14.2. Двухтактные усилители мощности

Двухтактным называется каскад, в котором объединены два однотактных усилительных каскада, работающих на одну общую нагрузку и управляемых взаимно противофазно одним и тем же усиливаемым колебанием. В соответствии с этим двухтактный каскад состоит из двух плеч. Напряжение на нагрузке получают путем взаимного вычитания выходных колебаний плеч, чтобы они суммировались, несмотря на противофазное управление. Благодаря противофазному управлению и вычитанию происходит частичная компенсация нелинейных искажений, вносимых плечами. В двухтактном каскаде могут быть использованы следующие режимы работы активного элемента: А, АВ, В. Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности, построенная на транзисторах разного типа проводимости, приведена на рис. 14.7.

Рис. 14.7 Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности на транзисторах разного типа проводимости.

Особенности работы двухтактного усилителя мощности класса а

Для класса А, с учетом противофазности управления плечами, при полной их идентичности, отсутствии нелинейных искажений и синусоидальной форме колебаний, полные токи коллекторов имеют вид:

; .

(14.13)

Под идентичностью плеч следует понимать полное совпадение параметров транзисторов. Амплитуда переменной составляющей разностного тока в нагрузке равна сумме амплитуд токов коллектора, благодаря противофазному управлению транзисторами.

Важным достоинством двухтактного каскада в режиме А является пониженный уровень нелинейных искажений, что обусловлено взаимной компенсацией влияния кривизны передаточных характеристик плеч, происходящей в результате противофазного управления ими. При наличии искажений имеем:

(14.14)

Колебания на вход второго транзистора (рис. 14.7) подается в противофазе с колебаниями на входе первого транзистора. Для синусоидальных колебаний это эквивалентно сдвигу во времени на полпериода (). Поэтому первые гармоники коллекторных токов имеют взаимно противоположные знаки. Сдвиг на полпериода первой гармоники соответствует сдвигу на период второй гармоники. Вторая гармоника оказывается сдвинута по фазе относительно первой на 2.

(14.15)

Тогда, разностный ток:

(14.16)

Таким образом, напряжение в нагрузке, пропорциональное разностному току, не содержит четных гармоник. Однако если плечи усилителя не идентичны, то высокочастотные четные гармоники не точно совпадают по амплитуде и фазе, и компенсируются лишь частично. Поэтому, одним из требований, предъявляемых к двухтактным усилителям класса A, является идентичность плеч.

Выбор рабочей точке, построение нагрузочной прямой для каждого из плеч двухтактного усилителя мощности осуществляется также, как и для однотактного каскада.

Для обеспечения противофазного управления транзисторами и (рис.14.7) одного типа проводимости необходима схема формирования противофазных сигналов. Один из вариантов схемы приведен на рис. 14.8.

Рис. 14.8 Схема формирования противофазных сигналов

Для этой схемы при коэффициенты усиления по первому и второму каналу оказываются равными: .

Несмотря на такие достоинства, как простота и малые частотные и нелинейные искажения, приведенная на рис. 14.8 схема находит ограниченное применение из-за малого и разных значений выходных сопротивлений каналов, что приводит к несимметричности АЧХ выходов.