Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

Обычно при нормальной раскачке оконечного каскада, работающего в режиме В, коэффициент использования активного элемента по напряжению лежит в пределах ψ ≈ 0,9. В этом случае мощность, отдаваемая в нагрузку, достигает величины (3.63):

Таким образом, при проектировании двухтактного усилителя мощности, работающего в режиме В, желательно выбирать активные элементы с допустимой мощностью рассеивания в четыре раза меньшей, чем заданная полезная мощность РКмах = 0,25Р2.

5.4. Двухтактная схема усилителя мощности

Благодаря своим положительным качествам двухтактные схемы очень широко применяются в линейных усилителях мощности. Примером такого усилителя является двухтактный трансформаторный каскад (рис. 5.3). Следует отметить, что включение транзисторов по схеме с общим эмиттером не является единственным для данной схемы. Транзисторы в этом каскаде могут быть включены и по схеме с общей базой или общим коллектором. Принцип действия и основные соотношения остаются неизменными для любой схемы включения транзисторов в этом каскаде.

Постоянный ток коллектора VT1 протекает от +E0 по верхней половинке первичной обмотки трансформатора ТР2 , участок коллектор-эмиттер к -E0.

201

В режиме В плечи двухтактного каскада работают поочередно. При указанной полярности сигнала верхнее плечо схемы на рис. 5.3 реагирует на положительную половину периода входного сигнала, а нижнее – на отрицательную. Выходные токи обоих плеч, суммируясь в нагрузке, создают на ней усиленный неискаженный сигнал.

Отсюда следует, что при анализе двухтактный трансформаторный каскад можно рассматривать как однотактный, работающий в течение всего периода сигнала на нагрузку, приведенную к половине первичной обмотки трансформатора.

Однако трансформаторный усилитель мощности имеет и целый ряд недостатков: технологическая сложность изготовления, большие габариты и вес, высокая стоимость, большие частотные и нелинейные искажения, невозможность изготовления в интегральном исполнении. Поэтому трансформаторные каскады на транзисторах в настоящее время не используются. Высококачественные трансформаторные усилители сигналов низкой частоты на электронных лампах по-прежнему широко востребованы.

5.5. Бестрансформаторные усилители мощности

Как известно, трансформаторные усилители мощности обладают многими недостатками и в настоящее время вытесняются бестрансформаторными.

Большие габариты, вес и стоимость трансформаторов заставляют отказываться от них, особенно при создании малогабаритной аппаратуры. Этому способствуют и дополнительные нелинейные искажения, возникающие из-за нелинейности характеристик намагничивания сердечников, и значительные частотные и фазовые искажения, связанные со сравнительно узкой полосой пропускания трансформатора.

Транзисторные бестрансформаторные усилители мощности в настоящее время нашли самое широкое применение как в дискретном, так и в интегральном исполнении, особенно при усилении сигналов звуковых частот. Физические свойства транзисторов, позволяющие использовать их при малых напряжениях и больших токах, делают эти активные элементы незаменимыми в каскадах, работающих на низкоомную нагрузку, включенную непосредственно в выходную цепь усилителя.

203

Наибольшее распространение в настоящее время получила схема оконечного двухтактного усилителя мощности, в которой используются транзисторы разной проводимости, включенные по схеме с общим коллектором, соединенные последовательно по постоянному току (рис. 5.5, а).

Благодаря своим качествам эта схема используется при проектировании большинства современных усилителей мощности. Данный каскад выполнен по двухтактной схеме и обладает всеми ее достоинствами. В нем можно использовать экономичный режим В, постоянный ток через нагрузку не протекает, четные гармоники сигнала в нагрузке компенсируются. Комплиментарная пара транзисторов образует двухтактный эмиттерный повторитель, который благодаря 100 %-ой отрицательной обратной связи по напряжению, последовательной по входу имеет низкий уровень нелинейных искажений, широкую полосу пропускания, малое выходное и большое входное сопротивления. Малое выходное сопротивление позволяет получить большую выходную мощность на низкоомной нагрузке. Неудобство, связанное с необходимостью использования двухполярного источника питания, легко устраняется путем подключения нагрузки к выходу через разделительный конденсатор (рис. 5.5, б).

При отсутствии сигнала конденсатор СР в схеме на рис. 5.5, б благодаря идентичности транзисторов VT1 и VT2 заряжается до напряжения Е0/2. Отсутствие смещения на базах транзисторов VT1 и VT2 свидетельствует о том, что транзисторы работают в режиме В, т.е. в течение полупериода сигнала один из них открыт, а второй – заперт. В следующй полупериод состояния транзисто-

204

ров меняются на противоположные. Это обстоятельство позволяет представить транзисторы в виде двух ключей, замыкающихся поочередно (рис. 5.5, в). При положительной полуволне сигнала на входе ключ Кл1 оказывается замкнут, а Кл2 – разомкнут. В этом случае напряжение на нагрузке, согласно второму закону Кирхгофа и с учетом заряда конденсатора СР до уровня Е0/2, становится равным

В следующй полупериод Кл1 размыкается, а Кл2 переходит в замкнутое состояние. Конденсатор СР в этом случае оказывается подключенным параллельно сопротивлению нагрузки. Следовательно, на нагрузке появляется напряжение, равное напряжению заряда конденсатора Е0/2. При этом полярность сигнала на сопротивлении нагрузки меняется на противоположную по сравнению с предыдущим случаем. Таким образом в течение отрицательной половины периода сигнала конденсатор СР, заряженный до Е0/2, является источником выходного тока в нагрузке. Чтобы разряд конденсатора не влиял на величину выходного тока, состояние конденсатора не должно меняться в течение половины периода самого низкочастотного сигнала, входящего в полосу пропускания каскада. Следовательно, постоянная времени разряда конденсатора СРRН должна быть существенно больше периода сигнала с нижней граничной частотой. Обычно величина СР рассчитывается исходя из уровня допустимых частотных искажений и значения сопротивления нагрузки. Емкость СР в реальных усилителях сигналов низкой частоты достигает нескольких тысяч микрофарад и увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки. Следует отметить, что амплитуда напряжения сигнала на нагрузке в схемах на рис. 5.5, а и 5.5, б не может превышать величину Е0/2.

205