Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах

Двухтактный усилитель мощности на комплементарных транзисторах по­зволяет отказаться от использования, как фазорасщепителя на входе, так и трансформатора на выходе. В этом усилителе используются два симметричных транзистора, pnp- и npn-типа, называемые комплементарной парой.

Принцип его работы основан на том факте, что положитель­ный сигнал открывает npn-транзистор, закрывает pnp; а отрицательный сигнал открывает рпр-транзистор, закрывает npn.

На рис. а) приведена базовая схема двухтактного усили­теля на комплементарных транзисторах (иногда называемая каскадом с дополнительной симметрией). Транзисторы T₁ и Т₂ работают в режи­ме класса В, т. е. в точке отсечки.

Используются два источника пи­тания: +E_K и –E_K (двухполярный источник питания). В положительном полупериоде входного сигнала транзистор T₁ открыт, а транзистор Т2 закрыт. Ток i₁ транзистора T₁создает положительную полуволну тока в нагрузочном резисторе R_H. В отрицательном полупериоде открывается транзистор Т₂, и теперь его ток i₂, имеющий противоположное току i₁ направление, протекает через нагрузочный резистор.

Таким образом, на нагрузке формируется полный синусоидальный сигнал, соответствующий двум половинам полного пери­ода входного сигнала. Следует отметить, что в рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с общим коллектором, то есть как эмиттерные повторители, поскольку выходной сигнал снимается с эмиттеров транзисторов.

На рис. б) приведена полная схема двухтактного усилителя мощности на комплементарных транзисторах вместе с предвыходным каскадом.

Схема модифицирована для питания от одного источника. Транзистор T₁ работает в предвыходном каскаде (предусилителе мощности). Цепь смешения R₁ — R₂ обеспечивает работу этого каскада в режиме класса А. При подаче питания устанавливается нормальный статический режим транзистора T₁ (транзистор открыт). Разделительный конденсатор С₃ разряжен. Следовательно, потенциал точки А, где соединяются эмиттеры транзисторов Т₂ и Т₃, равен нулю. Однако базы этих транзисторов находятся под положительным потенциалом, определяемым напряжением на коллекторе транзистора T₁. Это положительное напряжение открывает транзистор Т₂. Транзистор Т₃ (рпр-типа) при этом закрыт. Таким обра­зом, ток i₂, протекающий через открытый транзистор, будет заряжать конденсатор С₃, как показано на схеме. По мере заряда этого конденса­тора возрастает напряжение в точке А. Процесс зарядки продолжается до тех пор, пока не закроется транзистор Т₂. Это происходит в тот момент, когда напряжение на эмиттере этого транзистора (в точке А) сравнива­ется с напряжением на его базе.

Если статический режим транзистора T₁ выбран таким образом, что его коллекторное напряжение равно 0,5Е_к, то транзистор Т₂ закроется, как только потенциал точки А возрастет до 0,5Е_К. В результате схе­ма будет сбалансирована по постоянному току и каждому транзистору будет приложено напряжение, равное половине напряжения источника питания. Транзисторы Т₂ и Т₃ оказываются в отсечке (режим класса В) с нулевым напряжением смещения на их эмиттерных переходах, т. е. они находятся на грани включения при отсутствии входного сигнала.

При подаче входного сигнала транзистор T₁ находится в проводящем состоянии в течение всего периода, усиливая этот сигнал и обеспечивая «раскачку» выходных транзисторов Т₂ и Т₃. Комплементарная пара выходных транзисторов обеспечивает дальнейшее усиление сигнала, как это было описано выше при рассмотрении базовой схемы.

Схема на рис. б) имеет низкую стабильность по постоянному то­ку. Любое изменение тока транзистора T₁ вызывает изменение статиче­ского режима выходной пары транзисторов, что может привести к иска­жениям выходного сигнала.

Для улучшения стабильности использует­ся отрицательная обратная связь по постоянному току, обеспечивающая автоматическую подстройку смещения транзистора Т₁, как показано на рис. в). Постоянное напряжение, действующее в точке А (0,5Е_К), по­дается обратно на базу транзистора T₁ через резистор обратной связи R_F. В этой схеме громкоговоритель подключен к положительной шине источ­ника питания через разделительный конденсатор С₃. Заметим, что в та­кой конфигурации ток транзистора Т₃ заряжает этот конденсатор, а ток транзистора Т₂ разряжает его. Вообще, транзистор, включенный «последовательно» с разделительным конденсатором, заряжает его, а включен­ный «параллельно» — разряжает. Через резистор R₄ на базы выходных транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения, обеспе­чивающее уменьшение искажений типа «ступенька». Резисторы R₆ и R₇ в эмиттерных цепях транзисторов Т₂ и Т₃ обеспечивают стабильность по постоянному току, а также неглубокую обратную связь по переменному току, улучшающую частотные характеристики усилителя.