Характеристики усилителя мощности.
Одним из основных параметров усилителя мощности является его выходная мощность Рвых, выделяемая в нагрузке, например, в громкоговорителе:
Рвых = U2вых/Rгр, где Rгр - сопротивление динамической головки громкоговорителя. Максимальная выходная мощность усилителя определяется предельной мощностью Рм, рассеиваемой на транзисторах. Для транзисторов типа МП39-41 Рм~150мВт.
В режиме максимальной выходной мощности при больших амплитудах входного сигнала рабочая точка полупроводникового прибора (транзистора, диода и др.) попадает в нелинейную часть его вольт-амперной характеристики. Поэтому в этом режиме становятся большими нелинейные искажения выходного сигнала. При нелинейных искажениях в спектре усиленного сигнала появляются дополнительные составляющие (гармоники), отсутствующие во входном сигнале, управляющем электронным прибором. Степень искажения выходного сигнала за счёт появления новых спектральных компонент на выходе усилителя характеризуют коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник. Он представляет собой отношение корня из суммы квадратов амплитуд высших гармонических составляющих на выходе усилителя к амплитуде первой гармоники выходного сигнала (предполагается, что частота последней равна частоте входного синусоидального сигнала)
U2 (2) + U2 (3) + U2 (4)+… / U() (4.2)
Значение коэффициента нелинейных искажений зависит от выбора рабочей точки транзистора. На практике применяется понятие номинальной выходной мощности Рвых(ном), для которой коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала не превышает 5%. Номинальной выходной мощности соответствует номинальное выходное напряжение: Рном вых =(Uном вых)2 /Rгр.
Пример: для создания Рномвых=50мВт=0.05Вт в динамической головке громкоговорителя с Rгр=10 0м необходимо напряжение Uном вых = Rгр Рном вых =0,71В
Чувствительность усилителя Uномвх определяется напряжением, поданным на вход усилителя, при котором на его выходе создаётся номинальная мощность Рном вых. Теоретически величина чувствительности определяется из соотношения: Uч Uном вх = Uном вых/К. Таким образом, при заданной выходной мощности чувствительность усилителя определяется его коэффициентом усиления К = К1 ... Кn, зависящим от числа n усилительных каскадов (см. (3.1)). На практике для получения коэффициента усиления порядка 200 требуется, как правило, 3-х каскадный усилитель (n=3). Коэффициенты усиления отдельных каскадов определяются по следующим формулам (см. (3.2) и (3.3)).
К1 = 1/Rвх1 (1/Rвых1) + (1/Rк1) + (1/Rвх1); Rвх1=Rбэ1, Rвых1=Rкэ1 (4.3)
К2 = 2/Rвх2 (1/Rвых2) + (1/Rк2 + Rк2) + (1/Rвх3); Rвх2=Rбэ2, Rвых2=Rкэ2 (4.4)
К3 = 1/1+(Rбэ3 /Rн(1+3); Rвх3=Rбэ3+(1+3)Rн , Rн=Rгр (4.5)
УНЧ усиливает электрические колебания частот, расположенных в определённом интервале (20-20000Гц). Его коэффициент усиления К является практически постоянным в области частот fн f fв и уменьшается, если он выходит за ее пределы (см. рис.14).
Значение нижней граничной частоты fн определяется ёмкостями разделительных конденсаторов С1 и С2 в первых двух каскадах усилителя (см.(2.8)). Уменьшение коэффициента усиления К (“завал”) на высоких частотах (f fв) обусловлено межэлектродными ёмкостями всех транзисторов Скб, Сбэ и Сэк, а также паразитной ёмкостью монтажа См. Зависимость К(f) называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя, а граничные частоты fн и fв определяют его частотный диапазон (полосу пропускания) f.
Таким образом, линейные искажения УНЧ, связанные с неравномерностью усиления разных частот (или гармоник) входного сигнала, обусловлены наличием реактивных элементов (для данного усилителя, в частности, ёмкостей), проявляющих свои свойства, в особенности за пределами полосы пропускания (при ffн и ffв, соответственно).
В качестве заключительных результатов выполнения курсового проекта №2 обязательно должны быть приведены таблица с измеренными и рассчитанными значениями коэффициентов усиления каскадов, паспорт всего усилителя и его схема с указанными номиналами деталей.
Rб1 Rк1 C2
С1
Т1
Uвх=
мВ Uвых1=
мВ
