1.10. Фазоинверторы

Схемы фазоинверторов используются для получения двух находящихся в противофазе сигналов, необходимых для рабо­ты двухтактных звуковых и радиочастотных усилителей. Сдвиг фаз в 180° между сигналами, подаваемыми на входы двухтакт­ного усилителя (выполненного на двух одинаковых транзисто­рах), позволяет использовать комбинированные усилительные характеристики каждого транзистора в симметричной схеме, в результате чего получают высокую выходную мощность, вы­сокий к. п. д. и малые нелинейные искажения.

На рис. 1.13, а показана типичная двухтактная схема с трансформаторной связью. Здесь для получения требуемого сдвига фаз в 180° между сигналами, подаваемыми на базы транзисторов Т₁ и Т₂, используется трансформатор Т_р1. Так как от середины вторичной обмотки трансформатора отходит вывод, через который подается смещающее напряжение на ба­зы транзисторов, сигнал на базе Т₁ будет отличаться по фазе на 180° от сигнала на базе Т₂. Поскольку в схемах с общим эмит­тером выходные сигналы в коллекторных цепях инвертированы на 180° относительно сигналов в базовых цепях, усиленные сиг­налы на выходах транзисторов имеют вид, показанный на рис. 1.13, а. Отрицательная полуволна сигнала с одной половины обмотки выходного трансформатора Тр2 суммируется с поло­жительной полуволной сигнала с другой половины обмотки, и образованный таким образом результирующий сигнал посту­пает на громкоговоритель.

Рис. 1.13. Фазоинверторы.

Если транзисторы имеют одинаковые характеристики, то не требуется шунтировать резистор в цепи эмиттера конденсато­ром. Это следует из того, что в симметричной схеме на общем резисторе в цепи эмиттера отсутствует напряжение сигнала, поскольку уменьшение тока в одном транзисторе компенсиру­ется таким же увеличением тока в другом.

Фазоинвертор на транзисторах может быть построен и без применения межкаскадного трансформатора (рис. 1.13,6). Со­противления в цепях коллектора и эмиттера транзистора Т₁ имеют одинаковую величину, что необходимо для того, чтобы сигналы фазоинвертора были одинаковой амплитуды. Сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на базы транзисторов Т₂ и Т₃, обусловлен тем, что в транзисторе Т₁ (типа n — р — n) сигналь­ный ток через оба резистора il кОм протекает в одном и том же направлении, например от вывода источника к земле, со­здавая на них одинаковые падения напряжения. Поэтому сиг­нальное напряжение, действующее между эмиттером и землей, положительно, в то время как сигнальное напряжение, снимае­мое с коллектора Т₁, оказывается в этом случае отрицательным. Таким образом создается нужный для работы двухтактного уси­лителя сдвиг фаз двух сигналов.

1.11. Двухтактные усилители

В двухтактных усилителях (звуковых или радиочастотных) используются два транзистора, включенных на балансной схе­ме. Выходная мощность двухтактного усилителя более чем в два раза выше выходной мощности, получаемой в однотактной схеме. Кроме того, в двухтактной схеме снижается содержание четных гармоник в сигнале, поэтому для данного напряжения питания усилитель позволяет получать большую неискаженную мощность.

Рис. 1.14. Двухтактная схема с бестрансформаторным выходом.

Как уже обсуждалось в разд. 1ЛО, на входы двухтактного усилителя, собранного на одинаковых транзисторах, необходи­мо подавать сигналы, сдвинутые по фазе на 180°. Поэтому при работе в классе С или В транзисторы попеременно открывают­ся в каждом периоде входного сигнала; полный выходной сиг­нал получается при сложении сигналов каждой половины в вы­ходном трансформаторе. При работе в классе А проводимости транзисторов усилителя в каждом полупериоде входного сигна­ла различны. Поэтому, когда ток первого транзистора увеличи­вается, ток второго транзистора уменьшается. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора выделяется суммарная мощность выходных сигналов двух транзисторов.

Рис 1.15. Бестрансформаторный двухтактный усилитель низкой частоты на транзисторах с проводимостью разного типа.

Два варианта построения схем двухтактных усилителей бы­ли рассмотрены в разд. 1.10 (рис. 1.13). На рис. 1.14 показан еще один тип схемы двухтактного усилителя низкой частоты. Здесь используется входной трансформатор с двумя вторичны­ми обмотками, а выходной трансформатор отсутствует. Как и в других транзисторных усилителях, транзисторы n — р — n-типа, изображенные на рис. 1.14, а можно заменить транзисторами р — n — р-типа, изменив соответствующим образом полярность источников питания. Как можно видеть из рис. 1.14, отрица­тельное напряжение, поступающее от источника питания В₂ че­рез катушку громкоговорителя, создает необходимое прямое смещение эмиттерного перехода транзистора Т₂. Так как ниж­ний вывод источника питания В₂ и коллектор Т₂ заземлены, то потенциал коллектора Т₂ выше потенциала эмиттера, что необ­ходимо для создания обратного смещения коллекторного пеое-хода. Требуемый положительный потенциал базы транзистора Т₂ относительно эмиттера обеспечивается при помощи делителя напряжения на резисторах R₁ и R₂; делитель связан с источни­ком питания В₂ через заземленный коллектор транзистора Т₂. Полярность падений напряжений на резисторах указана на ри­сунке; как можно видеть, потенциал базы Т₂ положителен от­носительно эмиттера.

Прямое смещение для транзистора Т₃ также создается де­лителем напряжения на резисторах Rз и R₄, подключенных к батарее В₁. Падение напряжения на резисторе R₄ обеспечивает положительный потенциал базы транзистора T₃ и отрицатель­ный потенциал эмиттера. Отрицательный вывод батареи В₁ со­единен непосредственно с эмиттером транзистора T₃, а необхо­димое обратное смещение коллекторного перехода этого тран­зистора создается подключением коллектора к положительно­му выводу батареи В₁ через катушку громкоговорителя.

Как показано на рисунке, входной трансформатор имеет две вторичные обмотки, что обеспечивает поступление входных на­пряжений на двухтактный усилитель в противофазе, т. е. сиг­нал, приложенный к базе одного транзистора, находится в про­тивофазе с сигналом базы другого транзистора.

Коллекторно-эмиттерные цепи транзисторов Т₂ и T_z как бы включены последовательно с источниками питания. Оба тран­зистора соединены с катушкой индуктивности громкоговорите­ля так, что указанные элементы образуют мост, эквивалентная схема которого приведена на рис. 1.14, б. Если транзисторы хо­рошо подобраны, то падения напряжений на них будут равны. А если напряжения источников питания одинаковы и равны их внутренние сопротивления, то мост окажется сбалансирован­ным и постоянный ток через катушку громкоговорителя будет равен нулю. Когда на вторичных обмотках входного трансформатора появится звуковой сигнал, то на базу одного транзисто­ра поступит положительная полуволна, а на базу другого — от­рицательная. В связи с этим проводимость одного транзистора возрастет, а другого уменьшится, через транзисторы потекут разные токи и мост разбалансируется. Разбаланс моста приве­дет к появлению сигнального напряжения на катушке громкого­ворителя, и, следовательно, через нее потечет ток сигнала, а в громкоговорителе появится звук.

Сопротивление катушки громкоговорителя, необходимое для согласования с транзисторным двухтактным усилителем, намно­го меньше сопротивления, требуемого для согласования с двух­тактным усилителем на лампах. Так как транзисторные схемы имеют малое выходное сопротивление, они хорошо согласуются с низкоомными громкоговорителями.

На рис. 1.15 показана схема двухтактного усилителя на двух транзисторах с проводимостью разного типа. В этой схеме тран­зистор ti не является фазоинвертором, поскольку с его выхода на базовые входы транзисторов Т₂ и T_z (подаются сигналы од­ной и той же фазы и полярности. Предположим, что на входы транзисторов поступает положительная полуволна сигнала. Положительный входной сигнал увеличивает прямое смещение транзистора Т₂ n — р — n-типа, а следовательно, и его проводи­мость. Прямое же смещение транзистора 7з и его проводимость при этом уменьшаются, поскольку это транзистор с другим ти­пом проводимости. Таким образом, действие входного сигнала на транзистор Т₅ обратно действию на транзистор Т₂.

При отрицательном входном сигнале прямое (Смещение тран­зистора Т₂ уменьшается, а транзистор а Т₃ увеличивается. Теперь проводимость Т₂ уменьшилась, а проводимость Т₃ увеличилась, т. е. схема, собранная на транзисторах с проводимостью разно­го типа, обеспечивает такие же выходные параметры, как схе­ма двухтактного усилителя на транзисторах одного типа с фа-зоинвертором или трансформатором. Таким образом, в послед­ней схеме также реализуется двухтактный режим работы, при котором в одни моменты времени на резистор R& поступает по­ложительный сигнал через R₆, а в другие моменты — отрица­тельный через R₇. Следовательно, в положительные полуперио­ды сигнал на громкоговоритель поступает через резистор R_&, а в отрицательные через резистор R? Цепочка R₄C₄ обеспечи­вает отрицательную обратную связь в схеме (см. разд. 1.8). В качестве резистора R₅ служит термистор, сопротивление ко­торого меняется при изменениях температуры. Этим достига­ется стабилизация токов и напряжений транзисторов.

При работе громкоговорителя резистор rq отключен. Если же в гнездо вставить штекер телефона, то громкоговоритель отключается, а последовательно с телефоном для предохране­ния его от перегрузок включается резистор сопротивлением 120 Ом. Это стандартный способ подключения телефона, при­чем величина сопротивления резистора может достигать 330 Ом. Иногда в схемах такого типа исключают разделительный кон­денсатор Cs, а нижний вывод громкоговорителя присоединяют непосредственно к земле. Конденсатор Cs (220 мкФ) представ­ляет собой малое реактивное сопротивление для сигналов зву­ковых частот и поэтому заземляет их. Так как выводы транзи­стора Т₂ имеют более высокие потенциалы относительно зем­ли, чем выводы транзистора Г₃ (коллектор которого заземлен), то для симметрирования схемы и выравнивания токов выход­ных транзисторов иногда используют дополнительные резисто­ры и конденсаторы.

Гл ава 2