Фазоинверсные каскады

На вход двухтактной схемы подаются два одинаковых напряжения впротивофазе.

Схемы, в которых однофазное напряжение преобразуется в двухфазное, получили название фазоинверсных. Простейшей фазоинверсной схемой является обычный трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки. Средняя точкаимеет нулевой потенциал, а на каждом из выводов вторичной обмотки полярность потенциалов будет противоположной, изменяясь каждые полпериода. Однако в настоящее время трансформаторные фазоинверсные схемы применяют очень редко, например в схемах предоконечных каскадов, в которых оконечный каскад большой мощности и собран по схеме с ОБ, В этом случае трансформатop наряду с фазоинверсией позволяет произвести согласование выходного сопротивления предоконечного каскада с очень малым входным сопротивлением оконечного каскада.

Основные недостатки применения трансформаторов в данном случае — большие габаритные размеры и масса, искажения.

Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой. В данной схеме (рис. 191) имеется два сопротивления нагрузки, включенных в цепь коллектора и эмиттера. Таким образом, на одном транзисторе как бы собраны две схемы — с ОЭ н ОК. Именно этим и объясняется фазоинверсия — схема с ОК повторяет фазу входного сигнала, схема с ОЭ поворачивает ее на 180°, Более сложно —получение двух одинаковых напряжений.

Рис. 190. Фазоанверсная трансфор- Рис. 191, Фазоинверсная схема с маторная схема разделенной нагрузкой

Во-первых, схема с ОЭ обеспечивает усиление сигнала, а в схеме с ОК, коэффициент уси­ления по напряжению меньше 1. Во-вторых, I_Э >Iк..

Для получения одинаковых напряжений U_вых приходится брать разные сопротивления резисторов R_K и R_Э.

Следует иметь в виду, что выходные напряжения в данной схе­ме снимают с результирующих сопротивлений по переменному то­ку, и необходимо учитывать шунтирующее действие входного со­противления следующего каскада. В этом отношении в наиболее благоприятных условиях работают схемы с разделенной нагрузкой, если оконечные каскады собраны по двухтактной схеме на по­левых транзисторах, благодаря очень большому R_{BX сл}.

При работе оконечных каскадов на биполярных транзисторах в режиме В плечи двухтактной схемы работают поочередно. В транзисторе, на который в данный момент подается прямое входное напряжение, R вхсл сравнительно мало и, следовательно мало и соответствующее сопротивление R_BЫХ с разделенной нагрузкой, а в транзисторе, на вход которого подается обратное напряжение, R_BXСЛ очень велико и практически не шунтирует нагрузку схемы предоконечного каскада. В этом случае резко нарушается равенство.выходных напряжений. При возрастании падения напряжения на нагрузке в соответствии с уравнением нагрузочной режима напряжение U_KЭ уменьшается и транзистор может войти в режим насыщения. Это следует иметь в виду при расчете элементов схемы.

Второе обстоятельство связано с наличием разделительных конденсаторов в схеме. При прямом входном напряжении разделительный конденсатор заряжается входным током соответствующего транзистора. Если в следующий полупериод при обратном вход- ном напряжении разделительный конденсатор не разрядится, то создается опасность, что сигналы с амплитудой, меньшей, чем предыдущий период, не пройдут.

Для разряда конденсаторов параллельно R _ах ставят диоды, ко­торые открываются при обратном входном напряжении и разря­жают разделительные конденсаторы.

Достоинства схемы с разделенной нагрузкой — ее простота; использование всего одного транзистора и наличие в схеме глу­бокой ООС, которая уменьшает нелинейные и частотные искаже­ния. Недостатки-—трудности получения двух одинаковых по ве­личине напряжений в коллекторной и эмиттерной цепи; коэффи­циент усиления близок к 1; в широкополосных усилителях нель­зя применять коррекцию частотных искажений, так как наруша­ется симметрия выходных напряжений.

Фазоинверсный каскад с эмиттерной связью. Схема состоит из двух транзисторов: VT1 включен по схеме с ОЭ, VT2 — с ОБ (рис. 192).

Выходное напряжение снимается с коллекторных нагрузок R3 и R5. Схема с ОЭ поворачивает фазу на 180°. Схема с ОБ сохра­няет фазу входного напряжения. Входное напряжение на VT2 сни­мается с R4, т. е. с эмиттерной нагрузки, следовательно, оно будет в фазе с общим входным напряжением, подаваемым на вход VT1, но вместе с тем в точках эмиттер — база VT2 оно будет иметь фазу, противоположную точкам эмиттер — база VT1.

Отсюда если на базе VT1 плюс по отношению к эмиттеру, то этот же плюс подается на эмиттер VT2, так как эмиттерная наг­рузка не поворачивает фазу.

Следовательно, с коллекторной нагрузки VT1 будет снимать­ся минус по отношению к нулевому потенциалу, а с коллекторной нагрузки VT2 — плюс, На рис. 192 показаны именно эти поляр­ности и направления постоянных и переменных составляющих то­ка. По сопротивлению R4 в цепи эмиттера переменные составля­ющие токов текут в противоположных направлениях. При одина­ковых транзисторах VT1 и VT2 в схеме имеет место асимметрия, вызванная тем, что U_ВХVT1 > U_ВХVT2.

Рис. 192. Фазоинверсная схема с эмиттерной связью

Чем больше R_Э, тем эта асимметрия меньше и U_ВЫХVT2 стано­вится ближе к U_ВЫХVT1

Достоинство данной схемы — увеличение К по сравнению со схемой с разделенной нагрузкой, а также уменьшение нелинейных искажений. Недостаток — необходимость в двух транзисторах, асимметрия выходных напряжений.

Применение любой фазоинверсной схемы приводит к услож­нению и удорожанию усилительного устройства, поэтому более оптимальным вариантом является применение таких двухтактных схем, которые не нуждались бы в специальных фазоинверсных схемах. Решение проблемы становится довольно простым, если в двухтактных выходных каскадах применить биполярные транзи­сторы разной проводимости — Р и N. В этом случае перед выход­ным каскадом, собранным по двухтактной схеме, можно поставить обычный резисторный каскад. Выходное напряжение этого кас­када любой полярности для транзистора одного плеча двухтакт­ной схемы будет прямым напряжением на входе, а для другого — обратным. Такие пары транзисторов NPN и PNP получили наз­вание комплементарных. Комплементарные пары полевых транзи­сторов имеют разные типы проводимости каналов: N-канал и Р-канал. Главное требование к каждой комплементарной паре — максимальное совпадение параметров, иначе нарушится симмет­рия плеч двухтактной схемы.