Однотактный трансформаторный каскад, работающий в классе А

Однотактные выходные каскады строятся на одном активном приборе — биполярном или полевом транзисторе или на электронной лампе.  Принцип действия лампового каскада очень прост: наряду с отрицательным напряжением смещения на сетку лампы через разделительную цепь CCRC подается пере­менный входной сигнал. Это вызывает появление пере­менной составляющей напряжения на сетке и, соответ­ственно, переменной составляющей анодного тока. Последняя и является выходным сигналом каскада. К сожалению, переменная составляющая анодного тока наложена на его постоянную составляющую. Но через динамик (или звуковую колонку) ни в коем случае нельзя пропускать постоянный ток, поскольку это приведет к смещению нормального положения диффузора и рассеи­ванию катушкой динамика чрезмерно большой мощности даже в отсутствие сигнала. Поэтому приходится отделять цепь постоянного тока от цепи переменного тока. Идеаль­ным (с точки зрения разделения составляющих тока) для этого является трансформатор. Он отделяет от постоянной составляющей тока переменную составляющую, и после преобразования ее по уровню (трансформации) передает ее в нагрузку.

Трансформатор имеет довольно высокий КПД — при­мерно 0,95—0,98. Трансформатор имеет еще одно достоин­ство — он позволяет согласовать не очень-то низкое выход-нос сопротивление триода с малым (например, 4 или 8 Ом) сопротивлением большинства звуковых колонок. Коэффи­циент преобразования определяется квадратом коэффици­ента трансформации, который, в свою очередь, определяет­ся отношением числа витков обмоток трансформатора. Все остальное, что можно сказать о трансформаторе, говорит далеко не в пользу последнего. Трансформатор передает, только переменную состав­ляющую тока, что ведет к снижению коэффициента уси­ления на низких частотах вплоть до нуля. Нижняя гранич­ная частота трансформаторного усилителя, на которой спад усиления достигает — ЗдБ, ориентировочно равна f„ = Кп/2к L где Rn — сопротивление, пересчитанное в первичную обмотку, L - индуктивность первичной обмотки. Напри­мер, если RH=4 Ом, а коэффициент трансформации равен п=0,2, то Rn=100 Ом (Rn=RH/n2) и при индуктивности обмотки L=l Гн получим нижнюю граничную частоту 15,9 Гц. Если учесть, что у современных усилителей желательно иметь спад гораздо меньше 3 дБ, то придется увеличивать L в несколько раз. Протекание постоянного тока через первичную об­мотку трансформатора ведет к намагничиванию сердечни­ка, что требует применения в нем воздушного зазора и появлению больших магнитных полей рассеивания. Кро­ме того, намагничивание заметно уменьшает эффектив­ную магнитную проницаемость сердечника и вынуждает делать трансформатор с большим сечением сердечника, т. е. с большими габаритами и массой. Индуктивности рассеивания обмоток ведут к падению усиления на высоких частотах. Вместе с паразитными емкостями схемы и самого трансформатора его индуктив­ности образуют колебательные контуры, резонансы кото­рых могут создать ряд подъемов и спадов АЧХ в области высоких частот. Трансформатор, особенно в условиях подмагничивания сердечника постоянным током, являет­ся нелинейным элементом и создает дополнительные нелинейные искажения. Технологически изготовление качественных трансформаторов достаточно сложно. Несмотря на то, что недостатки трансформаторного лампового каскада известны давно (и поэтому он не применялся в высококачественных мощных усилителях даже периода расцвета ламповой техники), нынешняя ностальгия по «ламповому» звучанию в сочетании с пере­ходящей в нездоровую любовь к экстравагантным реше­ниям High-End привели к тому, что описанный каскад стал относиться некоторыми «хайендщиками» к особо высококачественным оконечным каскадам. Между тем гораздо эффективнее построение подоб­ных усилителей на транзисторах — полевых или биполяр­ных. Связано это с тем, что эти приборы выпускаются с различной проводимостью и имеют различные полярно­сти питающего напряжения. В результате легко построить простые схемы, допускающие гальваническую (прямую) связь с нагрузкой. Но можно строить такие схемы и на транзисторах с одним типом проводимости. Будучи силь­ноточными приборами, мощные транзисторы, позволяют получать большие токи в низкоомной нагрузке без приме­нения согласующего трансформатора. Главное достоинство усилителей класса А заключается в получении минимальных нелинейных искажений даже при отсутствии отрицательной обратной связи. При малых усиливаемых сигналах коэффициент нелинейных искаже­ний ничтожно мал, но при больших может достигать нескольких процентов. Это справедливо до явного наступ­ления отсечки, после чего он резко возрастает.