4.8 Однотактный усилитель мощности

Однотактный усилитель мощности работает, как правило, в режиме класса А и применяется при мощности в нагрузке до 1,5...2 Вт. Существенным отличием усилителя мощности (рис. 4.13) от усилителя напряжения является наличие согласующего трансформатора. Поясним его значение.

От наклона динамической характеристики (рис 4.12 кл.А) зависят величины выходного напряжения U_к и тока I_к , а значит зависит выходная мощность. Усилители работают обычно на заданную низкоомную нагрузку, которую включать непосредственно в коллекторную цепь нельзя. Динамическая характеристика МN построена для приведенного сопротивления нагрузки , которое является как бы включенным на первичной стороне трансформатора и на которое работает транзистор. Приведенное сопротивление определяется из выражения

Рис. 4.13 Схема однотактного усилителя мощности

Ult n = W₂/W₁ – коэффициент трансформации,

W₂ и W₁ – число витков его вторичной и первичной обмоток,

– КПД трансформатора.

Таким образом, подбирая коэффициент трансформации, мы можем получить желаемое приведенное сопротивление нагрузки. Приведенное сопротивление проявляет себя только для переменного тока.

В режиме покоя в коллекторной цепи оказывается включенным только сопротивление обмотки трансформатора, которое представляет собой малую величину, поэтому в режиме покоя к коллектору транзистора приложено напряжение источника питания Е_к.

Треугольники, заштрихованные на рис.4.13,называются треугольниками мощности. Их площадь пропорциональна мощности на нагрузке Р_н, так как катеты этих треугольников в масштабе представляют собой амплитуды U_{к макс} и I_{к макс}. и Р_н,= U_{к макс} U_{к макс} /2

Величина полной мощности, которую усилитель потребляет от источника питания, пропорциональна площади прямоугольника со сторонами Е_к и I_ко. P_пит=I_коЕ_к Их разность определяет мощность потерь. P_пот = P_пит - Р_н . Их отношение Р_н / P_пот определяет к.п.д. χ

Таким образом, при графоаналитическом расчете усилителя мощности, работающего в классе А, наклон динамической характеристики и выходной сигнал надо выбирать так, чтобы треугольники мощности были бы возможно большими и близкими по площади.

Данный усилитель обеспечивает минимум нелинейных искажений, имея при этом следующие недостатки:

1. малый к.п.д., особенно при малых входных сигналах;

2. мощность потерь не зависит от величины входного сигнала и при малых сигналах энергия, потребляемая от источника питания ,затрачивается впустую;

3. каскад имеет трансформаторную связь с нагрузкой, что определяет неблагоприятный характер его частотной характеристики и плохо согласуется с интегральной технологией.

4.9. Двухтактный усилитель мощности

Наиболее полно преимущество класса В реализуется в двухтактных схемах .

Микроминиатюризация электронных устройств привела к разработке двухтактных усилителей с бестрансформаторным выходом (БВК). БВК являются схемами с последовательным питанием и параллельным включением нагрузки.

Наибольшее распространение получили усилительные каскады, построенные на паре разнотипных, но с одинаковыми параметрами транзисторах. Схема такого БВК показана на рис.4. 14 .Здесь использованы два транзистора разного типа : один транзистор типа p – n – p (VT1), другой транзистор типа n – p –n (VT2). Транзисторы, как правило, включены по схеме с общим коллектором, т.к. это обеспечивает минимальное выходное сопротивление, что особенно важно при работе усилителя на низкоомную нагрузку.. Конденсатор С₁ разделяет по постоянному току источник входного сигнала и вход усилителя, конденсатор С₂ разделяет – сопротивление нагрузки и эмиттерные цепи транзисторов. Резисторы R₁ и R₂ напряжение смещения на оба транзистора, обеспечивая их работу в классе А

Рис. 4.14 Схема двухтактного усилителя мощности с бестрансформаторнымвыхдом

Работа схемы.

Так как транзисторы разнотипные, то в каждый полупериод один транзистор открыт, другой закрыт. Открытый транзистор все свои возможности тратит на усиление одной полуволны входного сигнала. (Использует всю динамическую характеристику MN см.рис.4.12 кл. B)

В следующий полупериод транзисторы меняются местами, и уже другой транзистор усиливает вторую полуволну входного сигнала. В результате в нагрузке протекает переменный ток с удвоенной амплитудой. Так как транзисторы включены по схеме с общим коллектором, которая усиления по напряжению не дает, усиление мощности происходит за счет усиления тока.