Поделиться Поделиться

Двухтактные усилительные каскады

Двухтактные УК ввиду возможности использования режимов классов АВ, В, С и D характеризуются лучшими энергетическими показателями. На рис. 2.2 приведена схема двухтактного УК с трансформаторной связью.

Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 9

Рис. 2.2

При работе данного УК в режиме класса В, цепь резистора Rб2отсутствует. Трансформатор Тр1осуществляет согласование входа УК с источником сигнала, трансформатор Тр2согласует выходное сопротивление УК с сопротивлением нагрузки Rн . Трансформатор Тр1выполняет еще и функции фазоинвертора (см. на рис. 2.2 фазировку его обмоток).

Усиление сигнала в рассматриваемом УК происходит в два такта работы устройства. Первый такт сопровождается усилением положительной полуволны гармонического сигнала с помощью транзистора VT2 , второй - усилением отрицательной полуволны гармонического сигнала с помощью VT1 . КПД такого УК реально достигает порядка 70%, что примерно в 1,5 раза больше чем у однотактных выходных УК.

Как уже отмечалось выше, отсутствие тока покоя в УК класса В приводит к появлению значительных нелинейных искажений (НИ). Вследствие нелинейности входных ВАХ, выходной сигнал в двухтактном УК класса В имеет переходные искажения типа "ступеньки" (рис. 2.3).

Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 10

Рис. 2.3

Уменьшение НИ возможно путем перехода к режиму класса АВ (см. рис. 4.6). Т.к. токи покоя в режиме класса АВ малы, то они практически не влияют на энергетические показатели УМ.

Поскольку трансформатор является весьма "неудобным" элементом при выполнении усилителей в виде ИМС и вносит существенные искажения в выходной сигнал усилителя, УК с трансформаторами находят ограниченное применение в современной схемотехнике усилительных устройств.

В современной электронике наиболее широко применяются двухтактные бестрансформаторные УК . Такие УК имеют хорошие массогабаритные показатели и просто реализуются в виде ИМС.

Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 11 Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 12

а б

Рис. 2.4

Возможно построение двухтактных бестрансформаторных УМ по структурной схеме, показанной на рис. 2.4, а. Здесь ФИ - фазоинверсный каскад предварительного усиления (фазоинвертор), УМ - двухтактный каскад усиления мощности.

Простейшим примером фазоинвертора может служить каскад с разделенной нагрузкой (рис. 2.4, б). Несмотря на такие достоинства, как простота и малые частотные и нелинейные искажения, каскад с разделенной нагрузкой находит ограниченное применение из-за малого КУ и разных выходных сопротивлениях, что приводит к несимметричности АЧХ выходов в областях ВЧ и НЧ. Гораздо чаще применяются фазоинверторы на основе дифференциального УК (рис. 2.5).

В настоящее время широкое применение в качестве выходных УК (усилителей мощности) находят двухтактные бестрансформаторные усилители мощности, выполненные на комплементарных транзисторах . Такие усилители мощности принято называть бустерами . Различают бустеры напряжения и тока. Поскольку усиление напряжения обычно осуществляется предварительными каскадами многокаскадного усилителя, а нагрузка выходного УК, как правило, низкоомная, то наибольшее распространение получили выходные каскады в виде бустера тока.

Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 13

Рис. 2.5

На рис. 2.6, а приведена схема простейшего варианта бустера тока класса В на комплиментарных транзисторах и двухполярным питанием.

Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 14 Двухтактные усилительные каскады - Инвестирование - 15

а б

Рис. 2.6

При подаче на вход бустера положительной полуволны входного гармонического сигнала открывается транзистор VT1и через нагрузку потечет ток. При подаче на вход бустера отрицательной полуволны входного гармонического сигнала открывается транзистор VT2и через нагрузку потечет ток в противоположном направлении. Таким образом, на Rнбудет формироваться выходной сигнал.

Включение транзисторов с ОК позволяет получить малое выходное сопротивление, что необходимо для согласования с низкоомной нагрузкой для передачи в нее максимальной выходной мощности. Большое входное сопротивление позволяет хорошо согласовать каскад с предварительным усилителем напряжения. За счет 100% ПООСН КУ примерно равен 1.

Благодаря использованию двухполярного источника питания возможна гальваническая связь каскада с нагрузкой, что делает возможным применение токовых бустеров в усилителях постоянного тока. Кроме того, это обстоятельство весьма благоприятно при реализации бустера в виде ИМС.

Существенным недостатком рассматриваемого бустера является большие НИ (Кг>10% ), что и ограничивает его практическое использование.

Свободным от этого недостатка является токовый бустер класса АВ, схема которого приведена на рис. 2.6, б. Начальные токи покоя баз транзисторов здесь задаются с помощью резисторов Rб1и Rб2 , а также диодов VD1и VD2 . При интегральном исполнении в качестве диодов используются транзисторы в диодном включении. Сопротивление Rсоглвводится для лучшего согласования с предыдущим каскадом усилителя.

При положительной полуволне входного гармонического сигнала диод VD1подзапирается и на базе VT1будет "отслеживаться входной потенциал, что приведет к его отпиранию и формированию на сопротивлении нагрузки положительной полуволны выходного гармонического сигнала. При отрицательной полуволне входного гармонического сигнала работает VD2и VT2 , и на нагрузке формируется отрицательная полуволна выходного гармонического сигнала.


Литература:

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М: Высшая школа, 1991.

2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М: Додека-XXI, 2005.

3. Красько А.С. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебное пособие. – Томск: ТГУСУР, 2005.

4. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. – М: Горячая Линия Телеком, 2007.

5. Павлов В.Н., Ногин И.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М: Горячая Линия Телеком, 2001.

Разработал: доцент кафедры РЛ1 Чепурнов И.А.

← Предыдущая страница | Следующая страница →