Основы схемотехники выходных каскадов ОУ

Выходной каскад ОУ должен обеспечивать большую амплитуду выходного напряжения, большой выходной ток, низкое выходное сопротивление и иметь защиту от короткого замыкания.

Простейший выходной каскад – эмиттерный повторитель, запитанный от двухполярного источника:

Рис. 37. Схема простого выходного каскада

Однако, эта схема имеет недостаток – искаженное воспроизведение в нагрузке отрицательной полуволны входного сигнала.

Для положительной полуволны в нагрузке течет ток через открытый транзистор.

Для отрицательной полуволны транзистор призакрывается, и ток нагрузки течет через неуправляемый R_э, который изменяет коэффициент передачи каскада, так как образует делитель напряжения.

Кроме того, этот каскад работает в режиме класса А и имеет низкий КПД.

Для повышения экономичности пассивный резистор R_э можно заменить на транзистор противоположного типа проводимости по отношению к основному.

Рис. 38. Выходной каскад на комплементарных транзисторах

Транзисторы VТ₁ и VТ₂ образуют двухтактный выходной каскад на комплементарных (взаимодополняющих) транзисторах. VТ₃ – транзистор предварительного усиления.

Когда U_{(б1, б2)} > 0 ток в нагрузку течет от +Е_п через транзистор VТ₁ и обеспечивает низкое выходное сопротивление каскада.

Когда U_{(б1, б2)} < 0 ток в нагрузку течет через транзистор VТ₂ на –Е_П и тоже обеспечивается низкое выходное сопротивление каскада.

Однако здесь транзисторы VТ₁ и VТ₂ работают в режиме класса В, что обеспечивает высокую экономичность, но за счет специфичности входных характеристик транзисторов здесь обеспечивается нечувствительность к входному сигналу на величину 2U_бэот. Что приводит к нелинейным искажениям выходного сигнала, которые называют искажениями типа ступеньки, что изменяет спектр выходного сигнала.

Рис. 39. Искажение выходного сигнала

Для исключения этого недостатка схему переводят в режим класса АВ путем введения диодов смещения VD₁ и VD₂.

Рис. 40. Базовая схема выходного каскада

Это классическая схема выходного каскада в современных ОУ. Но только в силу того, что у интегрального p-n-p транзистора хуже усилительные свойства вместо одиночного транзистора VТ₂ устанавливают составной транзистор и также эту схему дополняют элементами защиты от короткого замыкания.