1.5. Двухтактный бестрансформаторный оконечный каскад

Бестрансформаторные оконечные каскады выполняют по двух­тактным схемам на транзисторах, работающих в режиме В или АВ. Поскольку транзисторы работают поочередно, то для обеспечения симметричности выходного напряжения транзисторы должны иметь идентичные характеристики. Каскады, в которых используются транзисторы с различным типом электропроводности (p-n-p и n-p-n) называются каскадами с дополнительной симметрией, а сами транзисторы - комплементарной парой. Например: ГТ403 и ГТ404, КТ502 и КТ503, КТ814 и КТ815, КТ816 и КТ817 и др.

Рис. 13.

Известно, что в режиме В двухтактные каскады имеют наи­больший к.п.д., однако вследствие существенной нелинейности на­чальных участков входных характеристик транзисторов (особенно мощных) возникают специфические искажения сигнала типа "ступенька". Поэтому реальные усилители чаще работают в режиме АВ, который позволяет устранить эти искажения путем введения небольшого начального смещения одновременно на базы обоих транзисторов, сохраняя при этом высокие энергетические показате­ли каскада.

Одна из возможных схем оконечного каскада показана на рис. 13. В этом каскаде оба транзистора включены по схеме ОК. В статическом режиме ток в нагрузке отсутствует, так как небольшие начальные токи, протекающие через транзисторы VТ1 и VТ2 вза­имно вычитаются. Начальное смещение на базах транзисторов за­дается с помощью делителя R1, R2, RЗ, VD1, VD2, причем собст­венно напряжение смещения создается на последовательно вклю­ченных VD1, VD2 и резисторе R2.

Одновременно осуществляется температурная стабилизация тока покоя. Этот принцип термостабилизации основан на том, что с рос­том температуры ток диода возрастает, а падение напряжения на нем уменьшается. Для более точного отслеживания колебаний тем­пературы диоды необходимо располагать в непосредственной бли­зости от транзисторов, а лучше всего на их радиаторах. Кроме то­го, диоды должны быть изготовлены из того же материала, что и транзисторы, а их число равно количеству транзисторов оконечного каскада. Для точной настройки напряжения смещения включают переменный резистор R2 сопротивлением 18...200 Ом в зависимо­сти от типов транзисторов.

В еличина напряжения смещения U_бп может быть определена графоаналитическим способом и соответствует абсциссе точки пере­сечения касательной к прямолинейной части проходной характеристики транзистора с осью напряжений (рис. 14.). Здесь же определяется и ток коллектора в точке покоя I_кп. Затем по входной характеристике транзистора для напряжения U_бп находят ток базы I_бп. Таким образом, режим покоя оказывается заданным, а полученные ве­личины токов и напряжений используются для расчета режимных элементов схемы.

В

Рис. 14.

эмиттерную цепь выходных транзисторов часто включают резисторы местной ООС R4 и R5, которые позво­ляют несколько снизить требования к идентичности параметров транзисторов. Сопротивление этих резисторов невелико и выбира­ется на уровне

. (65)

Потенциалы точек А и Б (рис. 13.) относительно эмиттеров со­ответствующих транзисторов (точка В) в симметричной схеме ока­зываются равными. При повышении температуры увеличиваются базовые токи, протекающие через резисторы R1 и R3 соответствен­но. Для того, чтобы это не привело к изменению потенциалов точек А и Б, необходимо выбирать ток делителя в 5...10 раз больше ба­зовых токов VT1 и VT2 в режиме покоя. В этом случае при ис­пользовании двуполярного симметричного питания каскада сопро­тивление резисторов R1 и R3 можно определить по формуле

. (66)

По переменному току считают, что базы транзисторов соединены между собой из-за малого дифференциального сопротивления дио­дов. При подаче входного сигнала в зависимости от его фазы транзисторы работают поочередно, поэтому достаточно выполнить ана­лиз и расчет только одного плеча каскада.

В

Рис. 15.

ыше было показано, что для расчета эмиттерного повторителя допустимо использование выходных ВАХ транзисторов для схемы ОЭ. Очевидно, что нагрузкой каскада и по постоянному и по переменному току будет резистор R_н. Поскольку сопротивления резисторов R4 и R5 невелики, то ими в первом приближении пренебрегают, и тогда динамическую линию нагрузки проводят через точку U_кэ = E на оси абсцисс под углом (рис.15.). Методика построе­ния ЛН^~ изложена в разделе 1.2

Для схемы, изображенной на рис. 13. коэффициент использова­ния напряжения питания

, (67)

тогда амплитуда коллекторного тока определяется как

. (68)

Каждое плечо потребляет мощность от источника питания

, (69)

тогда полная потребляемая мощность

. (70)

Известно, что для косинусоидального тока I_ср = I_кА/π и, учиты­вая (68), получаем

. (71)

Мощность сигнала в нагрузке определяется выражением

, (72)

тогда, учитывая (67), получим

. (73)

Суммарная мощность, рассеиваемая на коллекторах двух транзисторов, равна 2P_р = P0 - P_н. Полагая, что на каждом транзисторе рассеивается одинаковая мощность, получим

. (74)

Максимум рассеиваемой мощности имеет место при и равен

. (75)

Из уравнения (75) следует, что . Подставляя это значение в (73), получим

, (76)

откуда следует, что полезная мощность может превышать мощ­ность, рассеиваемую коллектором транзистора.

При проектировании реальных усилителей мощности задаются величиной , тогда выражение (76) преобразуется к виду

. (77)