Двухтактный усилитель мощности

Двухтактный усилитель мощности.
На рис. 10.49 приведена схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторным входом и выходом на биполярных транзисторах.
Усилитель состоит из двух симметричных плеч, содержащих биполярные транзисторы VT1 и VT2 с максимально близкими параметрами, которые работают в идентичных режимах. Каждый из транзисторов со своими цепями составляет плечо каскада. Входной трансформатор Т1 имеет вывод от средней точки вторичной обмотки, обеспечивающий подачу на базы транзисторов VT1 и VT2 двух равных по величине, но противоположных по фазе входных напряжений п_вх1 и и_вх2. Выходной трансформатор Т2 имеет вывод от средней точки первичной обмотки, через который на коллекторы транзисторов подается напряжения питания U_n. Резисторы R? и R? образуют делитель напряжения, обеспечивающий подачу напряжения смещения на базы транзисторов VT1 и VT2 для установки требуемого режима усиления.
Каждое плечо усилителя представляет собой однотактный усилитель мощности с трансформаторным выходом, однако работа двух плеч придает усилителю новые качества. Выходной трансформатор Т2 суммирует переменные составляющие коллекторных токов i_K1 и i_K2 транзисторов VT1 и VT2. К вторичной обмотке трансформатора Т2 подключено нагрузочное устройство с сопротивлением R_H.
При отсутствии входного сигнала, т.е. в режиме покоя, в коллекторных цепях транзисторов VT1 и VT2 протекают только постоянные составляющие токов 7_К10 и /_к20, величины которых определяются выбранным положением точки покоя на характеристиках транзисторов (классом усиления). Коллекторные токи покоя /_К10 и /_К20 протекают по первичной обмотке выходного трансформатора от средней точки в противоположных направлениях. Следовательно, при полной симметрии плеч магнитные поля, создаваемые этими токами, компенсируются и в сердечнике трансформатора отсутствует постоянная составляющая магнитного потока (постоянное подмагничивание). Это является важным преимуществом двухтактной схемы над однотактной, так как уменьшает нелинейные искажения, вносимые трансформатором, и позволяет сделать его менее громоздким.

Рис. 10.49. Схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторным входом и выходом
Особенно ощутимы преимущества двухтактных усилителей при использовании режима В. В режиме В каждый из транзисторов открыт и участвует в формировании выходного напряжения только в течение одного полупериода. Транзисторы работают как бы поочередно, образуя синусоидальное выходное напряжение из двух полусинусоид.
В результате мощность, отдаваемая в нагрузку, в сравнении с однотактным усилителем значительно увеличивается.
Однако нелинейные искажения при работе усилителя в режиме В существенно больше, чем в режиме А. Они возникают как во входной цепи из-за большой нелинейности входной характеристики транзисторов вблизи нуля, так и в выходной цепи из-за неравенства токов коллекторов и различных значений параметров транзисторов.
Временные диаграммы, поясняющие работу двухтактного усилителя мощности в режиме В, приведены на рис. 10.50.

Рис. 10.50. Временные диаграммы работы двухтактного усилителя мощности в режиме усиления В
Нелинейность входной характеристики приводит к типичным искажениям коллекторного тока и выходного напряжения в области малых сигналов (искажения типа «ступенька»), показанным на рис. 10.50.
Для уменьшения этих искажений на базы транзисторов VT1 и VT2 с помощью делителя на резисторах R^ и R? подается напряжение смещения, тем самым увеличивая токи покоя базы и коллектора. При этом усилитель работает в режиме АВ. В этом случае несколько уменьшается
КПД усилителя, а ток и мощность, потребляемые от источника питания, увеличиваются.
Временные диаграммы, поясняющие работу двухтактного усилителя мощности в режиме АВ, приведены на рис. 10.51.
Таким образом, двухтактный усилитель мощности обеспечивает получение в нагрузке больших выходных мощностей и высокого КПД при работе в режимах В и АВ.
Вместе с тем двухтактному усилителю мощности присущи большие нелинейные искажения, чем у однотактного. Кроме того, к недостаткам следует отнести необходимость в двух идентичных транзисторах и входном и выходном трансформаторах с выводами от средней точки, что приводит к усложнению схемы и конструкции усилителя.