Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 43

Рис. 54, 1

Отличительной особенностью класса В является то, что отрицательное смещение U_cм полностью запирает лампу (U_cм = U_зап), и поэтому при отсутствии сигнала анодный ток равен нулю (I_пок = 0). Только во время положительного полупериода лампа отпирается, и в анодной цепи появляется ток. Постоянная составляющая анодного тока I_а0 зависит от уровня входного сигнала: чем больше U_вх, тем больше импульсы анодного тока, тем больше I_а0. Поэтому во время реальной передачи, когда уровень входного сигнала резко меняется (именно в этом и отражено изменение громкости звука), постоянная составляющая анодного тока также не остается постоянной.

Если, работая в классе В, еще больше увеличить отрицательное смещение, то мы перейдем в класс С (C₁ или С₂, рис. 54, 55, 56, 1, д), где угол отсечки меньше 90°, то есть время существования импульсов тока меньше половины периода (меньше 180°). Хотя этот класс характеризуется весьма высоким к. п. д., в усилителях низкой частоты он не применяется.

Рис. 54, 3

Дело в том, что искажения, которые появляются в классе С, не могут быть устранены даже в тех «волшебных» схемах, с которых мы начали разговор. В то же время подобные схемы если не полностью устраняют, то во всяком случае резко уменьшают искажения, возникающие при усилении в классах АВ и В. Сейчас мы с вами посмотрим, как все это происходит.

Рис. 56. Зависимость формы анодного тока и амплитуд его составляющих (гармоник) от угла отсечки.

Все вы, конечно, знаете сказку в стихах Корнея Чуковского «Доктор Айболит». Но, помимо этой стихотворной сказки про Айболита, есть еще одна — в прозе. Ее Корней Иванович пересказал нашим ребятам по мотивам сказочной повести английского писателя Гью Лофтинга «Доктор Дулитл».

Среди героев этой повести есть одно необычное животное, по имени Тянитолкай. Это животное чем-то похоже на горного козла с большими рогами. Только у Тянитолкая две рогатые головы, одна спереди, а другая сзади, и он одинаково хорошо ходит, рычит, бодает и вперед и назад. В повести рассказано, как головы Тянитолкая по очереди спят и кушают, как следят, чтобы не подкрался охотник. Поэтому-то Тянитолкая до сих пор не удалось поймать, и его нет ни в одном цирке, ни в одном зоологическом саду.

Существуют усилительные схемы, которые чем-то напоминают двухголового Тянитолкая. Это схемы двухтактных усилителей, которые по-английски так и называются «тянитолкай» (пуш-пул). Двухтактный усилительный каскад состоит из двух одинаковых каскадов (каждый такой каскад-половинку называют плечом), которые, подобно головам сказочного Тянитолкая, могут работать поочередно, могут одинаково хорошо создавать в нагрузке ток вперед и назад (рис. 57).

Рис. 57. Двухтактная схема позволяет из двух сильно искаженных (с большой отсечкой) сигналов «сшить» один неискаженный.

Схемы усилителей, приведенные в предыдущей главе, в отличие от двухтактных, называют однотактными.

Знакомство с двухтактной схемой мы начнем с самого «страшного» случая — с работы усилительных каскадов в классе В (рис. 58, 1, 2).

рис. 58, 1, 2

Обе лампы двухтактного каскада Л' и Л" работают на общую нагрузку — громкоговоритель Гр. Он включен в анодные цепи через выходной трансформатор Тр_в с двумя первичными обмотками, точнее, с одной обмоткой, имеющей вывод от средней точки. По одной половине первичной обмотки (левой) проходит анодный ток лампы Л', по другой половине (правой) — анодный ток лампы Л". На сетки ламп подается одинаковое по величине отрицательное смещение — U_см и одинаковое по величине переменное напряжение сигнала U_вх. Напряжения эти подобраны так, что в каждом плече лампа работает с углом отсечки 90° (ток существует только половину периода), а это и является признаком класса В (рис. 56, 1, г).

В двухтактных схемах, работающих в любом из классов усиления, обязательно нужно выполнить такое условие: напряжения на управляющие сетки необходимо подавать в противофазе. Это значит, что в тот момент, когда на сетке лампы Л' действует положительный полупериод, на сетке Л" должен быть отрицательный полупериод входного напряжения.

В данном случае «положительный» и «отрицательный» — это уже не условные понятия: напряжение на сетках оценивается относительно одной общей точки: относительно шасси, куда обычно подключены катоды обеих ламп. Для нашего примера (рис. 58, 1, 2, 3) во время нечетных полупериодов 1–2, 3–4, 5–6 «плюс» сигнала подводится к сетке Л', а во время четных 2–3, 4–5, 6–7 — к сетке Л". Это значит, что Л' заперта во время четных полупериодов, а Л" — во время нечетных.

Поскольку лампы работают в классе В и работают поочередно, то в первичной обмотке Тр_в поочередно будут проходить импульсы тока длительностью в половину периода каждый. Если рассматривать первичную обмотку как единое целое, то можно сказать, что эти импульсы будут иметь разное направление — импульсы от лампы Л' пойдут по обмотке слева направо (по схеме), импульсы от лампы Л" — справа налево. Направление магнитного поля катушки зависит от того, в какую сторону течет по ней ток. Поэтому магнитное поле в выходном трансформаторе Тр_в будет переменным и, значит, будет переменным наведенное во вторичной обмотке выходное напряжение U_вых. Одно плечо двухтактной схемы обеспечит положительный полупериод выходного напряжения, другое плечо — отрицательный полупериод этого напряжения. Выходная мощность равна сумме полезных мощностей каждой лампы. «Сшитый» из двух разных анодных токов выходной сигнал совершенно не отличается от того сигнала, который мы получили бы при усилении в классе А. Иными словами, двухтактная схема позволяет работать в экономичном классе В и в то же время дает неискаженный выходной сигнал.

К сожалению, все сказанное в полной мере относится лишь к идеальному, теоретическому усилителю, где работают лампы с характеристиками, не имеющими нижнего загиба.

К теоретическому классу В в какой-то степени приближаются триоды. Что же касается наиболее важных для нас выходных ламп — пендотов и лучевых тетродов, то из-за сильного нижнего загиба эти лампы, работая в классе В, заметно искажают сигнал (рис. 56, 3). Особенно сильно искажаются слабые сигналы, которые полностью попадают на нижний изогнутый участок ламповой характеристики.

Чтобы уменьшить вредное влияние нижнего загиба, двухтактный усилитель переводят в класс АВ. При этом несколько снижается к. п. д., но зато уменьшаются нелинейные искажения сигнала. Нужно сказать, что наибольшую мощность усилительный каскад отдает в классе АВ при угле отсечки 120°, а к. п. д. при этом достигает 50–60 %. Именно в таком режиме работает большинство двухтактных выходных каскадов. В тех случаях, когда от лампы хотят получить очень высокий к. п. д., используют классы усиления В₂ и АВ₂. Но, конечно, увеличение мощности в этом случае не достается даром — за него приходится платить дополнительными нелинейными искажениями, возникающими при появлении сеточных токов. Кроме того, с появлением сеточных токов увеличивается мощность, потребляемая от предыдущего каскада. Именно он поставляет энергию, которая теряется в сеточной цепи выходной лампы.