8.1.4. Комплементарный повторитель по схеме Дарлингтона

В рассмотренных до сих пор схемах ток в нагрузке может составлять несколько десятков миллиампер. При необходимости получения больших выходных токов следует применять транзисторы с более высокими допустимыми токами. Для этих целей можно использовать составные транзисторы по обычной или комплиментарной схеме Дарлингтона. На рис. 8.6 приведена принципиальная схема усилителя мощности, в которой используется принцип Дарлингтона.

Рис. 8.9.

При работе этой схемы в режиме АВ установка тока покоя связана с определенными затруднениями, поскольку необходимо скомпенсировать четыре зависящих от температуры напряжения база-эмитер. Этого можно избежать, задавая ток покоя только для предкооконечных транзисторов Т1 и Т2. При этом мощные выходные транзисторы будут открываться лишь при больших выходных токах. С этой целью величину напряжения смещения U1 выбирают такой, чтобы падение напряжения на резисторах R1 и R2 составляло около 0,4 В, так что U1=2(0,4+0,7)=2,2 В. В этом случае выходные транзисторы даже при высокой температуре перехода оказываются закрыты.

При увеличении выходного тока напряжение база-эмиттер выходных транзисторов возрастает приблизительно до 0,8 В. В результате падение напряжения на резисторах R1 и R2 ограничивается удвоенной величиной смещения при отсутствии сигнала. По этой причине большая часть эмитерного тока предоконечных транзисторов попадает на базу выходных транзисторов.

Резисторы R1 и R2 одновременно служат в качестве сопротивлений утечки для базового заряда выходных транзисторов. Чем меньше значение этих сопротивлений, тем быстрее будут запираться выходные транзисторы. Это особенно важно в тех случаях, когда при изменении знака входного напряжения один транзистор открывается, хотя второй еще не закрыт. В данном случае через выходные транзисторы будет протекать шунтирующий ток, вызывающий искажение выходного сигнала. Это приводит к ограничению полосы пропускания выходного каскада при больших сигналах.

8.2. Режим d

Структурная схема усилителя, работающего в режиме Д, приведена на рисунке 1.

Рис.8.10. Структурная схема усилителя

Входной усиливаемый сигнал поступает на модулятор (ШИМ), на выходе которого формируется сигнал с широтно-импульсной модуляцией. Длительность импульса (τ) пропорциональна амплитуде входного сигнала. Сигнал с ШИМ поступает на драйвер (рис.8.11, микросхема IR2110), который формирует управляющие сигналы транзисторов выходного каскада. Выходной каскад выполнен на полевых транзисторах VT1 и VT2, работающих в режиме электронного ключа.

Рис. 8.11. Схема выходного каскада режима D

При поступлении на вход драйвера сигнала с ШИМ транзистор VT1 открывается, транзистор VT2 закрывается. Важнейшим условием нормальной работы электронного ключа является условие, что хотя бы один из транзисторов (VT1 или VT2) всегда должен быть закрыт. В этом случае при отсутствии нагрузки ток выходного каскада равен нулю (равен току закрытого транзистора). Для обеспечения этого условия выходной сигнал драйвера подается на затвор транзисторов через цепочки R1-VD2, R2-VD3. полевой транзистор имеет достаточно большую входную емкость (1000-10000 пФ). Напряжение затвор-исток открытого транзистора составляет 10-15В.

При формировании на выходе драйвера (вывод 1) положительного импульса амплитудой 15В, ток заряда входной емкости проходит через резистор R2. Постоянная времени заряда равна . При формировании на выходе драйвера низкого потенциала, входная емкость, заряженная до напряжения +15В, разряжается через открытый диод VD3. Постоянная времени цепи разряда равна , получаем , т.е. транзистор закрывается быстрее, чем открывается. Это позволяет обеспечить условие, что один из транзисторов всегда будет закрыт. Если хотя бы на очень малое время ( ) оба транзистора будут открыты, через них пройдет сквозной ток

,

где - сопротивление насыщения открытого транзистора.

При значение сквозного тока достигнет сотен ампер, что приводит к уменьшению к.п.д., разогреву и выходу из строя выходных транзисторов.

Рассмотрим временные зависимости сигналов управления на затворах транзисторов VT1,VT2.

Рис. 8.12. Входной сигнал драйвера

Рис.8.13. Временная зависимость напряжения затвор-исток VT2

Рис.8.14. Временная зависимость напряжения затвор-исток VT1

Из схемы выходного каскада (рис.8.11) видно, что исток транзистора VT2 заземлен, поэтому напряжение ( - напряжение на затворе относительно «земли»; 15В – напряжении затвор-исток, при котором полевой транзистор открывается).

Однако для того, чтобы открыть транзистор VT1, необходимо обеспечить напряжение (напряжение на затворе должно быть на 15В больше напряжения на истоке). Напряжение на истоке открытого транзистора VT1 равно . Поэтому относительно «земли» напряжение на затворе открытого транзистора VT1 должно быть равно . Такое напряжение формируется с помощью конденсатора вольт-добавки СВ и источника питания драйвера напряжением 15В. При закрытом транзисторе VT1 драйвер отключает конденсатор CD от затвора транзистора и подключает его к источнику питания 15В.

При необходимости открыть транзистор VT1 конденсатор CD отключается от источника питания 15В и подключается к выводам затвор-исток VT1. Поэтому независимо от величины напряжения источника питания , напряжение на затворе VT1 будет больше напряжения на истоке на 15В.

На рис.8.15 приведены временные зависимости сигналов выходного каскада.

Рис.8.15. Временные зависимости сигналов выходного каскада