ЛЕКЦИЯ 27 Предоконечные фазоинверсные каскады

Усилители, которые изучаются в данном разделе, широко используются в аппаратуре радио и проводного вещания, радиовещательных и телевизионных приемников, в радиопередающих устройствах, каналообразующей аппаратуре. Материал данного раздела используется при изучении предметов «Радиопередающие устройства», «Многоканальная электросвязь», «Каналообразующая телеграфная аппаратура», «Звуковое и телевизионное вещание».

К фазоинверсным относятся каскады, имеющие несимметричный вход и симметричный относительно общего провода выход. Для этого инверсный каскад имеет два выхода, напряжения на которых по амп­литуде равны между собой и сдвинуты по фазе на 180°. Подобные кас­кады в ряде случаев необходимы для перехода от однотактных каска­дов к двухтактным, а также для передачи сигнала от однотактного кас­када к симметричной нагрузке. Так, инверсные каскады применяются в трансформаторных двухтактных оконечных каскадах для перехода от несимметричных однотактных каскадов пред­варительного усиления. Инверсный каскад необходим также для подачи напряжения сигнала на вход плеч двухтактного бестрансформаторного каскада.

Простейшим фазоинверсным каскадом явля­ется однотактный каскад

Рисунок 2.44 – Фазоинверсный трансформаторный каскад  

Рисунок 2.45 – Фазоинверсный каскад с разделенной на­грузкой

с выходным трансформатором, имеющим симметричную вторичную обмотку с выводом от средней точки (рисунок 2.44). Средняя точка имеет нулевой потенциал, а на каждом из выводов вторичной обмотки полярность потенциалов будет противоположной, меняясь каждые полпериода. Напряжения U _вых1 и U _вых2 равны по амплитуде и противоположны по фазе. Однако в со­временных усилителях трансформаторные инверсные каскады нахо­дят ограниченное применение из-за большой массы, габаритов и стои­мости трансформатора, а также из-за сравнительно плохой частотной и переходной характеристик.

Фазоинверсный каскад с разделенной на­грузкой (рисунок2.45) имеет значительно лучшие характеристики. Этот каскад широко используется на практике. Напряжения U _вых1 и U _вых2 снимаются соответственно с сопротивлений нагрузок по пере­менному току R _н~ и R  _н~. Сопротивления

R _н~ и R   _н~ образованы соот­ветственно параллельным соединением резисторов R или R_э и вход­ным сопротивлением R _вх соответствующего плеча оконечного каскада.

Относительно сопротивления R   _н~. = R _э R _вх /(R _э +R _вх ) транзистор включен по схеме с ОК и, следовательно, напряжение U_вых2 на нем по фазе совпадает с входным напряжением U_вх. Относительно R _н~ тран­зистор включен по схеме с ОЭ и, следовательно, напряжение U_вых1 противоположно по фазе напряжениям U _вх и U _вых2. Этим и объясняется фазоинверсия.Поскольку тран­зистор относительно R _н~ и R  _н~ имеет различные схемы включения, то коэффициент усиления напряжения для R _н~ и R  _н~ будет различ­ным. Так, если относительно R  _н~ транзистор включен по схеме с ОК, то его коэффициент усиления по напряжению меньше единицы и, сле­довательно, U _вых2= U _вх. Включение транзистора по схеме с ОЭ от­носительно сопротивления R _{н ~} обеспечивает несколько большее уси­ление напряжения U _вх и, следовательно, U _вых1 >U _вых2, что гово­рит об отличии амплитуд выходных напряжений инверсного каскада с разделенной нагрузкой. Для устранения этой асимметрии сопротив­ление R _н~ выбирают меньшим, чем R  _н~ что обеспечивается соответ­ствующим подбором резистора в цепи коллектора транзистора.

Для вы­равнивания выходных сопротивлений можно в нижнее плечо инверс­ного каскада включить последовательно с разделительным конденса­тором С_р резистор R _д. Сопротивления резисторов R _э и R _д можно рас­считать, исходя из условия равенст­ва выходных напряжений, U_вых1=U_вых2 и сопротивлений которое можно записать в следующем виде: R/(R + R_вх) = R_э/(R_э+R_д +R_вх).

Инверсные каскады с разделенной нагрузкой используются при работе на двухтактный ламповый каскад без токов сетки, работающий в режиме как А, так и В, и на двухтактный транзисторный каскад, работающий в режиме А при малой мощности усилителя. При работе инверсного каскада на двухтактный транзисторный каскад в режиме В в него необходимо включить параллельно входным сопротивлениям плеч оконечного каскада диоды для разряда разделительных конденса­торов, заряжающихся при работе каскада в режиме В импульсами вход­ного тока транзисторов. При отсутствии этих диодов с изменением уровня входного сигнала будет изменяться и смещение на транзисто­рах оконечного каскада, что приведет к резкому увеличению нелиней­ных искажений сигнала. Необходимо учитывать также, что при ра­боте оконечного каскада в режиме В происходит поочередное подклю­чение его плеч к коллекторному и эмиттерному выходам фазоинверсно­го каскада. При работе нижнего плеча оконечного каскада, т. е. при подключении к эмиттерному выходу инверсного каскада, напряжение U _вых2 практически не меняется, а напряжение U _вых1, приложенное к закрытому транзистору верхнего плеча оконечного каскада, резко возрастает. При значительном возрастании U _вых1 транзистор ин­версного каскада может перейти в режим насыщения. При работе верхнего плеча оконечного каскада (т. е. при подключении к коллек­торному выходу инверсного каскада) напряжение U _вых1 уменьшится. Следовательно, при работе оконечного каскада в режиме В напряже­ние возбуждения изменяется несимметрично. Инверсный каскад с раз­деленной нагрузкой используется в интегральных микросхемах для управления, например, бестрансформаторным выходным каскадом с транзисторами одинаковой структуры в плечах.

Глубокая отрицательная обратная связь в инверсном каскаде с разделенной нагрузкой обеспечивает малые нелинейные и частотные искажения, что при простоте этого каскада определяет основное его достоинство. Однако в подобном каскаде трудно ввести цепи НЧ и ВЧ коррекции, в нем отсутствует усиление сигнала, нет компенсации пульсаций источника питания. Максимальное напряжение U_вых вдвое меньше, чем у обычного резисторного каскада при равном напряжении источника питания, так как напряжение сигнала от УЭ делится поров­ну между сопротивлениями R  _н~ и R  _н~.

Фазоинверсный каскад с эмиттер ной свя­зью. Большую симметрию выходных противофазных напряжений U _вых1 и U _вых2 равенство выходных сопротивлений и стабильность коэффициента усиления по сравнению с каскадом с разделенной на­грузкой получают в фазоинверсном каскаде с эмиттерной связью.

Фазоинверсные каскады на транзисторах с различной проводимостью используются в усили­телях с двухтактным оконечным бестрансформаторным каскадом.

Фазоинверсный каскад с инвертирующим транзистором представляет собой двухкаскадный резисторный усилитель, транзисторы VTI и VT2, которого включены по схеме с ОЭ. Второй каскад усилителя имеет коэффициент усиления по напряжению К_и, примерно равный единице.

Выводы: 1. Фазоинверсные схемы обеспечивают получение на выходе двух одинаковых напряжений в противофазе. 2. Применение трансформатора для фазоинверсии приводит к частотным и фазовым искажениям, делает схему громоздкой. 3. Достоинство схемы с раздельной нагрузкой – простота. Главный недостаток – трудность получения одинаковых по амплитуде выходных напряжений. 4. Схема с эмиттерной связью позволяет обеспечить симметрию выходных напряжений. 5. Двухтактные схемы, собранные на комплементарной паре транзисторов не требует фазоинверсных схем.

Контрольные вопросы:

1. Для каких целей применяют фазоинверсные схемы?

2. Как осуществляется фазоинверсия, если двухтактная схема собрана на комплементарной паре транзисторов?

3. Перечислите недостатки схемы с разделенной нагрузкой.

4. Как обеспечивается фазоинверсия в схеме с эмиттерной связью?

5. Какими достоинствами и недостатками обладает фазоинверсный трансформаторный каскад?

Тема 2.7: Усилители постоянного тока (УПТ)

Дата добавления: 2014-11-16