Для усилителей класса В характерны искажения типа «ступенька», возникающие в выходном каскаде, когда закрывается один транзистор и открывается другой это как у знаменитого усилителя Дорофеева подробное описание здесь. Для исключения таких искажений через оба транзистора должен протекать общий ток смещения, не позволяющий транзисторам в переходной области выключаться одновременно.
Работа обычных цепей смещения основана на поддержании постоянной разности потенциалов между базами двух транзисторов. Требующие частой ручной подстройки, эти цепи в отсутствие сигнала поддерживают базовые напряжения двух транзисторов на границе порога включения. Такие схемы чувствительны к температуре и требуют определенной компенсации для предотвращения теплового пробоя, который может привести к повреждению схемы. На Рисунке 1 показан подход, в котором указанная проблема решается цепью автоматического смещения.
Рис 1. Протекая через транзистор Q1 и Q2 ток смещения не позволяет им закрываться одновременно.
В этом усилителе класса В ток смещения в режиме ожидания при отсутствии сигнала устанавливается резистором R1. Ток эмиттера IE транзистора Q3 равен:
где
Vcc- напряжение источника питания,
Vbias – постоянное напряжение на эмиттерах транзисторов Q1-Q2,
Vbeq3 – напряжение база-эмттер транзистора Q3,
Vbeq1 – напряжение база-эмттер транзистора Q1,
Рис2. Во время положительной полуволны сигнала ток в нагрузку течет из транзистора Q1 через конденсатор С1 (а), Во время отрицательной полуволны ток течет через транзистора Q2 (б).
Q1, и Q2 зеркально отражают этот ток, поскольку через Q1 и Q3 течет тот же базовый ток, что и через Q2 и Q4. Если предположить, что четыре транзистора идеально подобраны по параметрам и их базовые и коллекторные токи строго одинаковы, то эмиттеры Q1 и Q2 будут точно отражать ток резистора R1. Однако в этой схеме согласования параметров транзисторов не требуется.
Если транзисторы не согласованы, либо Q3, либо Q4 будут находиться в насыщении, и ввиду того, что эффект отражения зависит от коэффициентов передачи тока транзисторов hFE, различие токов смещения Q1/Q2 и тока резистора R1, может быть значительным. Схема автоматически подстраивает напряжение на конденсаторе С2 таким образом, чтобы компенсировать температурные изменения и производственный разброс характеристик транзисторов.
При наличии сигнала коэффициент усиления тока равен величине hFE выходного транзистора Q1 или Q2 (точно так же, как в классическом усилителе класса В). Во время положительной полуволны сигнала ток нагрузки проходит через транзистор Q1. Поскольку ток базы при этом увеличивается, Q3 входит в насыщение. Во время отрицательной полуволны сигнала ток нагрузки проходит через Q2, а насыщается транзистор Q4.
На Рисунке 2 показан путь прохождения сигнала переменного тока. Максимальный средний ток нагрузки lL равен току холостого хода, умноженному на коэффициент передачи тока транзистора Q1, и на два. Операционный усилитель должен быть способен отдавать в Q2 необходимый базовый ток Iв:
Рис3. Типичное применение схемы В в качестве усилителя наушников.
В типичном приложении такой усилитель класса В может отдавать 0.25 Вт в нагрузку 8 Ом (Рисунок 3). На Рисунке 4 изображен график общих гармонических искажений, измеренных в полосе частот от 45 Гц до 50 кГц при входном сигнале 1 В с.к.з. и сопротивлении нагрузки 8 Ом.
Автор
