Бестрансформаторные двухтактные каскады на транзисторах

Благодаря наличию приборов разного типа проводи­мости (комплементарных), биполярные и полевые тран­зисторы, в отличие от ламп, позволяют легко строить схемы оконечных каскадов без трансформатора и фазоинвертора. Функциональная схема двухтактного каскада на широко распространенных комплементарных биполяр­ных транзисторах содержит два плеча (подобных однотактным каскадам), возбуждаемых прямо от источника входного сигнала. Существуют двух­тактные каскады и на транзисторах одного типа проводи­мости, но для их возбуждения уже приходится использо­вать фазоинвертор. Есть схемы каскадов и на так называемых квазикомплементарных транзисторах — у них два послед­них мощных транзистора имеют одинаковый тип прово­димости.

В этом каскаде транзисторы используются в схеме с общим коллектором, при которой коэффициент передачи по напряжению близок и несколько меньше 1. Поэтому схема называется эмиттерным повторителем. Эта схема дает очень малые нелинейные искажения и усиливает ток в (3+1) раз, но требует больших входных напряжений. Последнее усложняет построение предварительных каска­дов.

Ток покоя транзистора определяется напряжением база—эмиттер, которое создается парой диодов в базовой цепи. Выбором типа диодов (и их числа, при необходимо­сти) можно заставить работать каскад как в классе А, так и в классах В и АВ (промежуточный класс). С ростом температуры окружающей среды падение напряжения на диодах уменьшается почти настолько же, насколько умень­шается напряжение база—эмиттер транзисторов. Это осу­ществляет довольно эффективную температурную стаби­лизацию тока покоя выходного каскада - особенно если термокомпенсирующие диоды разместить на радиаторах транзисторов.

Передаточная характеристика двухтактного каскада получается как сумма характеристик его плеч . Сдвиг характеристик задается падением напряжения на диодах.

Если оба транзистора в двухтактном каскаде идентич­ны, то передаточная характеристика будет симметричной. Уже одно это означает исчезновение из спектра выходного сигнала всех четных гармоник, что заметно снижает значение коэффициента нелинейных искажений. К сожалению, строгой идентич­ности передаточных характеристик у обоих плеч двухтакт­ного каскада добиться невозможно, поэтому некоторая асимметрия суммарной характеристики будет наблюдать­ся и полного подавления четных гармоник не происходит.

Бестрансформаторные выходные каскады получили преимущественное распространение. Они позволяют осуществить непосредственную связь с нагрузкой, что дает возможность обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов; имеют хорошие частотные и амплитудные характеристики; легко могут быть выполнены по интегральной технологии. Кроме того, в связи с отсутствием частотнозависимых элементов в цепях связи между каскадами можно вводить глубокие общие отрицательные ОС как по переменному, так и по постоянному токам, что существенно улучшает характеристики преобразования всего устройства. При этом обеспечение устойчивости усилительного устройства может быть достигнуто введением простейших корректирующих цепей.
Бестрансформаторные мощные выходные каскады собирают в основном по двухтактным схемам на транзисторах, работающих в режиме В или АВ и включенных по схемам с ОК или ОЭ. В этих схемах возможно сочетание в одном каскаде либо одинаковых транзисторов, лиоо транзисторов с разным типом электропроводности. Каскады, в которых использованы транзисторы с разным типом электропроводности, называются каскадами с дополнительной симметрией.
Так как бестрансформаторные каскады обычно работают с большими токами, то в схемах следует предусматривать улучшенную термостабилизацию. Ее обеспечивают или за счет введения достаточно глубокой отрицательной ОС по постоянному току, или с помощью термозависимых сопротивлений. При этом следует обратить внимание на правильный выбор сопротивлений в базовых цепях мощных выходных транзисторов.
В мощных бестрансформаторных каскадах, в которых транзисторы включены с ОК, может произойти короткое замыкание выходных зажимов. Как правило, оно вызывает выход транзисторов из строя из-за превышения коллекторным током допустимого значения. Для защиты от коротких замыканий в эмиттерные цепи мощных выходных транзисторов включают небольшие сопротивления , ограничивающие ток, или вводят дополнительные транзисторы, которые открываются только при больших токах нагрузки и, шунтируя входную цепь, ограничивают значение выходного тока на безопасном уровне.
В некоторых случаях приходится применять параллельное соединение транзисторов. Это используется тогда, когда не удается подобрать активный прибор, обеспечивающий получение нужного тока и рассеиваемой мощности. При параллельном включении все транзисторы необходимо располагать на одном теплоотводе, а в цепях всех эмиттеров устанавливать малые резисторы (доли Ом). Цель этого — получение у транзисторов одинаковых параметров и равномерное распределение нагрузки между ними. При неидентичности параметров на отдельных транзисторах будет рассеиваться большая мощность, которая выводит их из строя, а затем могут выйти из строя оставшиеся транзисторы и весь усилитель.
Используя комбинации основных схем включения транзисторов, можно реализовать бестрансформаторные выходные каскады с различными параметрами и свойствами, которые обеспечат получение требуемой мощности в сопротивлении нагрузки.