График рис. 53, 3, а относится к классу А, для которого характерны низкий к. п. д. и малые искажения.
Класс усиления АВ (рис. 54, 55 и 56, 1, б, в) характеризуется отсечкой анодного тока.
В отличие от класса А, рабочую точку (начальное отрицательное смещение Ucм) выбирают не в середине прямолинейного участка ламповой характеристики, а сдвигают ее влево — в сторону больших отрицательных напряжений. Проще говоря, отрицательное смещение Ucм в классе АВ больше, чем в классе А (рис. 55).
Рис. 55. Изменяя уровень входного сигнала (Uвх) и постоянное смещение на сетку (Uсм), можно менять режим усилителя, переводить его из одного класса усиления в другой.
Одновременно со смещением увеличивают напряжение входного сигнала. В результате всего этого и появляется отсечка — какую-то часть периода лампа заперта и анодный ток равен нулю. При переходе в класс АВ мы дважды выигрываем в борьбе за к. п. д. Во-первых, растет переменная составляющая анодного тока Iа~, а во-вторых, уменьшается его постоянная составляющая Iа0. Происходит это потому, что под действием большого смещения Ucм уменьшается постоянный ток при отсутствии сигнала — ток покоя Iпок. Постоянная составляющая Iа0 в классе АВ несколько больше, чем Iпок, но все же она меньше, чем в классе А.
Теперь, не меняя смещения Ucм, будем увеличивать переменное напряжение на сетке Uвх. После того как амплитуда Uвх превысит Ucм, на сетке в некоторые моменты времени будет появляться «плюс», а вместе с ним и небольшие импульсы сеточного тока Iс. Это уже будет класс АВ2. Индекс «2» как раз и говорит о том, что каскад работает с сеточным током. Индекс «1» (A1 и AB1) соответствует классам усиления, при которых каскад работает без сеточных токов.
Индекс «1» часто не пишут, и поэтому, если вы встретите запись «класс А» или «класс АВ», знайте, что это относится к классам усиления A1 и AB1. Если же каскад работает с сеточными токами, то индекс «2» пишут обязательно.
Рис. 54, 2
Класс АВ — понятие весьма расплывчатое. Ему может соответствовать и очень большая и очень небольшая по длительности отсечка анодного тока, а значит, большие и малые нелинейные искажения. Согласитесь сами, что одно дело, когда напряжение на сетке запирает лампу ненадолго, ну, скажем, на сотую долю периода, и совсем другое дело, когда лампа заперта чуть ли ни на целую половину периода. Поэтому в ряде случаев недостаточно указать, что каскад работает в классе АВ (иногда говорят: в режиме АВ или даже в режиме класса АВ), а нужно добавить, что анодный ток существует такую-то часть периода.
В теории усилителей для оценки времени существования тока применяют особую меру — угол отсечки θ (рис. 55, 56). Этот угол, как и угол сдвига фаз, измеряется в градусах (единица времени) и соответствует половине времени существования анодного тока. Так, например, если в результате отсечки ток существует лишь 3/4 периода, то угол отсечки равен 135° (время существования тока 270°). Для класса А, где никакой отсечки вообще нет, угол θ равен 180° (время существования тока 360°, то есть весь период). Ясно, что с уменьшением угла отсечки θ импульсы анодного тока становятся все более кратковременными, а паузы между ними растут, то есть резко возрастают искажения формы сигнала (ничего не поделаешь — знали, на что шли!). Одновременно с этим уменьшается Iа0 и повышается к. п. д.
Увеличивая угол отсечки, можно дойти до того, что анодный ток будет существовать лишь половину периода (θ = 90°). Такой режим усиления выделяют особо и называют классом В (рис. 54, 55 и 56, 1, г). Теперь вам, очевидно, понятно и название класса АВ — оно говорит о том, что этот класс является промежуточным между классом А (время существования тока 360°, то есть угол отсечки 180°) и классом В (время существования тока 180°, то есть угол отсечки 90°). Класс В2 — это тот же класс B1, но в случае, когда каскад работает с сеточными токами. Реальный к. п. д. анодной цепи в классе В достигает 70 % (в два раза больше, чем в классе А).
Рис. 54, 1
Отличительной особенностью класса В является то, что отрицательное смещение Ucм полностью запирает лампу (Ucм = Uзап), и поэтому при отсутствии сигнала анодный ток равен нулю (Iпок = 0). Только во время положительного полупериода лампа отпирается, и в анодной цепи появляется ток. Постоянная составляющая анодного тока Iа0 зависит от уровня входного сигнала: чем больше Uвх, тем больше импульсы анодного тока, тем больше Iа0. Поэтому во время реальной передачи, когда уровень входного сигнала резко меняется (именно в этом и отражено изменение громкости звука), постоянная составляющая анодного тока также не остается постоянной.
Если, работая в классе В, еще больше увеличить отрицательное смещение, то мы перейдем в класс С (C1 или С2, рис. 54, 55, 56, 1, д), где угол отсечки меньше 90°, то есть время существования импульсов тока меньше половины периода (меньше 180°). Хотя этот класс характеризуется весьма высоким к. п. д., в усилителях низкой частоты он не применяется.
Рис. 54, 3
Дело в том, что искажения, которые появляются в классе С, не могут быть устранены даже в тех «волшебных» схемах, с которых мы начали разговор. В то же время подобные схемы если не полностью устраняют, то во всяком случае резко уменьшают искажения, возникающие при усилении в классах АВ и В. Сейчас мы с вами посмотрим, как все это происходит.
Рис. 56. Зависимость формы анодного тока и амплитуд его составляющих (гармоник) от угла отсечки.
Усилительная схема "Тянитолкай"
Все вы, конечно, знаете сказку в стихах Корнея Чуковского «Доктор Айболит». Но, помимо этой стихотворной сказки про Айболита, есть еще одна — в прозе. Ее Корней Иванович пересказал нашим ребятам по мотивам сказочной повести английского писателя Гью Лофтинга «Доктор Дулитл».
Среди героев этой повести есть одно необычное животное, по имени Тянитолкай. Это животное чем-то похоже на горного козла с большими рогами. Только у Тянитолкая две рогатые головы, одна спереди, а другая сзади, и он одинаково хорошо ходит, рычит, бодает и вперед и назад. В повести рассказано, как головы Тянитолкая по очереди спят и кушают, как следят, чтобы не подкрался охотник. Поэтому-то Тянитолкая до сих пор не удалось поймать, и его нет ни в одном цирке, ни в одном зоологическом саду.
Существуют усилительные схемы, которые чем-то напоминают двухголового Тянитолкая. Это схемы двухтактных усилителей, которые по-английски так и называются «тянитолкай» (пуш-пул). Двухтактный усилительный каскад состоит из двух одинаковых каскадов (каждый такой каскад-половинку называют плечом), которые, подобно головам сказочного Тянитолкая, могут работать поочередно, могут одинаково хорошо создавать в нагрузке ток вперед и назад (рис. 57).
Рис. 57. Двухтактная схема позволяет из двух сильно искаженных (с большой отсечкой) сигналов «сшить» один неискаженный.
Схемы усилителей, приведенные в предыдущей главе, в отличие от двухтактных, называют однотактными.
Знакомство с двухтактной схемой мы начнем с самого «страшного» случая — с работы усилительных каскадов в классе В (рис. 58, 1, 2).
рис. 58, 1, 2
Обе лампы двухтактного каскада Л' и Л" работают на общую нагрузку — громкоговоритель Гр. Он включен в анодные цепи через выходной трансформатор Трв с двумя первичными обмотками, точнее, с одной обмоткой, имеющей вывод от средней точки. По одной половине первичной обмотки (левой) проходит анодный ток лампы Л', по другой половине (правой) — анодный ток лампы Л". На сетки ламп подается одинаковое по величине отрицательное смещение — Uсм и одинаковое по величине переменное напряжение сигнала Uвх. Напряжения эти подобраны так, что в каждом плече лампа работает с углом отсечки 90° (ток существует только половину периода), а это и является признаком класса В (рис. 56, 1, г).
