Основными недостатками однотактных усилителей мощности являются невозможность применения экономичных, энергетически выгодных режимов класса В и АВ и значительные нелинейные искажения, вызванные подмагничиванием магнитопровода сердечника трансформатора. Кроме того, при необходимости получить в нагрузке мощность более 5—6 вт при использовании однотактной схемы в оконечном каскаде пришлось бы применить более мощную лампу, требующую подачи более высокого анодного напряжения. Это привело бы к резкому удорожанию установки и к еще большему снижению энергетических показателей усилителя.
Увеличение выходной мощности можно получить также за счет параллельного соединения двух или нескольких ламп, но при этом выходной трансформатор оказывается перегруженным, так как по его первичной обмотке проходят токи всех ламп. Это создает дополнительные трудности при конструировании выходного трансформатора и может привести к появлению значительных нелинейных искажений.
Наибольшее распространение получил весьма эффективный способ увеличения выходной мощности путем последовательного соединения ламп — так называемые двухтактные усилители мощности.
Схема двухтактного усилителя мощности приведена на рис. 150, а. В ней используются минимум две лампы, каждая лампа со своими цепями составляет «плечо каскада». При этом ряд элементов схемы может быть обидим для обоих плеч.
 |
Сопротивление R является гасящим сопротивлением, а емкость С — блокировочным конденсатором в цепях экранных сеток ламп Л1 и Л2. Цепочка RкCк обеспечивает подачу одинакового напряжения смещения Ес на управляющие сетки обеих ламп. Вторичная обмотка входного и первичная обмотка выходного трансформаторов имеют выводы от средней точки. Рис. 150. Двухтактный усилитель мощности: а — схема; б — динамическая характеристика; в — эквивалентные схемы. |
Схема двухтактного усилителя мощности симметрична. Поэтому при отсутствии входного сигнала н при идентичности ламп анодные токи ламп одинаковы. Токи покоя их, протекая по первичной обмотке трансформатора в противоположных направлениях, создают в соответствующих плечах трансформатора равные и противоположно направленные магнитные потоки, которые взаимно компенсируют друг друга. Таким образом, в двухтактной схеме отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора. Кроме того, при пульсации выпрямленного напряжения на выходе двухтактного усилителя отсутствует фон переменного тока, так как происходит одновременное увеличение (или уменьшение) анодных токов обеих ламп.
При подаче входного сигнала на управляющие сетки ламп Л1 и Л2, кроме напряжения смещения, поступают два равных по величине и противоположных по фазе напряжения:
u'с = U'mc cos Ωt; u"c = U"mс cos (Ωt + 180°),
где
U'mс = U"mс .
Аналитическое выражение для мгновенных значений пульсирующего тока лампы Л1 имеет вид:
i'а = I'а0+I'mа1 cosΩt + I'mа2 cos 2Ωt + I'mа3 cos 3Ωt + ...
Для второй лампы мгновенное значение пульсирующего анодного тока можно получить, подставив в это выражение вместо Ωt, Ωt + 180°:
i"а=I"а0+I"mа1 cos (Ωt+180°)+I"mа2 cos(2Ωt+360°)+I"mа3 cos(3Ωt+540°)+...=I"а0-I"mа1 cos Ωt+I"mа2 cos2Ωt-I"mа3 cos 3Ωt + ...
Определим составляющие суммарного анодного тока iΣ, который протекает в общем проводе источника анодного питания (на участке: точка a — цепь смещения RкCк — шасси — источник анодного питания Еа — точка б):
iΣ= i'а+i"а=I'а0+I"а0+I'mа1 cosΩt – I"mа1 cos Ωt + I'mа2 cos 2Ωt + I"mа2 cos 2Ωt+I'mа3 cos 3Ωt-I"mа3 cos 3Ωt + ...
При полной симметрии схемы и идентичности ламп
I'а0=I"а0=Iа0;
I'mа1=I"mа1=Imа1;
I'mа2=I"mа2=Imа2;
I'mа3=I"mа3=Imа3
Тогда
iΣ=2Iа0 + 2Imа2 cos 2Ωt + ...
Следовательно, в общем проводе анодного питания протекают только постоянные составляющие анодных токов ламп и их четные гармоники. Для нечетных гармоник общий провод служит составной частью анодной цепи обеих ламп, в которой складываются нечетные гармоники, взаимно компенсируя друг друга. Поэтому блокировочные конденсаторы Ск и Сбл рассчитывают уже не на самую низкую частоту сигнала, а на его вторую гармонику, т. е. емкость их может быть в два раза меньше по сравнению с однотактным усилителем.
Магнитный поток в сердечнике трансформатора пропорционален разности мгновенных значений анодных токов ламп:
Ф = А (i'а — i"а).
При симметрии плеч и идентичных лампах
Ф = А (2Imа1 cos Ωt + 2Imа3 cos Ωt +...).
Таким образом, магнитный поток в сердечнике трансформатора создает только нечетные гармонические составляющие анодного тока. Четные гармоники в соответствующих плечах выходного трансформатора создают, как уже отмечалось выше, встречные магнитные потоки, взаимно компенсирующие друг друга. Это приводит к значительному уменьшению нелинейных искажений.
При работе двухтактного усилителя в режиме класса В (рис. 150, б) и синусоидальной полуволне тока потребляемый ток
Тогда коэффициент использования анодного тока
Приняв коэффициент использования анодного напряжения
можно определить к. п. д. усилителя
Ранее указывалось, что коэффициент полезного действия однотактного усилителя, работающего в режиме класса А, не превышает 25%. Таким образом, возможность применения режима В в двухтактной схеме усилителя мощности позволяет повысить его к. п. д. Если увеличить напряжение смещения на управляющих сетках ламп (т. е. перевести усилитель в режим С), то к. п. д. усилителя можно увеличить до 80%.
Если необходимо еще более увеличить выходную мощность при использовании ламп того же типа, то в каждое плечо двухтактного усилителя включают параллельно по две и более ламп.
