VI.2. Однотактные каскады мощного усиления.

Резисторный каскад.

В резисторном каскаде мощного усиления (рис.6.1) R_НАГР. включают в выходную цепь через переходную цепь RC.

Рис.6.1. Резисторный каскад мощного усиления.

Ток питания здесь через нагрузку не проходит. Резисторный каскад прост, обладает широкой полосой рабочих частот, но имеет очень низкий КПД, не превосходящий (5 ¸ 6)% . Поэтому, несмотря на достоинства, резисторные каскады мощного усиления применяют только при очень малой выходной мощности (десятки или сотни милливатт).

Однотактный трансформаторный каскад.

Однотактный трансформаторный каскад работает только в режиме А. Схема такого усилителя показана на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Однотактный трансформаторный каскад.

В транзисторных усилителях обычно применяется температурная стабилизация электрического режима транзисторов. Это необходимо потому, что параметры транзистора находятся в зависимости от температуры окружающей среды. Наиболее сильно зависит от температуры ток коллектора и особенно его составляющая – обратный ток коллектора I_К.ОБР..

Изменение коллекторного тока приводит к изменению положения рабочей точки на характеристике транзистора и, как следствие, к изменению режима его работы. Это создаёт дополнительные нелинейные искажения. Для стабилизации положения рабочей точки в усилителях применяются различные методы температурной стабилизации: эмиттерная, коллекторная или комбинированная.В схеме на рис.6.2 применена эмиттерная температурная стабилизация, работающая по принципу изменения падения напряжения на резисторе R_Э при изменении температуры окружающей среды. Если выбрать ток делителя, проходящий через резисторы R₁ и R₂, в несколько раз больше, чем ток покоя базы, то в результате изменения напряжения на резисторе R_Э будет соответственно изменяться отрицательное напряжение на базе транзистора. Это, в свою очередь, обеспечит сравнительно небольшое изменение коллекторного тока. Например, при увеличении температуры за счёт возрастания тока коллектора увеличится падение напряжения на резисторе R_Э, а так как напряжение, действующее на резисторах R₂ и R_Э, направлены навстречу друг другу, результирующее отрицательное напряжение на базе транзистора относительно эмиттера уменьшится, что вызовет соответственное уменьшение тока базы и коллектора.

Нестабильность работы транзисторного усилителя, вызываемая изменением коллекторного тока I_К при изменении обратного тока I_К.ОБР., характеризуется коэффициентом нестабильности S:

S = DI_К / DI_К.ОБР. …………………………. (1).

Коэффициент нестабильности определяет смещение рабочей точки на характеристике транзистора при изменении температуры коллекторного перехода. В лучшем случае он может быть близок к единице, т.е. изменение коллекторного тока будет равно изменению обратного тока. Коэффициент нестабильности определяется из условия изменения допустимого тока коллектора по отношению к величине этого же тока при комнатной температуре. Коэффициент нестабильности уменьшается с увеличением сопротивления резистора R_Э и с уменьшением сопротивлений резисторов R₁ и R₂, т.е. с увеличением тока делителя. На практике получить нестабильность S =1 или близкую к ней в схеме с одним источником питания невозможно, так как одновременно с повышением стабильности работы усилителя снижается его входное сопротивление и увеличивается ток в цепи делителя напряжения. При расчётах усилителей величину S обычно выбирают в пределах 3 ¸ 7.

При подаче сигнала на вход усилителя между базой и эмиттером возникает пульсирующее напряжение, вызывающее соответствующее изменение токов базы и коллектора. Ток коллектора, проходя через обмотку выходного трансформатора, создаёт пульсирующее магнитное поле

Ф = А(I_К0 ± I_К~) ………………… (2),

переменная составляющая которого во вторичной цепи выходного трансформатора наводит переменный ток, соответствующий форме входного сигнала. В приведенной формуле:

А – коэффициент пропорциональности;

I_К0 – постоянная составляющая коллекторного тока;

I_К~ – переменная составляющая коллекторного тока.

Переменная составляющая тока в цепи эмиттера в основном проходит через конденсатор С_Э, не вызывая значительного падения напряжения на резисторе R_Э. Поэтому конденсатор С_Э рассчитывается так, чтобы его реактивное сопротивление Х_Сэ на самой нижней рабочей частоте F_Н было бы значительно меньше сопротивления резистора R_Э.

Достоинством трансформаторного каскада мощного усиления является то, что он при соответствующем коэффициенте трансформации может работать с высоким КПД на сопротивление нагрузки практически любой величины. По этой причине трансформаторные усилители мощности, несмотря на довольно высокую стоимость и сравнительно узкую полосу рабочих частот, широко используются в качестве выходных каскадов как транзисторных, так и ламповых усилителей.