Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы
Практическая схема двухтактного усилителя встречалась нам в одном из приемников (рис. 45). Здесь двухтактный выходной каскад работает на общую нагрузку — громкоговоритель Гр1. Он включен через выходной трансформатор, имеющий отвод от средней точки. Благодаря этому каждое плечо двухтактного каскада как бы работает на свою половину выходного трансформатора и через нее наводит свою половинку тока (здесь полезно вспомнить хорошо известное вам примечание на стр. 26) во вторичной обмотке, то есть в цепи громкоговорителя.
С нижней части делителя R11R12 на базы обоих выходных транзисторов Т4 и Т5 подается очень небольшое смещение. Таким образом эти транзисторы почти заперты и потребляют в «режиме молчания» очень небольшой ток покоя. Это значит, что усилитель работает в классе АБ, Можно было бы повысить экономичность усилителя, переведя его в класс Б. Для этого нужно убрать смещение и запереть триоды, чтобы их отпирало лишь управляющее напряжение. Однако при работе в классе Б появляются некоторые трудно устранимые искажения (из-за загиба входной характеристики), и этот класс в усилителях НЧ используется реже. Класс С в этих усилителях вообще не используется из-за появления неустранимых искажений.
Управляющее напряжение на выходные транзисторы подается с так называемого фазоинверсного каскада, выполненного на транзисторе Т3 по трансформаторной схеме. Есть и другие схемы фазоинверторов, но все они выполняют одну и ту же задачу — создают два противофазных напряжения, которые необходимо подать на базы транзисторов двухтактной схемы.
Если на эти транзисторы подать одно и то же напряжение, то они будут работать не через такт, а синхронно, и поэтому оба будут усиливать только положительные или, наоборот, только отрицательные полупериоды сигнала. Чтобы транзисторы двухтактного каскада работали поочередно, нужно подавать на их базы противофазные напряжения. Тогда если во время одного полупериода отпирающий «минус» будет на базе Т4, а на базе Т5 будет запирающий «плюс», то во время следующего полупериода картина изменится и на базе Т5 будет «минус», а на базе Т4 «плюс». Таким образом, два противофазных напряжения будут поочередно отпирать транзисторы двухтактного каскада.
В фазоинверторе с трансформатором два управляющих напряжения получаются благодаря разделению вторичной обмотки на две равные части. А противофазными эти напряжения становятся потому, что заземлена средняя точка вторичной обмотки. Когда на верхнем (по схеме) ее конце появляется «плюс» относительно средней точки, на нижнем конце относительно этой точки оказывается «минус». А поскольку напряжение переменное, то «плюс» и «минус» все время меняются местами (рис. 108).
Рис. 108. Фазоинвертор создает два переменных напряжения, сдвинутых по фазе на 180°.
Трансформаторный фазоинвертор прост и надежен, его практически не нужно налаживать. Двухтактный усилитель для транзисторного приемника или небольшой радиолы можно собрать не только по схеме рис. 45, но и по одной из схем усилителя НЧ промышленного приемника. Например, по схеме приемников «Альпинист», «Нева-2», «Спидола» и др.
Желание избавиться от трансформаторов привело к созданию нескольких более сложных схем двухтактных усилителей. Одна из них приведена на рис. 104—6.
рис. 104—6
Как видите, на этой схеме нет ни выходного трансформатора, с помощью которого осуществляется «сшивание» двух половинок сигнала, ни трансформатора фазоинвертора (его часто называют согласующим трансформатором), с помощью которого на двухтактный каскад подаются два противофазных управляющих напряжения.
Как же решаются эти задачи в безтрансформаторном усилителе? В данном случае они решаются благодаря применению транзисторов с разной структурой — транзисторов типа n-р-n и р-n-р. Транзисторы n-р-n в сравнении с транзисторами р-n-р, если можно так сказать, делают все наоборот (рис. 104—6, 109).
Рис. 109. Если в двухтактном каскаде работают транзисторы с разной структурой (проводимостью), то можно обойтись и без фазоинвертора.
В частности, на коллектор им нужно подавать не «минус», а «плюс». Отпирает эти транзисторы уже не отрицательное, а положительное напряжение. Это значит, что на таких разных транзисторах можно собрать двухтактный выходной каскад без всякого фазоинвертора и подавать на их базы одно и то же управляющее напряжение, один и тот же сигнал. Отрицательный полупериод этого напряжения будет отпирать транзистор р-n-р (Т3), а положительный полупериод будет отпирать транзистор n-р-n (Т4), и таким образом транзисторы будут работать поочередно.
В коллекторной цепи транзисторов с разной структурой токи тоже, движутся в разных направлениях. И благодаря этому один из транзисторов создает положительную «половинку» выходного сигнала, а второй транзистор — отрицательную.
Однако это еще не дает права исключить из схемы выходной трансформатор: кроме «сшивания» сигнала, у него есть еще одна функция — согласование высокого выходного сопротивления транзистора с малым сопротивлением громкоговорителя (рис. 83). Кто же берет на себя эту роль выходного трансформатора? Никто. Просто выходной каскад собран по схеме ОК, а одна из главных ее особенностей — низкое выходное сопротивление. Таким образом, в какой-то степени пожертвовав усилением (схема ОК усиливает хуже, чем ОЭ), удается обойтись без выходного трансформатора.
Несколько слов о «мелких» особенностях схемы (рис. 104—6).
В цепь эмиттера транзистора Т1 включено два резистора, причем только один из них зашунтирован конденсатором. Этот резистор R4 выполняет уже знакомые нам обязанности в системе термостабилизации, а второй резистор — R5 — является элементом обратной связи. Причем не только связи, охватывающей первый каскад, — на резистор R5 через R13C9 подается напряжение обратной связи с выхода усилителя и таким образом появляется цепочка обратной связи, охватывающая сразу все усилительные каскады.
Отрицательная обратная связь хотя и уменьшает общее усиление, зато в значительной степени снижает искажения, особенно те, что возникают в выходном каскаде в процессе «сшивания» сигнала. Одна из возможных причин таких искажений— некоторая неодинаковость параметров транзисторов, работающих в двухтактной схеме. Из-за этой неодинаковости «половинки» выходного сигнала немного различаются и форма сигнала оказывается несколько искаженной.
Каким же образом отрицательная обратная связь снижает искажения, исправляет форму сигнала? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить, что искажение формы сигнала, по сути дела, означает появление в сигнале новых гармоник, новых синусоидальных составляющих. Так было и при умышленном искажении формы — при выпрямлении переменного тока и детектировании. Так получается и при усилении.
По цепи отрицательной обратной связи новые, появившиеся в результате искажений гармоники подаются на вход усилителя в такой фазе, что они сами себя ослабляют. Мощность этих гармоник на выходе усилителя оказывается меньше, чем она была бы без обратной связи. Одновременно, конечно, ослабляются и полезные составляющие, из которых должен складываться неискаженный сигнал, но это дело поправимое. Чтобы скомпенсировать эту вредную деятельность отрицательной обратной связи, можно увеличить уровень сигнала, поступающего на вход усилителя, может быть даже добавив для этого еще один каскад.
Отрицательная обратная связь в усилителях НЧ, особенно в двухтактных усилителях, работающих в классах АБ и Б, находит очень широкое применение: отрицательная обратная связь позволяет сделать то, что никакими другими средствами не достигается, — она позволяет уменьшить искажения формы сигнала, уменьшить так называемые нелинейные искажения.
Отрицательная обратная связь позволяет выполнить еще одну важную операцию — осуществить регулировку тембра, то есть в нужном направлении изменить частотную характеристику усилителя. Эта характеристика показывает, как меняется усиление с изменением частоты сигнала.
Для идеального усилителя частотная характеристика — это просто прямая линия: усиление на всех частотах у такого усилителя одинаково. Но у реального усилителя частотная характеристика загнута, завалена в области самых низких и самых высоких частот. Это значит, что низшие и высшие частоты звукового диапазона усиливаются хуже, чем средние частоты. Причины появления таких завалов частотной характеристики могут быть разными, но корень у них общий. Неодинаковое усиление на разных частотах получается потому, что в схеме имеются реактивные элементы — конденсаторы и катушки, сопротивление которых меняется с частотой.
