Proiectarea unui Amplificator de Puterea 20W

1. Schemotehnica ASFJFT cu două etaje

Conectarea directă sau prin condensator a sarcinii externe în circuitul de ieşire a elementelor active a amplificatorului permite excluderea din schema etajului final a unei detalii nestandarde – transformatorul de ieşire, şi ca urmare, lichidarea distorsiunilor de fază, de frecvenţă şi a celor neliniare introduse de el, micşorarea dimensiunilor, a masei, a preţului de cost şi perfecţionarea tehnologiei de producere. Anume prin aceste cauze se explică marele interes faţă de amplificatoarele de frecvenţă joasă, fără transformator la ieşire. Însă excluderea duin schemă a transformatorului de ieşire, creează unele dificultăţi în asigurarea unei valori optime a rezistenţei de sarcină a elementului amplificatorului. Conectarea directă (sau prin condensator) a sarcinii externe la amplificatorul fără transformator, la ieşire se recomandă doar numai în cazurile cînd rezistenţa de sarcină impusă a amplificatorului se apropie de valoarea optimă a rezistenţei de sarcină a circuitului de ieşire a elementului amplificator (Rs=Zies). Această condiţie, în amplificatoarele echipate cu tranzistori bipolari poate fi satisfăcută relativ uşor. Se explică aceasta prin faptul, că rezistenţa optimă a circuitului colector a tranzistorilşor bipolari la tesiuni e alimentare reduse şi puteri de ieşire medii, după valoare este aproape de valorile reale a sarcinii externe, cu care lucrează amplificatorul, valoarea căreia este dată de sarcina la proiectare.

În prezent, o utilizare largă o au amplificatoarele cu etaj de ieşire în doi timpi fără transformator şi conectare succesivă a tranzistorilor în curent continuu. Aceste etaje, de regulă funcţionează în regimurile economice de clasă „B” sau „AB” (în caz de necesitate, ele pot funcţiona în regim de clasă „A”). Randamentul maxim al circuitului de ieşire a unor astfel de etaje în regim clasa „B” este de 78,5% (iar în regim de clasa „A” este de doar 50%) ca şi în etajele cu transformator la ieşire, însă, randamentul real, se dovedeşte a fi mai mare decît al celui cu transformator, care, în toate cazurile introduce pierderi suplimentare (nu este ideal).

După cum s-a menţionat, cel mai frecvent sînt utilizate etajele în doi timpi fără transformator, braţele cărorasînt conectate cu tranzistori compuşi, adică, doi tranzistori de structură diferită (p-n-p şi n-p-n), dar care au parametri identici, sau aproape identici şi doi tranzistori de aceeaşi structură (ambii de tip n-p-n sau p-n-p). Principalul avantaj al etajelor finale echipate cu tranzistori compuşi este posibilitatea utilizării în caitate de etaj prefinal a unui etaj rezistiv monociclu cu legătură galvanică. (rezistivă, directă etc) între ieşirea lui şi etajul final, ce duce la micşorarea numărului de elemente a amplificatorului şi la îmbunătăţirea considerabilă a caracteristicii de amplitudine-frecvenţă (CAF) şi a caracteristicii de fază-frecvenţă (CPF).

În figura 1 este prezentată una dintre cele mai simple scheme a etajelor finale în contratimp ţi prefinal monociclu a unui amplificator de semnal de frecvenţă joasă cu tranzistori compuşi în etajul final, alimetat de 2 surse de alimentare (sau de o singură sursă de alimentare de tensiune dublă şi ci bornă medie).

Fig 1

Aici, tranzistorii de ieşire VT4 şi VT5 sînt de aceeaşi structură, iar tranzistorii VT2 şi VT3 de putere relativ mică sînt complementari. Braţul etajului final pe tranzistorii VT2 şi VT4 prezintă un repetor pe emitor dublat, iar cel pe tranzistorii VT3 şi VT5 – schema dublată cu EC cu reacţie negativă de 100% paralelă în raport cu ieşirea (după tensiune) şi serie în raport cu intrarea (în circuitul emitor VT3 se aplică toată tensiunea de ieşire a etajului). Parametrii acestor braţe corespund unii altora, deoarece schema dublată în conectare EC cu o reacţie negativă de 100%, paralelă la ieşire (în tensiune) şi serie la intrare, ca şi repetorul pe emitor dublu, se caracterizează pe coincidenţa semnalelor de ieşire şi de intrare după fază, prin impedanţe de ieşire mici, impedanţe de inatrare mari şi cu coeficient de transfer în tensiune aproape unitar.

Rezistoarele RE1 şi RE2 conectate între baza şi emitorul tranzistorilor VT2 şi VT3 îmbunătăţesc stabilitatea termică a etajului. Rezistenţa lor se alege de aproximativ (5..10) ori mai mare ca rezistenţa de intrare în curent alternativ Rin VT4 şi RinVT5 a tranzistorilor VT4 şi VT5 la valoarea maximă a semnalului de intrare. Alegerea acestor rezistenţe de valoare mică, măreşte stabilitatea termică, dar micşorează amplificarea din cauza şuntării lor considerabile a circuitelor de intrare a tranzistorilor VT4 şi VT5 în curent alternativ. Perechile de tranzistori conectaţi serie VT2, VT3 şi VT4, VT5 trebuie alese după coeficientul de amplificare în curent h21E şi frecvenţa limită fh21E cu o abatere a acestor valori de cel mult (10..20)%. În cazul unor abateri mai mari şi utilizării considerabile a tensiunii colector, pot apărea distorsiuni neliniare condiţionate de limitarea semnalului.

În etajul final, dacă considerăm doar faptul că sarcina externă este conectată direct la ieşirea circuitului tranzistorilor, curentul ce curge prin sarcină nu conţine componenta continuă, deoarece componentele curentului continuu de ieşire a braţelor sînt egale ca valoare, dar opuse ca sens. Respectiv, pierderile sursei de alimentare în sarcină lipsesc şi tensiunea dintre colector şi emitor la fiecare tranzistor a etajului final va fi de 0,5E¬al. Componentele elternative ale curenţilor din braţe, cauzate de

semnalul de intrare în regimul clasa „B” trec prin sarcină succesiv. Fiecare semiperioadă a semnalului crează pe sarcină o tensiune alternativă de semnal cu amplitudinea Um.ies.

Tranzistorul VT1 din etajul prefinal monociclu, conectat după schema EC şi care lucrează în regim clasa „A”, este alimentat de tensiunea Eal. Legătura tranzistorului VT1 a etajului prefinal cu etajul final este rezistivă. În schema de lăgătură intră rezistorul Rc1 în circuitul colector al VT1.