Схемотехника каскадов усилителя мощности.

     Выходные каскады усилителей мощности выполненные на транзисторах имеют очень низкое выходное сопротивление - от десятых долей Ома до 10 Ом. Поэтому приходится принимать меры для согласовки выходных сопротивлений с фильтрами, установленными на выходе усилителей. Наиболее подходящим для этих целей является П-контур, так как позволяет добиться желаемого результата путём простого подбора величины ёмкостей конденсаторов на входе и выходе фильтра. К тому же и подавление высших гармоник оказывается много лучше, чем у одиночного контура. Однако, наличие очень низкого выходного сопротивления транзисторного каскада создаёт несколько проблем.

1. Усилитель становится критичным к длине соединительных проводников на выходе, а отсюда увеличивается склонность к самовозбуждению, уменьшается устойчивость (что заметно при работе с большими амплитудами сигналов - на малых возбуда нет, а при увеличении амплитуды ... начинается!), а также возрастают трудности при попытке получить большой и устойчивый коэффициент усиления.

2. Для согласовки низкого выходного сопротивления приходится применять на горячем конце П-контура конденсаторы большой ёмкости, особенно на низкочастотных диапазонах (до 10000пФ), А отсюда возникают сложности с настройкой П-контура из-за отсутствия перестраиваемых конденсаторов большой ёмкости.

3. Низкое выходное сопротивление транзисторного каскада шунтирует собой П-контур. Его добротность уменьшается, амплитудно-частотная характеристика становится пологой, селектирующие свойства П-контура ухудшаются. Вышеуказанную проблему обычно решают применением отдельных переключаемых П-контуров на каждый радиолюбительский диапазон. Это компромиссное решение, ибо наряду с положительным конечным результатом у него, кроме прочих недостатков, появляется ещё один - большой, занимаемый П-контуром, объём.

    Отсюда напрашивается вывод: имеет смысл поднять выходное сопротивление транзисторного каскада до определённого уровня. Этот уровень должен ограничиваться возможностью согласовать П-контур используя стандартный, наиболее распространённый) перестрпаиваемый конденсатор ёмкостью 8...495 пФ.

     Таким требованиям соответствует каскад, показанный на рисунке №1. Он выполнен по каскодной схеме. Первый транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а второй - с общей базой. В его коллекторную цепь включен повышающий трансформатор Т1. Его первичная обмотка содержит 2,5 витка, а вторичная 8 витков провода МГТФ-0,35. Сердечник составлен из двух ферритовых трубок, которые в свою очередь собирается из десяти ферритовых колец, размером 10х6х5 марки 600НН. Кольца склеены полоской кабельной бумаги. Ферритовые трубки соединены стеклотекстолитовыми колодками с двух концов так, что их оси оказываются параллельными и отстоят друг от друга на 14 мм. Намотка ведётся через внутренние полости ферритовых трубок (смотри рисунок №2).

      Рис.1. Усилитель по схеме ОЭ-ОБ.                 Рис.2. Конструкция трансформатора Т1.

     В результате его коэффициент усиления больше чем у двух отдельно взятых транзисторных каскадов. К тому же этот каскад даёт более равномерный коэффициент усиления в полосе частот 1,9 МГц...29 МГц, чем каскаж с одиночным транзистором, а по второму транзистору предъявляются меньшие требования по высокочастотности.

     Однако, наряду с положительными качествами, данный каскад обладает и недостатками. Это - малый КПД, ибо транзисторы работают в режиме класса А для получения большей линейности при работе в SSB, а также - высокое напряжение питания (+40 вольт), что проблематично при использовании усилителя на автомобилях или в полевых условиях. В последнем случае усилитель желательно питать от напряжения +12 вольт.

     Один из указанных выше недостатков (малый КПД) устранён в усилителе, изображённом на рисунке №3.

Рис.3. Усилитель мощности с повышенным КПД.

     Его выходной каскад собран по двухтактной схеме, каждое плечо которого составлено из двух транзисторов, включенных (в свою очередь!) по каскодной схеме (один включен по схеме с общим эмиттером, другой - с общей базой). Каскад работает в режиме класса АВ. Отсюда и более высокий КПД. Противофазные напряжения, необходимые для работы выходного каскада получаются при помощи каскада, выполненного на мощном полевом транзисторе КП902 (VT3). Входной каскад (VT2) обеспечивает большое входное сопротивление усилителю. При возникновении самовозбуждения в этом каскаде, следует подключить цепочку обратной связи, состоящую из последовательно включенного резистора 1,2 кОм и конденсатора ёмкостью 68 пФ, между первым затвором КП350Б и его стоком. На транзисторе VT1 собран каскад защиты. Его вход подключен КСВ-метру, работающему в режиме измерения отражённой волны. Такой усилитель обеспечивает выходную мощность около 40 ватт на нагрузке 75 Ом. Трансформатор Т1 применён такой же, как и в предыдущей схеме. Отличие состоит лишь в том, что первичная обмотка составлена из двух, по 2,5 витка провода МГТФ-0,35 каждая. Однако, питание выходного каскада осуществляется от относительно высокого напряжения +40 вольт, что не есть "очень" хорошо.

     При напряжении питания +12 вольт можно применить каскад, показанный на рисунке №4.

Рис.4. Усилитель мощности с питанием от +12 вольт.

     Его  транзисторы включены по двухтактной схеме, причём, каждый из них включен по схеме с общей базой. Этот каскад обладает повышенным выходным сопротивлением, хотя и имеет меньший коэффициент усиления, чем предыдущий.

     Несколько больший коэффициент усиления имеет каскад, показанный на рисунке №5, за счет включения первого транзистора по схеме с общим эмиттером (и, естественно, большего коэффициента усиления входного каскада в отличие от предыдущей схемы) и лучшей согласовки каскадов с помощью трансформатора Т1 . Он выполнен на ферритовом кольце марки М50ВЧ2 типоразмера 20х10х5 и имеет четыре обмотки по десять витков провода МГТФ-0,35 (провода скручены между собой с шагом 5 мм).

Рис.5. Усилитель мощности с более высоким коэффициентом усиления.

     Повышенным выходным сопротивлением (хотя и несколько ниже, чем в предыдущих схемах) будет обладать и каскад, показанный на рисунке №6.

Рис.6. Усилитель мощности с низковольтным питанием (+12 вольт), высоким КПД и повышенным выходным сопротивлением.

     Он выполнен по дифференциальной схеме, имеет большой коэффициент усиления, а также малую связь между входом и выходом.

     Выходной транзисторный каскад, показанный на рисунке №7, наряду с полезными качествами, заимствованными у каскада, показанного на рисунке №1, обладает одновременно и ещё двумя: низким питающим напряжением (+12 вольт) и высоким КПД.

Рис.7. Усилитель мощности - двухтактная схема, параллельное питание, транзисторы разной структуры.

     Он выполнен по двухтактной схеме. Каждое плечо состоит из двух транзисторов, включенных по каскодной схеме, где первый транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а второй - с общей базой. Транзисторы, установленные в одном плече, имеют разную структуру (n-p-n и p-n-p). По питанию транзисторы включены параллельно. В качестве транзисторов VT3 и VT4 можно применить и другие транзисторы, например КТ941А (4 Вт), КТ914А,Б (7 Вт), КТ933 (5 Вт), но при этом усилитель обеспечит меньшую выходную мощность. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типоразмера 10х6х5 марка 600НН и имеет три обмотки по 10 витков провода ПЭЛШО-0,24. Аналогичный усилитель, но выполненный на транзисторах одинаковой структуры, показан на рисунке №8. Намоточные данные трансформаторов такие же, как и в предыдущих схемах.

Рис.8. Усилитель мощности на транзисторах одинаковой структуры.

     К существенному недостатку представленных выше схем следует отнести необходимость подбора одинаковых по параметрам входящих в усилитель транзисторов. Ну и, наконец, схема усилителя мощности, показанная на рис.9 обладает всеми положительными качествами, присущими вышеописанным схемам. Кроме того, у неё несколько больший коэффициент усиления за счет лучшего согласования с помощью трансформатора Т2. Он выполнен по схеме, показанной на рис.5 (Т1), но имеет всего три одинаковые обмотки.

Рис.9. Усилитель мощности с согласующим трансформатором между каскадами.

     В этой схеме транзисторы должны иметь одинаковые параметры только по парам (VT1, VT2 и VT3, VT4), а не все четыре, как в предыдущих схемах. Этот усилитель уже можно рассматривать не как каскады, каждое плечо которых, включено по каскодной схеме с параллельным питанием транзисторов, а как два двухтактных каскада, в которых транзисторы включены по схеме с общим эмиттером в первом каскаде и с общей базой во втором. Дроссели (L) во всех усилителях применены одинаковые и имеют марку ДЛ-0,5 160 мкГн. Между каскадами усилителя следует установить экранные перегородки или выполнить их в отдельных экранированных отсеках.

Рубцов В.П. UN7BV. Казахстан, Астана.

73!