1.5 Схемотехнические решения мощных усилительных каскадов

Усилители мощности на транзисторах одной проводимости.

При питании каскада от двух источников , и, имеющих общую точку, нагрузка включается между точкой соединения эмиттера и коллектора транзисторов,и общей точкой источников питания. Режим работы транзисторов обеспечивается делителями,,и. Управление транзисторами осуществляется противофазными входными сигналамии, для получения которых предыдущий каскад должен быть фазоинверсным.

Принцип работы каскада, изображённого на рисунке 8, состоит в поочередном усилении полуволн входного сигнала. Если в первом такте отрицательную полуволну усиливает транзистор , при этом транзисторзаперт положительной полуволной, то во втором такте вторая полуволна сигнала усиливается транзисторомпри закрытом транзисторе.

При питании каскада от одного источника нагрузка подключается через разделительный электролитический конденсатордостаточно большой емкости.

Рисунок 1.7. Усилитель мощности на транзисторах одинаковой проводимости с биполярным питанием.

Принцип работы схемы заключается в следующем. При отсутствии иконденсаторзаряжен до напряжения. Именно при таком напряжении на конденсаторе наступает режим покоя. В такте работы (открытого состояния), по нагрузкетечет ток, который дозаряжает конденсатор. В такте работы, конденсатор разряжается, и по нагрузкетечет ток. Таким образом, на нагрузке реализуется биполярный сигнал.

В рассмотренной схеме транзистор вкючён по схеме с OK, а- по схеме ОЭ. Поскольку при этих двух схемах включения транзисторы имеют различные коэффициенты усиления по напряжению, то без принятия дополнительных мер получается асимметрия выходного сигнала. Уменьшения асимметрии сигнала, можно достичь соответствующим выбором коэффициентов усиления по двум выходам предыдущего фазоинверсного каскада или применением отрицательной обратной связи, охватывающей выходной и предвыходной каскады.

Усилители мощности на транзисторах разной проводимости.

На рисунках 5 и 7 изображены схемы усилительных каскадов на транзисторах различной проводимости с питанием от двух источников (возможна реализация схемы с однополярным питанием). При использовании в этой схеме комплементарных пар транзисторов типов n-p-n и p-n-p отпадает необходимость в подаче двух противофазных входных сигналов. При положительной полуволне сигнала открыт транзистор и закрыт, при отрицательной полуволне, наоборот, открыти закрыт. В остальном работа схем аналогична работе каскада с транзисторами одинаковой проводимости (рис. 8). Отличительной особенностью является то, что коэффициент усиления каскада по напряжению всегда меньше 1, а выходной сигнал имеет меньшую асимметрию, так как оба транзистора включены по одинаковой схеме с ОК.

1.6 Избирательные усилители

Избирательными (селективными) называются усилители, полоса пропускания которых сужена для отделения сигналов в нужной полосе частот от сигналов, помех или шумов других частот. Вне этой полосы усиление резко падает.

По принципу действия и схемному выполнению избирательные усилители можно разделить на:

1. Резонансные, частотная характеристика которых имеет вид резонансной кривой. Нагрузкой выходной цепи усилительного элемента обычно является параллельный резонансный контур. Применяют при частотах сигнала порядка десятков килогерц и выше (так как на низких частотах увеличивается необходимая индуктивность контура).

2. Полосовые, усиление которых почти постоянно в узкой полосе частот и резко падает за её пределами.

3. Усилители с частотнозависимой обратной связью. Применяют при частотах сигнала порядка килогерца и ниже.

Требования к избирательным усилителям зависят от их конкретного назначения, но в основном сводятся к следующим:

- коэффициент усиления должен быть достаточно большим, а усилитель должен обеспечивать необходимую избирательность при достаточной ширине полосы пропускания;

- искажения сигналов не должны превышать допустимой величины; усилитель должен работать устойчиво, т. е. не должен самовозбуждаться и иметь параметры, мало меняющиеся в процессе эксплуатации;

- диапазонные усилители должны обеспечивать настройку на любую частоту в пределах заданного диапазона. При этом их качественные показатели во всем диапазоне должны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям.

Избирательные усилители характеризуются избирательностью, обычно выраженной в децибелах:

d _[дБ]=20 lg (K₀ / K)

где К₀-коэффициент усиления на резонансной частоте;

К — коэффициент усиления при заданной расстройке.

Об избирательных свойствах усилителя и его полосе пропускания удобно судить по резонансной характеристике усилителя, представляющей собой график зависимости отношения коэффициента усиления К при расстройке к коэффициенту усиления К₀ при резонансе от частоты (рис. 1).

Рассмотрим рабочую схему узкополосного (резонансного) усилителя на основе ОУ (рис. 10). Усиление определяется отношением Rос/R1. Однако частотой максимального усиления в данном случае является резонансная частота LC-контура. Емкость С и индуктивность L образует параллельный резонансный контур, который задерживает сигналы резонансной частоты. Поэтому на резонансной частоте существуют минимальная отрицательная обратная связь и, следовательно, максимальное усиление.

Рис 1.9. Схема резонансного усилителя на основе ОУ

Наиболее распространена схема избирательного усилителя с двойным Т-образным RC-мостом, включаемым в цепь отрицательной обратной связи: чем больше усиление устройства, охваченного мостом, тем уже полоса пропускания схемы, т.е. тем выше её избирательность.

Схема избирательного усилителя с 2Т-мостом эквивалентна резонансному каскаду, имеющему добротность Q=K/4, где К- коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Для увеличения эквивалентной добротности избирательной системы можно цепью отрицательной обратной связи через 2Т-мост охватывать несколько каскадов усиления.

Варианты реализации такой схемы:

Рисунок 1.10. Избирательный двухтактный усилитель с 2Т-мостом.

Для повышения сопротивления нагрузки транзистор включён с общим коллектором и последовательно с источником сигнала введено дополнительное сопротивление.

Рисунок 1.11. Избирательный усилитель с 2Т-мостом, включённым в цепь ООС операционного усилителя.

В схему на рисунке 12 включена вещественная ООС (резистор R_ос), обеспечивающая получение требуемого коэффициента усиления.

Для обеспечения высокой избирательности двойного Т-моста необходимо обеспечить режим работы моста по выходу, близкий к холостому ходу, а сигнал подавать от источника с малым внутренним сопротивлением (т. е. его следует включать в усилитель между эмиттерными повторителями входного и выходного каскадов). Важную роль играет также точность выбора сопротивлений и емкостей 2Т-моста: при чрезмерном разбросе параметров нарушается требуемый режим работы усилителя.