Бестрансформаторные усилители мощности

Применение трансформаторов в усилителях мощности помимо достоинств (возможность согласования сопротивлений, гальваническая развязка) имеет недостатки. Это большие вес, габариты и стоимость, а также нелинейные и частотные искажения, вносимые трансформатором. Поэтому были разработаны схемы бестрансформаторных каскадов усилителей мощности, которые допускают возможность микросхемного исполнения.

На рис. 4.18 показана схема бестрансформаторного каскада усиления мощности на двух "комплементарных" транзисторах (транзисторах разной проводимости p-n-p и n-p-n c одинаковыми характеристиками) VT 1 и VT 2 c двумя источниками питания Е_к1 и Е_к2. Резисторы R 1 и R 2 предназначены для задания режима работы каскада (в классе А, В или АВ). Конденсатор С_р служит для развязки по постоянному току входа каскада с источником входного сигнала.

Принцип работы каскада состоит в следующем. Ток коллектора транзистора VT 1 замыкается по контуру: +Е_к1, коллектор-эмиттер VT 1, R _н , -Е_к1. Ток коллектора транзистора VT 2 замыкается по контуру: +Е_к2, R _н, эмиттер-коллектор VT 2, -Е_к2. При положительной полуволне входного напряжения ток базы и ток коллектора VT 1 увеличиваются, а базы и ток коллектора VT 2 – уменьшаются (в режиме класса В или АВ равны нулю). На нагрузке R _н формируется положительная полуволна выходного напряжения. При отрицательной полуволне входного напряжения в работу вступает транзистор VT 2 и на нагрузке формируется отрицательная полуволна выходного напряжения.

Отметим, что транзисторы включены по схеме ОК, поэтому рассматриваемый каскад обладает усилением по току и мощности, а усиление по напряжению отсутствует.

Часто возникает необходимость питания усилителя от одного источника питания. В этом случае нагрузку подключают к эмиттерам транзисторов через электролитический конденсатор С большой емкости (рис. 4.19). При положительной полуволне входного напряжения ток нагрузки замыкается по контуру: +Е_к, коллектор-эмиттер VT 1, конденсатор С, R _н , -Е_к, создавая на нагрузке R _н положительную полуволну выходного напряжения и заряжая конденсатор С. При отрицательной полуволне входного напряжения источником питания выходной цепи является конденсатор С. Ток нагрузки замыкается по контуру: положительная обкладка конденсатора С, эмиттер-коллектор VT 2, R _н, отрицательная обкладка конденсатора С. В отсутствие входного сигнала конденсатор С заряжен до напряжения 0,5 Е_к.

По энергетическим характеристикам схемы рис. . 4.18 и рис. . 4.19 идентичны, если выполняется условие Е_к = Е_к1 + Е_к2. Мощность, выделяемая в нагрузке, равна U ² _{к m} /(2 R _н ). Для получения требуемой мощности при заданном значении R _н требуется выбрать величину U _{к m}, т.е. величину напряжения питания каскада.

Все схемы двухтактных выходных каскадов требуют применения одинаковых по параметрам транзисторов, в особенности имеющих одинаковые коэффициенты передачи тока. Изготовить мощные комплементарные транзисторы с одинаковыми параметрами достаточно сложно. Поэтому в выходных бестрансформаторных усилителях мощности применяют составные транзисторы с разным типом проводимости (транзисторы Дарлингтона), получаемые последовательным соединением двух транзисторов (эмиттер первого транзистора соединяется с базой второго транзистора).

На рис. 4.20 показана схема бестрансформаторного усилителя мощности с составными транзисторами Дарлингтона. Составной транзистор типа n-p-n выполнен на транзисторах VT 2 и VT 3. Составной транзистор типа p-n-p выполнен на транзисторах VT 4 и VT 5. Транзисторы VT 3 и VT 5 одинакового типа проводимости и могут быть выполнены с одинаковыми параметрами с достаточной степенью точности. Транзисторы VT 2 и VT 4 малой или средней мощности разного типа проводимости. Изготовление таких транзисторов с одинаковыми коэффициентами усиления представляет меньшие трудности, чем транзисторов большой мощности. Общий коэффициент усиления составных транзисторов b _{n - p - n} = b ₂ b ₃ и b _p-n-p = b ₄ b ₅.

Резисторы R 5 и R 6 предназначены для уменьшения теплового тока транзисторов VT 3 и VT 5. Резисторы R 3 и R 4 вместе с диодами VD 1 и VD 2 определяют величину тока покоя каскада. Транзистор VT 1 с резисторами R 1 и R 2 является предварительным усилителем.

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: