7.5. Выходные каскады

Двухтактные усилительные каскады мощности

Однотактныекаскадыусилениямощностиобладаютсущественными недостатками:

—небольшой КПД каскада;

—относительно большие нелинейные искажения, создаваемые усилительным прибором и постоянными токами подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора;

—относительно большие частотные искажения.

В тех случаях, когда однотактный каскад усиления мощности неприменим из-за указанных выше недостатков и мощности, применяют двухтактный каскад усиления мощности.

Схемадвухтактногоусилительногокаскадамощностистрансформаторнымвходомивыходом, работающеговрежимеклассаВ, изображенанарис. 7.17. Вданнойсхемевлюбоймоментвремениможет быть открыт только один из двух транзисторов. Для облегчения понимания принципа работы схема усилителя показана в двух со-

Рис. 7.17. Протекание токов в двухтактном усилителе при открытых транзисторах VT1 (а) и VT2 (б)

150

ношению друг к другу, ось абсцисс UК (UК1 и UК2) является общей. Рабочие точки 01 и 02 отмечены при IБ = 0.

Еслинавходусилителяподатьсигналснапряжениемтокаотточки 2 к точке 1 в первичной обмотке Т1 (рис. 7.17, а), то в его вторичной обмотке наводится ЭДС, положительный потенциал которой приложенкбазеVT2, аотрицательный— кбазеVT1; VT2 закроется еще сильнее, так как к его эмиттерно-базовому переходу приложено обратное напряжение, поступающее от нижней полуобмотки трансформатора Т1 (зажим 4 — точка 01). Транзистор VT1 откроется, потому что на его эмиттерно базовый переход приложено прямое напряжениеотверхнейполуобмоткиТ1 (зажим3 — точка01). Поцепи +ЕК — 0 — VT1 — 5 — 02 — (–ЕК) потечет переменный коллекторныйтокIK1 с+амплитудой IК+ max (рис. 7.17). Напряжениеколлекторной цепи UКmax транзистора VT1 повторяет по форме ток IК1 и совпадает с положительным направлением оси UК1.

Когда полярность напряжения входного сигнала изменится на противоположную (см. рис. 7.17, б) и в первичной обмотке Т1 будет протекать ток от точки 1 к точке 2, со вторичной обмотки Т1 поступитпрямоенапряжение наэмиттерно-базовыйпереходтран- зистора VT2 и обратное напряжение на такой же переход транзистора VT1 закроется транзистор VT1 и откроется — VT2. По цепи +ЕК—VT2—6—02—(–EК) потечетпеременныйколлекторныйтокIК2 с амплитудой IКmax (рис. 7.18), которому соответствует напряжение с амплитудой, совпадающее по напряжению с осью UК2. Таким образом, в зависимости от полярности входного сигнала открываются поочередно соответствующие транзисторы и поочередно по обоим плечам первичной полуобмотки трансформатора Т2 протекают коллекторные токи с амплитудами IКmax.

Во вторичной обмотке Т2 наводится ЭДС, к зажимам 7, 8 которой подключена нагрузка Rн.

Главное значение выходных каскадов — получение максимальной полезной мощности сигнала. Для этого рабочий участок динамической характеристики должен иметь максимальную длину (см. рис. 7.18), т.е. транзистор должен полностью использоваться как по току, такипонапряжению. Чтобывыполнитьэтотребование, рабочую точку в режиме класса В обычно выбирают на динамической характеристике в области малых значений токов коллектора (в нашемслучаеточки01 и02 стокамиIК01 иIК02). Этотакжеобеспечивает наименьшее потребление мощности от источника питания.

152

При максимальном использовании транзистора в режиме класса В (см. рис. 7.18) амплитуда переменной составляющей тока

IК+ max = IКmax − IК0 , а амплитуда напряжения UКmax ≈ UК. В действительности пиковое значение напряжения на коллекторе зак-

рытого транзистора при наличии выходного трансформатора может превышать в два раза величину напряжения UК. Это объясняетсятем, чтотокоткрытоготранзистора, напримерIК1 транзистора VT1 (см. рис. 7.17, а), протекая по своей половине обмотки трансформатора Т2, наводит ЭДС и во второй половине обмотки этого трансформатора. Эта ЭДС и напряжение источника питания действуют согласно и их сумма прикладывается к коллектору закрытого транзистора. В этом случае величину напряжения источника

питанияследуетвыбиратьизусловияU ≤UКдоп/2, гдеUКдоп — максимально допустимое напряжение на коллекторе транзистора.

КромебольшойвыходноймощностиивысокогоКПДдвухтактные усилители обладают следующими важными качествами: компенсируютчетныегармоникиусиливаемоготокаигармоникипульсирующего напряжения источника питания.

Указанные гармоники, проходя по плечам первичной обмотки трансформатора Т2, создают (по отношению к точке 02 на рис. 7.17) равные по величине и противоположные по направлению магнитные потоки, которые компенсируют друг друга. В результате от четных гармоник и снижается уровень фона на его выходе от пульсации питающего напряжения.

Схема бестрансформаторного двухтактного усилителя мощно-

сти, собранная на двух разнотипных транзисторах, один из которых типа p-n-p, а другой n-p-n, приведена на рис. 7.19, а. Эти транзисторы соединены последовательно друг с другом по постоянному току, а их входы соединены параллельно по напряжению входного сигнала.

При отсутствии входного сигнала на входе и полной симметрии транзисторов VT1 и VT2 их постоянные коллекторные токи IК01 и IК02 одинаковы по значению и каждый транзистор является для другого коллекторной нагрузкой по постоянному току.

При подаче на вход переменного сигнала (рис. 7.19, б) через нагрузку Rн, включенную через разделительный конденсатор СрЗ, потечет переменный ток iн (рис. 7.19, д), равный разности коллекторных токов (рис. 7.19, в, г) транзисторов VT1 и VT2 (iн = iК1 – iК2).

153