах больше, чем на нижних, так как Кв.р может превысить Кср, а Кн.р не может. На частотах выше верхней резонансной частоты частотная характеристика имеет крутой спад, поэтому практически полоса пропускания трансформаторного усилительного каскада ограничивается частотой Fв.р.
Выброс частотной характеристики будет тем меньше, чем меньше Rш, так как и r'ш, будет больше. При этом произойдет уменьшение коэффициента усиления на всем рабочем диапазоне. В условиях практики часто возникает необходимость вывести Fв.р за пределы рабочих частот усилителя (см. пунктир на рис. 141, а). Для этого применяют специальные конструкции трансформаторов, позволяющие уменьшить значения индуктивности рассеяния Ls и емкости С.
Трансформаторный каскад усиления дает большее усиление по сравнению с реостатным усилительным каскадом (однако коэффициент трансформации крайне редко превышает n = 2÷3), обладает малым выходным сопротивлением, позволяет получить симметричный выход, подъем усиления в области нижних и верхних частот, что в ряде случаев улучшает качественные показатели усилительного каскада. Поэтому, несмотря на большие габариты, вес и сложность ремонта, трансформаторный усилитель нашел широкое практическое применение в усилительных схемах.
