15.6. Схемы предварительных усилителей напряжения

Описанные усилители мощности отли­чаются наличием переходных искажений при малых сигналах. Эти искажения могут быть существенно уменьшены с помощью отрицательной обратной связи. Для этого используют предварительный усили­тельный каскад и охватывают обратной связью оба каскада. Коэффициент усиле­ния по напряжению оконечного каскада меньше единицы. Поэтому во многих слу­чаях выходного напряжения предваритель­ного усилителя оказывается недостаточно для полной раскачки оконечного каскада. В этом случае следует так модифициро­вать схему раскачки, чтобы она обеспечи­вала необходимое напряжение для усили­теля мощности. Схема, удовлетворяющая необходимым требованиям, показана на рис. 15.18. Выход предварительного дифференциального усилителя T_5, T₆ подключен к базе транзистора Тз. Вход транзи­стора Tз является точкой, при подаче на которую небольшого переменного напря­жения можно полностью раскачать око­нечный каскад. Однако это переменное напряжение должно изменяться относитель­но соответствующего постоянного уровня.

Рис. 15.18. Простая схема рас­качки оконечного усилителя, ис­пользованная в интегральном усилителе TDA 2002 (SGS).

Транзистор Т₃ работает в этой схеме как управляемый источник тока. Этот транзистор вместе с диодом Dз и резисто­ром R₅ образует тоновое зеркало с малым дрейфом (см. разд. 4.5.3).

Вся схема охвачена отрицательной обратной связью через делитель напряже­ния R₈, R₉. При этом общее усиление равно А=1+R₉/R₈. Стабильность нуля в основном обеспечивается свойствами дифференциального усилителя и токового зеркала. В целях улучшения схемы для рас­качки оконечного каскада можно использо­вать операционный усилитель (рис. 15.19).

Источники тока на транзисторах T₃ и T₄ здесь также используются для усиления напряжения. Для получения максимальной полосы частот сигнал раскачки подается на эмиттеры этих транзисторов, которые вместе с транзисторами T₅ и Т₆ образуют комплементарную каскодную схему, опи­санную в разд. 14.5.3.

Для того чтобы полоса усиливаемых частот не ограничивалась операционным усилителем, обладающим малым быстро­действием, входной сигнал подается на два тракта: низкочастотный и высокоча­стотный (см. рис. 14.13). Такая схема обла­дает хорошей стабильностью нуля из-за наличия операционного усилителя к опти­мальными частотными свойствами. Во схема ведет себя как инвертирующий опе­рационный усилитель, охваченный отрица­тельной обратной связью через резисторы R₁₅и R₁₆. Коэффициент усиления схемы А равен –R₁₆/R₁₅.

Для расчета схемы сначала следует за­дать коллекторные токи транзисторов ТзТ₆. Выберем их равными 10мА. Тогда через резисторы R₃ и R₄ должен течь ток 20мА. Используем в качестве D₂ и D₃ светодиоды с красным свечением, прямое напряжение которых составляет 1,6В. В этом случае падение напряжения на резисторах R₃ и R₄ будет равно 1В. Теперь вычислим значения сопротивлений этих резисторов:

Выходное напряжение операционного усилителя при отсутствии сигнала определяется напряжением сдвига оконечного ка­скада и оказывается близким к нулю. При отсутствии сигнала ток через резисторы R₁₁ и R₁₂ практически не протекает. Кол­лекторные токи транзисторов T₅ и Т₆ по­этому должны течь через резисторы R₉ и R₁₀ соответственно при напряжении питания ± 15В сопроти­вления этих резисторов будут равны

Рис. 15.19. Широкополосная схема раскачки оконечного усилителя.

Для максимального использования источ­ников тока на транзисторах Т₃ и Т₄ кол­лекторные токи транзисторов должны из­меняться в диапазоне от 0 до 20 мА. Наибольшее значение ;тока должно со­ответствовать максимальной величине вы­ходного сигнала операционного усилителя. На оснований этого рассчитаем величины сопротивлений R₁₁ и R₁₂:

Для фильтра нижних частот на входе опе­рационного усилителя целесообразно вы­брать частоту среза около 10 кГц. При этом. « операционном усилителе исклю­чается появление неуправляемых реакций, которые могут возникнуть при высокоча­стотных входных сигналах. Частоту среза фильтра высоких частот С₃, R₁₃ в высоко­частотной цепи входного сигнала следует выбрать несколько ниже» например 1 кГц.

Коэффициент усиления схемы по напря­жению может быть задан соотношением сопротивлений R₁₅, R₁₆ в диапазоне от 1 до 10. Большее значение коэффициента усиления устанавливать не рекомендуется, так как иначе коэффициент обратной связи в высокочастотной цепи будет слишком мал. Коэффициент усиления разомкнутой высокочастотной цепи может быть уста­новлен с помощью сопротивлений R₇ и R₈, Его следует устанавливать так, чтобы обеспечивался желаемый вид переходных процессов всего усилителя. Для операци­онного усилителя достаточно внутренней частотной коррекции. С целью подавления генерации на сверхвысоких частотах при необходимости можно ввести в базовые вели некоторых транзисторов дополни­тельные резисторы.