А.ПЕТРОВ, г.Могилев.
(ПродолжениеЭволюция транзисторных УМЗЧ. Начало в №№4-7/11)

1.1. Выходные каскады на базе "двоек"
В качестве эффективного способа повышения и стабилизации входного сопротивления "двойки" в [2] предлагается использовать на ее входе буфер, например, эмиттерный повторитель с генератором тока в цепи эмиттера (рис.32). В реальной схеме резистор R1 чаще всего не используется. В данной схеме он необходим для облегчения работы интегратора по поддержанию нуля на выходе. Надо сказать, что напряжение смещения ВК, формируемое специальными схемами, сильно зависит от тока, протекающего через эту схему. И если ток покоя УН не имеет температурной стабилизации, что часто бывает в УМЗЧ, выполненных полностью по симметричным схемам, то и ток покоя выходного каскада может изменяться в широких пределах, даже если схема термостабилизации для ВК рассчитана правильно. В этом случае функцию дополнительной термостабилиза-
ции может выполнять предлагаемый вниманию буферный каскад.



Входное сопротивление получается достаточно высокое (около 150 кОм), но в данном случае оно несколько ограничено резистором R1. Как видно из графиков (рис.33), характеристики такого "тандема" очень похожи на характеристики "двойки" на ПТ, но искажения примерно в 2 раза ниже (при RG=100 Ом KTHD=0,2%, при RG=10 кОм KThd=0>3%). Девиации фазы сигнала в звуковом диапазоне практически нет. Полоса частот такого ВК и протяженность линейного участка фазовой характеристики существенно расширились, а девиация фазы сигнала ушла далеко за звуковой диапазон.



Входное сопротивление также существенно возросло. Такой ВК усиливает сигнал частотой 20 кГц с малыми искажениями как от низкоомного источника сигнала, так и от высокоомного (рис.34). Индуктивная составляющая выходного сопротивления снизилась более чем в 2 раза и уменьшилась ее добротность. Это и есть эффективное "лекарство" для любой из рассмотреных "двоек" на биполярных транзисторах.



Из рассмотренных "двоек" наихудшим по девиации фазы и полосе пропускания оказался ВК Шиклаи. Посмотрим, что может дать для такого каскада применение буфера. Если вместо одного буфера использовать два на транзисторах разной проводимости, включенных параллельно (рис.35) [3], то можно ожидать дальнейшего улучшения параметров и повышения входного сопротивления, т.к. базовые токи таких буферов взаимно компенсируются. Транзисторы VT1, VT2 выполняют одновременно три функции:

- первая — параллельный буферный каскад;
-  вторая — схема смещения для ВК;
- третья — температурная стабилизация каскада.

Входное сопротивление оказалось *
достаточно симметричным и высоким (около 300 кОм при выходном напряжении 30 В на нагрузке 4 Ом). Графики на рис.36 убедительно доказывают, что "лекарство" применимо и к ВК Шиклаи. Более того, искажения оказались наименьшими и наиболее стабильными из всех рассмотренных вариантов ВК (при Rg=100 Ом и Rg=10 кОм в диапазоне частот 1.. .20 кГц KThd=0,1 %)• Индуктивная составляющая выходного сопротивления снизилась в десятки раз, но добротность ее осталась достаточно высокой, что может приводить к выбросам напряжения на частотах выше 200 кГц. Это явление хорошо "лечится" включением последовательно с нагрузкой дросселя индуктивностью 3...5 мкГн.



Из всех рассмотренных двухкас-кадных схем наилучшим образом по нелинейным искажениям показала себя схема Шиклаи с полевыми транзисторами. Посмотрим, что даст установка параллельного буфера на ее входе (рис.37). Для обеспечения температурной стабилизации достаточно обеспечить тепловой контакт транзисторов VT2, VT5 и VT3, VT6 между собой. АЧХ и ФЧХ такой структуры (рис.38) похожи на характеристики "двойки" Дарлингтона с буфером на входе, но нелинейные искажения на порядок ниже (при Rq=100 Ом в диапазоне частот 1 ...20 кГц KTHd=0,01%).



При спаривании выходных транзисторов необходимо вводить истоко-вые резисторы сопротивлением 0,2...0,47 Ом и тщательно подбирать транзисторы для каждого плеча с максимально близкими порогами открывания. При подключении емкостной нагрузки никаких выбросов в выходном сигнале не наблюдается.
Параметры исследованных выходных каскадов сведены в табл.1.



Примечания: цифры обозначают количество транзисторов в каскаде одного плеча ВК. В таблице приняты следующие сокращения: А — класс А;
В — биполярный транзистор (BJT); Br — Bryston;
D — Дарлингтон (Darlington); DK — дифференциальный каскад; DS — квазикомплементарный каскад (DarHngton-Sziklai); F — повторитель напряжения (foltower);
LLM — Logic Level MOSFET (ПТ с управлением логическим уровнем); М — полевой транзистор типа MOSFET; Р — параллельный повторитель напряжения; S — Szikfai (Шиклаи); VM — вертикальный MOSFET.

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы:
- любой ВК из "двоек" на БТ как нагрузка УН плохо подходит для работы в УМЗЧ высокой верности;
- характеристики ВК с ПТ на выходе мало зависят от сопротивления источника сигнала;
- буферный каскад на входе любой из "двоек'5 на БТ повышает входное сопротивление, снижает индуктивную составляющую выхода, расширяет полосу пропускания и делает параметры независимыми от выходного сопротивления источника сигнала;
-  ВК Шиклаи с ПТ на выходе и параллельным буфером на входе (рис.37) имеет самые высокие характеристики (минимальные искажения, максимальную полосу пропускания, нулевую девиацию фазы в звуковом диапазоне).
Мы не рассмотрели применение в качестве выходных составных транзисторов типа IGBT. Пока они имеют ограниченное применение в УМЗЧ из-за малого выбора комплементарных транзисторов. Например, пара GT20D101 и GT20D201 имеет следующие характеристики:
- напряжение затвор-коллектор, В                                            250
- максимальный ток, А                  20
- максимальный импульсный
ток, А                                               60
- максимальную мощность, Вт  180
- крутизну, А/В                                10
- напряжение насыщения
(при токе 10 А), В, не более        1,5
- входную емкость, пФ              1400

Термостабильная точка этих транзисторов соответствует току около 10 А, поэтому требуется температурная стабилизация. Выходные характеристики аналогичны характеристикам вертикальных MOSFET. Надеюсь, что применение таких транзисторов в дальнейшем позволит упростить схемы ВК с одновременным улучшением их параметров.

(Продолжение следует)