4.4 Двухтактные усилители мощности

Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности приведена на рис.4.18. Как правило, двухтактные усилители мощности работают в классах «АВ» или «В». В данной схеме трансформатор ТР₂ необходим для создания двух равных по величине и противоположных по фазе напряжений которые управляют работой транзисторов VT₁ и VT₂. Резисторы R₁ и R₂ обеспечивают режим работы усилителя в классах «АВ» или «В». Для того чтобы не было потерь напряжения на по переменному току на резисторе R₂, его шунтируют емкостью С_Б [1,9,10].

Рисунок 4.18 — Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности

Расчет режима работы по постоянному току аналогичен однотактному усилителю мощности. Режим работы по переменному току проиллюстрируется осциллограммами, приведенными на рис. 4.19. Осциллограммы соответствуют классам «А» и «АВ».

Рисунок 4.19 — Осциллограммы работа двухтактного усилителя мощности

Для нечетных гармоник (1,3,5, …), которые совпадают с I_K, получим, что в трансформаторе ТР₁ I_К1W₁ и I_К2W₁ направлены в одну сторону, следовательно, мощность в нагрузке удваивается:

P_H=2P.

Для четных гармоник, IК1W1 и IК2W1, направленых в трансформаторе ТР1 в противоположные стороны, результующая намагничивающая сила при идеальной симметрии равна нулю, следовательно, отсутствуют нелинейные искажения по четным гармоникам. Постоянные составляющие, как и четные гармоники, также включены встречно и обеспечивают режимы работы выходного трансформатора без подмагничивания. Поскольку абсолютно симметричных трансформаторов и транзисторов нет (даже при применении интегральных микросхем — сборок транзисторов), то в формулы нелинейных искажений введен коэффициент асимметрии b, учитывающий степень асимметрии транзисторов.

Для подобранных транзисторов и сборок транзисторов в интегральном исполнении (b=0.010.05), при этом искажения настолько малы, что ими часто пренебрегают. Для неподобранных транзисторов (b=0.10.15) 7и нелинейные искажения определяют из выражения:

Рассмотрим режим работы усилителя в классе «В». Для этого приведем соответствующие осциллограммы (см. рис. 4.20), аналогичные рассмотренным выше. Преимущество класса «В» в то, что каскад имеет больший коэффициент полезного действия (каск0,50,6), однако больший коэффициент нелинейных искажений. В выходном напряжении часто подчеркнута 3-я гармоника, обуславливающая типичную форму (см. рис.4.20) [1].

Так как в двухтактном усилителе мощности отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора, то его габариты будут приблизительно в 2 раза меньше по сравнению с трансформатором однотактного усилителя мощности. Также в двухтактных усилителях значительно меньше нелинейные искажения и выше КПД. Вместо согласующего трансформатора (ТР₂) можно применить фазоинверсный каскад [1].

4.5 Бестрансформаторные усилители мощности

Бестрансформаторные усилители мощности применяют с целью уменьшения габаритов и веса усилителей и улучшения их частотных характеристик [11]. Однако при этом существенно усложняются вопросы согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением транзисторного каскада. Необходимо обеспечить с помощью подбора типа транзистора, чтобы его выходное сопротивление примерно равнялось сопротивлению нагрузки. Поэтому при низкоомной нагрузке требуются мощные транзисторы.

Рисунок 4.20 — Осциллограммы работы двухтактного усилителя мощности в режиме класса «В»

Схема с непосредственным подключением нагрузки к выходу усилителя мощности на однотипных (p–n–p или n–p–n) транзисторах приведена на рис. 4.21 а, а с подключением нагрузки через конденсатор — на рис. 4.21 б.

а) б)

Рисунок 4.21 — Бестрансформаторные усилители мощности на однотипных транзисторах

Схемы требуют двух противофазных входных сигналов, которые не подключены к общей шине усилителя. Это создает некоторое техническое неудобство и ухудшает помехозащищенность схем по входам. Схема с непосредственным подключением нагрузки требует два источника питания, обеспечивающих потенциал точки 1 равным нулю (общей шины). Схема с подключением нагрузки через конденсатор C не требует потенциала точки 1 равного нулю (Рис. 4.21 б), поэтому схема питается от одного источника питания.

Под действием входных сигналов один из транзисторов открывается, другой — закрывается, что обеспечивает протекание тока через нагрузку в одном или в другом (противоположном) направлении. Равенство выходных сопротивлений транзисторов VT₁ и VT₂ сопротивлению нагрузки обеспечивает максимальную мощность в нагрузке

На рис.4.22 а, б приведены схемы усилителей мощности на разнотипных транзисторах, что позволяет использовать один (общий) источник входного сигнала. На рис. 4.22 а приведена схема с непосредственным подключением нагрузки, а на рис. 4.22 б — с подключением нагрузки через конденсатор. Недостатком этих схем также является низкая помехозащищенность, так как источник входного сигнала не может быть соединен с общей шиной усилителя.

Более полное описание различных схем бестрансформаторных усилителей мощности приведено в [11].

а) б)

Рисунок 4.22 — Бестрансформаторные усилители мощности на разнотипных транзисторах