Двухтактный каскад УМ на биполярных транзисторах с переходным и выходным трансформаторами.

Двухтактные каскады УМ, которые могут работать в режимах классов А, АВ, В, дают возможность получать полезную выходную мощность в нагрузке в два и в несколько раз больше, чем однотактные каскады УМ. При этом уменьшаются нелинейные искажения, а также влияние внешних помех, снижается фон переменного тока источника питания и т. п.

В этих каскадах УМ постоянные составляющие, а также четные гармоники коллекторных токов обоих транзисторов протекают по одинаковым полуобмоткам первичной обмотки трансформатора навстречу друг другу и, взаимно компенсируясь, не намагничивают сердечник. Это позволяет уменьшить габариты, массу и стоимость трансформатора.

Суммарный ток обоих транзисторов, равный току источника питания, не содержит первой гармоники, что устраняет паразитную обратную связь через цепь источника питания.

При работе в более экономичных режимах классов АВ1 или В значительно повышается КПД двухтактного каскада УМ. При этом транзисторы могут включаться по схемам с ОЭ, ОБ или ОК.

Наибольший коэффициент усиления по мощности получается при включении транзисторов по схеме с ОЭ, что требует меньшей мощности входного сигнала, отбираемого от каскада предварительного усиления, который может собираться или с переходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку со средней точкой, или по схеме с разделенной нагрузкой, обеспечивающей фазоинвертирование сигнала, подаваемого на базы выходных транзисторов, без переходного фазоинвертирующего трансформатора.

Рис. 1.9.2. Схема транзисторного двухтактного каскада УМ с ОЭ, с автоматическим смещением в классе АВ1 (а); то же, но без автоматического смещения в классе В (б); график работы одного плеча этого каскада УМ в классе В (в); диаграммы напряжений и токов в цепях такого каскада в классе АВ1 (г)

При включении транзисторов по схеме с ОБ получается небольшой коэффициент усиления по мощности и требуется большей величины ток на выходе каскада предварительного усиления, так как выходным током мощных транзисторов в схеме каскада УМ с ОБ служат их эмиттерные токи. Входные сопротивления транзисторов в схеме с ОБ имеют малую величину, поэтому выходной двухтактный каскад УМ подключается к каскаду предварительного усиления при помощи переходного фазоинвертирующего трансформатора.

На рис. 1.9.2, а приведена типовая схема с ОЭ двухтактного каскада УМ, которая может работать в режимах классов А или АВ. При работе в режиме класса В резисторы R₁ и R₂ не включаются, так как в этом режиме U_бэ0 = 0, то есть транзисторы работают без напряжения смещения (рис. 1.9.2, б, в). Графическое пояснение принципа работы двухтактного каскада УМ в режиме класса АВ1 показано на рис. 1.9.2, г.

Расчет двухтактной схемы УМ проводится графоаналитическим методом только для одного плеча, аналогично расчету однотактного каскада УМ. При этом необходимо расчетную величину полезной мощности Р_вых, для каждого плеча взять равной половине заданной полезной мощности, выделяемой в нагрузке Р_н, то есть

Р_вых = Р_н / 2 = I_mк U_mк / 4

С учетом коэффициента трансформации и КПД трансформатора h_тр полезная выходная мощность каждого плеча будет определяться выражением:

Р_вых × h_тр = Р_н / 2 = I_mк U_mк / (2 × 2) = I²_mк R_экв / 4,

где R_экв = n² R_н , n = W₁ / 2W₂ ;

W₁ / 2 - число витков полуобмотки первичной обмотки трансформатора;

R_экв - приведенное сопротивление нагрузки к одной первичной полуобмотке выходного трансформатора; величину напряжения источника питания в режиме классов АВ1 или В выбирают из расчета

Е_к » 0.6 * U_{m вых} » (1.1 - 1.25)U_{кэ 0}.

В таких двухтактных схемах УМ можно получить полезную выходную мощность в нагрузке Р_вых » 3Р_{к макс доп} при заданной рабочей температуре. Коэффициент полезного действия такого каскада УМ в режиме класса В достигает h_э = Р_вых * 100% / Р₀ » » 45 - 60%.