Двухтактный выходной каскад на транзисторах одной проводимости

Двухтактный бестрансформаторный каскад на транзисторах разного типа

Каскад на двух транзисторах, имеющих электропроводность раз­ного типа — один р-п-р, а другой п-р-п (рисунок 1.37), представляет собой двухтактную бестрансформаторную схему с однотактным вхо­дом.

Принципиальным отличием её от предыдущей является то, что на базы обоих транзисторов подается один и тот же сигнал. Иначе говоря, возбуждение плеч производится параллельно и синфазно.

Плечи, как и в предыдущей схеме, от двух источников: Е₁ и Е₂ (либо от выпрямителя, имеющего среднюю точку выпрямленного напряжения Е = Е₁+Е₂).

Коллекторы транзисторов VT₁ и VT₂ подключаются к источ­никам электропитания, а эмиттеры соединяются вместе , между точ­кой их соединения и точкой соединения Е₁ и Е₂ (общим прово­дом) включается внешняя нагрузка Rн. Таким образом, сигнал пода­ётся между базой и коллектором каждого транзистора, а нагрузка включена между эмиттером и коллектором, так что оба транзистора работают по схеме с общим коллектором.

Постоянные составляющие коллекторных токов транзисторов проходят через нагрузку в противоположных направлениях и взаим­но компенсируются. Это позволяет считать, что питание транзисто­ров осуществляется последовательно от общего источника с суммар­ным напряжением Е.

Рисунок 1.37 — Двухтактная бестрансформаторный каскад на транзисторах

разного типа ( р-п-р и п-р-п )

Принцип работы схемы следующий. В положительный полупери­од сигнала транзистор VT₁ р-п-р закрыт, a VT₂ п-р-п открыт него ток в течение этого полупериода проходит через нагрузку и источник Е₂. В отрицательный полупериод закрывается VT₂ и открывается VT₁ ток которого проходит через Rн и источник Е₁. Таким образом транзисторы вместе создают в нагрузке обе полуволны сигнала.

Преимущество этой схемы по сравнению с каскадом, построенным на транзисторах одинаковой проводимости, обусловлены, во-первых, однотактным входом, во- вторых, включением транзисторов по схеме ОК.

Первое позволяет упростить предоконечный каскад, поскольку не требуется двух противофазных сигналов.

Включение транзисторов с общим коллектором позволяет полу­чить малое выходное сопротивление и малые нелинейные искаже­ния, а также большое входное сопротивление и высокую стабиль­ность работы. В двухтактной схеме выходное сопротивление полу­чается вдвое меньше R_вых каждого плеча, поскольку они работают на нагрузку параллельно. Это дает хорошее согласование выхода усили­теля и низкоомной нагрузкой.

Основные недостатки схемы — сложность подбора транзисторов
разного типа с одинаковыми предельными параметрами (Р_к.пред,
U_к.пред, I _к.пред). Особенно усложняется эта задача в каскадах большой мощности.

Схема ОК не дает усиления по напряжению, поэтому на вход нужно подать от предоконечного каскада большое напряжение сиг­нала — большое требуемого напряжения на нагрузке, кроме того, требуется большой ток базы, так что предоконечный каскад должен быть достаточно мощным.

При асимметрии токов покоя транзисторов VT₁ и VT₂ разност­ный постоянный ток проходит через нагрузку, увеличивая нелиней­ные искажения в громкоговорителе.

Асимметрию токов в нагрузке можно устранить, если последовательно с нагрузкой Rн включить разделительный конденсатор С_р. Вторым достоинством схемы является некоторое упрощение питающего устройства. Вариантом рассмотренной схемы является кас­кад на транзисторах разного типа с одним источником электропита­ния Е (рисунок 1.38).

Рисунок 1.38 — Двухтактная бестрансформаторный каскад на транзисторах

разного типа ( р-п-р и п-р-п ) с одним источником

питания и разделительным конденсатором

Рассмотрим подробнее работу схемы в режиме В. В отрицатель­ный полупериод входного сигнала VT₂ закрыт и ток через него не протекает. Открывается VT₁ и работает верхнее плечо схемы Коллекторный ток этого транзистора, изменяющийся в те­чение половины периода по синусоидальному закону, проходит от +Е через R_н, С_р, транзистор VТ₁ к -Е и заряжает разделительный конденсатор : I_к = i_{с зар}.

В следующий полупериод — положительный транзистор VT₁ зак­рыт, ток через него и источник электропитания не протекает. Тран­зистор VT₂ открывается и через него разряжается конденсатор С_р. Ток коллектора VT₂ в течение этого полупериода изменяется синусоидально в соответствии с входным сигналом и ра­вен разрядному току разделительного конденсатора: I_к= i_{с раз.}

Обе схемы ( рисунок 1.37 и 1.38 )на транзисторах разного типа были для упрощения рассмотрены без элементов, создающих смещения. В то же время

ра­нее говорилось, что при отсутствии смещения получаются искажения типа

центральной отсечки. Поэтому обычно создается небольшое смещение для преодоления порогового напряжения базы. Способы создания смещения и параметрической стабилизации режима в таких схемах имеют свои особенности (рисунок 1.39). В цепи между базами транзисторов VT₁ и VT₂ (точки б₁ и б₂) последовательно включены эмиттерные переходы этих транзисторов. Требуемые прямые напряжения на них складываются так. что между базами должно действовать постоянное напряжение U_б1б2, равное удвоенному напряжению смещения одного транзистора. Плюс этого напряжения приложенного к базе транзистора п-р-п, а минус — к базе р-п-р.

Поэтому элементы, создающие смещение, включаются между базами VT₁ и VT₂ . Это могут быть диоды VD₁ и VD₂, которые подбираются по параметрам так, чтобы прямое напряжение на диоде было равно требуемому прямому смещению на эмитгерном перехо­де транзистора:

В этом случае температурные зависимости прямого сопротивления диода и эмиттерного перехода транзистора должны быть также
одинаковыми, чтобы осуществлять параметрическую стабилизацию ре­жима.

Рисунок 1.39 — Схема создания смещения и параметрической
стабилизации

Прямой ток диодов I_пр и токи базы I_бо, протекающие последо­вательно через эмиттерные переходы VT₁ и VT₂, в сумме составля­ют ток коллектора предыдущего транзистора VТ₃, проходящий через
R.

Сопротивление диодов току сигнала очень мало, поэтому между базами не создается напряжение сигнала, так что в эквивалентных схемах для переменной составляющей тока базы VT₁ и VT₂ можно считать соединенными вместе.

Вместо диодов для параметрической стабилизации и смещения можно использовать терморезисторы, стабилитроны и транзисторы.

Наилучший результат дает схема параметрической стабилизации с управляемым транзистором VT.

Значительное повышение надёжности и улучшение показателей качества двухтактных усилителей в широких температурных диапазо­нах и при воздействии других дестабилизирующих факторов может быть достигнуто при применении отрицательной обратной связи.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Выходные каскады усилителей: двухтактный трансформаторный каскад.

Делитель в цепи базы (R₁, R₂) задаёт режим работы по постоянному току

T₁ T₂ – согласующие транзисторы

T₂ – выходной транзистор

Двухтактный каскад – каскад, в который включены два однотактны усилительных каскада, работающих на 1 общую нагрузку и управляемых взаимно противофазно одним и тем же усиливаемым колебанием. Двухтактный усилитель состоит из двух половин называемых плечами.

Использование режима А обеспечивает очень малые нелинейные искажения. Режим Б обеспечивает хорошие энергетические показатели(высокая КПД и малую мощность потерь в транзисторах), но он вносит повышенные нелинейные искажения.

46. Выходные каскады усилителей: двухтактный каскад на транзисторах разного типа проводимости. Искажения типа «ступенька» и меры борьбы с ними.

VT1, VT2 – транзисторы разного типа проводимости

В режиме Б появляются искажения типа «ступенька» из-за кривизны начального участка передаточной характеристики.

Для их устранения применяется режим АБ, в котором подаётся небольшое исходное смещение рабочей точки транзистора.

Режим АБ – самый распр. Для двухтактных каскадов, но при малых амплитудах КПД понижается.

Двухтактный бестрансформаторный выходной каскад на транзисторах одного типа проводимости: схема, принцип действия; фазоинверсный каскад.

VT1, VT2 – одного типа проводимости

VT3 выполняет роль фазоинвектора.

Минусы: Низкий коэффициент использования напряжения источника питания

Двухтактный бестрансформаторный выходной каскад на транзисторах разного типа проводимости с улучшенным использованием напряжения питания. Вольтодобавка.

Двухтактный бестрансформаторный выходной каскад на составных транзисторах.

Для повышения выходной мощности в выходных каскадах применяются составные транзисторы.

Для понижения требуемого тока покоя VT1 транзисторы двухтактного каскада делают составными, в них оконечные транзисторы чаще берут одинаковыми с целью унификации.

Двухтактный бестрансформаторный выходной каскад с защитой от короткого замыкания.

Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах: схема, принцип действия, основные параметры.

Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах.

Обычно +/- Е_п одинаковые. И если U_вх близки к нулю, то на эмиттерном сопротивлении падает большое и почти постоянное напряжение, поэтому ток, протекающий через это сопротивление, тоже почти постоянный. Это значит, что мы задали ток эмиттеров. Далее этот ток разделяется на две части, и протекает через два транзистора.

Если сигналы U_вх1 и U_вх2 произвольные, то можно вычислить синфазную и дифференциальную составляющие по формулам:

Для оценки качества дифференциального каскада вводят коэффициент ослабления синфазного сигнала (КООС):

Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах: способы повышения входного сопротивления и уменьшения выходного сопротивления (привести схемы).

Источники тока (токовое зеркало).

Здесь использованы два одинаковых транзистора (лучше изготовленных в одном цикле), и через правый, включённый по схеме диода (коллекторный р-п переход закорочен, и остаётся только эмиттерный р-п переход) пропускается прямой ток. Этот ток определяется формулой:

Этот ток ни от чего не зависит. Он постоянен. Но значит и напряжение в его базе и базе соседнего транзистора одинаково и таково, что обеспечивает протекание точно такого же тока и через соседний транзистор:

У нас получилось как бы зеркало: ток, который протекает через правый транзистор, протекает и через левый, отражается. Но этот ток не зависит от напряжения на коллекторе левого транзистора. Значит, у нас получился генератор тока. И очень хороший генератор тока, так как у него очень большое выходное сопротивление, равное дифференциальному сопротивлению коллектора, которое, как мы помним, составляет 100 кОм. 10 МОм. Если использовать такой хороший генератор тока, получится увеличение КООС до 1 000 000 (120 дБ).

Источник

Двухтактный выходной каскад на транзисторах одной проводимости

СХЕМОТЕХНИКА ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Выходные каскады на базе » двоек «

В качестве источника сигнала будем использовать генератор переменного тока с перестраиваемым выходным сопротивлением ( от 100 Ом до 10,1 кОм ) с шагом 2 кОм ( рис . 3 ). Таким образом, при испытаниях ВК при максимальном выходном сопротивлении генератора (10,1 кОм ) мы в какой — то степени приблизим режим работы испытуемых ВК к схеме с разомкнутой ООС , а в другом (100 Ом ) — к схеме с замкнутой ООС .

Основные типы составных биполярных транзисторов ( БТ ) показаны на рис . 4. Наиболее часто в ВК используется со ставной транзистор Дарлингтона ( рис . 4 а ) на базе двух транзисторов одной проводимости (» двойка » Дарлингтона ), реже — составной транзистор Шиклаи ( рис . 4б ) из двух транзисторов разной проводимости с токовой отрицательной ОС , и еще реже — составной транзистор Брайстона ( Bryston , рис . 4 в ).
» Алмазный » транзистор — разновидность составного транзистора Шиклаи — показан на рис . 4 г . В отличие от транзистора Шиклаи , в этом транзисторе благодаря » токовому зеркалу » ток коллекторов обоих транзисторов VT 2 и VT 3 практически одинаков . Иногда транзистор Шиклаи используют с коэффициентом передачи больше 1 ( рис . 4 д ). В этом случае K П =1+ R 2/ R 1. Аналогичные схемы можно получить и на полевых транзисторах ( ПТ ).

1.1. Выходные каскады на базе » двоек «. » Двойка » — это двухтактный выходной каскад с транзисторами , включенными по схеме Дарлингтона , Шиклаи или их комбинации ( квазикомлементарный каскад , Bryston и др .). Типовой двухтактный выходной каскад на » двойке » Дарлингтона показан на рис . 5. Если эмиттерные резисторы R3, R4 ( рис . 10) входных транзисторов VT 1, VT 2 подключить к противоположным шинам питания , то эти транзисторы будут работать без отсечки тока , т . е . в режиме класса А .

Посмотрим , что даст спаривание выходных транзисторов для двойки » Дарлингт она ( рис . 13).

На рис . 15 приведена схема ВК , использованная в одном из професс и ональных усилителей .

Менее популярна в ВК схема Шиклаи ( рис . 18) . На первых порах развития схемотехники транзисторных УМЗЧ были популярны квазикомплементарные выходные каскады , когда верхнее плечо выполнялось по схеме Дарлингтона , а нижнее — по схеме Шиклаи . Однако в первоначальной версии входное сопротивление плеч ВК несимметрично , что приводит к дополнительным искажениям . Модифицированный вариант такого ВК с диодом Баксандалла , в качестве которого использован базо — эмиттерный переход транзистора VT 3, показан на рис . 20.

Кроме рассмотренных » двоек «, есть модификация ВК Bryston , в которой входные транзисторы эмиттерным током управляют транзисторами одной проводимости , а коллекторным током — транзисторами другой проводимости ( рис . 22). Аналогичный каскад может быть реализован и на полевых транзисторах , например , Lateral MOSFET ( рис . 24) .

Гибридный выходной каскад по схеме Шиклаи с полевыми транзисторами в качестве выходных показан на рис. 28 . Рассмотрим схему параллельного усилителя на полевых транзисторах ( рис . 30).

В качестве эффективного способа повышения и стабилизации входного сопротивления » двойки » предлагается использовать на ее входе буфер , например , эмиттерный повторитель с генератором тока в цепи эмиттера ( рис . 32 ).

Из рассмотренных » двоек » наихудшим по девиации фазы и полосе пропускания оказался ВК Шиклаи . Посмотрим , что может дать для такого каскада применение буфера . Если вместо одного буфера использовать два на транзисторах разной проводимости , включенных параллельно ( рис . 35) , то можно ожидать дальнейшего улучшения пара метров и повышения входного сопротивления . Из всех рассмотренных двухкаскадных схем наилучшим образом по нелинейным искажениям показала себя схема Шиклаи с полевыми транзисторами . Посмотрим , что даст установка параллельного буфера на ее входе ( рис . 37 ).

Параметры исследованных вы ходных каскадов сведены в табл . 1 .

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы :
— любой ВК из » двоек » на БТ как нагрузка УН плохо подходит для работы в УМЗЧ высокой верности ;
— характеристики ВК с ПТ на вы ходе мало зависят от сопротивления источника сигнала ;
— буферный каскад на входе любой из » двоек » на БТ повышает входное сопротивление , снижает индуктивную составляющую выхода , расширяет полосу пропускания и делает параметры независимыми от выходного сопротивления источника сигнала ;
— ВК Шиклаи с ПТ на выходе и параллельным буфером на входе ( рис . 37 ) имеет самые высокие характеристики ( минимальные искажения , максимальную полосу пропускания , нулевую девиацию фазы в звуковом диапазоне ).

Выходные каскады на базе » троек «

В высококачественных УМЗЧ чаще используются трехкаскадные структуры : » тройки » Дарлингтона , Шиклаи с выходными транзисторами Дарлинг тона , Шиклаи с выходными транзис торами Bryston и другие комбинации . Одним из самых популярных вы ходных каскадов в настоящее вре мя является ВК на базе составно го транзис тора Дарлингтона из трех транзисторов ( рис . 39). На рис . 41 показан ВК с разветвлением каскадов : входные повторители одновременно работают на два каскада , которые , в свою очередь , также работают на два каскада каждый , а третья ступень включена на общий выход . В результате , на выходе такого ВК работают счетверенные транзисторы .

Схема ВК , в которой в качестве выходных транзисторов использованы составные транзисторы Дарлингтона , изображена на рис . 43. Параметры ВК на рис .43 можно существенно улучшить , если включить на его входе хорошо зарекомендовавший себя с » двойками » параллельный буферный каскад ( рис . 44).

Вариант ВК Шиклаи по схеме на рис . 4 г с применением составных транзисторов Bryston показан на рис . 46 . На рис . 48 показан вариан т ВК на транзисторах Шиклаи ( рис .4 д ) с коэффициентом передачи около 5, в котором входные транзисторы работают в классе А ( цепи термоста билизации не показаны ).

На рис . 51 показан ВК по структуре предыдущей схемы только с единичным коэффициентом передачи . Обзор будет неполным , если не остановиться на схеме выходного каскада с коррекцией нелинейности Хауксфорда ( Hawksford ), приведенной на рис . 53 . Транзисторы VT 5 и VT 6 — составные транзисторы Дарлингтона .

С целью устранения отмеченных выше недостатков схемы рис. 54 и упрощения схемы заменим входной эмиттерный повторитель параллельным повторителем , а резисторы R 1 ( рис . 53) разобьем на 2 резистора ( рис . 55). В точки соединения резисторов ( R 5, R 8 и R 6, R 9) подключим генераторы тока (9 мА ) н а транзисторах VT 1, VT 4. и получим схему изображенную на рисунке .

Заменим выходные транзисторы на полевые транзисторы типа Lateral ( рис . 57

По вышению надежности усилите лей за счет исключения сквозных то ков , которые особенно опасны при кли пировании высокочастотных сиг налов , способствуют схемы антинасыщения выходных транзисторов . Варианты таких решений показаны на рис . 58. Через верхние диоды происходит сброс лишнего тока базы в коллектор транзистора при прибли жении к напряжению насы щен ия . На пряжение насыщения мощных транзисторов обычно находится в пределах 0,5. 1,5 В , что примерно совпадает с падением напряжения на базо-эмиттерном переходе . В первом варианте ( рис . 58 а ) за счет дополнительного диода в цепи базы напряжение эмитте р — коллектор не доходит до напряжения насыщения пример но на 0,6 В ( падение напряжения на диоде ). Вторая схема ( рис . 58б) требует подбора резисторов R 1 и R 2. Нижние диоды в схемах предназначены для быстрого выключения транзисторов при импульсных сигналах . Аналогичные решения применяются и в силовых ключах .

Часто для повышения качества в УМЗЧ делают раздельное питание, повышенное , на 10. 15 В для входного каскада и усилителя на пряжения и пониженное для вы ходного каскада . В этом случае во избежание выхода из строя выходных транзисторов и снижения перегрузки предвыходных необходимо использовать защитные диоды . Рассмотрим этот вариант на примере модификации схемы на рис . 39. В случае повышения входного напряжения выше на пряжения питания выходных транзисторов открываются дополнительные диоды VD 1, VD 2 ( рис . 59 ), и лишний ток базы транзисторов VT 1, VT 2 сбрасывается на шины питания оконечных транзисторов . При этом не допускается повышения входного на пряжения выше уровней питания для выходной ступени ВК и снижается ток коллектора транзисторов VT 1, VT 2.

Ранее , с целью упрощения , вместо схемы смещения в УМЗЧ использовался отдельный источник напряжения . Многие из рассмотренных схем , в частности , выходные каскады с параллельным повторителем на входе , не нуждаются в схемах смещения , что является их дополнительным достоинством . Теперь рассмотрим типовые схе мы смещения , которые представлены на рис . 60 , 61 .

Генераторы стабильного тока. В современных УМЗЧ широко используется ряд типовых схем : диф ференциальный каскад ( ДК ), отражатель тока (» токовое зеркало «), схема сдвига уровня , каскод ( с последова тельным и параллельным питанием , последний также называют » лома ным каскодом «), генератор стабильного тока ( ГСТ ) и др . Их правильное применение позволяет значительно повысить технические характеристики УМЗЧ . Оценку параметров основных схем ГСТ ( рис. 62 — 6 6 ) сделаем с помощью моделирования . Будем исходить из того , что ГСТ является нагрузкой УН и включенпараллельно ВК . Исследуем его свойства с помощью методики , аналогичной исследованиям ВК .

Рассмотренные схемы ГСТ — , это вариант динамической нагрузки для однотактного УН . В УМЗЧ с одним дифференциальным каскадом ( ДК ) для организации встречной динамической нагрузки в УН используют структуру » токового зеркала » или , как его еще называют , » отражателя тока » ( ОТ ). Эта структура УМЗЧ была характерна для усилителей Холтона , Хафлера и др . Основные схемы отражателей тока приведены на рис . 67 . Они могут быть как с единичным коэффициентом передачи ( точнее , близким к 1), так и с большим или меньшим единицы ( масштабные отражатели тока ). В усилителе напряжения ток ОТ находится в пределах 3. 20 мА : Поэтому испытаем все ОТ при токе , например , около 10 мА по схеме рис . 68.

Результаты испытаний приве дены в табл . 3 .

В качестве примера реального усилителя предлагается схема усилителя мощности S. BOCK , опубликованная в журнале Радиомир, 201 1 , № 1, с. 5 — 7; № 2, с. 5 — 7 Radiotechnika №№ 11, 12/06

Целью автора было построение усилителя мощности , пригодного как для озвучивания » пространства » во время прадничных мероприятий , так и для дискотек . Конечно , хотелось , чтобы он умещался в корпусе сравнительно небольших габаритов и легко транспортировался . Еще одно требование к нему — легкодоступность комплектующих . Стремясь достичь качества Hi — Fi , я выбрал комплементарно — симметричную схему выходного каскада . Максимальная выходная мощность усилителя была задана на уровне 300 Вт ( на нагрузке 4 Ом ). При таком мощности выходное напряжение составляет примерно 35 В . Следовательно для УМЗЧ необходимо двухполярное питающее напряжение в пределах 2×60 В . Схема усилителя приведена на рис . 1 . УМЗЧ имеет асимметричный вход . Входной каскад образуют два дифференциальных усилителя .

А. ПЕТРОВ , Радиомир, 201 1 , №№ 4 — 12

Источник

Adblock
detector