А.ПЕТРОВ, г.Могилев.

(Продолжение. Начало в №№4-6/11)

1.1. Выходные каскады на базе "двоек"
На первых порах развития схемотехники транзисторных УМЗЧ были
популярны квазикомплементарные выходные каскады, когда верхнее плечо выполнялось по схеме Дарлингтона, а нижнее — по схеме Шиклаи. Однако в первоначальной версии входное сопротивление плеч ВК несимметрично, что приводит к дополнительным искажениям. Модифицированный вариант такого ВК с диодом Баксандалла, в качестве которого использован ба-зоэмиттерный переход транзистора VT3, показан на рис.20, а его АЧХ и ФЧХ на рис.21.



Исследования Баксандалла показывают, что характеристики такого ВК по всем показателям близки к характеристикам "двойки" Дарлингтона, а нелинейные искажения при низкоомном источнике сигналов даже несколько меньше (в ди-апазоне частот 1...20 кГц при RG=10 кОм КТНо=2%, при Rq=100 Ом Kthd=0>4°/o)- Квазикомплементарный каскад может быть выполнен и на полевых транзисторах одного типа, например, в верхнем плече— транзистор типа Lateral MOSFET, а в нижнем — БТ-MOSFET (гибридный составной транзистор Шиклаи). Другие варианты ВК на транзисторах одной проводимости подробно рассмотрены в [4].
Кроме рассмотренных "двоек", есть модификация ВК Bryston, в которой входные транзисторы эмит-терным током управляют транзисторами одной проводимости, а коллекторным током—транзисторами другой проводимости (рис.22).



Преимущество такого вида спаривания выходных транзисторов в том, что от входных транзисторов не требуется дополнительный ток для управления добавленными транзисторами. Поскольку в обоих плечах одновременно работают транзисторы разной проводимости, есть основания полагать, что плечи такого каскада "более комплементарны".

Вопреки ожиданиям, нелинейные искажения каскада такие же, как у "двойки" Дарлингтона со спаренными транзисторами (в диапазоне 1.. .20 кГц при RG=10 кОм КТНо=2%, при RG=100 Ом KTHd=052%), правда, чуть шире полоса и чуть меньше девиация фазы на частоте 20 кГц



(рис.23). Выходное сопротивление также носит индуктивный характер, но уровень индуктивной составляющей примерно в 2 раза ниже, чем в "двойке" Дарлингтона. Добавление на входе такого каскада параллельного повторителя делает искажения ВК независимыми от выходного сопротивления источника сигнала и полностью убирает девиацию фазы. Аналогичный каскад может быть реализован и на полевых транзисторах, например, Lateral MOSFET.



На практике транзисторы типа MOSFET часто используют только в
качестве выход-ных. Рассмотрим свойства такого каскада (рис.24). С целью упрощения схемы, цепи защиты от перенапряжений на входах ПТ (стабилитроны и диоды) не показаны. В качестве выходных транзисторов использована популярная "аудиофильская" пара "вертикальных" транзисторов IRFP240, IRFP9140. Строго говоря, они не "из своих пар", но в такой комбинации наиболее комплементарны. Следует отметить, что БТ, работающие на входе в классе А, в данной схеме проявили себя лучше чем в "двойке" Дарлингтона на БТ. Хотя искажения и не так уж малы (в диапазоне 1., .20 кГц при Rq=1 00 Ом KThd=0>4%), но они не зависят ни от частоты, ни от сопротивления источника сигнала. Девиация фазы сигнала на частоте 20 кГц практически полностью отсутствует (рис.25). Полоса пропускания — также с большим запасом и мало зависит от сопротивления источника сигнала.



Выходное сопротивление такого каскада имеет небольшую индуктивную составляющую, величина которой зависит от сопротивления источника сигнала и которая совместно с параллельно включенными выходными емкостями ПТ может образовывать последовательный колебательный контур на частотах 2...15 МГц. Чтобы этого не происходило, для конкретных транзисторов подбирают сопротивления в цепях затворов (R5, R6, рис.24) такой величины, чтобы частота НЧ-фильтра, образованного этими сопротивлениями и входной емкостью транзисторов, была чуть ниже частоты последовательного резонанса, и АЧХ была максимально плоской. Спектр гармоник (рис.26) ограничен



5-й гармоникой, что характерно для ламповых усилителей. Входное сопротивление немного выше, чем у простой "двойки" и, к тому же, имеет асимметричный характер (для положительной полуволны входного сигнала оно значительно выше).



Крутизна полевых транзисторов с ростом тока стока, в отличие от БТ, увапичивается. Для этого достаточно посмотреть на выходные характеристики транзистора IRFP240 (рис.27). При управляющем напряжении 4,5 В крутизна транзистора — около 1800 мА/В, при 5 В — 9000 мА/В, а при 5,5 В — 10000 мА/В.

В 1977 г. фирма Hitachi выпустила новые полевые транзисторы которые позднее получили название Lateral MOSFET или "боковые МОП-транзисторы". Ток стока 100 мА достигается у них при управляющем напряжении в пределах 0,15... 1,5 В. Термостабильная точка для этих транзисторов получается при токах стока 100...200 мА, что не требует термостабилизации ВК. В отличие от БТ, у них отсутствует вторичный пробой. По сравнению с БТ, эти транзисторы менее критичны к току покоя выходных транзисторов при минимизации коммутационных искажений. Полоса пропускания ВК на таких транзисторах намного шире, чем на БТ, и мало зависит от нагрузки.

К недостаткам Lateral MOSFET можно отнести относительно большее сопротивление в открытом состоянии, что требует большего количества спаренных выходных транзисторов для получения одинаковой нагрузочной способности с БТ. Напряжение насыщения также несколько больше, чем у БТ, и снижает максимальную выходную мощность на 5...7%. В некоторых УМЗЧ (например, в усилителях для СЧ-ВЧ каналов) транзисторы IRF640/ IRF9640 могут служить хорошей альтернативой Lateral MOSFET.

Достоинства ВК на полевых транзисторах:

- выходное сопротивление мало зависит от сопротивления источни-
ка сигнала, поэтому не возникает девиация фазы сигнала в звуковом диапазоне;
- на выходе практически отсутствуют коммутационные искажения: даже на 100 кГц нет видимых искажений, в то время как в ВК на БТ уже на частоте 10 кГц искажения четко видны;
-  ПТ типа Lateral MOSFET являются нормально открытыми приборами, и чтобы запереть их (до тока стока 10 мА), необходимо приложить обратное напряжение затвор-исток около 10 В. Можно сказать, что эти транзисторы работают в ВК без отсечки тока стока;