Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Может ли двухтактная схема работать без выходного трансформатора?

Да, если выходное сопротивление близко к оптимальному. При соответствующей конструкции схемы усилителя можно исключить выходной трансформатор. Благодаря этому значительно снизятся стоимость и габаритные размеры устройства, улучшится его частотная характеристика и уменьшатся нелинейные искажения.

Бестрансформаторные схемы чаще всего используют в транзисторных усилителях, исходя из более выгодных условий совместной работы транзисторов с малыми нагрузочными сопротивлениями. Бестрансформаторные усилители на лампах труднее реализовать из-за необходимости использования значительно больших сопротивлений нагрузки (несколько сотен ом или даже килоом).

Сначала рассмотрим ламповую бестрансформаторную схему, представленную на рис. 7.24.

Рис. 7.24. Бестрансформаторный двухтактный ламповый усилитель

Обе лампы, включенные последовательно, питаются анодным напряжением, в 2 раза большим, чем напряжение, требуемое для одной лампы. Нагрузка связана с лампами посредством конденсатора связи С. Для обеспечения нужной характеристики усилителя в диапазоне низких частот его емкость выбирается большой. При симметричном возбуждении обеих ламп схема работает, как двухтактный усилитель. Возбуждающие напряжения сдвинуты по фазе на 180°. Их можно получить, используя входной трансформатор с симметричными, но изолированными друг от друга вторичными обмотками. В обсуждаемой схеме для инверсии (переворота) фазы входного сигнала используется нижняя лампа.

Сигнал на резисторе Rк имеет противоположную фазу относительно входного сигнала, однако, благодаря соответствующему подбору сопротивления, одинаковую амплитуду. Этот сигнал управляет верхней лампой двухтактного усилителя.

Бестрансформаторные транзисторные усилители чаще всего работают в режиме класса В. Из-за отсутствия выходного трансформатора напряжение на коллекторе непроводящего транзистора не увеличивается, в связи с чем может быть увеличено питающее напряжение. Это приводит к лучшему использованию транзисторов по напряжению и в результате к большей выходной мощности. Что касается способа управления, то чаще всего применяют трансформаторную или непосредственную связь.

Примером бестрансформаторного (со стороны нагрузки) транзисторного двухтактного усилителя с емкостной связью с нагрузкой является схема, представленная на рис. 7.25.

Рис. 7.25. Бестрансформаторный двухтактный усилитель при емкостной связи с нагрузкой

Принцип работы этой схемы очень похож на принцип работы ранее рассмотренной. Разница заключается в использовании входного трансформатора с двумя независимыми обмотками, обеспечивающими сдвинутые по фазе возбуждающие напряжения.

Значительное упрощение условий возбуждения достигается при использовании в двухтактном усилителе мощности транзисторов р-n-р и n-p-n (рис. 7.26).

Рис 7.26. Двухтактная схема с комплементарными транзисторами

В схеме такого типа симметричное возбуждение является излишним из-за противоречивых свойств транзисторов. Управляющий сигнал, поданный на базу одного транзистора, возбуждает его таким образом, что он будет проводить в то время, когда другой транзистор будет заперт. Поэтому работа в режиме класса В осуществляется без входного трансформатора. Недостатком схем этого типа является трудность получения достаточно высокой степени симметрии дополнительных транзисторов, что может быть причиной появления больших нелинейных искажений.

Что такое симметрирующий усилитель?

Как уже известно, для возбуждения двухтактного усилителя необходимы два симметричных напряжения, сдвинутых на 180° по фазе относительно друг друга. Схема, обеспечивающая такие напряжения, называется симметрирующей схемой, фазовращателем или инвертором фазы. Наиболее простым, однако достаточно дорогим способом получения симметричного сигнала является применение трансформатора с разделенной вторичной обмоткой. Имеются, однако, симметрирующие усилители, которые выполняют роль симметрирующего трансформатора. В симметрирующих усилителях используется свойство переворачивания фазы сигнала в катодной или эмиттерной цепи усилительного каскада.

Простейшей симметрирующей схемой является двухкаскадный усилитель (рис. 7.27, а).

Рис. 7.27,а. Двухкаскадный симметрирующий транзисторный усилитель

Оба транзистора работают по схеме с ОЭ. Сигнал с коллектора транзистора Т1 передается на выход 1 и одновременно через делитель напряжения, образованного сопротивлением R и входным сопротивлением Rвх транзистора Т2, на базу транзистора Т2. На коллекторе этого транзистора появляется усиленное напряжение обратной полярности, которое поступает на выход 2. Условием равенства напряжений на выходах 1 и 2 является такое деление выходного напряжения транзистора Т1, при котором транзистор Т2 возбуждается частью напряжения, равной обратной величине коэффициента передачи этого транзистора. Недостатком схемы обычно является отсутствие симметрии во всем полезном диапазоне частот, поскольку линейные искажения второго каскада приводят к тому, что амплитудные характеристики на обоих выходах неодинаковы

Другой симметрирующей схемой является схема с разделенной нагрузкой (рис. 7.27, б), в которой используются одновременно два выхода: из цепей коллектора и эмиттера. Переменное напряжение на коллекторе сдвинуто по фазе на 180° по отношению к входному, а переменное напряжение на эмиттере находится в фазе с входным.

Поскольку коллекторный и эмиттерный токи равны или почти равны друг другу, напряжения на обоих выходах будут симметричны, если сопротивления в выходных цепях будут равны или почти равны друг другу. Точная симметрия достигается подбором одного из резисторов в цепи коллектора или эмиттера. Характерной особенностью схемы являются неодинаковые внутренние сопротивления на обоих выходах: большее на выходе 1 и меньшее на выходе 2.

Рис. 7.27,б. Симметрирующая схема с разделенной нагрузкой

Каким образом можно получить большое входное сопротивление усилителя?

Входное сопротивление усилителя является одним из важнейших параметров усилителя. Очень часто оказывается важным, чтобы входное сопротивление было максимально большим (высоким). Условием большого входного сопротивления является большое сопротивление и малая входная емкость усилительного каскада, а также малое влияние входных цепей питания активного элемента.

Для ламповых усилителей с заземленным катодом входное сопротивление определяется максимально допустимым сопротивлением утечки сетки (составляющего максимально несколько мегом). Входная емкость зависит от емкости между сеткой и катодом Сс. к, а также емкости, вносимой за счет эффекта Миллера и равной Са. с(1 + Кu). На практике минимальная входная емкость составляет от единиц до 10–20 пФ. В большинстве случаев такое значение входного сопротивления вполне достаточно. В отдельных случаях, когда требуется значительно большее входное сопротивление, на входе усилителя можно использовать каскад с заземленным анодом или катодный повторитель (рис. 7.28, а). Характерными чертами-такой схемы являются: усиление по напряжению меньше единицы, малое выходное сопротивление, а также очень большое входное сопротивление и малая входная емкость. На практике получают входное со противление около десятков мегом, а емкость — нескольких пикофарад.

В транзисторных схемах, кроме схем на полевых транзисторах, характеризующихся высоким входным сопротивлением, получить большое входное сопротивление значительно труднее. Входное сопротивление усилителя, работающего по схеме с ОЭ, не превышает нескольких десятков килоом. Поэтому для получения больших входных сопротивлении приходится использовать специальные схемы. Одной из них является аналог лампового катодного повторителя — эмиттерный повторитель (рис. 7.28, б).

Рис. 7.28. Катодный (а) и эмиттерный (б) повторители