V podtéme o koncových stupňoch s transformátorovou väzbou sa budenie koncového stupňa a naviazanie na záťaž realizovalo transformátorom. Transformátor je však rozmerný, ťažký a drahý, preto sa hľadali spôsoby ako ho v zapojeniach koncových zosilňovačov vynechať a nahradiť. Pokiaľ sú koncové tranzistory rovnakého typu vodivosti, budenie rovnakými ale fázovo opačnými signálmi sa zabezpečuje fázovým invertorom.
Tranzistorový fázový invertor | Komplementárne zapojenie koncového stupňa |
Fázový invertor je realizovaný jedným tranzistorom. Za predpokladu, že rezistory RK a RE budú rovnaké, budú rovnaké aj prúdy IK a IE. Výstupné napätia Uvýst1 a Uvýst2, ktoré vznikajú ako úbytky na rezistoroch RK a RE, budú teda čo do veľkosti rovnaké, ale čo do fázy opačné. Takýto invertor môžeme použiť miesto budiaceho transformátora BT v koncovom zosilňovači , o ktorom sme hovorili v podtéme o transformátorovej väzbe na záťaž.
Iný spôsob ako sa vyhnúť transformátorom, je použitie komplementárného zapojenia koncových tranzistorov. Ide o zapojenie dvoch tranzistorov s opačným typom vodivosti, t.j. PNP a NPN. Činnosť tohto zapojenia je založená na skutočnosti, že tranzistor T1 ( NPN ) zosilňuje kladnú polvlnu vstupného signálu a tranzistor T2 ( PNP ) zosilňuje zápornú polvlnu vstupného signálu. Vo všeobecnosti platí, že zosilňovacie činitele koncových tranzistorov sa musia rovnať ( pre prax sa pripúšťa odchýlka maximálne 15 % v plnom dynamickom rozsahu zmien kolektorového prúdu.) Výber takejto dvojice sťažuje aj skutočnosť, že pohyblivosť dier v PNP tranzistore je niekoľkonásobne menšia ako pohyblivosť elektrónov v NPN tranzistore, čo sa výrazne prejaví ak tranzistory pracujú v blízkosti svojich medzných pracovných hodnôt ( to má za následok zvýšenie strát na PNP tranzistor, jeho ohriatie a zničenie.) Preto sa veľmi často používa tzv. kvazikomplementárne zapojenie koncového stupňa, kde sa používajú výkonové koncové tranzistory rovnakého typu, ale budiace tranzistory sú vodivosti PNP a NPN. U týchto je hore uvedená požiadavka ľahšie dosiahnuteľná ( hlavne vzhľadom na dynamické zmeny ich kolektorových prúdov. ) Príklad takto riešeného koncového stupňa je na obrázku. Prvý krát bolo toto zapojenie publikované v roku 1957 pod názvom podľa autora "Linové kvazikomplementárne zapojenie koncového stupňa."
Aby sme dostali lepšiu predstavu o tom, ako môže byť riešený koncový zosilňovací stupeň v praktickom prevedení, na nasledujúcom obrázku máme schému jedného jednoduchého koncového stupňa. Technické parametre udávané pre tento zosilňovač sú nasledovné:
- Napájacie napätie .................................... | +34 V |
- Zaťažovacia impedancia RZ ...................... | 4 W |
- Vstupný odpor Rvst ................................... | 5000 W |
- Vstupné menovité napätie Uvst .................. | 200 mV |
- Činiteľ harmonického skreslenia kh ........... | < 0,5 % |
- Výstupný výkon pre sínusový signál .......... | 20 W, pre f = 1 kHz, RZ = 4 W, kh < 0,5 % |
- Potlačenie rušivých signálov ................. .... | > 60 dB |
- Kľudový odoberaný prúd zo zdroja .......... | 50 mA |
Ako vidno z obrázka, koncové tranzistory T1 a T2 sú rovnakého typu vodivosti, NPN. Budiace tranzistory T3 a T4 sú navzájom opačnej vodivosti, čím je zabezpečené ovládanie koncového tranzistora T1 kladnou polvlnou vstupného signálu a tranzistora T2 zápornou polvlnou vstupného signálu. Diódy KA 501 v sérii s trimrom 100R medzi bázami tranzistorov T3 a T4 zabezpečujú nastavenie pracovnej triedy AB koncových tranzistorov. Tiež sa podieľajú na teplotnej stabilizácii pracovných bodov koncových tranzistorov spolu s rezistormi R5 (0,5 W) v emitore T2 a kolektore T1. Tieto rezistory slúžia tiež na ochranu koncových tranzistorov pred skratom na výstupe na elektrickú zem zosilňovača. Člen na výstupe zosilňovača zložený z kondenzátora ( 100n ) a rezistora (10R) je tzv. Boucherotov člen, ktorý zabraňuje parazitným osciláciám na hornom okraji akustického pásma, kde je impedancia reproduktoru podstatne vyššia ako na nízkych a stredných kmitočtoch. Tú istú funkciu plní aj kondenzátor 150 pF zapojený medzi kolektor a bázu tranzistora T2.
Tranzistor T5 pracuje ako predzosilňovací stupeň zapojený so spoločným emitorom. Jeho pracovný odpor zložený z diód KA 501, trimra 100R a rezistora 1k8 má svoju hodnotu pre striedavý signál účinne zväčšenú zavedením spätnej väzby cez kondenzátor 50 mF z výstupu zosilňovača na ľavý vývod rezistora 1k8. Keďže na kolektore tranzistora T5 je striedavý signál vo fáze s fázou signálu na výstupných svorkách výkonového zosilňovača, potom aj na ľavom aj na pravom prívode rezistora 1k8 je signál v tej istej fáze približne rovnakej veľkosti z čoho vyplýva, že rezistorom 1k8 tečie veľmi málý ( zanedbateľný ) striedavý prúd. To má za následok zväčšenie napäťového zosilnenia tranzistora T5 pre striedavý signál.
Záporná paralelná napäťová spätná väzba je zavedená kondenzátorom 20 mF a rezistorom 330k pre striedavý signál a trimrom 330k a rezistorom 100k z výstupu zosilňovača na bázu tranzistora T5 s rezistorom 33k. Trimrom 330k sa nastavuje jednosmerná úroveň v spoločnom bode oboch koncových tranzistorov na polovičku napájacieho napätia. Pomer rezistorov 330k a 33k dáva napäťové zosilnenie pre striedavý signál.
|