8.1.2. Способы задания напряжения смещения

Один из способов задания напряжения смещения иллюстрируется на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Рис. 8.5.

Падение напряжения на диодах D1 и D2 составляет примерно U1=U2=0.7 В. При этом напряжении через транзисторы Т1 и Т2 течет небольшой ток покоя. Для повышения входного сопротивления схемы диоды можно заменить эмиттерными переходами.

Схема, с помощью которой можно в широких пределах изменять напряжение смещения и его температурный коэффициент, изображена на рис. 8.5. Транзистор Т3 охвачен ООС (отрицательная обратная связь), реализованной с помощью делителя напряжения R_t, R3. Напряжение коллектор-эмиттер при пренебрежимо малом токе базы устанавливается равным:

. (8.1)

Для получения требуемого температурного коэффициента в качестве Rt применяют терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, который помещают на радиаторе транзистора. С помощью таких мер можно добиться практической независимости тока покоя от температуры даже при температуре корпуса выходного транзистора ниже температуры его перехода.

В описанных схемах задания напряжения смещения с помощью диодов ток базы выходных транзисторов должен быть задан с помощью источника постоянного тока. Величина постоянного тока I1 должна быть больше максимального базового тока транзисторов Т1 и Т2, чтобы диоды D1 и D2 (и соответственно транзисторы Т3 и Т4 ) при максимальном входном сигнале не запирались. По этой причине не следует заменять источники постоянного тока резисторами, так как ток в этом случае будет убывать при возрастании входного сигнала.

8.1.3. Схемы ограничения тока

Из-за малого выходного сопротивления усилители мощности легко перегружаются и разрушаются. Поэтому целесообразно использовать схемные решения, ограничивающие максимальную величину выходного тока усилителя мощности. Наиболее простое решение показано на рис. 8.3.

Ограничение имеет место, когда один из диодов d3 или d4 открыт. В этом случае падение напряжения на резисторе R1 или R2 не будет возрастать. Максимальный выходной ток при этом определяется следующим образом:

Рис. 8.6. Рис. 8.7.

Как видно из приведенных соотношений, прямое напряжение диодов D3 и D4 должно быть больше U_бэ=0,7 В. Для выполнения этого условия можно, например, включить последовательно несколько кремниевых диодов. Более резкое ограничение тока может быть получено, если в схеме применить светодиоды. Наиболее подходящими для этой цели являются светодиоды с красным свечением, прямое напряжение которых составляет около 1,6 В.

Другой способ ограничения выходного тока иллюстрируется на рис. 8.7. Транзистор Т3 или Т4 откроется, если падение напряжения на резисторе R1 или R2 превысит значение порядка 0,5 В. При этом дальнейшее возрастание базовых токов транзисторов Т1 и Т2 будет предотвращено. В этой схеме максимальное значение выходного тока ограничивается величиной

; .

Преимущество такой схемы по сравнению с предыдущей состоит в том, что ограничение максимального тока определяется не сильно изменяющимся напряжением база-эмиттер выходных транзисторов, а напряжением база-эмиттер транзисторов ограничителей. Резисторы R3, R4 служат для защиты транзисторов ограничителя от больших пиковых значений тока базы.

Недостатком схемы является то, что при коротком замыкании в нагрузке ток I_amax в каждый из полупериодов входного сигнала течет через один из транзисторов Т1 или Т2. Выходное напряжение при этом равно нулю. Мощность, рассеиваемая на выходных транзисторах при коротком замыкании в нагрузке, равна:

(8.2)

Эта величина примерно в пять раз превышает мощность, рассеиваемую на выходных транзисторах при нормальных условиях.

Во многих случаях усилитель мощности работает на постоянную омическую нагрузку Rн. При этом ток усилителя, отдающего максимальную неискаженную мощность в нагрузку, равен:

I_amax=U_amax/R_н. (8.3)

При меньших выходных напряжениях ток в нагрузке также будет меньше: I_а=U/R_н. Следовательно, можно уменьшить и предельное значение тока, что позволяет уменьшить рассеиваемую мощность при коротком замыкании в нагрузке. Для этого в схему на рис. 8.6 введены резисторы R5 и R6. Рассмотрим функции этих резисторов при положительных выходных сигналах.

Рис. 8.8.

При больших значения выходного напряжения U_a (U_a=V_b) ток в резисторе R5 отсутствует. При этом сопротивление не играет роли и предельное значение тока будет равно, как и раньше, I_amax=0,6/R1. При малых выходных напряжениях благодаря наличию делителя R5, R3 возникает положительное напряжение смещения на базе транзистора T3. В результате через T3 будет протекать не большой ток.

Считая, что выполняется условие R5>>R3>>R1, получим следующее соотношение для тока:

I_amax=0,6/R1-(R3/R1R5)(V_ип-U_н) (8.4)

Из соотношения (8.11) следует:

R1R5/R3=R_н. (8.5)

Для отрицательных выходных сигналов будет выполняться условие:

R2R6/R4=R_н. (8.6)