Переходные искажения в двухтактных каскадах усилителя мощности

В двухтактных каскадах усилителей мощности используют все три схемы включения транзисторов: с ОБ, ОЭ и ОК.

В качестве выходного каскада УНЧ рассмотрим широко распространённую классическую схему двухтактного бестрансформаторного каскада усиления мощности на транзисторах разного типа проводимости (рис. 4, в). Для управления транзисторами разных типов проводимости требуется один сигнал, т.к. при увеличении входного напряжения ток базы одного из транзисторов увеличивается, а другого уменьшается и наоборот. Как уже отмечалось, ток через каждый транзистор двухтактной схемы протекает лишь в течение половины периода, положительные составляющие сигнала усиливаются одним активным элементом, отрицательные – другим, а в нагрузке усиленные компоненты сигнала складываются таким образом, что восстанавливается его первоначальная форма. Однако данному усилителю мощности, работающему в режиме класса В, свойственны характерные искажения сигнала. Поскольку по отношению к нагрузке каждый транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя (схема с ОК), то напряжение на выходе (эмиттере транзистора) будет отличаться от напряжение на базе на величину прямого падения напряжения на открытом p–n (база–эмиттер) переходе U_Э = U_Б – 0,6В, а при величине напряжения на базе меньшем 0.6В транзистор перейдет в режим отсечки. При сложении токов каждого из транзисторов в нагрузке будут наблюдаться характерные переходные искажения сигнала (рис. 9, а), часто называемые как искажения типа «ступенька».

 

Рис. 9

Переходные искажения сигнала типа «ступенька»

 

Устранить подобные искажения формы сигнала можно либо применением глубокой ООС, либо немного сместив транзисторы двухтактного каскада в состояние проводимости, т.е. перевести усилитель в режим класса АВ (рис. 9, б).

Типичные примеры реализации смещения транзисторов двухтактного каскада в состояние проводимости приведены на рис. 10.

 

Рис. 10

Примеры реализации смещения транзисторов двухтактного каскада УМ

 

Резисторы смещения (рис. 10, а) переводят диоды в состояние проводимости, благодаря этому напряжение на базе транзистора T₁ превышает входное напряжение на величину падения напряжения на диоде, а напряжение на базе транзистора T ₂ на величину падения напряжения на диоде меньше, чем входное напряжение. Благодаря такому смещению при переходе входного сигнала через нуль один из транзисторов всегда открыт и, тем самым в значительной степени устраняются переходные искажения. Сопротивление резисторов R выбирается так, чтобы обеспечивался необходимый базовый ток выходных транзисторов при пиковых значениях входного сигнала.

Схема, приведенная на рис. 10, б, является более распространённой благодаря повышенной температурной стабильности. В данной схеме входной сигнал снимается с коллектора транзистора T₁ предшествующего каскада.

Резистор R выполняет двойную функцию: он является коллекторным резистором транзистора T₁ и формирует ток для смещения диодов в состояние проводимости в основной двухтактной схеме. Для улучшения температурной стабильности в цепи эмиттеров транзисторов T ₂ и T ₃ иногда включают дополнительные резисторы сопротивлением менее 1 Ом, небольшое падение напряжения (доли вольта) на которых обеспечивает слабую ООС. Для хорошей компенсации переходных искажений падение напряжения между базами выходных транзисторов должно быть немного больше удвоенного падения напряжения на диоде, поэтому часто в схему добавляют третий диод или регулируемый резистор с небольшим сопротивлением.

Если выходной каскад по схеме рис. 10, б используется при однополярном питании, напряжение покоя (напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов T ₂ и T ₃ при отсутствии входного сигнала) необходимо установить равным половине напряжения источника питания, чего добиваются настройкой параметров каскада предварительного усиления на транзисторе T₁, а нагрузку подключают через разделительный конденсатор достаточно большой (обычно сотни мкФ) ёмкости.

 

Контрольные вопросы

1. Принцип действия электронного усилителя.

2. Назначение элементов, входящих в функциональную схему усилителя, основные параметры и характеристики усилителя.

3. Как обратная связь влияет на параметры и характеристики усилителя?

4. АЧХ и ФЧХ усилителя низкой частоты, полоса пропускания усилителя.

5. В чём основное отличие при организации ООС схем на рис. 6, б и рис. 6, в?

6. Что происходит с рабочей точкой при увеличении сопротивления резистора R_{б 1} или R_{б 2} в усилителе напряжения (рис. 7, а)?

7. Какую форму будет иметь выходной сигнал при отключении резистора R_{б 1} (R_{б 2}), если на вход подан синусоидальный сигнал?

8. Какие элементы схемы влияют на АЧХ усилителя в области нижних (верхних) частот сигнала?

9. Как проявляют себя нелинейные искажения при усилении синусоидальных сигналов в усилителях напряжения и усилителях мощности?

10. Как изменится усиление каскада, если исключить из него конденсатор C_Э (рис. 7а)?

11. От каких элементов схемы и как зависят параметры усилителя? Объясните функциональное назначение каждого элемента схемы (рис. 7, а).

12. Как с помощью ООС можно ограничить АЧХ усилителя в области высоких частот?

13. Особенности режимов работы усилителей мощности, их основные достоинства и недостатки.

14. Как осуществляется температурная стабилизация в выходном каскаде двухтактного усилителя мощности?

15. Рассчитайте номиналы всех элементов схемы усилителя (рис.7, а), если используется транзистор КТ315Д, заданы ток покоя коллектора 1 мА и напряжение питания 10 В.

16. Оцените значение сопротивления R (рис. 10, а) 10–ваттного усилителя мощности, если выбрано напряжение питания ± 20 В и сопротивление нагрузки 8 Ом.

Тема 13. Основы импульсной техники и радиотехники

Колебательные контуры (открытый, закрытый); их назначение, параметры. Последовательный, параллельный контуры; их схемы, назначение. Условия резонанса токов и напряжений. Настройка в резонанс. Сопротивление каждого контура при резонансе и настройке.

Связанные контуры. Виды, коэффициент, степени связи. Сопротивление контуров. Практическое применение связанных контуров.

Классификация генераторов. Назначение, основные схемы, физические основы работы генераторов гармонических колебаний с независимым возбуждением, автогенераторов (RC, LC-генераторов).

Требования к стабилизации частоты генераторов и способы её достижения.

Получение и распространение электромагнитных волн. Понятие об амплитудной модуляции и демодуляции.