Схемы сдвига уровня.

В многокаскадных усилителях на базу каждого следующего каскада поступает не только полезный сигнал, но и постоянная составляющая с коллектора предыдущего каскада. Постоянная составляющая, таким образом, накапливается, возрастая от каскада к каскаду, что вызывает определенные трудности при разработке последних, выходных, каскадов. Отсюда возникает задача устранения постоянной составляющей на входе очередного каскада, по возможности, не изменяя переменную составляющую. Простейшей схемой сдвига уровня (ССУ) является ЭП, у которого уровень выходного напряжения ниже уровня входного на величину открытого p-n-перехода U^*. ЭП лежит в основе других, более сложных ССУ. Если, например, требуется сдвинуть уровень на 2U^*, можно использовать ЭП по схеме Дарлингтона, либо включить в цепь эмиттера прямо смещенный диод. Когда требуется сместить уровень на величину не кратную U^*, используется универсальная ССУ, приведенная на рис.8.27. Сдвиг уровня составляет

U₁⁰ – U₂⁰=(n+1) U^*+I₀R₀,

где n – число диодов. Если R_i=, то K_U=1.

Выходные каскады.

Выходные каскады должны обеспечивать заданную достаточно большую мощность в нагрузке, основными параметрами являются коэффициент полезного действия  и коэффициент нелинейных искажений КНИ.

,

где I_m, U_m – амплитуды переменной составляющей, I_ср – средний ток, E – напряжение источника питания. КПД зависит от выходной мощности и определяется для максимального значения P_вых.

Допустимое значение КНИ определяется конкретными требованиями к аппаратуре.

В выходных каскадах применяются двухтактные схемы класса B или AB. Двухтактные схемы состоят из двух усилителей, один из которых усиливает положительную, другой – отрицательную полуволну входного сигнала, и на выходе эти полуволны складываются. В результате получается приемлемое значение КНИ. В этих схемах амплитуда выходного напряжения U_m=E, средний ток равен

.

Отсюда

Простейшая двухтактная схема класса B на комплементарных транзисторах приведена на рис.8.28а. В этой схеме в исходном состоянии оба транзистора заперты, n-p-n-транзистор Т1 усиливает положительную полуволну входного сигнала при U_вх>U^*, ток протекает по стрелке 1, p-n-p-транзистор Т2 усиливает отрицательную полуволну при U_вх<-U^* и ток протекает по стрелке 2. Эта схема, однако, дает сравнительно большие нелинейные искажения, что связано с наличием «пятки» на входной ВАХ кремниевых транзисторов. Форму выходного сигнала можно получить с помощью совмещенных характеристик (рис.8.28б). На этих характеристиках кривая 1 соответствует транзистору Т1, кривая 2 – транзистору Т2. Как видно, длительности полуволн на выходе меньше полупериода и они отделены друг от друга небольшими горизонтальными участками (не усиливаемые части синусоид заштрихованы). Очевидно, искажения будут особенно существенны при малых входных сигналах с амплитудой, сравнимой с U^*.

Н а рис. 8.29а приведена двухтактная схема класса AB, в которой этот недостаток устранен. Это достигается введением раздельного смещения на базы транзисторов с помощью схемы сдвига уровня, на вход которого поступает входной сигнал на уровне U⁰=2U^*. На базу транзистора Т1, таким образом, поступает напряжение U^*+U_вх, на базу транзистора Т2 - напряжение U^*+U_вх. Совмещенные характеристики приведены на рис.8.29б.

Поскольку характеристики интегральных n-p-n- и p-n-p-транзисторов значительно различаются в схемах рис.8.28 и 8.29 в качестве транзистора Т2 часто используют составной p-n-p-транзистор, что повышает симметрию каскада и уменьшает нелинейные искажения.

33