Двухтактный каскад, работающий в классе А

В двухтактных схемах усиления используются два каскада усиления, работающие на общую нагрузку. Понятие двухтактности изначально предполагает поочередную работу в два такта, часть времени работает один каскад, часть времени– второй.

Однако, к двухтактным также относят такие схемы, в которых каскады работают на общую нагрузку одновременно.  На лампах возможно построение двухтактных транс­форматорных каскадов, работающих в классе А Такой каскад имеет ряд преимуществ — упрощается кон­струкция выходного трансформатора Тр2, поскольку в его сердечнике отсутствует начальный магнитный поток, а в силу симметрии передаточной характеристики подавля­ются все четные гармоники, мощность на выходе {как и число ламп) удваивается. Однако даже в этом случае применение трансформатора является серьезным недо­статком.

К сожалению, помимо удвоения плеч выходного каскада он нуждается в специальном устройстве — фазоинверторе, создающем на своих выходах два одинаковых сигнала в противофазе. В каскаде фазоинвертор выполнен на дополнительном (входном) трансформаторе Tpl. Есть ряд схем фазоинверторов и без трансформатора.

При работе двухтактного каскада в классе А КПД каскада остается прежним. Хотя при этом удваивается мощность в нагрузке, но вдвое возрастает и потребляемая мощность (поскольку в двухтактном каскаде два плеча). Однако в классе А двухтактный каскад сохраняет свои главные преимущества — меньший уровень искажений и постоянство потребляемого тока. В силу симметрии общей передаточной характеристи­ки двухтактного каскада в спектре выходного сигнала полностью исчезают все четные гармоники. В том числе самая большая по амплитуде — вторая гармоника. Разуме­ется, из-за небольшой асимметрии плеч полного исчезно­вения четных гармоник не достигается, но их уровень намного ниже, чем у однотактного каскада.

Полезно еще раз отметить, что у хорошо сбалансиро­ванных трансформаторных двухтактных каскадов исчезает присущее однотактным каскадам намагничивание сердеч­ника трансформатора магнитным потоком первичной об­мотки трансформатора. Связано это с тем, что магнитные поля частей первичной обмотки трансформатора взаимно компенсируются. Это позволяет делать сердечники без воздушного зазора и уменьшить габариты и массу транс­форматора при заданной выходной мощности и нижней граничной частоте. Как и однотактный, двухтактный трансформаторный каскад можно реализовать на биполярных и полевых транзисторах. При этом каскад на полевых транзисторах обладает всеми качествами лампового каскада. Однако на практике трансформаторные каскады на транзисторах практически уже не применяются — благодаря большим токам транзисторы могут применяться в бестрансформа­торных каскадах с прямой связью с нагрузкой. 

Для повышения выходной мощности усилителей кроме "запараллеливания" ламп еще в 30-е годы применяли двухтактные каскады (push-pull). Для возбуждения двухтактного каскада необходимы два противофазных напряжения, которые проще всего получить при помощи трансформатора. Так до сих пор и поступают в самых бескомпромиссных конструкциях, но степень влияния междулампового трансформатора на качество сигнала едва ли не больше, чем выходного. Поэтому в подавляющем большинстве двухтактных усилителей для получения противофазных напряжений используется специальный фазоинверсный каскад.  Основные типы фазоинверсных каскадов

•     отдельный инвертирующий каскад в одном из плеч усилителя
•     автобалансный фазоинвертор
•     фазоинвертор с катодной связью
•     фазоинвертор с разделенной нагрузкой

Каждому из решений свойственны достоинства и недостатки. В пору расцвета высококачественных ламповых усилителей наибольшее распространение получили фазоинверторы с разделенной нагрузкой и катодной связью.

Фазоинвертор с катодной связью дает некоторое усиление, но идентичность выходных сигналов зависит от степени связи. Глубокую связь можно получить только при использовании большого сопротивления связи (за это схему назвали long tail - "длиннохвостая") или источников тока в цепи катода (а это тогда вообще не приветствовалось). Кроме того, выходные сопротивления плеч такого фазоинвертора значительно различаются (один триод включен по схеме с общим катодом, второй - с общей сеткой).
Фазоинвертор с разделенной нагрузкой позволяет получить идентичные сигналы, но несколько ослабляют их. Поэтому приходится увеличивать усиление до фазоинвертора (что чревато его перегрузкой) или использовать двухтактный предоконечный каскад. Однако именно этот тип фазоинвертора получил наибольшее распространение в промышленных конструкциях, поскольку обеспечивает хорошую повторяемость при серийном производстве.
Вопрос экономии в те годы был первоочередным. И радиолюбителей, и конструкторов очень смущала лишняя лампа. Поэтому неудивительно, что в начале 50-х годов на страницах радиотехнических изданий появились схемы двухтактных усилителей, не содержащих отдельного фазоинвертора. Выходной каскад таких усилителей был выполнен по схеме с катодной связью и работал в "чистом" классе А. Предлагались как новые схемы, так и переделка существующих однотактных усилителей в двухтактные. По нашу сторону "железного занавеса" этот тип усилителей не прижился в силу малой экономичности, а по ту сторону они были в ходу еще долго.