Необычная схема буфера класса A на основе источника тока

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2019

Horst Koelzow

EDN

Основой описанной здесь схемы послужил классический двухтранзисторный источник тока (Рисунок 1). Ток, проходящий через резистор R₁, зависит только от напряжения V_BE (база-эмиттер) транзистора Q₂ и от сопротивления самого R₁. Напряжение V_BE транзистора Q₁ на выходной ток не влияет. Обычно такие схемы находят применение в источниках постоянного тока или в качестве ограничителей. Для верхней, положительной полуволны сигнала схема является усилителем. Добавление комплементарного каскада для нижней, отрицательной половины сигнала делает схему законченным буфером (Рисунок 2). Эмиттеры транзисторов Q₂ и Q₃ становятся входом схемы, а точка соединения резисторов R₁ и R₂ – выходом. Входной нагрузочный резистор R₃ устанавливает выходное напряжение покоя. Источники смещения (источники тока I_BIAS на рисунках) можно заменить резисторами.

Рисунок 1.	Классический двухтранзисторный источник тока обычно используется в источниках постоянного тока или в качестве ограничителя.

В состоянии покоя с рабочей точкой 0 В обе половины схемы работают при максимальном токе, а потенциалы входа и выхода равны. При подаче входного напряжения вы вводите ток в узел эмиттеров Q₂ – Q₃. Из этой точки ток может идти наверх в базу Q₁ или вниз в базу Q₄. Направление входящего тока определяется уровнем выходного напряжения относительно входного. Если входное напряжение положительно, оно не влияет на верхнюю половину, потому что оно уже ограничено. Однако оно может уменьшить ток, управляющий нижней половиной, что приведет к уменьшению нижней полуволны выходного тока. Уменьшение выходного тока нижней части вызывает рост выходного напряжения. Короче говоря, ток входного сигнала «не ограничивает» напряжение в каскаде противоположной полярности.

Рисунок 2.	Добавление к источнику тока еще одного каскада превращает его в буфер.

На первый взгляд может показаться, что схема имеет единичное усиление. Но, поскольку Q₂ и Q₃ подключены к верхним точкам резисторов R₁ и R₂, а не к выходу схемы, фактически R₁ и R₂ включены последовательно с выходной нагрузкой. Низкое сопротивление нагрузки R_LOAD значительно нагружает схему, однако до тех пор, пока входной каскад не начнет ограничивать сигнал, схема не вносит искажений. Видимое со стороны источника сигнала входное сопротивление буфера равно

h_FE(Q1) × (R₁ + R_LOAD) Ом,

где h_FE – прямой коэффициент передачи тока базы.

Q₂ и Q₃ – это каскады с общей базой. Их назначение состоит в преобразовании входного напряжения в напряжение смещения, требуемое для Q₁ и Q₄. Эффект преобразования напряжения позволяет напрямую заменять транзисторы другими устройствами, такими как MOSFET или транзисторы Дарлингтона.