Выходные каскады

Выходные каскады, как правило, работают на низкоомную нагрузку. Поэтому в качестве выходных каскадов обычно применяют эмиттерные повторители (схема с ОК), обладающие низким выходным сопротивлением. Выходные каскады, обеспечивающие необходимую мощность во внешней нагрузке, должны обладать высоким КПД, что достигается путем применения двухтактных схем (рис. 7.7, а). В этом случае через транзистор VT2 протекает ток в положительные полупериоды входного напряжения, а через транзистор VTj — в отрицательные. Вследствие того, что заметный ток транзистора появляется при ивх > 0,7 В, ток через нагрузку в течение некоторых промежутков времени не протекает, поэтому выходное напряжение при прохождении через нуль имеет ступеньки (рис. 7.7, б), то есть выходное напряжение не повторяет форму входного. Этот недостаток устраняется путем включения между базами транзисторов смещающих диодов (рис. 7.8, а), сдвигающих управляющие характеристики транзисторов на 0,7 В, в результате чего зависимость гвых = / (ивх) получается линейной (рис. 7.8, б).

Повышение КПД двухтактной схемы обусловлено тем, что при ывх = 0 ток от источника питания не потребляется. Если же на базу транзистора подано синусоидальное напряжение, то ток через транзистор протекает только в течение половины периода. При этом импульсы тока высотой /эт можно разложить в ряд Фурье. Полагая, что Umxm = Енп, можно рассчитать мощность, выделяемую в нагрузке:

 
 

Разложение импульсов тока в ряд Фурье позволяет определить постоянную составляющую тока, потребляемого от источника:

Таким образом, КПД двухтактной схемы оказывается равным

 
 

Поскольку в схеме работают два транзистора, потребляемый ток необходимо удвоить. Следовательно, от источника потребляется мощность

 
 

Транзисторы типов п-р-п и р-п-р, входящие в двухтактную схему, должны обладать одинаковыми параметрами. Вместе с тем, известно, что транзисторы р-п-р имеют более низкий коэффициент передачи тока (3 по сравнению с транзисторами п-р-п. Поэтому в некоторых случаях вместо транзистора VT2 типа p-n-p используют составной транзистор типа р-п-р с токоотводящим резистором.

 
 

В некоторых схемах применяется защита двухтактного выходного каскада от пе­регрузок. С этой целью в базовые цепи выходных транзисторов включают токозащитные транзисторы (рис. 7.9). Если ток, потребляемый нагрузкой, превышает допустимое значение, то возрастают напряжения на резисторах Rt и R2 и отпираются транзисторы VT3 и VT4, что ведет к уменьшению токов базы транзисторов VT, и VT2 и, как следствие, к уменьшению тока, отдаваемого в нагрузку.

 
 

Дифференциальные каскады

Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой мостовую схему, в плечах которой включены идентичные элементы (рис. 7.10).

В аналоговых интегральных микросхемах вследствие того, что все элементы создаются в едином технологическом процессе, практически обеспечивается идентичность резисторов и транзисторов. ДК питается от двухполярного источника питания Е„„ с заземленной средней точкой, что позволяет подавать сигналы непосредственно на базы транзисторов. Если входы транзисторов заземлены, то токи транзисторов одинаковы, и вследствие идентичности резисторов RKi и Rk2 напряжение на дифференциальном выходе £/выхд между коллекторами будет равно нулю. Если на входы схемы поданы сигналы одинаковые по величине и фазе, называемые синфазными, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения £/цых1 и £/1шх2, а напряжение Umxa по-прежнему будет сохраняться равным нулю. Если на входы схемы поданы одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180° сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе. Таким образом, схема в идеальном случае реагирует на дифференциальный сигнал и не реагирует на синфазный. Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов, флуктуации параметров транзисторов можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Следовательно, ДК обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.

 
 

Операционные усилители

 
 

Операционными усилителями (ОУ) называют усилители постоянного тока, предназначенные для выполнения различного рода операций над аналоговыми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью. Они обладают очень большим коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и несимметричный выход с низким выходным сопротивлением. Условное обозначение ОУ приведено на рис. 7.15, а. Общую информационную шину (корпус) и цепи питания на схемах обычно не показывают. Один из входов ОУ, отмеченный знаком «+», называется неинвентирующим. При подаче сигнала на этот вход и соединении второго входа с корпусом выходное напряжение находится в фазе с входным. Второй вход ОУ, отмеченный знаком «-» (иногда его обозначают знаком инверсии «о»), называется инвертирующим. При подаче сигнала на этот вход и соединении другого входа с корпусом напряже­ние на выходе ОУ находится в противофазе со входным. Во многих случаях источник сигнала включается между обоими входами. Помимо трех сигнальных контактов (двух входных и одного выходного) ОУ содержит дополнительные контакты (число контактов обычно составляет 14 или 16). Для облегчения понимания назначения контактных выводов применяется более полное условное обозначение ОУ (рис. 7.15, б). Символами NC обозначают выводы балансировки, символами FC — выводы частотной коррекции. Существуют и другие вспомогательные выводы.