Двухтактные усилители на транзисторах одного типа проводимости.

Усилитель состоит из устройства формирования противофазных сигналов и усилителей противофазных сигналов. Принципиальная схема приведена на рис. 14.13.

Рис.14.13. Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности на транзисторах одного типа проводимости

Устройство формирования противофазных сигналов, в данном случае, выполнено на транзисторах VT1, VT2. На транзисторах VT3, VT4 выполнен двухтактный усилитель мощности.

Необходимым условием работы схемы является выполнения требований по температурной стабилизации рабочей точки всех транзисторов одновременно. В приведенной на рис.14.13 схеме используется метод термокопенсации рабочей точки (сопротивление ).

В схеме, приведенной на рис. 14.13 используется 100% ООС, поэтому такой усилитель мощности не обеспечивает усиления по напряжению.

Для того, чтобы убрать из схемы рис.14.13 разделительный конденсатор следует использовать двухполярный источник питания. Особенность построения усилителя такого усилителя мощности заключается в необходимости выбора транзисторов VT3, VT4 с одинаковыми характеристиками: потенциал точки a должен быть равен нулю.

Недостатки аналоговых усилителей мощности.

Основным недостатком всех аналоговых усилителей мощности является низкий КПД схем. Для усилителей мощности класса A предельное значение КПД составляет 50 %, для аналоговых усилителей мощности класса В и АВ – 7580%. Устранить этот недостаток можно использованием ключевых усилителей мощности.

14.5 Ключевые усилители мощности.

Для всего усилителя КПД, в основном, определяется его оконечными каскадами. Основными принципами построения оконечных каскадов с повышенным КПД является использование ключевого и аналого-дискретного режимов работы транзистора.

В ключевых усилителях транзисторы работают в режиме D. Поэтому мощность потерь в транзисторах очень мала, что и обеспечивает высокий КПД. Применение ключевого режима для усиления непрерывных сигналов основана на сглаживании в нагрузке импульсов тока транзистора. Представление аналогового сигнала в цифровом (импульсном) виде базируется на теореме Котельникова: аналоговый сигнал сколь угодно точно можно представить отсчетами с частотой, равной удвоенной верхней частоте спектра сигнала:

– для идеальных восстанавливающих фильтров – для реальных восстанавливающих фильтров

(14.20)

Ключевой усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией (кум с шим).

Структурная схема такого усилителя представлена на рис. 14.14.

Рис. 14.14 К1, К2 – электронные ключи, ГТЧ – генератор тактовой частоты, L_фC_ф – восстанавливающий фильтр

Принцип работы схемы поясняют временные диаграммы рис. 14.15.

В точках 3 и 4 сигнал представляет собой широтно-импульсно модулированный сигнал, в котором информативным параметрам является длительность импульса. Длительность импульса прямо пропорциональна амплитуде аналогового сигнала 1. Частота следования импульсов выбирается согласно теореме Котельникова и задается ГТЧ.

Н а рис. 14.15. приведены временные диаграммы, поясняющие работу ключевого усилителя мощности с ШИМ. 1–сигнал на входе КУМ с ШИМ; 2–тактовые импульсы на выходе генератора тактовых импульсов; 3– выходной сигнал с модулятора ШИМ, соответствующей положительной полуволне синусоиды входного сигнала 1; 4– выходной сигнал с модулятора ШИМ, соответствующей отрицательной полуволне синусоиды входного сигнала 1; 5– усиленный сигнал с

Рис. 14.15 Временные диаграммы обоих выходов модулятора ШИМ.

После прохождения суммированного после ключей сигнала через восстанавливающий фильтр в нагрузку подается аналоговый сигнал 6.

Для увеличения КПД схемы необходимо использовать быстродействующие ключи, которые имеют минимальное сопротивление в открытом состоянии и максимальное сопротивление в закрытом состоянии.

КПД ключевых усилителей с ШИМ при больших амплитудах входного сигнала достаточно высок и составляет ~90%.