Двухтактные усилители

При работе транзистора в режиме A невозможно реализовать высокий к.п.д. усилителя. В качестве альтернативы может подойти режим работы B, но он приводит к значительным нелинейным искажениям. Однако если реализовать два усилителя, работающие в режиме B, и заставить их усиливать положительную и отрицательную полуволны синусоиды отдельно, а затем соединить эти полуволны вместе, то получится усилитель, работающий почти без искажений. Подобный усилитель получил название двухтактного усилителя. В иностранной (и переводной) литературе сохраняется старое название этой схемы — push-pull (тяни-толкай). Схема двухтактного каскада усилителя, реализованного на n-p-n и p-n-p транзисторах, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема двухтактного каскада на n-p-n и p-n-p транзисторах

Применение двух транзисторов позволяет им помогать друг другу. В приведенной на рисунке 1 схеме положительная полуволна синусоидального напряжения открывает транзистор VT1 и закрывает VT2. Отрицательная полуволна — запирает транзистор VT1 и открывает VT2. Таким образом каждый из транзисторов усиливает только половинку входного напряжения, однако на выходе, на сопротивлении нагрузки (в звуковых усилителях на динамике) эти половинки суммируются и форма входного напряжения восстанавливается. Временные диаграммы напряжений и токов в двухтактном усилительном каскаде приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 Временные диаграммы напряжений и токов в двухтактном каскаде

В приведенной схеме транзисторы включены по схеме с общим коллектором, поэтому коэффициент усиления двухтактного каскада по напряжению приблизительно равен единице. Такой каскад обычно используется совместно с каскадом предварительного усиления, собранного по схеме с общим эмиттером. Для упрощения схемы между каскадами применяется непосредственная связь (без разделительной емкости). В результате становится возможным для формирования напряжения на базах транзисторов VT1 и VT2 воспользоваться коллекторным напряжением прыдущего каскада. Схема подобного усилителя с двухтактным каскадом на выходе приведена на рисунке 2.

Рисунок 3 Схема усилителя с двухтактным каскадом на выходе и непосредственной связью между каскадами

Следует отметить, что в схеме двухтактного усилителя, приведенной на рисунке 2, строго говоря используется не класс B, а класс C! Это вызвано тем, что точка перегиба входной характеристики кремниевого транзистора не соответствует нулю, а отстоит от него на 0,7 В. Для обеспечения режима B в двухтактном усилителе на базы транзисторов необходимо подать напряжение 0,7 В. Это можно сделать при помощи резистора, зашунтированного по переменному току конденсатором, однако для устранения влияния температурного ухода входной характеристики транзистора в качестве источника напряжения 0,7 В применяются кремниевые диоды (тем более, что их сопротивление переменному току при протекании постоянного тока близко к нулю). Схема двухтактного усилителя, в котором режим работы B обеспечивается кремниевыми диодами, приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 Схема двухтактного усилителя с формированием смещения на диодах

Следует отметить, что от выходного каскада звукового усилителя в основном требуется максимальная мощность. Обычно от одиночного транзистора не удается получить ток, достаточный для получения мощности 50 или 100 ватт. Поэтому в двухтактном усилителе применяется схема составного транзистора (схема Дарлингтона).

Еще одним недостатком схемы, приведенной на рисунке 3, является низкое входное сопротивление. Это обуславливается применением параллельной отрицательной обратной связи. Добавим еще один каскад для того, чтобы можно было применить последовательную отрицательную обратную связь. В результате получим схему усилителя звуковых частот, которая широко применялась в семидесятые годы XX века. Она приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 Усилитель мощности с двухтактным выходным каскадом на схеме Дарлингтона

В данной схеме при напряжении питания 12 В можно получить на нагрузке 4 Ом мощность до 3 Вт. Обращает внимание, что в этой схеме усилителя мощности смещение на двухтактный каскад формируется на транзисторе VT3. Это позволяет избежать применения четырех диодов и позволяет обеспечить плавную регулировку напряжения смещения двухтактного усилителя.

Дата последнего обновления файла 27.10.2017

1. Сединин В.И., Микушин А.В. Схемотехника мобильных радиостанций. - Новосибирск.: Наука, 2011. - 248 с.
2. Шило В. Л. "Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре" под ред. Е.И. Гальперина — М.: "Сов. радио" 1974
3. У. Титце, К.Шенк "Полупроводниковая схемотехника" 12-е изд. пер. с нем. - М.: ДМК Пресс 2011 - 832 с.
4. ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Борисов В.Г. Юный радиолюбитель. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1987. - 440 с.
5. Характеристики транзистора КТ3102
6. Справочник по транзисторам биполярным низкочастотным средней и большой мощности (radioman-portal.ru/)

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.