|
Как было показано, работа однотактного каскада в режиме класса В вносит значительные искажения за счет однополупериодного
усиления входного сигнала, что приводит к появлению высших гармоник. Естественно, это является весьма существенным недостатком
для высококачественных усилителей Hi-Fi, для которых требуется высокая линейность характеристик.
Рис. 7.5 Сложение сигналов двух каскадов класса В в выходном трансформаторе
Теперь предположим, что имеется две лампы, работающие в режиме класса В, на одну из них подается непосредственно входной
сигнал, а на другую подается инвертированный (то есть противофазные ему) сигнал. Во время интервала t1
проводит ток верхняя лампа, тогда как вторая заперта. Во время интервала t2 ситуация меняется на
обратную (рис. 7.5).
Таким образом, положительные и отрицательные полуволны входного сигнала вызывают анодный ток попеременно в разных лампах,
в результате чего, в любой момент времени в какой-либо из двух ламп анодный ток будет существовать. Путем инвертирования
одного из выходных сигналов и сложением его с другим сигналом в выходном трансформаторе можно восстановить исходную форму
входного сигнала. Инвертирование выполняется путем изменения направления протекания тока в одной из обмоток, то есть изменением
полярности подключения этой обмотки трансформатора. На диаграмме они обозначены соответствующими значками « + » и «—». На
принципиальных схемах для обозначения направление намотки зачастую начальные витки обмоток трансформатора обозначаются точками.
Вне зависимости от того, достигается этот результат использованием трансформатора, либо непосредственным последовательным
включением ламп усилителя, такого, например, как катодный повторитель Уайта, данная схема подключения получила общее название
— двухтактная схема, и она является единственным путем для достижения хорошей линейности характеристики в усилителях класса
В, обеспечивающих гораздо более высокий КПД, нежели в классе А.
Неудивительно, что такое разделение сигнала и затем его последующее восстановление в исходном виде не является вполне
безболезненной операцией и поэтому усилители класса В в чистом виде используются достаточно редко из-за искажений, возникающих
во время переходного процесса в цепях кроссовера (фазоинвертора), когда усиление сигнала передается от одной лампы к другой.
На практике допускается протекание небольшого тока покоя лампы с целью уменьшить влияние переходного процесса, что приводит
к режиму работы в классе АВ. Теоретическое значение оптимального напряжения смещения для усилителя класса АВ находят путем
экстраполяции линейной части передаточной характеристики до ее пересечения с осью входных напряжений V k.
Однако на практике лампы не обладают идеальной линейной характеристикой, и в них не наблюдается безинерционного, резкого
запирания, следовательно, индивидуальные особенности характеристики каждой лампы приводят к тому, что идеальная точка смещения
не является соответствующей реальному положению дел и искажения, возникающие в кроссовере, не устраняются.
Двухтактные выходные каскады также могут использоваться и в усилителях класса А, обеспечивая дополнительные, рассмотренные
ниже преимущества.
В результате реверсивного подключения одной из обмоток трансформатора магнитные потоки, вызываемые анодными токами покоя,
взаимно уравновешивают друг друга (при условии, естественно, что они равны). Из-за того, что сердечник трансформатора должен
передавать магнитный поток, образованный только током сигнала, его размер может быть значительно уменьшен при заданном уровне
мощности. Эта причина является основной для использования двухтактного выходного каскада в усилителях класса А, где токи
покоя велики, ив однотактной схеме могут приводить к насыщению сердечника, если его размеры недостаточно велики.
Так как размеры сердечника уменьшаются, становится существенным, чтобы анодные токи покоя каждой лампы каскада были абсолютно
идентичными, в противном случае подмагничивание сердечника постоянной составляющей будет вызывает искажения на нечетных гармониках.
Задача решается введением подстройки баланса
(равновесия) по постоянному току в цепи смещения (рис. 7.6), либо путем использования пары ламп с точно подобранными
значениями анодных токов.
Рис. 7.6 Схема подстройки баланса по постоянному току
В схеме на рис. 7.6. переменный резистор R2 устанавливает общий анодный ток, тогда как переменный резистор R1 подстраивает
баланс по постоянному току, задавая смещению одной из сеток более положительное, либо менее положительное значение по отношению
к смещению на другой лампе.
Если же сердечник будет постоянно подмагничиваться (например, из-за неисправности одной из ламп), его необходимо будет
размагнитить; в противном случае он будет источником дополнительных (и совсем ненужных) искажений, либо вообще выйдет из
строя в следствие перегрева. Эта операция выполняется воздействием на сердечник сравнительно большого переменного магнитного
поля, вплоть до достижения области насыщения как при положительном, так и отрицательном значениях, а затем после истечения
времени выдержки 10 с постепенным снижением поля до нуля. На практике низкое значение остаточной магнитной индукции материалов,
используемых в сердечниках обычных трансформаторах, делает необходимость проведения данной операции маловероятной.
Более полезным результатом уменьшения размеров трансформатора является улучшение ВЧ характеристик за счет снижения паразитной
емкости.
При этом в трансформаторе отсутствует не только анодный ток покоя, но также пропадают фоновые шумы источника питания,
так как они находятся в противофазе в каждой обмотке трансформатора. Улучшение характеристик по фоновому шуму источника питания
позволяет использовать их менее дорогие модели.
Другой полезной особенностью двухтактных схем является то, что составляющие четных гармоник анодных токов ламп всегда
протекают встречно друг другу, а потому компенсируются в первичной обмотке выходного трансформатора. При одинаковых токах
ламп, на выходе двухтактного усилителя четные гармоники теоретически отсутствуют.
Однако, искажения, вызываемые нечетными гармониками будут суммироваться выходным трансформатором вместе с полезным сигналом.
В случае триодов, которые создают преимущественно искажения на четных гармониках, ситуация с нелинейными искажениями получается
приемлемой, но в усилителях на пентодах, которые генерируют преимущественно нечетные гармоники, потребуется введение сильной
(более 20 дБ) отрицательной обратной связи для снижения уровня искажений до приемлемого значения. Значительное снижение
уровня искажений четных гармоник может быть достигнуто только в том случае, если каждая из ламп обеспечивает абсолютно
одинаковый по величине переменный анодный ток. В силу этого некоторые усилители имеют подстройку баланса по переменному току
(рис. 7.7), тогда как в других используется пара электронных ламп, точно подобранных по коэффициентам усиления.
Рис. 7.7 Схема подстройки баланса по переменному току
|
