Войти
Двухтактный вывод класса B драйвер, использующий пару дополнительных PNP и NPN транзисторов с биполярным соединением, сконфигурированных как эмиттерных повторителей A двухтактных усилитель, представляет собой тип электронной схемы, в которой используется пара активных устройств, которые поочередно подают ток или поглощают ток от подключенной нагрузки. Такой усилитель может увеличить как нагрузочную способность, так и скорость переключения.
Двухтактные выходы присутствуют в TTL и CMOS цифровых логических схемах и в некоторых типах усилителей, и обычно реализуются как дополнительная пара транзисторов, один из которых рассеивает или пропускает ток от нагрузки к земле или отрицательному источнику питания, а другой подает или передает ток в нагрузку от положительного источника питания.
Двухтактный усилитель более эффективен, чем несимметричный усилитель «класса А». Достигаемая выходная мощность выше, чем номинальное значение непрерывного рассеяния либо транзистора, либо лампы, используемой отдельно, и увеличивает мощность, доступную для данного напряжения питания. Симметричная конструкция двух сторон усилителя означает, что гармоники четного порядка подавляются, что может уменьшить искажения. Постоянный ток подавляется на выходе, что позволяет использовать выходной трансформатор меньшего размера, чем в несимметричном усилителе. Однако для двухтактного усилителя требуется компонент с разделением фазы, который увеличивает сложность и стоимость системы; Использование трансформаторов с центральным отводом для ввода и вывода является обычным методом, но увеличивает вес и ограничивает производительность. Если две части усилителя не имеют одинаковых характеристик, могут возникнуть искажения, поскольку две половины входной формы волны усиливаются неравномерно. Перекрестное искажение может создаваться около нулевой точки каждого цикла, когда одно устройство отключается, а другое устройство входит в свою активную область.
В ламповых усилителях часто использовался выходной трансформатор с центральным отводом для объединения выходов ламп, соединенных по двухтактной схеме. 
Двухтактный стереоламповый усилитель Magnavox, около 1960 года, использует два 6BQ5 количество выходных ламп на канал Двухтактные схемы широко используются во многих выходных каскадах усилителей. Пара трубок audion, соединенных двухтактным соединением, описана в патенте США 1137384 Эдвина Х. Колпитса, выданном в 1915 году, хотя в патенте конкретно не говорится о двухтактном соединении. В то время этот метод был хорошо известен, и принцип был заявлен в патенте 1895 года, предшествовавшем электронным усилителям. Возможно, первым коммерческим продуктом, использующим двухтактный усилитель, был сбалансированный усилитель RCA, выпущенный в 1924 году для использования с их регенеративным радиовещательным приемником. Используя пару маломощных вакуумных ламп в двухтактной конфигурации, усилитель позволил использовать громкоговоритель вместо наушников, обеспечивая при этом приемлемое время автономной работы с низким энергопотреблением в режиме ожидания. Этот метод по-прежнему используется в аудио-, радиочастотных, цифровых системах и системах силовой электроники.
Выходной каскад TTL является довольно сложным двухтактным. тянущая цепь, известная как «выход на тотемный полюс» (транзисторы, диод и резистор в крайнем правом сегменте этой схемы TTL логического элемента ). Он поглощает токи лучше, чем его источник. Цифровое использование двухтактной конфигурации - это выход TTL и родственных семейств. Верхний транзистор работает как активный подтягивающий в линейном режиме, а нижний транзистор работает в цифровом режиме. По этой причине они не могут обеспечить такой ток, который может потреблять (обычно в 20 раз меньше). Из-за того, что эти схемы изображены схематично, с двумя транзисторами, установленными вертикально, обычно с диодом, сдвигающим уровень между ними, они называются выходами «тотемный полюс ».
Недостатком простых двухтактных выходов является то, что два или более из них не могут быть соединены вместе, потому что, если один пытается тянуть, а другой пытается толкать, транзисторы могут быть повреждены. Чтобы избежать этого ограничения, некоторые двухтактные выходы имеют третье состояние, в котором оба транзистора выключены. В этом состоянии выходной сигнал считается плавающим (или, если использовать собственный термин, с тремя указаниями ).
Альтернативой двухтактному выходу является одиночный переключатель, который подключает нагрузку либо к земле (так называемый открытый коллектор или открытый сток выход) или к источнику питания (так называемый выход с открытым эмиттером или открытым исходным кодом).
Обычный каскад усилителя, который не является двухтактным, иногда называют несимметричным, чтобы отличить его от двухтактной схемы.
В аналоговых двухтактных усилителях мощности два выходных устройства работают в противофазе (т.е. на 180 ° друг от друга). Два противофазных выхода подключены к нагрузке таким образом, что выходные сигналы суммируются, но компоненты искажения из-за нелинейности выходных устройств вычитаются друг из друга; если нелинейность обоих устройств вывода одинакова, искажения значительно уменьшаются. Симметричные двухтактные схемы должны подавлять гармоники четного порядка, такие как f2, f4, f6, и, следовательно, способствовать гармоникам нечетного порядка, например (f1), f3, f5, при переходе в нелинейный диапазон.
Двухтактный усилитель дает меньше искажений, чем несимметричный. Это позволяет двухтактным усилителям класса A или AB иметь меньше искажений при той же мощности, что и те же устройства, используемые в несимметричной конфигурации. Класс AB и класс B рассеивают меньше энергии для одного и того же выхода, чем класс A; искажения можно снизить с помощью отрицательной обратной связи и смещения выходного каскада для уменьшения кроссоверных искажений.
Двухтактный усилитель класса A более эффективен, чем усилитель мощности класса A, потому что каждое выходное устройство усиливает только половину формы выходного сигнала и обрезается на противоположной половине. Можно показать, что теоретический КПД при полной мощности (мощность переменного тока в нагрузке по сравнению с потребляемой мощностью постоянного тока) двухтактного каскада составляет примерно 78,5%. Это сравнимо с усилителем класса A, который имеет КПД 25% при прямом управлении нагрузкой и не более 50% при подключении через трансформатор. Двухтактный усилитель потребляет небольшую мощность при нулевом сигнале по сравнению с усилителем класса A, потребляющим постоянную мощность. Рассеиваемая мощность на выходных устройствах составляет примерно одну пятую номинальной выходной мощности усилителя. Усилитель класса А, напротив, должен использовать устройство, способное в несколько раз рассеивать выходную мощность.
Выход усилителя может быть напрямую связан с нагрузкой, подключен через трансформатор или через блокирующий конденсатор постоянного тока. Если используются как положительные, так и отрицательные источники питания, нагрузку можно вернуть к средней точке (земле) источников питания. Трансформатор позволяет использовать источник питания с одной полярностью, но ограничивает низкочастотную характеристику усилителя. Точно так же с одним источником питания можно использовать конденсатор для блокировки уровня постоянного тока на выходе усилителя.
Если используются биполярные переходные транзисторы, цепь смещения должна компенсировать отрицательный температурный коэффициент отношение базы транзисторов к напряжению эмиттера. Это можно сделать, включив резистор небольшого номинала между эмиттером и выходом. Кроме того, схема управления может иметь кремниевые диоды, установленные в тепловом контакте с выходными транзисторами для обеспечения компенсации.
Категории включают:
В настоящее время очень редко используются выходные трансформаторы с транзисторами. усилители, хотя такие усилители предлагают наилучшие возможности для согласования устройств вывода (требуются только устройства PNP или только устройства NPN).
Два согласованных транзистора одинаковой полярности могут быть скомпонованы для питания противоположных половин каждого цикла без необходимости в выходном трансформаторе, хотя при этом драйвер Схема часто бывает асимметричной, и один транзистор будет использоваться в конфигурации с общим эмиттером, а другой - в качестве эмиттерного повторителя . Сегодня это устройство используется реже, чем в 1970-е годы; он может быть реализован с использованием небольшого количества транзисторов (сегодня это не так важно), но его относительно трудно сбалансировать и поддерживать низкий уровень искажений.
Каждая половина выходной пары "зеркально отражает" другую, в том смысле, что NPN (или N-Channel FET ) устройство в одной половине будет должен соответствовать PNP (или P-канал FET ) в другом. Этот тип компоновки имеет тенденцию давать меньшие искажения, чем квазисимметричные каскады, потому что даже гармоники подавляются более эффективно с большей симметрией.
В прошлом, когда были ограничены качественные дополнения PNP для мощных кремниевых транзисторов NPN, временным решением было использование идентичных устройств вывода NPN, но питаемых от дополнительных PNP и схемы драйвера NPN таким образом, чтобы комбинация была близка к симметричности (но никогда не была так хороша, как наличие симметрии повсюду). Искажения из-за несоответствия усиления в каждой половине цикла могут быть серьезной проблемой.
Использование некоторого дублирования во всей схеме драйвера, чтобы позволить симметричные схемы управления, можно улучшить согласование, хотя асимметрия драйвера составляет небольшую часть процесса генерирования искажений. Использование нагрузки с мостовой схемой обеспечивает гораздо большую степень согласования между положительной и отрицательной половинами, компенсируя неизбежные небольшие различия между устройствами NPN и PNP.
Выходные устройства, обычно MOSFET или вакуумные лампы, сконфигурированы так, чтобы их квадратные Передаточные характеристики law (которые генерируют искажения второй гармоники , если используются в несимметричной схеме) в значительной степени устраняют искажения. То есть, когда напряжение затвор-исток одного транзистора увеличивается, привод к другому устройству уменьшается на ту же величину, и изменение тока стока (или пластины) во втором устройстве приблизительно корректирует нелинейность увеличения первого..
Вакуумные лампы (клапаны) не доступны в дополнительных типах (как и pnp / npn транзисторы), поэтому ламповый двухтактный усилитель имеет пара идентичных выходных трубок или группы трубок с управляющими решетками , управляемыми в противофазе. Эти трубки пропускают ток через две половины первичной обмотки выходного трансформатора с центральным отводом. Сигнальные токи складываются, а сигналы искажения, вызванные нелинейными характеристическими кривыми ламп, вычитаются. Эти усилители были впервые разработаны задолго до появления твердотельных электронных устройств; они до сих пор используются как аудиофилами, так и музыкантами, которые считают, что они звучат лучше.
В вакуумных ламповых двухтактных усилителях обычно используется выходной трансформатор, хотя существуют бестрансформаторные (OTL) ламповые каскады (такие как SEPP / SRPP и повторитель с белым катодом ниже). Каскад фазоделителя обычно представляет собой другую вакуумную лампу, но в некоторых конструкциях иногда использовался трансформатор с вторичной обмоткой с центральным отводом. Поскольку это, по существу, устройства с квадратичным законом, комментарии относительно подавления искажений, упомянутые выше, применимы к большинству конструкций двухтактных трубок при эксплуатации в классе A (т.е. ни устройство переведено в непроводящее состояние).
A Односторонний двухтактный выходной каскад (SEPP, SRPP или мю-повторитель ), первоначально называвшийся последовательно сбалансированным усилитель (патент США 2310342, февраль 1943 г.). аналогична схеме тотемно-полюсного транзистора в том, что два устройства расположены последовательно между шинами питания, но входной привод идет только на одно из устройств, нижнее в паре; отсюда (кажущееся противоречивым) одностороннее описание. Выходной сигнал снимается с катода верхнего (без прямого привода) устройства, которое частично действует между источником постоянного тока и катодным повторителем, но получает некоторый привод от пластинчатой (анодной) схемы нижнего устройства. Таким образом, мощность каждой лампы может быть разной, но схема стремится поддерживать постоянный ток через нижнее устройство на протяжении всего сигнала, увеличивая коэффициент усиления по мощности и уменьшая искажения по сравнению с истинным одноламповым несимметричным выходным каскадом.
Белый катодный повторитель (патент 2358428, сентябрь 1944, ELC White) похож на конструкцию SEPP, приведенную выше, но вход сигнала подается на верхнюю трубку, действующую как катодный повторитель, но тот, где нижняя трубка (в обычной конфигурации катода) питается (обычно через повышающий трансформатор) от тока в пластине (аноде) верхнего устройства. По сути, это меняет роли двух устройств в SEPP. Нижняя трубка действует частично между стоком постоянного тока и равным партнером в двухтактной рабочей нагрузке. Опять же, поэтому приводы к каждой трубке могут быть разными.
Транзисторные версии SEPP и белого последователя существуют, но встречаются редко.
Так называемый ультралинейный двухтактный усилитель использует либо пентоды, либо тетроды с их экранной сеткой, питаемой от процента первичного напряжения на выходном трансформаторе. Это дает эффективность и искажения, что является хорошим компромиссом между схемами усилителя мощности на триодах (или с перемычкой на триодах ) и обычными выходными цепями на пентодах или тетродах, в которых экран питается от источника относительно постоянного напряжения.
