Бестрансформаторные выходные каскады

10.4.1 Выходные каскады в режиме класса В

Трансформаторные каскады хорошо зарекомендовали себя при работе на фиксированной частоте промышленной сети 50 или 400 Гц. При усилении сигналов в широкой полосе частот предпочтение отдается бестрансформаторным схемам выходных каскадов.

Простейший двухтактный выходной каскад в режиме класса В строится на транзисторах разного типа проводимости по схеме эмиттерного повторителя (рис. 10.3, а). При U _вх=0 оба транзистора закрыты и ток через нагрузку не протекает. В положительный полупериод, когда U _вх превышает напряжение отпирания транзистора VT 1, он переходит в линейный режим и U _вх повторяется на сопротивлении нагрузки R _н (ток протекает от источника + Е). Аналогичным образом в отрицательный полупериод U _вх повторя
ется на нагрузке R _н после отпирания транзистора VT 2 (ток протекает от источника – Е). Достоинство режима класса В – сравнительно высокий КПД. Он определяется соотношением , где – коэффициент использования напряжения источника питания, U _вых – амплитуда выходного синусоидального напряжения. Недостатком режима В являются большие нелинейные искажения U _вых, особенно заметные в момент перехода U _вх через нуль (характерная ступенька).

Аналогичный каскад при однополярном источнике питания показан на рис. 10.3, б. Делитель задает потенциал баз транзисторов VT 1, VT 2 на уровне Е/ 2. В положительный полупериод конденсатор С 2 подзаряжается через транзистор VT 1 и нагрузку, в отрицательный полупериод он частично разряжается через транзистор VT 2 и R _н. Обычно на конденсаторе устанавливается постоянная составляющая напряжения /2, которая при большой величине емкости конденсатора практически не меняется. В отрицательный полупериод (когда транзистор VT 1 закрыт) конденсатор С 2 выполняет роль источника питания. В положительный полупериод ток через нагрузку протекает под действием разности напряжений Е и .

 

10.4.2 Выходной каскад в режиме класса АВ

 

Схемы по рис. 10.3 обеспечивают лишь усиление по току. Амплитуда входного напряжения должна быть несколько больше требуемой амплитуды U _вых, т.к. коэффициент усиления по напряжению эмиттерного повторителя меньше единицы. Для уменьшения нелинейных искажений транзисторы выходного каскада переводят в режим АВ и обычно запитывают от каскада предварительного усиления, выполненного на транзисторе VT 1 по схеме с ОЭ (рис. 10.4). Необходимое для режима АВ начальное смещение выходных транзисторов VT 2 и VT 3 создается за счет падения напряжения на диодах VD 1 и VD 2. Каскад на VT 1обеспечивает усиление по напряжению, а выходной каскад на транзисторах VT 2, VT 3 – усиление по току. С ростом температуры уменьшается падение напряжения на диодах, что способствует температурной стабильности начального режима работы транзисторов VT 2, VT 3. Падение напряжения на диодах должно быть равно 2 U _ЭБ20. Если оно меньше, между диодами VD 1 и VD 2
можно включить подстроечный резистор.

 

Ток покоя выходных транзисторов выбирают порядка пяти процентов от максимального тока нагрузки

При этом среднее значение тока выходных транзисторов в номинальном режиме

Мощность, потребляемая выходным каскадом,

КПД выходного каскада .

Величину емкости разделительного конденсатора связи с нагрузкой C 2 по допустимому коэффициенту частотных искажений М_{С 2}на нижней граничной частоте f _н можно оценить следующим образом:

где – выходное сопротивление эмиттерного повторителя.

Резистор R _Э обеспечивает температурную стабилизацию режима работы транзистора VT 1. Падением напряжения на R _Э задаются небольшим, чтобы сохранить высокий КПД каскада. За счет резистора R _Э вводится последовательная ООС по постоянному току. Если блокировочный конденсатор С _Э не поставить, то она будет действовать и на переменном токе, увеличивая входное сопротивление каскада, но снижая коэффициент усиления по напряжению до величины . При наличии конденсатора С _Э отрицательная обратная связь на переменном токе отсутствует и коэффициент усиления по напряжению равен .

Для стабилизации режима работы выходных транзисторов резистор R 1 часто подключают не к источнику Е, а к общей точке эмиттеров VT 2 и VT 3. Тогда в усилителе действует на постоянном токе местная ООС по току за счет резистора R _Э и общая ООС по напряжению за счет резистора R 1. Но параллельная ООС по напряжению будет и на переменном токе. Она снизит величины входного и выходного сопротивлений каскада. Входное сопротивление усилителя в этом случае можно рассчитать по формуле .

Недостаток рассматриваемой схемы состоит в том, что максимально достижимая амплитуда переменного напряжения на коллекторе транзистора VT 1 заметно меньше половины напряжения источника питания Е, т.е. недостаточна для полной раскачки оконечных транзисторов. При их полной раскачке амплитуда напряжения на нагрузке максимальна и близка к Е /2, а требуемая амплитуда переменного напряжения на базах оконечных транзисторов больше, так как они включены по схеме эмиттерных пов-торителей. Остаточное напряжение на транзисторе VT 2, например, равно . Если уменьшить R _К, то упадет коэффициент усиления по напряжению, больший ток потребуется в рабочей точке транзистора VT 1 и труднее будет открыть VT 3. Остаточное напряжение на транзисторе VT 3 равно . Поэтому двойной размах напряжения на нагрузке меньше Е.