23. Двотактні вихідні каскади. Загальні відомості.
Загальні відомості.
Для підсилення сигналу великої потужності, коли головним являється ККД, однотактні схеми з режимом роботи ПЕ в класі А енергетичні стають операційними. Використання ж в однотактних схемах режимів В, АВ або ВД для роботи ПЕ приводить до великих нелінійних спотворень підсилювального сигналу.
Тому для компенсації або значного ослаблення парних. Гармонік при режимах роботи ПЕ класу В, АВ або ВД використовується двотактна схема.
В ідеальному випадку така схема представляє собою об’єднання двох ідентичних однотактних схем, працюючих почергово на одне навантаження.
Розглянемо принцип роботи двотактної схеми на слідуючому прикладі.
Двотактна схема на транзисторах
з трансформатором на виході працюють
слідуючим чином. На вході sin
сигнал, який необхідно
підсилити на бази
і
.
DU надходить
в протифазі, тобто якщо
відкривається, то
закривається
і плечі працюють почергово. Працює
- протікає струм
і навпаки. Через трансформатор на
навантаженні також sin-й
сигнал при повній симетрії напівсхем
вихідного каскаду.
В теперішній час вихідні трансформатори рідко використовуються (через їх недоліки), а використовуються емітерні повторювачі на складальних транзисторах, які дозволяють забезпечити малі вихідні опори для узгодження з малоомним навантаженням.
Використання режиму В дозволяє збільшити ККД і зняти з ПЕ велику корисну потужність підсилювального сигналу. Коефіцієнт використання струму в режимі В:
Він в 1.5 рази більший за
і не залежить від амплітуди вхідного
сигналу (напруги).
Вихідна напруга на навантаженні не має постійної складової та парних гармонік (при дотриманні повної симетрії обох плечей). Ця властивість дозволяє використовувати режим В ПЕ в вихідних каскадах, збільшити ККД і зменшити нелінійні спотворення при відсічці колекторного струму.
Корисна змінна потужність
Обидва плеча споживають від
джерела живлення струм
.
ККД двотактного каскаду в режимі В дорівнює:
Якщо
(ідеальний
випадок) ККД
78%,
що в 1.5 раз більше ККД каскаду класу А
Вибір транзисторів для кінцевого каскаду здійснюються виходячи з потужності, розсіюваної по колекторах. Для обох плеч каскаду розсіювана потужність колектора:
Максимальна потужність розсіювання при паралельному живленні:
При орієнтировочному виборі транзисторів використовують нерівність:
Потім з допомогою графічного
розрахунку уточнюється значення
,
щоб не допустити перенавантаження
транзистора.
В реальних умовах транзистори мають розкид параметрів , тому важко дотриматися симетрії, з’являється асиметрія, а це приводить до збільшення нелінійних спотворень.
Додаткова причина асиметрії і збільшення нелінійних спотворень – це те, що не співпадає ФЧХ плечей каскаду в області верхніх частот. Виключають введенням НЗЗ.
На практиці з ціллю зменшення
нелінійних спотворень реалізують не
режим В з кутом відсічки 90
,
а енергетично близький до нього режим
АВ з кутом відсічки дещо більшим 90
.
Це пов’язано з тим, що
при малих сигналах робота підсилювача
проходить на нелінійних ділянках
наскрізних динамічних характеристик
і підсилювальний сигнал спотворюється
(сходинка).
Спотворення типу сходинка можливо компенсувати за рахунок збільшення кута відсічки імпульсів струму.
Струм одного плеча двотактної
схеми ще не встигає завершитись, як
відкривається транзистор другого плеча.
Струми в цих плечах протинаправлені
відносно навантаження і різниця струмів
- це зменшує спотворення результуючого
струму і в навантаженні протікає
практично синусоїдальний струм.
В кінцевих каскадах ПЕ можуть працювати і в режимі А. Цей режим використовується в двотактних схемах тільки в тому випадку, коли визначеним показником являється не ККД, а нелінійні спотворення. В інших випадках використовуються класи В або АВ.
Розрахунок вихідного каскаду
при режимі АВ здійснюється так як і при
В. Але через нелінійності наскрізних
ДХ коефіцієнт гармонік
визначається на основі графічного
розрахунку по формулі:
де
- амплітуди, відповідаючі 5-й і 3-й
гармонікам, рівні половині амплітуди
і амплітуді вхідного сигналу відповідно.