Вопрос №3 Бестрансформаторный усилитель мощности

Особенностью рассмотренного выше УМ является наличие трансформатора в выходной цепи усилительных приборов. Трансформаторы создают значительные частотные искажения и нелинейные искажения (из-за нелинейных свойств магнитных материалов). Трансформаторы громоздки и имеют большую массу. Отсутствие выходного трансформатора позволит значительно уменьшить частотные и нелинейные искажения, габариты, массу и стоимость усилителя, а также повысить его КПД.

В бестрансформаторной схеме УМ выходной трансформатор не применяется (отсюда и название), поэтому выходное сопротивление каскада становится равным или почти равным сопротивлению нагрузки.

Оконечные каскады с бестрансформаторным выходом собираются по двухтактной схеме и могут работать в режимах усиления классов А, В и АВ.

В однотактных каскадах бестрансформаторное включение нагрузки нецелесообразно – в этом случае через нагрузку будет проходить постоянная составляющая тока УП, вследствие чего значительно уменьшается выходная мощность и КПД каскада.

В радиоприемниках применяются различные варианты схем бестрансформаторных двухтактных УМ. Схема двухтактного бестрансформаторного каскада на транзисторах противоположного характера проводимости представлена на рисунке 21.3. Транзисторы VТ1 и VТ2 (VТ1 – с р-n-р структурой, VТ2 – с n-р-n структурой) работают в режиме АВ.

Схема образована двумя однотипными транзисторами VТ1 и VТ2, включенными последовательно по постоянному току, а по переменному току (т.е. по отношению к нагрузке) – параллельно. Так как транзисторы включены последовательно, то источник питания должен иметь удвоенное значение напряжения Е_К. При этом, параллельное включение дает возможность уменьшить значение нагрузки R_Н.

В данной схеме использованы транзисторы с различным типом проводимости, но параметры и характеристики этих транзисторов должны быть одинаковы. Транзисторы VТ1 и VТ2 образуют два плеча усилителя.

С_Ф

U_ВХ

R_Н

Рис.21.3. Бестрансформаторный усилитель мощности

Особенность работы входной цепи состоит в том, что одно и то же напряжение сигнала синфазно подается на входы обоих транзисторов (такой усилитель не нуждается в предыдущем инверсном каскаде). При подаче на вход усилителя сигнала будут изменяться базовые, а следовательно, и коллекторные токи транзисторов VТ1 и VТ2 (верхнего и нижнего плеча двухтактной схемы). Но так как транзисторы имеют противоположный характер проводимости, то входной ток в одном плече будет закрывать транзистор, а ток в другом плече, в это же время, открывать – и схема будет работать как двухтактная.

Другими словами, в течение одного полупериода входного сигнала увеличиваются ток базы и коллекторный ток транзистора VТ1 верхнего плеча, при этом переменная составляющая коллекторного тока VТ1 пройдет через нагрузку R_Н в одном направлении (цепь прохождения тока: эмиттер-коллектор VТ1, R_К1, С_Ф, корпус, R_Н, С_Р, эмиттер VТ1).

В течение следующего полупериода входного сигнала увеличатся ток базы и коллекторный ток транзистора нижнего плеча VТ2, и переменная составляющая коллекторного тока пройдет через нагрузку R_Н в обратном направлении. Прохождение тока в цепи описывается следующим образом: коллектор-эмиттер VТ2, С_Р, R_Н, корпус, эмиттер VТ2. В результате за период входного сигнала на зажимах нагрузки будет создаваться выходное напряжение, форма которого будет повторять форму входного сигнала.

Достоинства схемы усилителя:

1. Малые стоимость, вес и габариты.

2. Незначительные частотные и нелинейные искажения.

3. Более высокий КПД (возрастает из-за отсутствия трансформатора, который создает потери).

Недостатки схемы усилителя:

1. Низкая термостабилизация транзисторов (схема требует сложных мер термостабилизации).

2. Необходимость источника питания с повышенным напряжением из-за последовательного включения транзисторов.

3. Сложность подбора транзисторов с одинаковыми параметрами (при использовании транзисторов разной проводимости).

Выводы по 3-му вопросу:

1. Оконечные каскады низкочастотного тракта радиоприемника являются УМ, обеспечивающими передачу в нагрузку заданной выходной мощности. Они могут быть выполнены как по однотактной, так и по двухтактной схеме.

2. Двухтактная схема, работающая в режиме класса В, позволяет повысить экономичность работы УМ.

3. Оконечные каскады с бестрансформаторной связью с нагрузкой обладают более совершенной частотной характеристикой.