УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА В+С

Немногим более десяти лет назад на ка­федре «Радиотехника» при Высшем машинноэлектротехническом институте им В И Ленина в Софии были начаты работы по созданию пригодного для массового про­изводства высококачественного усилителя мощности класса В + С. Труд специалистов увенчался успехом. В 1978 г. такой усили­тель с выходной мощностью 160 Вт был соз­дан, и в настоящее время завод «Электро акустика» в г. Михайловграде готовит его к серийному производству.

Основное достоинство усилителя мощ­ности класса В + С не наивысшее качество звучания (хотя оно н достаточно высокое), а высокий КПД — при среднестатистиче­ских уровнях сигналов он имеет значитель­но больший КПД, чем классический эконо­мичный усилитель класса В.

Название этого вида усилителей НЧ про­исходит от принципа их действия — это устройство, состоящее из работающих на общую нагрузку усилителя класса В и уси­лителя класса С.

Упрощенная принципиальная схема уси­лителя изображена на рис 1.

 Нетрудно видеть, что это полностью симметричное устройство, питающееся от двуполярного источника. Транзисторы V1 и V2 работают в каскаде предварительного усиления. Каж­дое плечо выходного каскада выполнено на двух мощных, одинаковых по параметрам транзисторах V3. V4 и V5. V6. Режим рабо­ты каскада выбран так, что при отсутствии сигнала транзисторы VЗ и V6 почти закры­ты (режим В), н их небольшой началь­ный коллекторный ток протекает через дио­ды V7 и V8 соответственно. Благодаря сим­метрии ток через нагрузку Rн в режиме покоя не течет. Транзисторы V4 и V5 в от­сутствие сигнала закрыты (режим С), так как на их эмиттерах присутствует нулевой потенциал, а на базы подано напряжение закрывающей полярности от источника питания (примерно 0,5 U пит) через рези­сторы R5 и R6. Напряжение на конденса­торах одинаковой емкости С1 и С2 всегда постоянно и равно 0,5 Uпит благодаря со­единению их соответствующих обкладок с шинами питания через симметричные об­мотки дросселя L1.

Поскольку устройство полностью сим­метрично, принцип его работы можно рас­сматривать на примере одного из плеч, например нижнего (рис. 2). Здесь е — ис­точник сигнала, эквивалентный каскаду на транзисторе V2. Из схемы вндио, что напря­жение между эмиттером и коллектором транзистора V6 равно 0.5 Uпит. Такое же напряжение и на конденсаторе С2, поэтому можно считать, что к последовательно включенным транзисторам V5 и V6 прило­жено напряжение вдвое большее.

Для простоты условимся отсчитывать все напряжения по отношению к минусово­му проводу. Тогда в отсутствие сигнала нанряжение на базе транзистора V5 равно нулю, а на его коллекторе — +0.5 Uпит (диод V8 открыт). При поступлении положительиой полуволны сигнала транзистор начинает открываться, и, так как его кол­лекторный ток создает падение напряжения на нагрузке , то закрывающее напряжение на эмиттере транзистора V5 на­чинает падать. Одновременно растет напря­жение открывающей полярности (фактически это - "е" ) на базе этого транзистора, и как только оно достигает значения Iб V6=R8+Uэб V6=UкэV6 , разность напряжений на базе и эмиттере транзистора V5 становится равной нулю и он открывается (для про­стоты будем считать, что входные характеристики транзистора исходят из начала координат). Это — начало интервала ком­мутации (НИК). Из сказанного следует, что во всем интервале входных напряже­ний вплоть до НИК усилитель питается напряжением, равным половине напряже­ния питания, это эквивалентно повышению КПД вдвое (по сравнению с обычным).

Сопротивление резистора R8 выбрано так, что НИК наступает в момент, когда транзнстор V6 еще работает в активной области, т.е. еще не вошел в область на­сыщения. При дальнейшем росте входного сигнала ток через транзистор V5 увеличи­вается со значительно большей скоростью чем у транзистора У6. Причина этого в том, что первый управляется как бы с двух сторон с одной стороны, напряжение на его эмиттере резко падает под действием усиленного транзистором V6 входного сигнала, с другой — напряжение на базе по­вышается от прямого воздействия напряжения сигнала (а оно — открывающей по­лярности). Благодари этому эмнттерный ток транзистора V5 за очень короткое время сравнивается с коллекторным током тран­зистора V6, и ток через днод V8 прекраща­ется. Это — конец интервала коммутации -(КИК). Наибольший выигрыш в КПД по­лучается, если КИК совсем близок к точке насыщения транзистора V6.

При дальнейшем увеличении сигнала усиливает транзнстор V5. В этом интервале работы через транзнстор V6 проходит эмнт­терный ток транзистора V5 (верхний интер­вал работы — ВИР), который создает на нем минимальное падение напряжения. Энергетически это выгодно, так как режим в этом амплитудном интервале можно сбалансировать так, чтобы динамическая характеристика транзистора V6 слилась с линией насыщения этого транзистора от на­чала ВИР до его конца.

Аналогично (при отрицательной полуволне сигнала) работает и другое плечо выходного каскада.

Более подробно об усилителях класса В + С можно прочитать в первоисточнике, где. кроме того, приведен и список лите­ратуры по их расчету.

«Радио, телевизия, електроника» (НРБ). 1980. № 7

Материал подготовил Ф. ВЛАДИМИРОВ