2.10.5 Безтрансформаторні двотактні вихідні каскади на транзисторах з однаковим типом провідності

На рис. 1.63 наведені принципові схеми безтрансформаторних каскадів на транзисторах з однаковим типом провідності. Сигнали, які підсилюються, надходять на входи транзисторів підсилювача (рис. 1.63,а) із зсувом по фазі на 180⁰. При цьому транзистори почергово відкриваються позитивними півхвилями вхідного сигналу, обумовлюючи протікання в навантаженні струмів назустріч один одному. Якщо транзистори та сигнали однакові, то постійний струм через не протікає. З цього видно, що робота схеми аналогічна розглянутій раніше звичайній двотактній схемі (рис. 1.60). Отже, аналіз і розрахунок їх також збігаються.

Схема підсилювача спрощується при живленні від загального джерела . Проте для того, щоб постійна складова струму не протікала через навантаження, останнє повинно приєднуватися через конденсатор досить великої ємності (рис. 1.63,б).

Вхідний трансформатор у вихідних каскадах інтегрального виконання не може бути використаний. В цьому випадку для одержання двох протифазних напруг, які надходять на вихідний каскад підсилення, застосовують фазоінверсні резистивні каскади, один з варіантів яких на транзисторі VT1 наведений на рис. 1.63,в.

Раніше зазначалось, що через великі власні нелінійні спотворень режим класу В рідко використовується при побудові підсилювачів і перевага віддається режиму класу АВ. В цьому випадку дещо збільшується потужність, яка розсіюється в транзисторі, і зменшується ККД підсилювача. Особливо це зменшення помітне при малих значеннях відносної амплітуди, тобто при невеликих значеннях вихідної потужності, що практично не має принципового значення.

Рисунок 1.63 – Принципові схеми безтрансформаторних каскадів на транзисторах з однаковим типом провідності

На рис. 1.64 наведена схема вихідного підсилювача потужності, в якій для забезпечення режиму роботи класу АВ використовуються додаткові кола зміщення. Кола зміщення складаються з резисторів зміщення і , що утворюють з діодами VD1 і VD2 нелінійні подільники напруги. Використання в подільниках діодів дозволяє додатково забезпечити параметричну стабілізацію режиму спокою підсилювача. Температурні зміни напруги на діодах компенсують температурні зміни напруги емітерних переходів транзисторів.

При введенні напруги зміщення зменшуються спотворення, що спостерігаються при малих значеннях вхідного сигналу, при яких виявляється нелінійність вхідних характеристик транзисторів (спотворення типу «сходинка»). Її появу пояснює рис. 1.65. З нього видно, що вхідна напруга за відсутності зміщення створює імпульси струмів баз ( ). При підсумовуванні одержуємо струм, який суттєво відрізняється від синусоїдального.

Рисунок 1.64– Схема вихідного підсилювача потужності, в якій використовуються додаткові кола зміщення

1.69 – Епюри базових струмів при спотвореннях типу «сходинка»

У зв'язку з тим, що вихідні потужні транзистори є найбільш вузькосмуговими компонентами підсилювача, їх гранична частота повинна бути в 2...3 рази більше, ніж верхня робоча частота підсилювача . При меншому запасі виникають великі фазові спотворення, погіршується ККД у діапазоні високих частот та енергетичні характеристики каскаду. Граничні частоти транзисторів попереднього підсилювача рекомендовано обирати більшими (8...12) .

З урахуванням 10...20% запасу вихідні транзистори потрібно обирати так, щоб задовольнялися вимоги:

.

Через те, що в безтрансформаторних вихідних каскадах узгодження вихідного опору з навантаженням неможливе, корисна потужність, яка віддається в навантаження, залежить від опору .

Безтрансформаторні підсилювачі потужності мають коефіцієнт підсилення близький до одиниці: . Підсилення за потужністю реалізується за рахунок великого підсилення за струмом .

У тих випадках, коли необхідно забезпечити підсилення за напругою або отримати великий вихідний опір, застосовують двотактні підсилювачі потужності, виконані за схемою з СЕ (рис. 1.70). В схемі транзистори і працюють в режимі класу В і кожний з них підсилює «власну» півхвилю вхідної напруги. На відміну від каскаду на транзисторах, ввімкнених за схемою зі СК, вихідний опір даного каскаду більший і визначається опором . Коефіцієнт підсилення за напругою залежить від опору навантаження.

Якщо у транзисторів і різні, то різні півхвилі підсилюються не однаково і без введення Н33 нелінійні спотворення сигналу великі. Каскад зсуває на 180° фазу вихідної напруги відносно фази вхідної.

Рисунок 1.71 – двотактні підсилювачі потужності, виконані за схемою зі СЕ

Розглянуті принципи побудови вихідних каскадів на біполярних транзисторах використовуються і при проектуванні вихідних підсилювачів потужності на польових транзисторах. Від пристроїв на біполяр­них транзисторах такі схеми відрізняються меншими нелінійними спотвореннями і більшою температурною стійкістю. Останнє пояснюється відсутністю в польовому транзисторі механізму температурного позитивного зворотного зв'язку, властивого біполярним транзисторам.