Вопрос 4 Двухтактные усилители мощности

Для получения большой выходной мощности полезного сигнала и высокого КПД при небольшом уровне нелинейных искажений применяют двухтактные схемы усилителей мощности.

Различают двухтактные трансформаторные усилители мощности и двухтактные бестрансформаторные усилители мощности.

3.1 Двухтактные трансформаторные усилители мощности.

В настоя­щее время двухтактные трансформаторные усилители мощности наиболее широко применяются радиоприемных устройствах.

Наиболее простая схема такого усилителя приведена на рисунке 3.1. На ее примере поясним основные свойства двухтактных трансформаторных усилителей мощности.

Рисунок 3.1 – Двухтактный трансформаторный усилитель мощности

Эта схема представляет собой совокупность двух однотактных усилителей, работающих на общую нагрузку. Половина двухтакт­ного усилителя называется его плечом. Оба плеча электрически симметричны.

Для электрической симметрии плеч усилителя его транзисторы должны иметь одинаковые параметры и симметричные режимы. Симметричные режимы идентичных транзисторов получаются, если первичная обмотка выходного трансформатора TV2 состоит из двух одинаковых половин, а входные напряжения и сим­метричны.

В следствии симметрии двухтактных схем и возможности поочередной работы плеч в них могут быть реализованы режимы классов В и АВ. При этом удается существенно повысить КПД и от­даваемую в нагрузку мощность при сравнительно небольшом уров­не нелинейных искажений.

При использовании режима В активные приборы работают по­очередно, каждый прибор работает только половину периода уси­ливаемых колебаний, другой активный прибор в это время ока­зывается запертым. Поэтому схему можно рассчитывать так, как будто работает только одно плечо и используется одна половина первичной обмотки трансформатора.

При отсутствии сигнала (в режиме молчания) выходные токи активных приборов малы и усилитель практически не потребляет энергию источника питания. При увеличении или на стоках, или на анодах) при та­кой амплитуде сигнала, когда коэффициент использования напря­жения источникапитания:

(1.1)

Мощность, рассеиваемая в одном амплитуды сигнала возрастают среднее значение выходного тока (постоянной состав­ляющей) и потребление энергии усилителем. Наибольшая мощ­ность рассеивается в виде тепла на выходных электродах активных приборов (на коллекторах приборе:

(1.2)

При наибольшей амплитуде напряжения сигнала максимальная колебательная мощность, отдаваемая в нагрузку одним активным прибором УМ:

(1.3)

Сопоставим максимальную колебательную мощность (1.3) с мощностью рассеяния (1.2), исключив :

(1.4)

Сравнивая эту величину с мощностью, отдаваемой в нагрузку однотактным УМ в режиме А согласно выражению:

.

Видим, что в режиме В при той же допустимой мощности рассеяния мож­но получить в пять раз большую полезную колебательную мощ­ность от одного активного прибора. В режиме В КПД двухтакт­ного УМ может достигать 70%.

На рисунке 3.2 показаны динамические характеристики активных приборов с учетом их поочередной противофазной работы в режи­ме В. Кривая изменения магнитного потока Ф в сердечнике фор­мируется из двух половин, воспроизводимых каждым плечом двух­тактной схемы.

Рисунок 3.2 – Динамическая характеристика

Недостатком УМ, работающих в режиме В, является довольно высокий уровень нелинейных искажений (появление нечетных гар­моник в составе результирующего магнитного потока). Для устра­нения указанного недостатка обычно в двухтактном УМ использу­ют промежуточный режим АВ, в котором энергетические показа­тели несколько хуже (КПД 50...60%), но зато существенно умень­шаются нелинейные искажения рисунок 1.3.

Рисунок 3.3 – Динамическая характеристика