![](/user_photo/90799_YDz1e.jpg)
ПЭ(Прикладная электроника) / Предоконечный усилитель
.pdf![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes1x1.jpg)
Назначение предоконечного каскада состоит в том, чтобы его выходным сигналом привести в действие оконечный каскад. Поэтому основные требования к нему - большая амплитуда неискаженного выходного сигнала и малое выходное сопротивление. В зависимости от схемы оконечного каскада драйвер должен развивать выходное напряжение однофазное, двухфазное или два отдельных, противоположных по фазе сигнала, не имеющих общей точки. Однофазный сигнал получают обычно от резисторного каскада с ОЭ, а противофазные получают от трансформаторного каскада или специального фазоинверсного каскада.
Рассмотрим некоторые из схем предоконечных каскадов. Трансформаторный предоконечный каскад
Данный каскад может быть построен по трем схемам: рис 37-а, б, в, простейшим из которых (а) является тот, в котором первичная обмотка трансформатора включена непосредственно в цепь коллектора и через эту обмотку на коллектор подается напряжение источника питания. Вторичная обмотка имеет вывод от средней точки, относительно которой на ее половинах развивается два напряжения, равных по величине и противоположных по фазе.
Рис.37 Трансформаторный предоконечный каскад: а – со средней точкой вторичной обмотки;
б – с разделительным конденсатором; в – с двумя отдельными вторичными обмотками
Недостаток схемы: постоянное подмагничивание сердечника током покоя транзистора.
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes2x1.jpg)
Чтобы избежать этого, включают сопротивление коллекторной нагрузки Rк, через которое
подается питание на коллектор, а первичную обмотку трансформатора подключают к коллектору через разделительный конденсатор, не пропускающий в нее ток покоя транзистора (рис.37,б). Схема (в) имеет две отдельные вторичные обмотки без средней точки. Поэтому она применяется, если оконечный каскад выполнен по двухтактной бестрансформаторной схеме на транзисторах одного типа с ОЭ. Все приведенные схемы однотактные, поэтому работают в режиме А.
Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой
Эта схема построена на одном транзисторе, нагрузка у которого состоит из резисторов Rк и Rэ. (рис.38) Они включены соответственно Rк - у коллектора, Rэ- у эмиттера, что позволяет снять с
них два противоположных по фазе напряжения. Максимальное выходное напряжения плеча равно половине развиваемого в коллекторной цепи. Схема проста, имеет малые искажения, но не дает усиление по напряжению и построена несимметрично: верхнее плечо имеет свойства схемы с ОЭ, а нижнее - ОК, поэтому у них неравные выходные сопротивления, а, следовательно, и напряжения.
Рис.38 Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой
Иногда для выравнивания симметрии последовательно с выходом нижнего плеча включают добавочный резистор Rдоб (на схеме показан пунктиром).
Фазоинверсный каскад с эмиттерной связью
В схеме с эмиттерной связью два плеча: ведущее - на транзисторе VT1 и ведомое - VT2 .(рис.39)
Первое плечо (ОЭ) усиливает сигнал, переворачивая его по фазе, и он снимается с коллектора R ′к - U′вых.
Эмиттеры транзисторов соединены в общую цепь, в которую включено сопротивление эмиттерной связи Rэобщ - на нем разностным
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes3x1.jpg)
переменным током двух транзисторов создается напряжение входного сигнала ведомого плеча VT2 - U″вых.
Рис.39 Фазоинверсная схема с эмиттерной связью транзисторов ОЭ и ОБ
База VT2 имеет по сигналу потенциал общего провода, поскольку соединена с ним через блокировочный конденсатор большой емкости Сб. Усиленный вторым плечом сигнал U″вых снимается с коллектора транзистора VT2 в той же фазе, что и на входе этого плеча (ОБ сигнал не
переворачивает). Таким образом, схема дает два, противоположных по фазе относительно общего провода, сигнала.
В режиме покоя Rэобщ выполняет функции эмиттерной стабилизации режимов обоих транзисторов.
По принципу действия схема должны быть асимметричной, т.к. сигнал на входе VT2 создается разностным током, а значит, чем больше Rэобщ, тем меньше асимметрия плеч. Обычно она составляет 2 - 5%.
Причем, первоначальная асимметрия плеч в процессе работы стабилизируется тем точнее, чем больше Rэобщ. Это объясняется: пусть уменьшился ток VT2 (старение, замена), значит,
уменьшилось U″вых, т.е. асимметрия возросла, но при этом увеличится разностный ток, следовательно, повысится входное напряжение VT2 на Rэобщ и возрастет его выходное напряжение U″вых , т.е. восстановится асимметрия. Это происходит за счет ООС по току в ведомом плече.
В этой схеме малы нелинейные искажения, фон переменного тока, максимальный неискаженный сигнал вдвое больше, чем в схеме с разделенной нагрузкой.
Дифференциальный каскад (рис.40)
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes4x1.jpg)
Такой каскад не является привычным драйвером, но он используется перед предоконечным каскадом в аппаратуре серии «Звук Т» и входит в выходную часть оконечного усилителя, обхваченного общей петлей обратной связи. Его принцип действия удобно рассмотреть в этой теме, т.к. по построению эта схема практически не отличается от схемы с эмиттерной связью.
Дифференциальным называется каскад, имеющий два симметричных входа и дающий на выходе напряжение, пропорциональное разности входных сигналов («дифференциальный» - разностный). Его схема на рис 41.
На базы обоих транзисторов подаются два равных сигнала в противофазе, т.е. U″вх = - U′вх
Выходной сигнал создается между коллекторами этих транзисторов, куда подключается следующий каскад или внешняя нагрузка Rн. Так как каждый транзистор усиливает и
переворачивает сигнал (схемы с ОЭ), то на сопротивлениях коллекторов Rк′ и Rк″ развиваются выходные напряжения U′вых и U″вых, а выходное напряжение Uвых является разностью потенциалов между коллекторами и определяется:
Рис.40 Дифференциальный каскад
Uвых ═ U′вых - U″вых или Uвых ═ К٠(U′вх - U″вх),
где К – коэффициент усиления плеча схемы, то есть выходное напряжение пропорционально разности входных.
При нормальной работе каскада входные напряжения подаются в противофазе и их разность равна сумме абсолютных величин напряжений, т.е. Uвых ═ U′вых + U″вых .
В эмиттерную цепь транзисторов включено сопротивление эмиттерной связи Rэ общ, которое создает эмиттерную стабилизацию каждого транзистора и обеспечивает связь по току сигнала
между эмиттерами транзисторов. Когда на вход поданы противофазные сигналы, через Rэобщ
проходят переменные составляющие токов транзисторов в противоположных направлениях, и если схема симметрична, то они взаимно компенсируются, при этом не создают напряжения обратной связи по току и коэффициент усиления не уменьшается, а получается вдвое больше, чем для одного транзистора в схеме ОЭ.
Достоинства: нечувствителен к помехам, попадающим на входы в одинаковой фазе, т.к. выходное напряжение Uвых в симметричной схеме равно нулю, а переменные токи проходят при
этом в одном направлении, складываются и создают глубокую ООС по току, резко уменьшающую их коэффициент усиления, что еще больше ослабляет чувствительность схемы. Температурная стабилизация режима тем эффективнее, чем больше сопротивление резистора Rэобщ.. Однако с ростом этого сопротивления растут и на нем потери напряжения (U) и мощности (P), потребляемой источника питания.
Такой каскад применяется в ИМС контрольного усилителя УК-37 («ЗвукТ»).
В оконечном усилителе «ЗвукТ» применена другая разновидность дифференциального каскада, в котором во-первых, на следующий каскад снимается только один частичный сигнал с коллектора VT1, а VT2 включен по схеме с ОК и на его вход подается напряжение обратной связи
(Uос) с выхода всего усилителя; во-вторых, роль Rэобщ.. выполняет динамическое сопротивление в виде транзистора VT3 с ОБ, являющегося токостабилизирующим двухполюсником.
Эту же схему можно использовать в качестве предоконечного каскада, если подавать сигнал только на первый вход, а снимать два противофазных частичных сигнала с коллекторов VT1 и
VT2 относительно общего провода. Входной сигнал для VT2 будет создаваться на Rэобщ разностью переменных токов, для чего должно соблюдаться условие: i′ к ~ › i ″к ~
Усилители, которые изучаются в данном разделе, широко используются в аппаратуре радио и проводного вещания, радиовещательных и телевизионных приемников, в радиопередающих устройствах, каналообразующей аппаратуре. Материал данного раздела используется при изучении предметов «Радиопередающие устройства», «Многоканальная электросвязь», «Каналообразующая телеграфная аппаратура», «Звуковое и телевизионное вещание».
К фазоинверсным относятся каскады, имеющие несимметричный вход и симметричный относительно общего провода выход. Для этого инверсный каскад имеет два выхода, напряжения на которых по амплитуде равны между собой и сдвинуты по фазе на 180°. Подобные каскады в ряде случаев необходимы для перехода от однотактных каскадов к двухтактным, а также для передачи сигнала от однотактного каскада к симметричной нагрузке. Так, инверсные каскады применяются в трансформаторных двухтактных оконечных каскадах для перехода от несимметричных однотактных каскадов предварительного усиления.
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes6x1.jpg)
Инверсный каскад необходим также для подачи напряжения сигнала на вход плеч двухтактного бестрансформаторного каскада.
Простейшим фазоинверсным каскадом является однотактный каскад
Рисунок 2.44 – Фазоинверсный трансформаторный каскад
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes7x1.jpg)
![](/html/90799/2466/html_bg0x6bGWfQ.acBR/htmlconvd-npyBes8x1.jpg)
Рисунок 2.45 – Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой
с выходным трансформатором, имеющим симметричную вторичную обмотку с выводом от
средней точки (рисунок 2.44). Средняя точка имеет нулевой потенциал, а на каждом из выводов вторичной обмотки полярность потенциалов будет противоположной, меняясь каждые полпериода. Напряжения Uвых1 и Uвых2 равны по амплитуде и противоположны по фазе. Однако
в современных усилителях трансформаторные инверсные каскады находят ограниченное применение из-за большой массы, габаритов и стоимости трансформатора, а также из-за сравнительно плохой частотной и переходной характеристик.
Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой (рисунок2.45) имеет значительно лучшие характеристики. Этот каскад широко используется на практике. Напряжения Uвых1 и Uвых2
снимаются соответственно с сопротивлений нагрузок по переменному току R н~ и R н~. Сопротивления R н~ и R н~ образованы соответственно параллельным соединением резисторов R или Rэ и входным сопротивлением Rвх соответствующего плеча оконечного каскада.
Относительно сопротивления R н~. = RэRвх/(Rэ+Rвх)транзистор включен по схеме с ОК и, следовательно, напряжение Uвых2 на нем по фазе совпадает с входным напряжением Uвх.
Относительно R н~ транзистор включен по схеме с ОЭ и, следовательно, напряжение Uвых1 противоположно по фазе напряжениям Uвх и Uвых2. Этим и объясняется фазоинверсия.Поскольку транзистор относительно R н~ и R н~ имеет различные схемы включения, то коэффициент усиления напряжения для R н~ и R н~ будет различным. Так, если относительно R н~ транзистор включен по схеме с ОК, то его коэффициент усиления по напряжению меньше единицы и, следовательно,Uвых2=Uвх. Включение транзистора по схеме с ОЭ относительно сопротивления R н~ обеспечивает несколько большее усиление напряжения Uвх и, следовательно, Uвых1>Uвых2, что говорит об отличии амплитуд выходных напряжений
инверсного каскада с разделенной нагрузкой. Для устранения этой асимметрии сопротивление Rн~ выбирают меньшим, чем R н~ что обеспечивается соответствующим подбором резистора в
цепи коллектора транзистора.
Для выравнивания выходных сопротивлений можно в нижнее плечо инверсного каскада включить последовательно с разделительным конденсатором Ср резистор Rд. Сопротивления
резисторов Rэ и Rд можно рассчитать, исходя из условия равенства выходных напряжений, Uвых1=Uвых2 и сопротивлений которое можно записать в следующем виде: R/(R + Rвх) =
Rэ/(Rэ+Rд +Rвх).
Инверсные каскады с разделенной нагрузкой используются при работе на двухтактный ламповый каскад без токов сетки, работающий в режиме как А, так и В, и на двухтактный транзисторный каскад, работающий в режиме А при малой мощности усилителя. При работе инверсного каскада на двухтактный транзисторный каскад в режиме В в него необходимо включить параллельно входным сопротивлениям плеч оконечного каскада диоды для разряда разделительных конденсаторов, заряжающихся при работе каскада в режиме В импульсами входного тока транзисторов. При отсутствии этих диодов с изменением уровня входного сигнала будет изменяться и смещение на транзисторах оконечного каскада, что приведет к резкому увеличению нелинейных искажений сигнала. Необходимо учитывать также, что при работе оконечного каскада в режиме В происходит поочередное подключение его плеч к коллекторному и эмиттерному выходам фазоинверсного каскада. При работе нижнего плеча оконечного каскада, т. е. при подключении к эмиттерному выходу инверсного каскада, напряжение Uвых2
практически не меняется, а напряжение Uвых1, приложенное к закрытому транзистору верхнего плеча оконечного каскада, резко возрастает. При значительном возрастании Uвых1 транзистор
инверсного каскада может перейти в режим насыщения. При работе верхнего плеча оконечного каскада (т. е. при подключении к коллекторному выходу инверсного каскада) напряжение Uвых1
уменьшится. Следовательно, при работе оконечного каскада в режиме В напряжение возбуждения изменяется несимметрично. Инверсный каскад с разделенной нагрузкой
используется в интегральных микросхемах для управления, например, бестрансформаторным выходным каскадом с транзисторами одинаковой структуры в плечах.
Глубокая отрицательная обратная связь в инверсном каскаде с разделенной нагрузкой обеспечивает малые нелинейные и частотные искажения, что при простоте этого каскада определяет основное его достоинство. Однако в подобном каскаде трудно ввести цепи НЧ и ВЧ коррекции, в нем отсутствует усиление сигнала, нет компенсации пульсаций источника питания. Максимальное напряжение Uвых вдвое меньше, чем у обычного резисторного каскада при
равном напряжении источника питания, так как напряжение сигнала от УЭ делится поровну между сопротивлениями R н~ и R н~.
Фазоинверсный каскад с эмиттер ной связью. Большую симметрию выходных противофазных напряжений Uвых1 и Uвых2 равенство выходных сопротивлений и стабильность коэффициента
усиления по сравнению с каскадом с разделенной нагрузкой получают в фазоинверсном каскаде с эмиттерной связью.
Фазоинверсные каскады на транзисторах с различной проводимостью используются в усилителях с двухтактным оконечным бестрансформаторным каскадом.
Фазоинверсный каскад с инвертирующим транзистором представляет собой двухкаскадный резисторный усилитель, транзисторы VTI и VT2, которого включены по схеме с ОЭ. Второй каскад усилителя имеет коэффициент усиления по напряжению Ки, примерно равный единице.
Выводы:1. Фазоинверсные схемы обеспечивают получение на выходе двух одинаковых напряжений в противофазе. 2. Применение трансформатора для фазоинверсии приводит к частотным и фазовым искажениям, делает схему громоздкой. 3. Достоинство схемы с раздельной нагрузкой – простота. Главный недостаток – трудность получения одинаковых по амплитуде выходных напряжений. 4. Схема с эмиттерной связью позволяет обеспечить симметрию выходных напряжений. 5. Двухтактные схемы, собранные на комплементарной паре транзисторов не требует фазоинверсных схем.