4.4. Двухтактниє розум

Двухтактниє РОЗУМ зважаючи на можливість використання режимів АВ, В, З і D характеризуються кращими енергетичними показниками. На малюнку 4.5 приведена схема двухтактного РОЗУМ з трансформаторним зв'язком.

При роботі даного РОЗУМ в режимі класу В, ланцюг резистора відсутній. Трансформатор здійснює узгодження входу РОЗУМ з джерелом сигналу, трансформатор погоджує вихідний опір РОЗУМ з опором навантаження. Трансформатор виконує ще і функції фазоинвертора (див. на малюнку 4.5 фазування його обмоток).

Посилення сигналу в тому, що розглядається РОЗУМ відбувається в два такти роботи пристрою. Перший такт супроводжується посиленням позитивної півхвилі гармонійного сигналу за допомогою транзистора другий - посиленням негативної півхвилі гармонійного сигналу з допомогою .

Графічний і енергетичний розрахунок двотактного трансформаторного РОЗУМ двухтактного достатньо повно представлені в класичних підручниках по підсилювальних пристроях, наприклад [5,6]. Енергетичний розрахунок показує, що ККД такого РОЗУМ реально досягає порядка 70%, що приблизно в 1,5 разу більш ніж у однотактних РОЗУМ.

При виборі типу для РОЗУМ слід враховувати та обставина, що на колекторі закритого транзистора діє напруга, рівна приблизно що пояснюється підсумовуванням і напруги на секції первинної обмотки .

Унаслідок того, що кожен транзистор пропускає струм тільки для однієї півхвилі гармонійного сигналу, режим класу В характеризується кращим використанням транзистора по струму.

Оскільки струми в секціях обмоток трансформаторів протікають у різних напрямах, відсутній подмагничивание їх сердечників. Відзначимо так само, що в двухтактном РОЗУМ виключена (при симетрії плечей РОЗУМ) паразитна ОС по джерелу живлення і у вихідному сигналі відсутні парні гармонійні складові.

Як вже наголошувалося вище, відсутність струму спокою в РОЗУМ класу В приводить до появи значних НІ. Унаслідок нелінійності вхідних ВАХ, вихідний сигнал в двухтактном РОЗУМ класу В має перехідні спотворення типу "сходинки" (малюнок 4.6).

Зменшення НІ можливе шляхом переходу до режиму класу АВ (див. малюнки 4.2 і 4.6). Оскільки струми спокою в режимі класу АВ малі, то вони практично не впливають на енергетичні показники РОЗУМ.

Оскільки трансформатор є вельми "незручним" елементом при виконанні РОЗУМ у вигляді ІМС і вносить істотні спотворення до вихідного сигналу підсилювача, РОЗУМ з трансформаторами знаходять обмежене застосування в сучасній схемотехніці УУ.

У сучасній електроніці найширше застосовуються безтрансформаторні двухтактные РОЗУМ. Такі РОЗУМ мають хороші массогабаритные показники і просто реалізуються у вигляді ІМС.

Можлива побудова двотактних безтрансформаторних РОЗУМ по структурній схемі, показаній на малюнку 4.7.

Тут ФЕ - фазоинверсный каскад попереднього посилення (драйвер), РОЗУМ - двотактний каскад посилення потужності.

Як драйвер може використовуватися каскад з розділеним навантаженням (малюнок 4.8).

Можна показати, що при

Не дивлячись на такі достоїнства, як простота і малі частотні і нелінійні спотворення, каскад з розділеним навантаженням знаходить обмежене застосування із-за малого і разных що приводить до несиметричної АЧХ виходів в областях ВЧ і НЧ.

Набагато частіше застосовуються ФЕ на основі диференціального каскаду (ДК) (малюнок 4.9).

ДК будуть розглянуті далі, поки ж відзначимо, що через протікатиме подвоєний струм спокою транзисторів VT1 і VT2 і, отже, номінал резистора у схемі фазоинверсного каскаду зменшується удвічі в порівнянні з розрахунком каскаду з ОЕ.

При розгляді, наприклад, лівої половини фазоинверсного каскаду видно, що в ланцюзі емітера транзистора VT1 (включеного з ОЕ) присутній і паралельно йому вхідний опір транзистора VT2 (включеного з Про) .

Зазвичай беруть (або замінюють еквівалентом високоомного опору у вигляді джерела стабільного струму, який буде розглянутий надалі разом з ДК), тому можна підставити замість у вираз для глибини ПООСТ (див. підрозділ 3.2) :

Отже, можна вважати, що у фазоинверсном каскаді присутній ПООСТ з глибиною, рівною двом. Беручи до уваги, що щодо емітера VT2 транзистор VT1 включений по схемі з ОК, неважко показати, що при ідентичності параметрів транзисторів тобто коефіцієнти передачі по напрузі плечей фазоинверсного каскаду на основі ДК рівні половині коефіцієнта передачі каскаду з ОЕ.

Досить широко застосовується ФЕ на компліментарних транзисторах, варіант схеми якого представлений на малюнку 4.10.

Використання компліментарної пари транзисторів VT1 і VT2, що мають різну провідність, але однакові параметри (наприклад, Кт315-кт361, Кт502-кт503, Кт814-кт815 і ін.) дозволяє інвертувати фазу вхідного сигналу на 180 на першому виході.

Окрім розглянутих вище каскадів, як фазоинверсных також застосовуються каскади з ОЕ, включені згідно структурної схеми, показаної на малюнку 4.11. Відзначимо, що ФЕ, побудований по такій схемі, має розбаланс АЧХ і ФЧХ виходів.

Як вихідний каскад РОЗУМ, що підключається до виходів ФЕ, може використовуватися каскад, один з різновидів якого приведений на малюнку 4.12.

У даному каскаді можливе використання режимів класів В, АВ, С. До достоїнств каскаду слід віднести можливість використання могутніх транзисторів одного типу провідності. При використанні двохполярного джерела живлення можливе безпосереднє підключення навантаження, що дозволяє обійтися без розділового конденсатора на виході, який зазвичай має велику ємкість і габарити і, отже, важкореалізований в мікровиконання.

В цілому, в РОЗУМ, виконаних по структурній схемі, представленій на малюнку 4.7, не досяжний високий ККД унаслідок необхідності застосування у ФЕ режиму класу А.

Набагато кращими параметрами володіють двотактні безтрансформаторні РОЗУМ, виконані на компліментарних транзисторах. Такі РОЗУМ прийнято називати бустерами. Розрізняють бустери напруги і струму. Оскільки посилення напруги зазвичай здійснюється попередніми каскадами багатокаскадного підсилювача, а навантаження РОЗУМ, як правило, низькоомна, то найбільшого поширення набули вихідні каскади у вигляді бустера струму.

На малюнку 4.13 приведена схема простого варіанту бустера струму класу В на компліментарних транзисторах і двохполярним живленням.

При подачі на вхід бустера позитивної півхвилі вхідного гармонійного сигналу відкривається транзистор VT1 і через навантаження потече струм. При подачі на вхід бустера негативної півхвилі вхідного гармонійного сигналу відкривається транзистор VT2 і через навантаження потече струм в протилежному напрямі. Таким чином, на формуватиметься вихідний сигнал.

Включення транзисторів з ОК дозволяє отримати малий вихідний опір, що необхідне для узгодження з низькоомним навантаженням для передачі в неї максимальної вихідної потужності. Великий вхідний опір дозволяє добре погоджувати каскад з попереднім підсилювачем напруги. За рахунок 100% ПООСН .

Завдяки використанню двохполярного джерела живлення можливий гальванічний зв'язок каскаду з навантаженням, що робить можливим застосування струмових бустерів в підсилювачах постійного струму. Крім того, це обставина вельми сприятливо при реалізації бустера у вигляді ІМС.

Істотним недоліком даного бустера є великі НІ ( ), що і обмежує його практичне використання. Вільним від цього недоліку є струмовий бустер класу АВ, схема якого приведена на малюнку 4.14.

Початкові струми спокою баз транзисторів тут задаються за допомогою резисторів і а також діодів і . При інтегрального виконання як діоди використовуються транзистори в діодному включенні. Нагадаємо, що падіння напруги на прямозміщеному діоді а в кремнієвих ІМС за допомогою діодів здійснюється параметрична термостабілізація (див. підрозділ 2.6). Опір вводиться для кращого узгодження з попереднім каскадом підсилювача.

При позитивній півхвилі вхідного гармонійного сигналу діод подзапирается і на базі "відстежуватиметься вхідний потенціал, що приведе до його відмикання і формування на опорі навантаження позитивної півхвилі вихідного гармонійного сигналу. При негативній півхвилі вхідного гармонійного сигналу працює і і на навантаженні формується негативна півхвиля вихідного гармонійного сигналу.

Для збільшення вихідної потужності можуть бути використані бустери на складених транзисторах, включених по схемі Дарлінгтона (малюнок 4.15), у якої коефіцієнт передачі по струму рівний твору коефіцієнтів передачі струму бази транзисторів і причому можлива однокристальна реалізація даної структури, наприклад, складений транзистор Кт829.

З польових транзисторів в РОЗУМ придатніші МОП- транзистори з індукованими каналами n- і p- типу, що мають такий же характер зсуву в ланцюзі затвор-витік, як і у біполярних, але таких, що мають лінійнішу вхідну ВАХ, таку, що приводить до меншого рівня ВАХ. Схема РОЗУМ на ПТ вказаного типу приведена на малюнку 4.16.

У даному каскаді введена позитивна ОС по живленню шляхом включення резистора послідовно з . У крапку а вихідна напруга подається через конденсатор і служить "вольтодобавкой", що збільшує напругу живлення передкрайового каскаду в той напівперіод, в який струм транзистора зменшується. Це дозволяє зняти з нього достатню амплітуду напруги, необхідну для управління крайовим истоковым повторителем, підвищує вихідну потужність і ККД підсилювача. Аналогічна схема "вольтодобавки" застосовується і в РОЗУМ на БТ.

Широке застосування знаходять РОЗУМ, у яких як попередні каскади застосовані операційні підсилювачі. На малюнках 4.17а,б приведені відповідні схеми РОЗУМ режимів класу В і АВ.

Дані приклади ілюструють ще один напрям в розробці РОЗУМ - застосування загальної ООС, службовці, зокрема, для зниження рівня НІ.

Докладніший опис схем РОЗУМ міститься в [1,9].