Новая схема смещения снижает нелинейные искажения буферов класса AB

Рисунок 1.	В типичном буфере класса AB (а) может использоваться множество схем смещения, включая удвоитель VBE (б).

Основное назначение таких схем состоит в том, чтобы обеспечить независящее от напряжения питания (и очень часто термокомпенсированное) смещение выходных транзисторов, и именно на это нацелены основные усилия разработчиков. Но нельзя также забывать и о качестве сигнала. Нелинейности используемых устройств (как, например, в схеме смещения на Рисунке 2) будут вносить существенный вклад в суммарный коэффициент гармоник (THD) буфера.

Рисунок 2.	Нелинейности устройств, используемых в некоторых схемах смещения, подобных представленной на этом рисунке, могут вызывать искажения усиленного сигнала.

Действительно, прямые измерения показывают, что при симметричном возбуждении через A1 (Рисунок 3) THD = 0.13%. Более распространенное асимметричное возбуждение через А2 увеличивает THD до чудовищного значения 0.43%, что обусловлено значительно более высоким уровнем второй гармоники в спектре выходного сигнала.

Рисунок 3.	Эта схема иллюстрирует две возможности смещения. Симметричное возбуждение через А1 создает THD = 0.13%. Более распространенное асимметричное возбуждение через А2 дает THD = 0.43%.

Для устранения этих искажений часто добавляют конденсатор C1. Но для правильной работы импеданс C1 на самых низких частотах должен быть во много раз ниже, чем динамическое сопротивление схемы смещения, которое и само должно быть достаточно низким. В результате этот метод обычно непрактичен, особенно для интегральных усилителей.

Для исключения влияния схемы смещения на спектр усиленного сигнала можно добавить два согласованных резистора R3 и R4, балансирующих мостовую схему R1/R2/R3/R4 (Рисунок 3). Разумеется, резисторы этого моста должны быть низкоомными, чтобы минимизировать влияние входных импедансов транзисторов Q1 и Q2. Кроме того, в этом случае желательно использовать транзисторы с большим коэффициентом передачи тока.

При правильной балансировке на обоих выводах схемы смещения будут одинаковые уровни переменного напряжения, что исключит прохождение через нее переменного тока. Результатом будет резкое снижение THD до уровня всего 0.05%. Более того, резисторы R3 и R4 обеспечивают устойчивость повторителя Q1, Q2, особенно при емкостной нагрузке.

Рисунок 4.	При переключателе в положении «1» (обычная схема смещения) и более тяжелой нагрузке (25 Ом при напряжении 6 В) THD этой схемы равен 0.022%. Если переключатель установлен в положение «2» (усовершенствованная схема смещения), THD = 0.007%.

На Рисунке 4 показана половина стереофонического усилителя наушников с THD < 0.005% при выходном напряжении V_OUT = 3 В пик-пик на нагрузке 60 Ом. Для того чтобы сравнивать обычную и новую схемы, был добавлен переключатель Sw. В практической схеме его быть не должно, а диоды D1-D4 могут быть заменены одним красным светодиодом. С более тяжелой (и более типичной) нагрузкой 25 Ом при V_OUT = 6 В в положении переключателя «1» (обычная схема) THD = 0.022%. Напротив, THD новой схемы (ключ в положении «2») составляет всего 0.007%.

Материалы по теме