1.4.2.2 Двухтактный бестрансформаторный каскад на транзисторах разного типа

Каскад на двух транзисторах, имеющих электропроводность раз­ного типа - один р-п-р, а другой п-р-п (рисунок 1.37), представляет собой двухтактную бестрансформаторную схему с однотактным вхо­дом.

Принципиальным отличием её от предыдущей является то, что на базы обоих транзисторов подается один и тот же сигнал. Иначе говоря, возбуждение плеч производится параллельно и синфазно.

Плечи, как и в предыдущей схеме, от двух источников: Е₁ и Е₂ (либо от выпрямителя, имеющего среднюю точку выпрямленного напряжения Е = Е₁+Е₂).

Коллекторы транзисторов VT₁ и VT₂ подключаются к источ­никам электропитания, а эмиттеры соединяются вместе , между точ­кой их соединения и точкой соединения Е₁ и Е₂ (общим прово­дом) включается внешняя нагрузка Rн. Таким образом, сигнал пода­ётся между базой и коллектором каждого транзистора, а нагрузка включена между эмиттером и коллектором, так что оба транзистора работают по схеме с общим коллектором.

Постоянные составляющие коллекторных токов транзисторов проходят через нагрузку в противоположных направлениях и взаим­но компенсируются. Это позволяет считать, что питание транзисто­ров осуществляется последовательно от общего источника с суммар­ным напряжением Е.

87

Рисунок 1.37 - Двухтактная бестрансформаторный каскад на транзисторах

разного типа ( р-п-р и п-р-п )

Принцип работы схемы следующий. В положительный полупери­од сигнала транзистор VT₁ р-п-р закрыт, a VT₂ п-р-п открыт него ток в течение этого полупериода проходит через нагрузку и источник Е₂. В отрицательный полупериод закрывается VT₂ и открывается VT₁ ток которого проходит через Rн и источник Е₁. Таким образом транзисторы вместе создают в нагрузке обе полуволны сигнала.

Преимущество этой схемы по сравнению с каскадом, построенным на транзисторах одинаковой проводимости, обусловлены, во-первых, однотактным входом, во- вторых, включением транзисторов по схеме ОК.

Первое позволяет упростить предоконечный каскад, поскольку не требуется двух противофазных сигналов.

Включение транзисторов с общим коллектором позволяет полу­чить малое выходное сопротивление и малые нелинейные искаже­ния, а также большое входное сопротивление и высокую стабиль­ность работы. В двухтактной схеме выходное сопротивление полу­чается вдвое меньше R_вых каждого плеча, поскольку они работают на нагрузку параллельно. Это дает хорошее согласование выхода усили­теля и низкоомной нагрузкой.

Основные недостатки схемы - сложность подбора транзисторов разного типа с одинаковыми предельными параметрами (Р_к.пред, U_к.пред, I _к.пред). Особенно усложняется эта задача в каскадах большой мощности.

Схема ОК не дает усиления по напряжению, поэтому на вход нужно подать от предоконечного каскада большое напряжение сиг­нала - большое требуемого напряжения на нагрузке, кроме того, требуется большой ток базы, так что предоконечный каскад должен быть достаточно мощным.

88

При асимметрии токов покоя транзисторов VT₁ и VT₂ разност­ный постоянный ток проходит через нагрузку, увеличивая нелиней­ные искажения в громкоговорителе.

Асимметрию токов в нагрузке можно устранить, если последовательно с нагрузкой Rн включить разделительный конденсатор С_р. Вторым достоинством схемы является некоторое упрощение питающего устройства. Вариантом рассмотренной схемы является кас­кад на транзисторах разного типа с одним источником электропита­ния Е (рисунок 1.38).

Рисунок 1.38 - Двухтактная бестрансформаторный каскад на транзисторах

разного типа ( р-п-р и п-р-п ) с одним источником

питания и разделительным конденсатором

Рассмотрим подробнее работу схемы в режиме В. В отрицатель­ный полупериод входного сигнала VT₂ закрыт и ток через него не протекает. Открывается VT₁ и работает верхнее плечо схемы Коллекторный ток этого транзистора, изменяющийся в те­чение половины периода по синусоидальному закону, проходит от +Е через R_н, С_р, транзистор VТ₁ к -Е и заряжает разделительный конденсатор : I_к = i_{с зар}.

В следующий полупериод - положительный транзистор VT₁ зак­рыт, ток через него и источник электропитания не протекает. Тран­зистор VT₂ открывается и через него разряжается конденсатор С_р. Ток коллектора VT₂ в течение этого полупериода изменяется синусоидально в соответствии с входным сигналом и ра­вен разрядному току разделительного конденсатора: I_к= i_{с раз.}

Обе схемы ( рисунок 1.37 и 1.38 )на транзисторах разного типа были для упрощения рассмотрены без элементов, создающих смещения. В то же время

ра­нее говорилось, что при отсутствии смещения получаются искажения типа

89

центральной отсечки. Поэтому обычно создается небольшое смещение для преодоления порогового напряжения базы. Способы создания смещения и параметрической стабилизации режима в таких схемах имеют свои особенности (рисунок 1.39). В цепи между базами транзисторов VT₁ и VT₂ (точки б₁ и б₂) последовательно включены эмиттерные переходы этих транзисторов. Требуемые прямые напряжения на них складываются так. что между базами должно действовать постоянное напряжение U_б1б2, равное удвоенному напряжению смещения одного транзистора. Плюс этого напряжения приложенного к базе транзистора п-р-п, а минус - к базе р-п-р.

Поэтому элементы, создающие смещение, включаются между базами VT₁ и VT₂ . Это могут быть диоды VD₁ и VD₂, которые подбираются по параметрам так, чтобы прямое напряжение на диоде было равно требуемому прямому смещению на эмитгерном перехо­де транзистора:

U_бб = 2·U_пр = U'_бэо + U'_бэо = 2·U_бэо. ( 1.49 )

В этом случае температурные зависимости прямого сопротивления диода и эмиттерного перехода транзистора должны быть также одинаковыми, чтобы осуществлять параметрическую стабилизацию ре­жима.

Рисунок 1.39 - Схема создания смещения и параметрической стабилизации

Прямой ток диодов I_пр и токи базы I_бо, протекающие последо­вательно через эмиттерные переходы VT₁ и VT₂, в сумме составля­ют ток коллектора предыдущего транзистора VТ₃, проходящий через R.

90

Сопротивление диодов току сигнала очень мало, поэтому между базами не создается напряжение сигнала, так что в эквивалентных схемах для переменной составляющей тока базы VT₁ и VT₂ можно считать соединенными вместе.

Вместо диодов для параметрической стабилизации и смещения можно использовать терморезисторы, стабилитроны и транзисторы.

Наилучший результат дает схема параметрической стабилизации с управляемым транзистором VT.

Значительное повышение надёжности и улучшение показателей качества двухтактных усилителей в широких температурных диапазо­нах и при воздействии других дестабилизирующих факторов может быть достигнуто при применении отрицательной обратной связи.