Каскады усиления мощности (УМ) на биполярных транзисторах

В последние годы в усилительных устройствах стали применять бестрансформаторные выходные каскады УМ, некоторые схемы которых приведены на рис. 1.9.4.

Особенностью схем бестрансформаторных двухтактных каскадов УМ является применение в них транзисторов разноименной полярности, то есть в одном плече каскада включен транзистор типа р-n-р, а в другом плече - транзистор типа n-p-n. Оба транзистора обладают одинаковыми коэффициентами по току В_ст1 = В_{ст
2} » 30 - 50, а также одинаковыми обратными токами коллекторов I_{кб0 1} = I_кб02.

Применение разноструктурных транзисторов устраняет необходимость фазоинвертирования входного каскада.

В этих каскадах УМ транзисторы включают по схеме с общим коллектором, что создает последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, уменьшая нелинейные и частотные искажения выходного сигнала и расширяя этим полосу пропускания Df = f_{в гран} — f_{н гран}.

Работая в режиме класса В или АВ1 такие низкочастотные каскады УМ имеют наибольший КПД (до 45 — 70%) в тех случаях, когда у выходных транзисторов верхняя граничная частота примерно в 1,5 - 2 раза больше максимальной частоты усиливаемого сигнала f_{с макс}. При невыполнении этого условия КПД каскада значительно снижается, так как происходит увеличение потребляемого тока, который увеличивает мощность, бесполезно рассеиваемую коллекторами транзисторов, что может вывести их из строя. Например, если при биполярных транзисторах типа П201А происходит заметное уменьшение КПД каскада на частотах больше 3 — 5 кГц, то при использовании среднечастотных транзисторов типа П601 — П602 это явление наступает при частотах свыше 50 — 100 кГц, а при транзисторах типа П212 — свыше 20 — 50 кГц. При этом КПД

где Р₀ = Е_к * I_к — мощность, потребляемая от источника питания Е_к.

Максимальная полезная выходная мощность таких каскадов УМ возрастает с увеличением напряжения источника питания, но не более чем Е_к £ U_{к э
доп}, а также при уменьшении сопротивления нагрузки до минимально допустимой величины, ограничиваемой предельно допустимым током коллектора I_{к макс}.

U_вых = 0,5 * I_{m
вых}* U_{m вых} = 0,5Р_{вых макс} » P_{вых
доп}, то есть Р_{вых макс} » 2 * Р_{доп транз}.

Простейшая схема бестрансформаторного двухтактного каскада УМ, собранного на разнотипных транзисторах, работающая в режиме класса В без начального напряжения смещения, показана на рис. 33, а, б. Принцип работы ее состоит в следующем. Когда на базы обоих транзисторов подается одинаковое по величине и фазе входное напряжение U_вх = U_{m вх}*sinwt, то в положительный полупериод входного сигнала работает верхний транзистор типа n-р-n, пропуская коллекторный ток I_к1 через нагрузку R_н и источник питания Е_к, а в отрицательный полупериод работает нижний транзистор типа р-n-р и разряжающийся конденсатор С_р2, пропуская коллекторный ток I_к2, через нагрузку в противоположном направлении. Таким образом, через нагрузку проходит суммарный выходной ток i_н = I_{н макс} * sinwt.

Другая схема бестрансформаторного двухтактного каскада УМ (рис. 1.9.4, в) собирается также на двух разнотипных транзисторах. Этот каскад, работая в режимах классов А или АВ1, имеет во входных цепях делитель напряжения из резисторов R1, R2, RЗ, который обеспечивает необходимые одинаковые по величине начальные напряжения смещения, подаваемые на базы обоих транзисторов с разной полярностью, то есть + U_бэ1 и ± U_бэ2.

Диод Д обеспечивает термокомпенсацию рабочего режима транзисторов.

В динамическом режиме работы в классе АВ1, то есть при подаче на вход U_вх = U_mвх * sinwt транзисторы V1 и V2 будут поочередно открываться, пропуская выходной ток через нагрузку, подключенную через конденсатор С_р2, емкость которого нужно брать побольше, чтобы обеспечить меньший завал частотной характеристики в области нижней граничной частоты.

Третья схема (рис. 1.9.4, г) отличается от предыдущей тем, что имеет еще предварительный каскад усиления, собранный на транзисторе V1 по схеме с общим эмиттером. При этом симметричные напряжения смещения необходимой величины, подаваемые в режиме покоя на базы выходных транзисторов V2 и V3, снимаются с резистора R3 при прохождении через него тока покоя I_кo1 транзистора V1. Величина тока покоя I_ко1устанавливается подбором сопротивления резистора R2.

Четвертая схема (рис. 1.9.4, д) отличается от второй тем, что оба плеча собраны на двух составных эмиттерных повторителях, в которых транзисторы V1 и V2 разной электропроводности обеспечивают работу каскада без фазоинвертирования входного сигнала. Назначение делителя напряжения, состоящего из элементов R1, R2 || Д, RЗ, аналогично ранее рассмотренной второй схеме.

Резисторы R4 и R5 обеспечивают необходимый режим работы транзисторов V3 и V4 и уменьшают влияние разброса их параметров на режим работы транзисторов V1 и V2.

Рис. 1.9.4. Некоторые схемы бестрансформаторных двухтактных каскадов УМ:

а, б - в режиме класса В без начального смещения;

в - в режиме класса А или АВ1 с автоматическим смещением;

г - с предварительным усилительным каскадом, с автоматическим смещением;

д - на двух составных разноструктурных транзисторных повторителях в обоих плечах;

е - график, показывающий динамику подачи напряжения смещения на базы эмиттерных повторителей

Применение составных транзисторных эмиттерных повторителей дает возможность получать более равномерную частотную характеристику вблизи и выше верхней граничной частоты, а также более высокий коэффициент усиления полезного выходного сигнала по мощности.

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Каскады усиления мощности (УМ) на биполярных транзисторах

1. Однотактный каскад УМ.

2. Двухтактный каскад УМ на биполярных транзисторах с переходным и выходным трансформаторами.

3. Двухтактный каскад УМ с предварительным парафазным, то есть фазоинверсным, каскадом с разделенной нагрузкой.

4. Бестрансформаторный двухтактный каскад УМ.