4.9. Оконечные каскады усилителей мощности
Выходные усилители мощности являются оконечными каскадами многокаскадных усилителей. Мощность на выходе усилителя должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивалась нормальная работа устройства, которое является оконечной нагрузкой усиливаемого сигнала. Оконечная нагрузка, как правило, является низкоомной.
Важнейшими параметрами оконечных каскадов усилителей мощности являются выходная мощность и КПД – отношение мощностей переменного тока в оконечной нагрузке и постоянного тока, подводимого от источника питания. При высоком КПД усилителя, действующие в нем переменные и постоянные составляющие токов и напряжений становятся большими, соизмеримыми между собой. Это не позволяет применять в расчетах усилителей мощности малосигнальную модель транзисторов. Поэтому расчет оконечных каскадов, как правило, выполняют графоаналитическим методом.
Для того чтобы получить высокий КПД выбирают энергетически экономичный режим работы транзисторов. В зависимости от выбора положения рабочей точки в режиме покоя на ВАХ различают режимы работы транзисторов: А, AB, B, C и др.
В режиме работы А точка покоя выбирается в том месте выходной ВАХ, где постоянная составляющая тока равна половине максимального тока транзистора. В этом режиме амплитуда переменной составляющей выходного тока транзистора не превышает постоянную составляющую тока, в результате чего КПД каскада меньше 50%.
В режиме работы В точка покоя выбирается в том месте выходной ВАХ, где постоянная составляющая тока равна нулю. Выходной ток транзистора в режиме работы В отличен от нуля в течении одной половины периода усиливаемого колебания, а в течении другой – равен нулю.
В режиме работы AB точка покоя выбирается на выходной ВАХ так, что постоянная составляющая тока незначительна и поэтому выходной ток отличен от нуля в течении промежутку времени большего, чем половина периода колебания. В режиме работы С точка покоя выбирается на выходной ВАХ так, что постоянная составляющая тока равна нулю, выходной ток отличен от нуля в течении промежутку времени меньшего, чем половина периода колебания. Основой схемотехники усилителей мощности являются каскады с общим эмиттером (истоком) и каскады с общим коллектором (стоком). Для лучшего согласования с низкоомной нагрузкой желательно использовать каскады с малым выходным сопротивлением, ООС должна быть только по напряжению. В связи с созданием мощных биполярных транзисторов различного типа проводимости и полевых транзисторов с каналами различных типов в настоящее время находят широкое применение бестрансформаторные схемы оконечных каскадов усилителей мощности. Это позволило исключить трансформаторы, упростить схему усилителя и использовать при его реализации современные технологии минитюаризации радиоэлектронных устройств. По этой причине рассмотрим только бестрансформаторные оконечные каскады усилителей мощности. На рис. 4.31 приведена схема двухтактного усилителя мощности на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типа, образующих так называемую комплементарную пару. Каскад состоит из двух эмиттерных повторителей, подключенных к одной нагрузке RН. Резисторы RБ1 и RБ2 с диодами VD1 и VD2 образуют делители напряжения, обеспечивающие режим АВ работы транзисторов.
Рис. 4.31. Схема двухтактного оконечного каскада усилителя мощности на комплементарной паре