Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 14

Однако здесь возникает одна серьёзная проблема, как «снять» всё напряжение, не нарушая симметрию выходов транзисторов по отношению к общему проводу, «земле». Нельзя соединять с общим проводом какой-либо вывод нагрузки. Этой проблемы нет, если нагрузка уравновешена, т.е. представляет как бы два сопротивления, общая точка которых «заземлена».

Лучшая линейность, меньшие нелинейные искажения, составляет другое важное преимущество двухтактного каскада. Поясним это качественно на таком наглядном примере. Пусть рабочая точка каждого транзистора выбрана так, что реализуется режим работы с очень маленькой постоянной составляющей тока, рис. 6.38. Транзистор почти заперт, когда . При этом, каждый транзистор будет реагировать по очереди, фактически, только на один полупериод входного напряжения (). Эта ситуация изображена на рис. 6.39. Каждый транзистор работает с очень большими искажениями сигнала (ограничивает одну половину), а форма сигнала на выходе совсем не плохая, очень похожая на входной. В идеале, когда транзисторы и сопротивления плеч каскада попарно одинаковы, форма каждого полупериода выходного напряжения будет тоже одинакова, независимо от характера искажений сигнала одним транзистором. Приведённый пример позволяет понять качественно, почему в двухтактных каскадах получается лучшая линейность. Практика и детальный анализ подтверждают этот вывод.

Обратимся к вопросу о КПД. В двухтактном каскаде можно получить сравнительно малые искажения сигнала даже тогда, когда постоянная составляющая тока каждого транзистора много меньше амплитудного значения переменной составляющей. Это позволяет значительно (в два раза и больше) увеличить КПД. Таковы основные преимущества двухтактного каскада.

Два противофазных напряжения из одного для нормальной работы двухтактных каскадов получают с помощью фазоинверсных цепей и каскадов. Самый простой вариант состоит в использовании трансформатора, вторичная обмотка которого имеет вывод от середины, рис. 6.40а. . Другой распространённый вариант даёт каскад с «разделённой» нагрузкой. Одинаковые сопротивления нагрузки ставят в эмиттерную и коллекторную цепи транзистора, рис. 6.40б. Тогда переменные составляющие выходных напряжений таковы: . Поскольку  и , мы получаем то, что надо. Заметим, что такой каскад не даёт усиления по напряжению (, повторитель) и имеет разные выходные сопротивления.

6.7.4. Двухтактный трансформаторный каскад.

Схема каскада изображена на рис. 6.41. Все положительные качества двухтактного каскада здесь полностью реализуются. Выходной трансформатор выполняет сразу две важные функции, согласование и симметрирование. Он согласует выходные сопротивления транзисторов с сопротивлением нагрузки и преобразует уравновешенное (симметричное) напряжение с выходов транзисторов в первичной цепи в обычное, неуравновешенное, во вторичной цепи. При этом, постоянное магнитное поле, подмагничивающее сердечник трансформатора, отсутствует. Оно скомпенсировано, поскольку постоянные составляющие токов транзисторов, в отличие от переменных, текут в первичной обмотке в разные стороны.

Такие каскады очень широко использовались в ламповых выходных каскадах () качественных приёмников, телевизоров и другой аппаратуры.

6.7.5. Простой эмиттерный повторитель.

Он представляет каскад с нагрузкой в эмиттерной цепи, рис. 6.29а, и не даёт усиления по напряжению. Однако он широко используется в выходных каскадах, как усилитель мощности, обеспечивая очень малое выходное сопротивление , где  есть крутизна транзистора. Для мощных транзисторов  получается порядка единиц ом. Отпадает необходимость применения согласующего трансформатора. Основные недостатки обычного (однотактного) каскада остаются и здесь (сравнительно большие нелинейные искажения и малый КПД).

6.7.6. Двухтактный эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах.