Двухтактные выходные каскады с трансформаторной связью

. В связи с тем что КПД однотактных выходных каскадов в режиме А значительно меньше 50% в мощных выходных каскадах, часто используют двухтактные (симметричные) выходные каскады, работающие в режиме В или АВ.

Они позволяющие получать большой КПД при незначительных линейных искажениях. Двухтактные усилители мощности характеризуются не только лучшими энергетическими показателями, но и более приемлемыми габаритами и массой.

Применяют три схемы включения транзисторов: с ОБ, ОЭ, ОК.

Двухтактные выходные каскады можно разделить на каскады с выходными трансформаторами и бестрансформаторные выходные каскады.

Двухтактная схема состоит из двух одинаковых однотактных усилителей мощности (плеч), включенных симметрично относительно источников питания.

На рис.5 приведена принципиальная схема двухтактного усилителя мощности с трансформаторной связью.

При работе в режиме класса В в усилителе отсутствует цепь резистора R1 (которая обозначена на рис.5 штриховой линией), т.е. в транзисторах I_Б0 = 0. Данный усилитель выполнен на двух n-р-n транзисторах VТ1 и VТ2, а также двух трансформаторах Tpl и Тр2. Вторичные обмотки обоих трансформаторов состоят из двух секций и имеют вывод от средней точки.

Трансформатор Tpl обеспечивает передачу входного сигнала в базовые цепи обоих транзисторов. Кроме того, он осуществляет согласование R_BX усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. В многокаскадных усилителях первичная обмотка Tpl обычно включается в цепь коллектора предыдущего каскада.

Рис.5. Схема двухтактного выходного каскада с трансформаторной связью

Трансформатор Тр2 осуществляет согласование R_ВЫХ усилителя с R_Н.

Первая секция первичной обмотки Тр2 включена в цепь коллектора транзистора VТ1, а вторая секция – в цепь коллектора VТ2.

При работе рассматриваемого усилителя мощности в режиме класса В при отсутствии входного сигнала в нем протекают лишь малые обратные токи коллекторных переходов транзисторов. В этом случае напряжения на коллекторах транзисторов VТ1 и VТ2 равны E_К, а на нагрузке – нулю.

При подаче отрицательной полуволны входного сигнала на секции вторичной обмотки Tpl, подключенной к базе VТ1, будет действовать положительная, а на секции вторичной обмотки, подключенной к базе VТ2, – отрицательная полуволна. В результате транзистор VТ2 останется закрытым, а VТ1 откроется и через него и первую секцию первичной обмотки Тр2 станет протекать ток I_K1. При этом на сопротивлении нагрузки R_H будет выделяться положительная полуволна выходного сигнала увеличенной мощности.

Если теперь на вход усилителя мощности (см. рис.5) будет поступать положительная полуволна U_ВХ, то полярности напряжений во вторичной обмотке трансформатора Tpl изменятся на противоположные. В результате транзистор VТ1 закроется, а VТ2 – откроется.

Следовательно, уже будет протекать ток I_К2 по цепи: источник питания → вторая секция первичной обмотки трансформатора Тр2 → коллектор – эмиттер VТ2 → общий провод. За счет этого во вторичную обмотку VТ2 будет трансформироваться отрицательная полуволна выходного сигнала.

Таким образом, усиление сигнала в рассматриваемом усилителе мощности происходит в два такта работы устройства. Если первый такт сопровождается усилением одной полуволны сигнала с помощью транзистора VТ1, то второй такт – усилением второй полуволны транзистором VТ2.

Поскольку токи в секциях обмоток трансформаторов протекают в разных направлениях, отсутствует подмагничивание их сердечника. В двухтактном усилителе исключена паразитная обратная связь по источнику питания.

Отсутствие тока покоя в усилителе для класса В приводит к появлению значительных нелинейных искажений.

Уменьшения нелинейных искажений обычно достигают за счет изменения режима работы, т.е. перехода к режиму класса АВ. Для осуществления этого необходимо задать в базы транзисторов VТ1 и VТ2 небольшой ток покоя I_Б0 (на рис.5 ток I_Б0 задается с помощью резистора R1).

Токи покоя в усилителе мощности класса АВ малы и практически не влияют на энергетические показатели устройства в сравнении с классом В.

Двухтактные бестрансформаторные выходные каскады .

Тенденция к микроминиатюризации устройств промышленной электроники привела к разработке двухтактных усилителей с бес­трансформаторным выходом.

Трансформаторы, используемые в рассмотренных выше схемах, не позволяют снизить габариты и вес усилителей мощности, ухудша­ют их амплитудно-частотную характеристику. Изготовление транс­форматоров требует больших затрат ручного труда, дефицитных материалов, и как элементы схемы трансформаторы имеют низкую надежность.

Поэтому в настоящее время широко распространены бестрансформаторные двухтактные усилители мощности, которые являются схемами с последовательным пи­танием и параллельным включением нагрузки.

а) б)

Рис.6. Схемы бестрансформаторных усилителей мощности

Существует большое количество различных видов бестрансформаторных усилителей мощности.

Схема простого бестрансформаторного усилителя приведена на ри.6,а. Она состоит из двух однотактных эмиттерных повторителей (плеч), работающих попеременно, в течение одного полупериода входного сигнала. Питание плеч осуществляется раздельно, от двух разнополярных источников постоянного напряжения Е'_К и Е''_К, объединенных общей шиной, которая обычно заземляется. Благодаря разному типу электропроводности транзисторов каскад не требует парафазных входных напряжений.

Отрицательная обратная связь позволяет уменьшить нелиней­ные искажения, а также влияние асимметрии плеч. Однако в схе­мах с использованием эмиттерных повторителей выходное напря­жение не может превышать входное, т. е. происходит по существу лишь усиление тока. Каскад (рис. 5, а) работает следующим образом.

В отсутствие входного сигнала точка «а» имеет нулевой по­тенциал. На базе каждого из транзисторов за счет делителя R-VD создается постоянное напряжение смещения, равное падению напряжения на соответствующем диоде и обеспечи­вающее работу каскада в режиме класса АВ.

При положительной полуволне U_ВХ откроется n-p-n транзистор VT1 и закроется р-n-р транзистор VT2. При отрицательной полуволне входного напряжения U_ВХ запи­рается транзистор VT1 и увеличивается ток транзистора VT2.

Наличие двух источников питания в схеме рис.6,а может вызвать определенные неудобства при пользовании схемой. Для замены двух источников питания одним последовательно с нагруз­кой включают разделительный конденсатор достаточно большой емкости (рис.6,б).

По постоянному току транзисторы схемы включены последовательно. Поэтому при идентичных параметрах транзисторов постоянное напряжение U_C на разделительном конденса­торе С_Р составляет 0,5Е_К и является «источником питания» для транзистора VT2. Напряжение коллектор - эмиттер транзистора VT1 равно Е_К – U_C = 0,5Е_K.

Недостатком бестрансформаторных каскадов, приведенных на рис.6, является большое различие параметров у транзисторов разных типов электропроводностей. Для устранения этого недо­статка промышленностью выпускаются «пары» транзисторов с одинаковыми параметрами, но разным типом электропроводности, так называемые комплементарные транзисторы, ассортимент которых соответствует различным уровням выходной мощности усилителя, например ГТ402-ГТ404, ГТ703-ГТ705, КТ502-КТ503, КТ814-КТ1815, КТ818-КТ819 и т.д.

Чтобы увеличить нагрузочную мощность усилителей мощности, выполненных на основе эмиттерных повторителей, используют со­ставные транзисторы. Принципиальная схема такого усилителя мощности приведена на рис.7.

Рис.7. Схема бестрансформаторного усилителя на составных транзисторах

В схеме (рис.7) вместо рези­сторов R, определяющих ток диодов смещения VD1 и VD2 приме­няют источники постоянного тока I₁ и I₂, позволяющие расширить дина­мический диапазон входного сигнала.

[1] Линейная интегральная микросхема – это микросхема, у которой входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции, например, по закону синуса.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 2339; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!