Билет №9

1. Усилители мощности (УМ). Режимы работы транзисторов в УМ. Нелинейные

искажения в УМ.

Каскады усиления мощности (ум) на биполярных транзисторах

Все предварительные транзисторные каскады, усиливая сигнал по току и напряжению, фактически усиливают его и по мощности, но основным каскадом в многокаскадном усилителе, который отдает полезную выходную мощность необходимой величины в нагрузку, при допустимых нелинейных искажениях сигнала, является последний выходной каскад, называемый каскадом усиления мощности.

Аналогично ранее рассмотренным ламповым вариантам различают однотактные каскады УМ, работающие в режиме класса А, и двухтактные каскады УМ, которые могут работать в режимах классов А, В, АВ при соответствующих КПД.

Из электротехники известно, что любой генератор тока или напряжения отдает максимально возможную мощность в нагрузку при условии равенства его внутреннего сопротивления с сопротивлением нагрузки. Учитывая это обстоятельство и имея в виду, что большинство исполнительных механизмов, потребляющих полезную выходную мощность каскада УМ, обладают небольшой величиной сопротивления, их включают в выходную цепь каскада УМ при помощи выходного трансформатора, который согласует малую величину сопротивления нагрузки со значительно большим выходным сопротивлением каскада.

При таком согласовании сопротивление нагрузки Rн, включенной во вторичную обмотку выходного трансформатора, пересчитывается в приведенное сопротивление Rэквего первичной обмотки по следующей формуле:

Rэкв = n2 * Rн, где коэффициент трансформации

а с учетом КПД трансформатора, равного hтр = 0.8 — 0.98; n2Rн= = hтр * Rэкв;

В тех случаях, когда Rн Rэкв, то нагрузку можно включать в выходную коллекторную цепь однотактного усилительного каскада УМ без согласующего трансформатора.

Однотактный каскад ум.

Однотактные каскады УМ дают возможность получить полезную выходную мощность в подключенной нагрузке от долей ватта до 2 - 3 Вт.

Коэффициент полезного действия транзисторного каскада УМ

h = (Р_вых / Р₀) * 100% < 45%, где Р₀ = I_к0 * Е_к.

Коэффициент усиления по мощности каскада УМ        

К_р = Р_вых / Р_вх.

Двухтактный каскад ум на биполярных транзисторах с переходным и выходным трансформаторами.

Двухтактные каскады УМ, которые могут работать в режимах классов А, АВ, В, дают возможность получать полезную выходную мощность в нагрузке в два и в несколько раз больше, чем однотактные каскады УМ. При этом уменьшаются нелинейные искажения, а также влияние внешних помех, снижается фон переменного тока источника питания и т. п.

В этих каскадах УМ постоянные составляющие, а также четные гармоники коллекторных токов обоих транзисторов  протекают по одинаковым полуобмоткам первичной обмотки трансформатора навстречу друг другу и, взаимно компенсируясь, не намагничивают сердечник. Это позволяет уменьшить габариты, массу и стоимость трансформатора.

Наибольший коэффициент усиления по мощности получается при включении транзисторов по схеме с ОЭ, что требует меньшей мощности входного сигнала, отбираемого от каскада предварительного усиления, который может собираться или с переходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку со средней точкой, или по схеме с разделенной нагрузкой, обеспечивающей фазоинвертирование сигнала, подаваемого на базы выходных транзисторов, без переходного фазоинвертирующего трансформатора.