Ис выходных каскадов

. ИС выходных каскадов.
ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ
Выходные каскады обеспечивают подключение низкоомной нагрузки к источнику сигнала с большим выходным сопротивлением. Выходной каскад должен иметь малое выходное и большое входное сопротивления. Необходимая величина мощности сигнала в нагрузке предъявляет требования к выходному каскаду как к усилителю мощности.
Отличительными особенностями выходных каскадов являются: работа транзисторов в режимах с повышенным КПД при заданной мощности, отдаваемой в нагрузку;
максимальное использование транзисторов по мощности. Вариантом выходного каскада может быть эмиттсрный повторитель (рис. 5.1).
При отсутствии входного сигнала через транзистор Г, протекает постоянный ток /₀. При воздействии входного периодического сигнала ток изменяется. Предельное изменение тока — от /_п = О до /₀ =2/₀. Транзистор работает весь период в активной области
(режим класса «А») с амплитудой тока 1_Л = /₀.

Если обеспечить постоянное напряжение на  резисторе /?_п:

Рис. 5.1

Рис. 5.2
то максимальному использованию транзистора по напряжению соответствует амплитуда  . Но амплитуда тока 1_Л = /₀ определяет амплитуду напряжения на суммарной нагрузке.  ,
которой является параллельное соединение R_{] и R_u (сопротивление разделительного конденсатора).
Выходное напряжение 

Поскольку R_x < R₀, то возможные значения выходного напряжения

Входное напряжение повторителя определяет выходное U_H ~ U_m. Для заданных величин напряжения U_H и сопротивления нагрузки R_u находится сопротивление /?₀, обеспечивающее нужный ток /₀. Известные значения напряжения питания и тока /₀ позволяют сформулировать требования к выбору транзистора по предельно допустимым параметрам/_г , Оценим КПД каска-
да. В качестве примера рассмотрим случай, когда выходное напряжение 
Условия (5.1) и (5.2) определяют  и равенство

Отсюда

Мощность Р_н, отдаваемая в нагрузку:

Потребляемая мощность

КПД определяет отношение этих мощностей:

Подобные выходные каскады отличаются большим токопотреб- лением (при отсутствии входного сигнала) и низким КПД. Повысить КПД в подобных схемах можно, установив вместо резистора
R_n динамическую нагрузку — транзисторный ГСТ с током 
При условии /?_вых » R_H КПД может приблизиться к 50 %.
Повышение КПД возможно в схемах при работе транзисторов в режимах «В» или «АВ». Транзистор часть периода усиливаемого сигнала находится в режиме отсечки (заперт), а другую часть периода в активной области. В режиме «В» интерваты отсечки и активного режима равны полупериоду. В режиме «АВ» интервал длительности отсечки меньше полупериода.
Режим «В» или «АВ» реализуется в выходных каскадах на комплементарных (дополняющих) транзисторах (рис. 5.2).
Использование двухполярного источника питания позволяет отказаться от разделительного конденсатора.
Выбором величины резистора R_K и режима работы транзистора Т_{) обеспечивается нулевой потенциал на его коллекторе (I_Kl)R_K =Е_п. В этом случае ?/_бЭ| = и_6эз =0. Транзисторы Г, и Т₂ заперты. При положительной полуволне напряжения входного сигнала отпирается Г,, а при отрицательной отпирается Т₂. Процесс можно проиллюстрировать при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ прямой передачи (рис. 5.3).

Рис. 5.3
Ток /_к становится равным нулю, когда напряжение на входе достигает порогового значения U_n. Коллекторный ток транзистора предстаатяет собой косинусоидальные импульсы длительностью
менее полупериода. Угол отсечки  . Аналогичный процесс
имеет место при отрицательной полуволне для транзистора Т₂. В результате напряжение на нагрузке, создаваемое последовательным прохождением во времени импульсов токов транзисторов, имеет форму отличную от формы гармонического сигнала, действующего на входе. Возникают искажения типа «ступеньки» (рис. 5.4).
Устранить этот недостаток можно, обеспечив постоянные напряжения и_6э =?/„ и?/_б =-U₀. Тогда транзисторы будут работать
в режиме класса «В» с углом отсечки  . На рис. 5.5 с помощью
резистора R_f) обеспечено выполнение этого условия.

Рис. 5.4
Конденсатор С обеспечивает короткозамкнутое соединение баз транзисторов по переменному току.
Амплитуды импульсов тока транзисторов Г, и Т₂ равны / = / =/_к в случае идентичности транзисторов, постоянная
составляющая из разложения в ряд Фурье равна 
Потребляемая мощность от источника питания с суммарным напряжением 2Е_п:

Мощность, отдаваемая в нагрузку:

В результате:

Максимальное значение амплитуды выходного напряжения U_H = (Е_п -U_Hac)^> Е_п, поскольку U_mc« Е_п. Для таких напряжений предельное значение КПД определяется следующим образом: 
При отсутствии сигнала постоянный ток (ток покоя) через транзисторы Т_] и Т₂ равен нулю. Изменение температуры окружающей среды влияет на режим работы усилителя. Это влияние эквивалентно уменьшению порогового значения напряжения ?/₀ с ростом температуры (см. рис. 5.3). Повышение температуры приводит к появлению напряжений база—эмиттер, отпирающих транзисторы. Возникает постоянный ток через транзисторы и при отсутствии входного сигнала. На транзисторах выделяется мощность в виде тепла. Их разогрев приводит к дальнейшему повышению температуры. Для термостабилизации режима вместо резистора R_{) устанавливают пару последовательно включенных диодов (рис. 5.6).
Напряжение U на каждом диоде является напряжением база—эмиттер и эмиттер—база транзисторов Т_{ и Т₂. Если напряжение 6/ = U_Q, то возникает режим работы класса «В». Если ?/ > U₀, то через транзисторы и при отсутствии сигнала протекает ток покоя и режим их работы соответствует классу «АВ». Фиксированный постоянный ток через диоды приводит к уменьшению напряжения ?/ при повышении температуры, чем обеспечивается температурная стабильность режима.
Подобные выходные каскады являются оконечными в усилителях различного назначения, выпускаемых в виде интегральных

Рис. 5.5

Рис. 5.6
микросхем (ИС). Для таких усилителей характерно получение достаточно большой мощности на низкоомной нагрузке при малом токе покоя. В качестве примера можно привести параметры ИС усилителей серии TDA: