Бестрансформаторные усилители мощности

Применение трансформаторов в усилителях мощности помимо достоинств (возможность согласования сопротивлений, гальваническая развязка) имеет недостатки. Это большие вес, габариты и стоимость, а также нелинейные и частотные искажения, вносимые трансформатором. Поэтому были разработаны схемы бестрансформаторных каскадов усилителей мощности, которые допускают возможность микросхемного исполнения.

На рис. 4.18 показана схема бестрансформаторного каскада усиления мощности на двух "комплементарных" транзисторах (транзисторах разной проводимости p-n-p и n-p-n c одинаковыми характеристиками) VT1 и VT2 c двумя источниками питания Е_к1 и Е_к2. Резисторы R1 и R2 предназначены для задания режима работы каскада (в классе А, В или АВ). Конденсатор С_р служит для развязки по постоянному току входа каскада с источником входного сигнала.

Отметим, что транзисторы включены по схеме ОК, поэтому рассматриваемый каскад обладает усилением по току и мощности, а усиление по напряжению отсутствует.

Часто возникает необходимость питания усилителя от одного источника питания. В этом случае нагрузку подключают к эмиттерам транзисторов через электролитический конденсатор С большой емкости (рис. 4.19). При положительной полуволне входного напряжения ток нагрузки замыкается по контуру: +Е_к, коллектор-эмиттер VT1, конденсатор С, R_н, -Е_к, создавая на нагрузке R_н положительную полуволну выходного напряжения и заряжая конденсатор С. При отрицательной полуволне входного напряжения источником питания выходной цепи является конденсатор С. Ток нагрузки замыкается по контуру: положительная обкладка конденсатора С, эмиттер-коллектор VT2, R_н, отрицательная обкладка конденсатора С. В отсутствие входного сигнала конденсатор С заряжен до напряжения 0,5 Е_к.

По энергетическим характеристикам схемы рис. . 4.18 и рис. . 4.19 идентичны, если выполняется условие Е_к = Е_к1 + Е_к2. Мощность, выделяемая в нагрузке, равна U²_кm/(2R_н). Для получения требуемой мощности при заданном значении R_н требуется выбрать величину U_кm, т.е. величину напряжения питания каскада.

Все схемы двухтактных выходных каскадов требуют применения одинаковых по параметрам транзисторов, в особенности имеющих одинаковые коэффициенты передачи тока. Изготовить мощные комплементарные транзисторы с одинаковыми параметрами достаточно сложно. Поэтому в выходных бестрансформаторных усилителях мощности применяют составные транзисторы с разным типом проводимости (транзисторы Дарлингтона), получаемые последовательным соединением двух транзисторов (эмиттер первого транзистора соединяется с базой второго транзистора).

На рис. 4.20 показана схема бестрансформаторного усилителя мощности с составными транзисторами Дарлингтона. Составной транзистор типа n-p-n выполнен на транзисторах VT2 и VT3. Составной транзистор типа p-n-p выполнен на транзисторах VT4 и VT5. Транзисторы VT3 и VT5 одинакового типа проводимости и могут быть выполнены с одинаковыми параметрами с достаточной степенью точности. Транзисторы VT2 и VT4 малой или средней мощности разного типа проводимости. Изготовление таких транзисторов с одинаковыми коэффициентами усиления представляет меньшие трудности, чем транзисторов большой мощности. Общий коэффициент усиления составных транзисторов b_n-p-n=b₂b₃ и b_p-n-p=b₄b₅.

Резисторы R5 и R6 предназначены для уменьшения теплового тока транзисторов VT3 и VT5. Резисторы R3 и R4 вместе с диодами VD1 и VD2 определяют величину тока покоя каскада. Транзистор VT1 с резисторами R1 и R2 является предварительным усилителем.