2.7.Составные транзисторы в усилителях мощности
Получение больших выходных токов в нагрузке требует применения в выходных каскадах транзисторов с большими выходными токами. Для этих целей в усилителях мощности часто применяют составные транзисторы. На рис. 2.10 приведена принципиальная электрическая схема усилителя мощности, в которой на выходе используются составные транзисторы (транзисторы VT5, VT 6 и VT9, VT10).
При работе усилителя мощности (рис. 2.10) в режиме АВ установка тока покоя транзисторов VT5, VT 6 и VT9, VT10 связана с определенными трудностями, так как необходимо скомпенсировать четыре зависящих от температуры напряжения база-эмиттер. Этого можно избежать, если задать только ток покоя для предоконечных транзисторов VT5, VT6. При этом мощные выходные транзисторы будут открываться лишь при больших выходных токах. С этой целью величину напряжения смещения между базами транзисторов VT9 и VT10 можно выбрать такой, чтобы падение напряжения на резисторах R8 и R9 составляло около 0,4 В (напряжение смещения Uсм = 2 (0,4+0,7) = 2,2 В). В этом случае выходные транзисторы даже при высокой температуре перехода оказываются закрытыми.
Рис. 2 10 Принципиальная схема усилителя мощности
Резисторы R8 и R9 одновременно являются сопротивлениями утечки для базового заряда выходных транзисторов. Чем меньше сопротивления этих резисторов, тем быстрее будут запираться выходные транзисторы. Это особенно важно в тех случаях, когда при изменении знака входного напряжения один транзистор открывается, хотя второй еще не заперт. Этот эффект наблюдается при работе усилителя мощности на повышенных частотах. В данном случае через выходные транзисторы будет протекать сквозной ток, вызывающий дополнительный разогрев транзисторов и увеличение тока, потребляемого от источника питания. По этой причине в выходных каскадах усилителей мощности необходимо применять транзисторы с запасом по частотным свойствам. Верхняя граничная частота усиления транзисторов должна быть по крайней мере в три раза превышать наивысшую частоту входного сигнала
Из-за малого выходного сопротивления двухтактные усилители мощности легко перегружаются и разрушаются. Поэтому в усилителях мощности целесообразно использовать схемные решения, ограничивающие максимальную величину выходного тока. В схеме рис. 2.10 ограничение имеет место, когда один из транзисторов VT7 или VT 8 открыт. Эти транзисторы откроются, если падение напряжения на резисторе R12 или R13 превысит значение ≈ 0,6 В. При этом, дальнейшее возрастание базовых токов транзисторов VT 9 и VT 10 происходить не будет, а сами транзисторы перейдут в режим работы стабилизации тока.
Максимальное значение выходного тока ограничивается величиной
Iвых max = 0,6 В / R12.
Резисторы R10 и R11 служат для защиты транзисторов ограничителя от больших пиковых значений тока базы.
Для уменьшения переходных искажений вся схема усилителя охвачена отрицательной обратной связью через делитель напряжения R3, R4. При этом общий коэффициент усиления
К=1 + R3/R4.
Стабильность постоянного напряжения на выходе усилителя мощности так же будет определяться глубиной отрицательной обратной связи.
Промышленностью широко выпускается интегральные микросхемы 174 серии, представляющие собой комплект аналоговых микросхем, предназначенный для высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры. В состав этих микросхем входит предварительный усилитель, выполненный по схеме дифференциального усилителя, и двухтактный усилитель мощности. В зависимости от типа микросхем выходная мощность может изменяться от 1,5 до 15 Вт. При работе в типовых режимах к аналоговой микросхеме подключается ряд дополнительных внешних элементов. Интересующие параметры и характеристики приведены в соответствующей справочной литературе.