Классы AB и В работы двухтактного каскада

Нетрудно заметить, что, если точка покоя для каждого плеча выбрана вблизи нижнего загиба (в области малых токов), общая передаточная характеристика приобретает довольно протяженный линейный участок и в нем отсутствует плоский участок при малых UBX, порожда­ющий нелинейные искажения типа «ступеньки» Это соответствует некоторому промежуточному классу АВ. Ток покоя в этом случае сравнительно мал, что повышает КПД каскада по сравнению с классом А.

Типовые схемы двухтактного усилителя: слева – схема с дополнительной симметрией и справа – схема с обратной связью. 

Класс АВ широко используется при построении транзи­сторных усилителей мощности. При нем малые сигналы усиливаются как в классе А, т. е. совместно обоими плечами двухтактного каскада. Однако большие сигналы усиливаются раздельно для положительной и отрицательной полуволны, что характерно для работы усилителей в классе В.

В принципе, можно не вводить сдвиг характеристик и выбирать рабочую точку исходного состояния каскада при практически нулевом токе. Это соответствует классу В работы каскада. При этом каждое плечо усилива­ет входной сигнал лишь одной полярности, а суммарная передаточная характеристика каскада, будучи суммой пе­редаточных характеристик двух плеч, имеет при малых U характерный плоский участок. Нетрудно показать, что временная зависимость выходного тока при этом имеет вид полупериодов синусоиды .

В трансформаторном каскаде трансформатор «собирает» выходной сигнал из двух его полупериодов, так что в первом приближении сигнал в нагрузке близок к синусоидальному. Разумеется, если при этом нет заметной асимметрии плеч. Временные диаграм­мы (за исключением учета ЭДС смещения в ламповых каскадах) практически идентичны для ламповых и тран­зисторных каскадов. Разумеется, для транзисторного кас­када суммирование полуволн выходного тока разной полярности происходит автоматически без приме­нения трансформатора.

Потребляемый ток каждого плеча при этом равен 1т/я, а амплитуда переменной составляющей тока Im. Так что при полной раскачке каскада (амплитуда напряжения на выходе Um равна напряжению питания каждого плеча Еп, мощность в нагрузке будетравнаРн=ит1т/2, а потреб­ляемая мощность P0=2ImEn/7i. Таким образом, КПД кас­када равен PH/P0=7i/4=0,78 (или 78%). КПД в рассмотрен­ном ранее классе АВ, естественно, несколько меньше этого предельного значения.

Итак, работа усилителя в классе В дает заметно лучшие энергетические характеристики, чем работа в классе А. Полученные для трансформаторного каскада  энергетические параметры справедливы и для транзистор­ного каскада Но с точки зрения получения высокого качества усиления сигналов звуковых частот ситуация в классе В выглядит не очень благополучно.

Прежде всего, надо отметить, что в середине суммар­ной передаточной характеристики появляется характер­ный изгиб . Это резко увеличивает нелинейные искажения даже при малых уровнях входного сигнала. Они получили название искажений типа «ступеньки».

Эти искажения очень коварны и хорошо заметны на слух. Если ток транзисторов падает до нуля, то дифферен­циальный коэффициент усиления усилителя с двухтакт­ным каскадом падает до нуля. При этом отрицательная обратная связь, охватывающая усилитель с таким каска­дом (если она есть), перестает функционировать и оказы­вается принципиально неспособной ликвидировать иска­жения типа «ступеньки».

Потребляемый ток в режиме В (немного в меньшей мере и в режиме АВ) сильно зависит от напряжения входного сигнала. Это ведет к изменению напряжения питания и возникновению характерных динамических искажений. В целом искажения в классе В заметно выше, чем в классе А или АВ. Поэтому для построения усилите­лей мощности для высококачественного воспроизведения используется класс АВ.

В классах АВ и В максимальная мощность рассеивается транзисторами вовсе не при максимальной выходной мощ­ности, а при несколько меньшей. А броски потребляемого тока при усилении сигналов речи или музыки затрудняют построение источников электропитания и вынуждают при­менять в них громоздкие электролитические конденсаторы большой емкости (десятки тысяч микрофарад).

Двухтактные каскады строятся по самым различным схемам. Есть трансформаторные схемы (широко применя­ются при построении ламповых каскадов), но чаще приме­няются бестрансформаторные схемы с непосредственным подключением нагрузки. Последние находят преимущественное применение при построении усилите­лей на транзисторах. Наконец, такие оконечные каскады могут строиться и как усилители переменного тока с разделительным конденсатором на выходе. Последний надежно защищает динамики от попадания на них посто­янного напряжения, но качество усилителей с непосред­ственной связью с нагрузкой обычно выше.

Простейшие транзисторные двухтактные каскады ред­ко используются в классе А. Дело в том, что транзисторы более чувствительны к температуре, чем лампы. Сильный нагрев их в классе А может вызвать тепловую неустойчи­вость, а ее устранение — дело довольно сложное. Поэтому транзисторные каскады обычно используются в классе АВ или В.