Для уменьшения нелинейных искажений и мощности входного сиг­ нала, повышения КПД источника питания и упрощения его конструкции величину коллекторного напряжения необходимо выбирать возможно большей. При этом следует помнить, что в трансформаторных каскадах напряжение на коллекторах достигает почти двойного значения напряже­ ния источника питания и что с повышением температуры допустимое на­ пряжение между электродами транзистора уменьшается. Поэтому напря­ жение источника питания для таких каскадов не должно превышать значе­ ния, определяемого методикой эскизного расчёта УНЧ.

Анализ принципиальных схем оконечных трансформаторных каскадов мощного усиления

Каскады мощного усиления в большинстве случаев выполняются трансформаторными, так как при этом:

-для транзистора можно получить нагрузку переменному току, при которой он отдаёт максимальную мощность сигнала;

-постоянная составляющая выходного тока не протекает через со­ противление нагрузки усилителя, что уменьшает потери энергии питания и увеличивает КПД каскада.

Рассмотрим несколько схем однотактных и двухтактных каскадов мощного усиления и особенности их применения.

На рис. 4 приведена принципиальная схема однотактного каскада мощного усиления звуковых частот с транзистором, включённым с ОЭ и ЛС-связью с предыдущим каскадом.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема однотактного каскада с транзисто­ ром, включённым с ОЭ и RC-связью

печивает очень малые частотные искажения предыдущего каскада на верхних частотах и устойчива к сохранению режима усиления после заме­ ны транзистора. Данная схема, как и схема на рис. 4, применяется только в режиме А. Входным током транзистора Т2 является ток эмиттера /э, пре­ восходящий по величине ток коллектора /к. Поэтому для уменьшения тока сигнала, снимаемого с транзистора Т1 предыдущего каскада, он включает­ ся через понижающий трансформатор Тр1 с очень малым коэффициентом трансформации. Предоконечный каскад в этом случае обычно рассчиты­ вают как каскад мощного усиления с выходной мощностью, требующейся для подачи во входную цепь оконечного каскада. В схеме используется эмиттерная стабилизация. Сопротивлением эмиттерной стабилизации R3в

схеме является активное сопротивление вторичной обмотки Г2 трансфор­ матора Тр1. Если оно оказывается недостаточным для заданной стабилиза­ ции режима, в цепь эмиттера можно включить дополнительное сопротив­ ление R*э, зашунтировав его ёмкостью Сэ, расчёт которой производится обычным образом.

Внутреннее сопротивление источника сигнала

Rc SS(/?вых + Г\) П ,

где /?ВЬ|Х- выходное сопротивление транзистора предыдущего каскада Т1 переменному току в рабочей точке;

Г) - активное сопротивление первичной обмотки трансформатора Тр1;

п - коэффициент трансформации Тр1.

На рис. 6 изображена принципиальная схема двухтактного каскада мощного усиления с транзисторами, включёнными с ОЭ и предыдущим инверсным каскадом с разделённой нагрузкой. В этой схеме по сравнению со схемами на рис. 4 и 5 нелинейные искажения меньше за счёт компенса­ ции чётных гармонических составляющих в выходном сигнале, а также меньше размеры, вес и стоимость выходного трансформатора, вследствие отсутствия в нём постоянного подмагничивания.

Из-за присутствия эмиттерной стабилизации и ЛС-связи между кас­ кадами данная схема работает только в режиме А. Наличие двух транзи­ сторов вдвое увеличивает выходную мощность двухтактного каскада по сравнению с однотактным. Сопротивление R3 в общем, эмиттерном прово­ де двухтактного каскада обеспечивает эмиттерную стабилизацию режима, а также симметрирует транзисторы двухтактного каскада при различии их коэффициентов усиления. Однако наличие лишь общего сопротивления R3 для обоих транзисторов при различных их температурных коэффициентах иногда приводит к разбалансировке токов покоя плеч после прогрева или

старения схемы. Для уменьшения такой разбалансировки в эмиттер каждо­

го из транзисторов можно включить небольшие сопротивления Л'э и Л"э. Раздельные делители смещения на каждый из транзисторов двухтактного каскада позволяют подобрать одинаковые токи покоя плеч при различных статических коэффициентах усиления тока транзисторов.

Рис. 6. Принципиальная схема двухтактного каскада мощного усиления с транзисторами с ОЭ и предыдущим инверсным каскадом с разделённой нагрузкой

Симметричное относительно общего провода напряжение сигнала подаётся на вход двухтактного каскада с разделённой нагрузкой, имеюще­ го хорошую частотную характеристику. Верхний и нижний выходы ин­ версного каскада представляют собой источники сигнала с различными внутренними сопротивлениями. Для верхнего плеча двухтактной схемы

(Лк + ЛД)

где Лд = Л]Л2 /(/?i + R i ) -

У нижнего плеча двухтактной схемы Rc получается меньше вследст­ вие шунтирующего действия эмиттерного выхода транзистора Т1. Для вы­ равнивания сопротивлений источника сигнала для верхнего и нижнего плеч в схему инверсного каскада иногда включают сопротивление R' (изо­ бражено пунктиром).

На рис. 7 приведена принципиальная схема двухтактного каскада мощного усиления с транзисторами, включёнными с ОЭ и предыдущим трансформаторным инверсным каскадом. Схема даже при большой выход­ ной мощности каскада мощного усиления благодаря трансформаторной связи между каскадами позволяет применить в предыдущем каскаде мало­ мощный транзистор. Предоконечный инверсный каскад рассчитывается

+Е,

Рис. 7. Принципиальная схема двухтактного каскада мощного усиления с транзисторами, включёнными с ОЭ и предыдущим трансформаторным инверсным каскадом

как каскад мощного усиления с выходной мощностью, требующейся для по­ дачи во входную цепь двухтактного каскада. Для упрощения схемы оконеч­ ный каскад имеет один делитель напряжения смещения R\R2 - Вследствие то­ го, что в схеме имеется одно сопротивление эмиттерной стабилизации /?э, в общем, эмиттерном, проводе при различных параметрах транзисторов в пле­ чах двухтактной схемы токи покоя плеч будут различными. Для выравнива­ ния токов покоя плеч можно или подобрать транзисторы в плечах схемы, или, кроме общего сопротивления Лэ, включить в один из эмиттерных прово­ дов небольшие сопротивления R'3 или R" э (см. рис. 7), выравнивающие токи покоя при различных параметрах транзисторов в плечах схемы. Это, как и в предыдущем случае, уменьшает разбалансировку тока покоя при прогреве и старении элементов схемы. Благодаря наличию эмиттерной стабили­

зации (R3) данный каскад работает только в режиме А. Однако если исклю­ чить сопротивления R3, R'3, R”3, то схема будет пригодной для работы в режиме В. В этом случае транзисторы в плечах двухтактного каскада берут с возможно близкими значениями р. Начальное смещение на транзисторах в этом случае задаётся делителем R\ /?2-

При работе каскада в режиме В сопротивление источника сигнала переменному току Rc для одного плеча двухтактной схемы

Rc « (Лвых н ) пи г

где Лвых - выходное сопротивление транзистора предыдущего каскада пе­ ременному току в рабочей точке;

г | - активное сопротивление первичной обмотки трансформатора Тр1;

«п - коэффициент трансформации по отношению к половинке вто­ ричной обмотки (W| И W2II - число витков первичной и половин­ ки вторичной обмотки), Щ\ = VV2II / W\.

При работе каскада в режиме А

ft _ (^вых! + г\ )п П(^вх2 + 2*211) (■^вых1 + г\ ) п \\ (-^вх2 2*211)

где /?ВЫХ1 - выходное сопротивление транзистора Т1 переменному току в рабочей точке;

/?вх2 - входное сопротивление транзистора двухтактного каскада пе­ ременному току в рабочей точке;

/*2ii - активное сопротивление половинки вторичной обмотки вход­ ного трансформатора Тр1.

При необходимости более полного использования транзисторов и получения с них наибольшей мощности целесообразно применять схему, представленную на рис. 8. На ней транзисторы двухтактного каскада включены с ОБ, что позволяет выбрать напряжение источника питания наибольшей величины и при больших токах коллекторов получить сравни­ тельно малый коэффициент гармоник Кг. Преимуществом этой схемы по сравнению со схемой рис. 7 является то, что при замене транзисторов ко­ эффициент усиления и характеристики каскада почти не изменяются, тран­ зисторы в плечах двухтактного каскада не требуют тщательного подбора. Схема на рис. 8 используется при работе в режиме В и может быть исполь­ зована для работы в режиме А, если в провод средней точки вторичной об­ мотки трансформатора Тр1 включить сопротивление эмиттерной стабили­

зации Лэ. Для выравнивания токов покоя плеч или симметрирования плеч в провода эмиттеров включают небольшие выравнивающие сопротивления Л' и R j. В сравнении со схемой рис. 7 схема на рис. 8 имеет меньший ко­ эффициент усиления мощности и требует на входе большей мощности сигнала.

Рис. 8. Схема двухтактного каскада с транзисторами, включёнными с ОБ и инверсной трансформаторной схемой предыдущего каскада

Сопротивление источника сигнала Rc для одного плеча двухтактной схемы определяется по тем же формулам, что и для схемы рис. 7.

На рис. 9 приведена схема двухтактного трансформаторного каскада, с включением транзисторов с ОК и работающая в режиме В.

При таком включении транзисторов в схеме рис. 9 обеспечиваются очень малый коэффициент гармоник и высокий КПД. Предоконечный кас­ кад выполнен с инверсным трансформаторным выходом. Для сбалансиро­ вания токов покоя плеч оконечного каскада в цепь базы (или эмиттера) транзисторов Т2 и ТЗ включают небольшое балансирующее сопротивление R^ или R£ (на схеме показаны пунктиром).

Сопротивление источника сигнала Rc для одного плеча двухтактной схемы по рис. 9 определяется так же, как и для схем рис. 7 и 8.

На рис. 10 приведена видоизменённая схема двухтактного каскада мощ­ ного усиления, допускающая, в отличие от предыдущей, крепление транзисто­ ров на общем радиаторе или шасси без изолирующих прокладок. В этой схеме коллекторы транзисторов лучше охлаждаются, поэтому с транзисторов можно снять большую мощность, а надёжность схемы при этом выше. Применяют схему в режимах А и В при различных способах включения транзисторов.