Усилители мощности (Выходные каскады усиления).

Они предназначены для передачи потребителю максимально возможной мощности.

Они бывают однотактными, которые работают в режиме класса А, и двухтактными, которые работают в режиме класса В. Двухтактная схема в режиме класса В наиболее экономична и обеспечивает большие уровни выходной мощности. Однотактную схему применяют при относительно малых выходных мощностях. При небольших уровнях выходной мощности применяют непосредственное подключение нагрузки в выходную цепь транзистора. Эти усилители наз. бестрансформаторными выходными каскадами.

Однотактные выходные каскады.

Рис. 4.17

Это схема однотактного выходного каскада с ОЭ ( рис. 4.17).Сопротивление нагрузки переменной составляющей коллекторного тока (показано пунктирной линией), обус­ловленной полезным входным сигналом, является в общем случае комплексной величиной. В области средних частот можно считать, что нагрузка активная и сопротивление нагрузки R_н’=R_н/n²,

откуда коэффициент трансформации в режиме согласования n=

или с учетом потерь в трансформаторе n=

где η— КПД трансформатора.

Двухтактные выходные каскады.

Схема двухтактного усилителя в режиме класса. В включенная по схеме ОЭ приведена на рис. 4.18. В режиме по постоянному току на базы обоих транзисторов с делителя R₁R₂ от источника питания E_к подастся небольшое напряжение смещения U_oб,определяющее небольшой ток базы. Поэтому в схеме существует режим класса В. На входы транзисторов Т₁ и T₂со вторичной обмотки трансформатора предоконечного усилителя напряжения с выходным сопротивлением R_и поступает два симметричных напряжения U_вх1=U_б1и U_вх2=U_б2сдвинутых по фазе на 180°. Поэтому один из транзисторов закрыт, а другой открыт и транзисторы пропускают токи поочередно, по полупериодам (со сдвигом на 180°), как видно из диаграмм коллекторных токов i_k1 и i_k2 построенных возле коллекторных цепей транзисторов.

Несмотря на то что токи отдельных транзисторов имеют вид импульсов, сквозной ток первичной обмотки i₁ и напряжения на коллекторах U_к1 и U_к2 имеют форму синусоиды, т.к. из-за наличия магнитной связи между обеими половинами первичной обмотки трансформатора Тр₂ при изменении мгновенного значения коллекторного тока одного из транзисторов появляются ЭДС на обеих полуобмотках, причем на одной из них ЭДС самоиндукции, а на другой – ЭДС взаимоиндукции.Так как постоянные составляющие коллекторных токов I_ок1 и I_ок2 направлены встречно, то подмагничивание трансформатора Тр₂отсутствует. Это позволяет уменьшить его габариты.

Рис. 4.18

За счет повышающего или понижающего трансформатора увеличивается коэффициент усиления по напряжению или по току; т.к. падение напряжения за счет постоянной составляющей выходного тока на малом активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора незначительно, к выходным зажимам транзистора подводится почти все напряжение питания. Это позволяет использовать более низковольтные источники питания; согласование выходного сопротивления предыдущего каскада с входным сопротивлением последующего каскада или нагрузкой позволяет осуществить режим передачи максимальной мощности.

Недостатки: большие масса, габариты и стоимость.

Бестрансформаторные выходные каскады.

В ИМС применяют двухтактные усилители с бестрансформаторным выходом. Они построены на разнотипных транзисторах: р-n-р и n-р-n-типа. Схемы бестрансформаторных двухтактных усилителей на транзисторах с электропроводностью разных типов показаны на рис. 4.19. Такие выходные каскады имеют последовательное питание и параллельное включение нагрузки. Смещение по постоянному току осуществляется делителем R₁R₂R₃. Поскольку сопротивление резистора R₂ обычно мало, можно считать, что базы обоих транзисторов по переменному току соединены и имеют один входной зажим (несимметричный вход).

Рис. 4.19

Когда на входе усилителя (рис. 4.19, а) появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа n-р-n,пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа р-n-рне изменяется. При поступлении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзистор типа р-n-р. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в течение всего периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы поамплитуде, через нагрузку R_н не проходит.

Схема рассматриваемого усилителя упрощается при питании от общего источника Е_к. Однако чтобы постоянная составляющая тока не проходила через нагрузку, последняя должна подсоединяться через конденсатор достаточно большой емкости (рис. 10, б).