Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Общий принцип действия и конструкции электрических машин Полупроводниковая электроника Трехфазный ток Принцип работы асинхронного двигателя Соединение нагрузки треугольником Полупроводниковые транзисторы


Двухтактный усилитель мощности

Двухтактные схемы выходных каскадов с применением транзисторов показаны па рис. 15.20.

При подаче переменного напряжения ивх транзисторы работают поочередно один закрыт, другой открыт, а в выходной обмотке трансформатора Тр2 течет гармонический, неискаженный, ток (рис. 15.20). Этот режим работы транзисторов называется режимом класса В.

По существу двухтактный каскад представляет собой сочетание двух однотактных каскадов, которые образуют два «плеча» схемы и работают согласованно на общий потребитель R. На входе включен трансформатор, имеющий вывод от средней точки вторичной обмотки, а на выходе трансформатор с выводом средней точки первичной обмотки. Резисторы же эмиттерной стабилизации являются общими для обоих транзисторов.

 Рис. 15.20

Постоянные токи цепей коллекторов создают в половинах первичной обмотки выходного трансформатора встречные ампервитки, а потому сердечник не подмагничивается постоянным током; это позволяет уменьшить объем сердечника; вместе с тем взаимно компенсируются результаты изменения коллекторных токов, которые создаются плохой фильтрацией источника питания и приводят в однотактном каскаде к гудению («фону») в громкоговорителе.

Пусть на вход каскада воздействует переменное напряжение сигнала. Середина вторичной обмотки входного трансформатора присоединена к общей точке схемы; напряжения, снимаемые на базы с концов обмотки, противоположны по знаку (т. е. имеют сдвиг фаз в 180°). Следовательно, когда напряжение на одной из баз () возрастает (в отрицательную сторону), напряжение на другой базе () уменьшается и наоборот (рис. 15.21а и б). Соответственно ток коллектора (на рисунке показаны только переменные составляющие) в первом транзисторе () возрастает, а во втором () уменьшается и наоборот (рис. 15.21в и г). Иначе говоря, в общем участке коллекторных и эмиттерных цепей, т. е. в источнике питания и в резисторе Rэ, переменные токи, взаимно компенсируясь, отсутствуют. Поэтому резистор Rэ не требует шунтирования конденсатором.

В двух половинах первичной обмотки выходного трансформатора переменные слагающие коллекторных токов не только сдвинуты по фазе на 180°, но еще проходят от средней точки в противоположных направлениях. Это означает, что создаваемые ими в верхней и нижней половинах обмотки переменные магнитные потоки (ампервитки   и ) совпадают по фазе (рис. 15.21д и е), образуя удвоенный общий поток  (рис.15.21ж). Во вторичной обмотке наводится ЭДС согласованно обоими транзисторами, и (при идеальной симметрии плеч) полезная мощность удваивается. В этом и состоит сущность работы двухтактного каскада.

Замечательным свойством двухтактной схемы является свойство взаимной компенсации нелинейных искажений двух ламп. Теперь представим себе, что такие искажения происходят в обоих транзисторах двухтактной схемы и оба искаженных тока наводят магнитные потоки в сердечнике выходного трансформатора. 

Замечательно следующее: когда первый транзистор посылает «острую» полуволну тока, второй посылает «плоскую» (сжатую) полуволну и наоборот (рис. 15.22а и б).

Разлагая магнитные потоки (ампервитки), создаваемые верхней () и нижней () половинами обмотки, на первую и вторую гармоники и не принимая во внимание четвертую, шестую и другие (рис. 15.22в и г), видим, что первые гармоники (1) совпадают по фазе (как это было и на рис. 15.21), а вторые гармоники (2) противофазны. Следовательно, вторые гармоники в составе общего магнитного потока взаимно компенсируются, и в сердечнике трансформатора имеется лишь поток основной частоты () с удвоенной амплитудой (рис. 15.21д). Так же будут взаимно компенсироваться четвертые, шестые гармоники и т. д.

Из этого замечательного свойства вытекают практические следствия: в каждом плече двухтактной схемы точку т (см. рис. 15.19) можно выбирать не в середине прямой kmn, а ниже, чтобы уменьшить 

  Рис. 15.21 Рис. 15.22

постоянную составляющую тока во время покоя (молчания) и тем самым повысить полезную мощность и КПД каскада. Появляющиеся в каждом плече высшие гармоники (вторые, четвертые и т. д.) взаимно компенсируются. Возможен даже такой режим, когда каждое плечо дает импульс тока только в течение половины периода, а во вторую половину периода ток в цепи коллектора (или анода) отсутствует. Этот режим называется режимом В. Впрочем, в радиоприемной аппаратуре чаще применяется промежуточный режим, называемый режимом АВ.

Недостатком двухтактных схем с трансформаторами входным и выходным является наличие двух трансформаторов громоздких и дорогих элементов усилителя. Кроме того, трансформаторы с ферромагнитным сердечником вносят дополнительные нелинейные искажения сигнала и потери его мощности. Поэтому в современных приемниках и усилителях широкое применение получили бестрансформаторные схемы. В некоторых усилителях нагрузка подключается к транзистору усилителя через эмиттерный повторитель, и с его помощью осуществляется довольно хорошее согласование по мощности, поскольку выходное сопротивление  эмиттерного повторителя мало. При

   .

В последние годы широкое использование получили двухтактные бестрансформаторные усилители на комплементарных парах транзисторов. Такая пара содержит транзисторы рпр и прп с близкими параметрами. Упрощенная схема такого усилителя изображена на рис. 14.23. Между базами и эмиттерами обоих транзисторов приложено одно и то же входное напряжение.

 

 Рис. 15.23 Рис. 15.24

 В схеме рассмотренной на рис. 15.23 оба транзистора работают по схеме с общим коллектором, как и в схеме эмиттерного повторителя. Это облегчает согласование по мощности нагрузки с выходом усилителя.

При отсутствии сигнала через транзисторы протекают одинаковые постоянные точки , которые на сопротивлении Rн вычитаются, и общий ток через Rн равен нулю.

Простейшая реальная схема двухтактного бестрансформаторного усилителя приведена на рис. 15.24.

Следует учитывать, что в мощных каскадах транзисторы требует специального ребристого радиатора для увеличения теплоотдачи: без радиатора транзистор уже при небольшой мощности, теряемой в его  переходах, может нагреться до температуры, превышающей допустимую.

Основы символического (комплексного) метода расчета цепей синусоидального тока Этот метод позволяет перейти от дифференциальных уравнений, составленных для мгновенных токов, напряжений и т.д., к алгебраическим уравнениям, составленным для соответствующих им комплексных изображений.
Функциональная классификация интегральных микросхем