Двухтактные оконечные каскады

 

Основные схемы двухтактных бестрансформаторных оконечных каскадов усилителей мощности показаны на рис. 6.1.

На рис. 6.1 изображены оконечные каскады на комплиментарных парах транзисторов. Комплиментарными называют транзисторы, имеющие разные типы проводимости (n-p-n и p-n-p) и одинаковые параметры. Напряжение U _бэ транзисторов при отсутствии сигнала равно нулю, транзисторы закрыты и ток через них не течет. Транзисторы работают в режиме В и включены по схеме с общим коллектором.

При использовании в схеме двухполярного источника питания (рис. 6.1, а) нагрузка включается между точкой соединения эмиттеров транзисторов и средней точкой источника питания. Разделительный конденсатор на выходе в этой схеме не нужен.

При поступлении на вход схемы (рис. 6.1, а) синусоидального сигнала транзисторы VT 1 и VT 2 открываются поочередно. Транзистор VT 1 открывается при положительной полуволне на входе. Ток i _к1(t) протекает от верхнего по схеме источника питания через транзистор VT 1 и сопротивление нагрузки R _н. При поступлении на вход отрицательной полуволны открывается транзистор VT 2. Ток i _к2(t) протекает от нижнего по схеме источника питания через сопротивление нагрузки и транзистор VT 2. Видно, что токи i _к1(t) и i _к2(t) протекают через сопротивление нагрузки в противоположных направлениях. Этим обеспечивается формирование положительной и отрицательной полуволн тока в нагрузке.

На рис. 6.1,б изображена схема с одним источником питания. Для нормальной работы такой схемы на выходе схемы включен разделительный конденсатор С, который заряжен до напряжения, равного половине напряжения источника питания. Потенциал точки соединения эмиттеров транзисторов относительно общего провода в отсутствии сигнала равен Е. В этой схеме для получения таких же выходных токов, как и в предыдущей схеме, напряжение источника питания должно быть равно 2 Е (в предыдущей схеме два источника питания с напряжением Е).

 

а)

 

	б)

Рис. 6.1 — Двухтактные оконечные каскады на комплиментарных транзисторах: а) с двухполярным источником питания; б) с одним источником питания

 

При поступлении на вход синусоидального сигнала транзисторы VT 1 и VT 2 открываются поочередно. Транзистор VT 1 открывается при положительной полуволне на входе. Ток i _к1(t) протекает от источника питания через транзистор VT 1, заряженный конденсатор С и сопротивление нагрузки. При отрицательной полуволне входного сигнала открывается транзистор VT 2. В этом случае источником энергии, обеспечивающим протекание выходного тока, является заряженный конденсатор С. Ток i _к2(t) протекает от заряженной положительно пластины конденсатора С через транзистор VT 2 и сопротивление нагрузки к отрицательно заряженной пластине. Видно, что токи i _к1(t) и i _к2(t) протекают через сопротивление нагрузки в противоположных направлениях (положительная и отрицательная полуволны).

Достоинства двухтактных каскадов.

1) Компенсация четных гармоник. Четные гармоники, входящие в состав токов плеч каскада, изменяются синфазно и в нагрузке взаимно уничтожаются. За счет компенсации четных гармоник в двухтактных каскадах можно использовать экономичный режим В.

2) Относительно небольшая чувствительность к пульсациям питающего напряжения. При пульсациях напряжения источника питания токи покоя обоих плеч изменяются одинаково, поэтому их разность продолжает оставаться равной нулю. Практически в двухтактном каскаде обычно допускаются пульсации питающего напряжения примерно в 5 раз большие, чем в однотактном.

3) В трансформаторных каскадах кроме этого также отсутствие постоянного намагничивания сердечника выходного трансформатора и отсутствие тока основной частоты в цепи источника питания.

 

Искажения типа «ступенька»

 

При анализе двухтактных оконечных каскадов широко используют принцип совмещения проходных динамических характеристик транзисторов, образующих двухтактную схему (рис. 6.2).

 

 

 

При отсутствии смещения между базами транзисторов их проходные характеристики совмещают так, что нулевые значения осей координат совпадают, и одноименные оси координат направлены в противоположные стороны (см. рис. 6.2).

Реальная совмещенная проходная динамическая характеристика имеет нелинейные участки, при малых и больших коллекторных токах (рис. 6.2). Если транзисторы работают без смещения в режиме В, то из-за нелинейности их характеристик в области малых сигналов выходной ток в нагрузке будет искажен (см. рис. 6.2, а). Такие искажения называют искажениями типа «ступенька».

Для устранения искажений типа «ступенька» на базы транзисторов необходимо подать небольшое отпирающее напряжение смещения, т. е. перейти от режима В к режиму АВ. Этот случай иллюстрируется диаграммами на рис. 6.2, б.