Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПОПОВ ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ.pdf
Скачиваний:
942
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

5.3. Двухтактные усилители мощности. Общие сведения

Два четырехполюсника, включенные, как показано на рис. 5.2, образуют двухтактный усилительный каскад.

Как видно из рисунка, двухтактные каскады образуются из двух обычных, соединенных общим земляным проводом, и представляют собой пару каскадов, симметричных относительно горизонтальной оси (общего провода). Возбуждаются такие каскады двумя напряжениями U1A и U1B, равными по величине и противоположными по фазе. Напряжение на входе такого усилителя

равно

 

U1 = U1A U1B , где U1A = −U1B .

(5.10)

(+)

 

 

(+)

 

 

 

U1A

A

(--)

R2A

U1A

A

(--)

(--)

 

U2A

(--)

 

 

 

 

(+)

 

 

U2 R2

(+)

 

(--)

(+)

 

 

 

 

 

 

 

 

U2B

 

 

 

 

U1B

B

(+)

R2B

U1B

B

(+)

(--)

 

 

(--)

 

 

 

 

а

 

 

 

б

 

 

 

 

Рис. 5.2

 

 

 

Выходной сигнал может потребляться двумя симметричными нагрузками (рис. 5.2, а), или чаще одной объединенной (рис. 5.2, б). Напряжение выходного сигнала определяется так же, как и напряжение входного:

U2 = U2A U2B , где U2A = −U2B .

(5.11)

Примером двухтактного усилителя может служить рассмотренный ранее дифференциальный каскад.

Двухтактные каскады обладают заметными достоинствами по сравнению с однотактными:

199

1)синфазная помеха, попадающая на вход такого каскада, не проходит на его выход;

2)на выходе двухтактного каскада компенсируются четные гармоники, вносимые каждым усилительным элементом;

3)в двухтактном усилителе широко используется режим В и, следовательно, увеличивается КПД.

Подавление синфазной помехи увеличивает динамический диапазон двухтактного каскада и позволяет несколько снизить требования к уровню пульсаций источника питания.

Отсутствие четных гармоник на выходе двухтактного усилителя позволяет снизить нелинейные искажения на его выходе или увеличить отдаваемую мощность при неизменном коэффициенте гармоник. Отсутствие четных гармоник на выходе двухтактного усилителя легко показать, если выходные напряжения каждого четырехполюсника представить в виде степенного ряда и вычесть одно из другого:

U2A = a0 +a1U1A +a2U12A +a3U13A +.... ,

U2B = a0 +a1U2B +a2U22B +a3U32B +... .

Тогда с учетом второй части (5.10) получим

U

2

= 2a

U

+2a

3

U3

+... .

(5.12)

 

 

1 1A

 

1A

 

 

Отсутствие четных степеней в полученном выражении свидетельствует о том, что в нагрузке при идеальной симметрии двухтактного каскада четные гармоники подавляются. Исчезновение коэффициентов a0 говорит о том, что и постоянная составляющая также не протекает через нагрузку.

Возможность использования в двухтактном каскаде режима В позволяет снизить требования к мощности рассеивания применяемых активных элементов. Как было показано в п. 3.3.3, максимальная мощность рассеивается на активном элементе в критическом режиме, когда коэффициент использования по напряжению становится равным ψКР = 0,636 (3.66). При этом мощность рассеивания становится равной

200

РКмах =

Е02

(0,636ψКР 0,5ψКР2 )=

E02

(0,6362 0,5 0,6362 )= 0,1

E02

. (5.13)

 

2R H

R H

 

2R H

 

 

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):

Р2 =

Е02

 

ψ2 = 0,4

E02

.

(5.14)

2RH

 

 

 

 

RH

 

Отношение (5.14) к (5.13)

равно

 

 

 

 

 

Р2

 

= 4.

 

 

(5.15)

 

 

 

 

 

 

 

 

РКмах

 

 

 

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

(+)

VT1

( -)

 

R1

 

EИ

ТР1

RН

 

 

E0

ТР2

 

R2

 

( -)

VT2

(+)

Рис. 5.3

Постоянный ток коллектора VT2 протекает по аналогичному контуру в направлении часовой стрелки. Оба эти тока в первичной обмотке трансформатора ТР2 создают два противоположно направленных магнитных потока, компенсирующих друг друга. Таким образом, подмагничивание постоянным током в ТР2 отсутствует, что позволяет уменьшить габариты, вес и стоимость трансформатора. Аналогичные процессы происходят во вторичной обмотке ТР1, где протекают токи базы.

Переменные токи каждого транзистора протекают по своим половинкам трансформатора в одинаковых направлениях, создают равные однонаправленные магнитные потоки, которые суммируются и наводят ЭДС в выходной обмотке трансформатора. Так, при указанной на рис. 5.3 полярности входного сигнала переменный коллекторный ток верхнего транзистора совпадает по направлению с его постоянным током, а переменная составляющая коллекторного тока нижнего транзистора течет навстречу его постоянной составляющей. Таким образом, оба переменных тока в первичной обмотке трансформатора имеют одно и то же направление – текут снизу вверх и, следовательно, будут наводить на выходе одинаковые ЭДС, т.е. переменные токи обоих транзисторов в нагрузке суммируются.

Для режима А такое включение приводит к простому увеличению в два раза потребляемой, отдаваемой и рассеиваемой (на двух транзисторах) мощностей. Все соотношения между мощностями сохраняются такими же, как в однотактном каскаде. Требования к максимальной мощности рассеивания, предъявляемые к транзистору при расчете двухтактного усилителя, могу быть ослаблены соответственно в два раза.

202