Выходные каскады усилителей

Выходные каскады – это усилители мощности. Они служат для получения максимальной мощности в нагрузке при максимально возможном КПД и минимальных нелинейных искажениях.

В микроэлектронике класс А обычно используется редко из-за низкого КПД. Более популярны двухтактные усилители класса В и АВ.

1.2.1 Простейшая двухтактная схема

Рассмотрим простейшую двухтактную схему усилителя класса В на комплементарных транзисторах (см. рисунок 1.5).

Транзистор VT₁ – n-p-n, VT₂ – p-n-p –типа.

Нагрузка R_н включена в эмиттерной цепи, т.е. транзистор включен по схеме с общим коллектором, следовательно, этот эмиттерный повторитель дает большое усиление по мощности, обусловленное высоким коэффициентом усиления тока.

В режиме покоя оба транзистора закрыты, т.к. U_эб = 0 (класс В).

При подаче на вход положительной полуволны переменного напряжения VT₁ – открывается, VT₂ – закрывается. Течет ток от +Е₁ ‑ КЭ₁ ‑ R_н ‑ – Е₁.

При подаче отрицательной полуволны переменного напряжения VT₁ – закрывается, VT₂ – открывается. Течет ток от +Е₂ ‑ R_н ‑ЭК₂ ‑ – Е₂. Таким образом, схема работает в два такта: в первом такте открыт VT₁, во втором ‑ VT₂, т.е. на выходе усилителя имеет место двуполярный сигнал. Коэффициент усиления по мощности .

Но недостаток схемы в том, что она имеет высокий коэффициент нелинейных искажений. На рисунке 1.6 приведена совмещенная передаточная характеристика . Длительность положительной и отрицательной полуволн на выходе меньше полупериода сигнала (часть синусоиды не усиливается). Выходной ток I_э носит импульсный характер, т.е. имеет большое число высших гармоник в своем спектре. Это особенно существенно при малых U_вх, соизмеримых с U*.

1.2.2 Усилитель мощности с раздельным начальным смещением

Для устранения нелинейных искажений со схемы сдвига уровня напряжения вводится раздельное смещение на базы транзисторов (см. рисунок 1.7) На диодах VD₁ и VD₂ создается падение напряжения U*, которое смещает рабочую точку транзистора VТ₁ влево и VT₂ – вправо от начала координат (см. рисунок 1.8). Характеристика передачи будет представлять прямую линию. Следовательно, уменьшатся нелинейные искажения. Эти диоды всегда открыты, так как суммарное напряжение источников питания всегда больше, чем входной сигнал.

Рассмотрим разновидность бестрансформаторного усилителя мощности с делителем напряжения в базовой цепи (см.рисунок 1.9). Такая схема еще называется схемой с дополнительной симметрией. Здесь R₁, R₂, R₃ ‑ делитель напряжения для создания смещения в классе АВ.

Должно выполняться условие .

Очевидно, что средняя точка R₂ имеет нулевой потенциал. Базы обоих транзисторов можно считать закороченными по переменному току и подавать входное напряжение на одну из баз. Так как сигнал подается в одной фазе на оба транзистора, то они работают поочередно. Вместо R₂ обычно ставят диоды. На каждом диоде падает U*= 0,7 В, которое создает смещение, обеспечивающее режим класса АВ.

Схема включения транзисторов – с общим коллектором.