15. Усилители мощности

Усилителями мощности называются схемы, которые прежде всего должны обес­печивать высокую выходную мощность; усиление по напряжению здесь является второстепенным фактором. Как правило, усиление по напряжению мощных каскадов близко к единице. Таким образом, усиле­ние по мощности определяется в основном коэффициентом усиления по току. Выход­ное напряжение и выходной ток должны принимать как положительные, так и отри­цательные значения. Усилители мощности, выходной ток которых имеет только одно направление, называют, блоками питания (см. гл. 16).

15.1. Эмоттерный повторитель как усилитель мощности

Принцип действия эмиттерного повто­рителя был описан в разд. 4.4. Здесь мы приведем некоторые дополнительные данные, которые представляют интерес при расчете эмиттерного повторителя как усилителя мощности.

Рис. 15.1. Эмиттерный повторитель в качестве усилителя мощности.

Определим сначала величину нагрузочного сопротивления, при которой схема будет давать максимальную неискаженную мощность. При отрицатель­ном напряжении на, выходе повторителя через резистор нагрузки R будет проте­кать часть тока, проходящего через рези­стор r_e (рис- 15.1). Максимального отри­цательного значения ток в нагрузке до­стигнет в том случае/ когда ток через транзистор станет равным нулю. В этом случае выходное напряжение равно

Если выходной сигнал представляет собой неискаженное синусоидальное напряжение со средним значением, равным 0 В, его ам­плитуда не будет превышать величины Uамакс которая определяется следующим соотношением:

Мощность в нагрузке при максимальной амплитуде Uамакс равна

Максимальное значение мощности в на­грузке Pмакс будет достигаться в том слу­чае, когда сопротивление нагрузки R = R_E, что следует из условия dP/dR = 0. Оно определяется следующим выраже­нием:

Этот результат несколько неожиданный, поскольку обычно считается, что мощ­ность в нагрузке максимальна, если ее со­противление равно внутреннему сопроти­влению ra источника напряжения. Однако это утверждение справедливо только тог­да, когда напряжение холостого хода по­стоянно. В рассматриваемом же случае на­пряжение холостого кода должно быть тем меньше, чем меньше сопротивление на­грузки R.

Теперь рассчитаем распределение мощ­ности в схеме при произвольной амплиту­де выходного сигнала и произвольном со­противлении нагрузки. При синусоидаль­ном выходном напряжении на нагрузке R выделяется мощность

Мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется следующим выражением:

Рис. 15.2. Комплиментарный эмиттерный по­вторитель.

Таким образом, мощность, рассеиваемая на транзисторе, максимальна при отсут­ствии входного сигнала. Мощность, рас­сеиваемая на сопротивлении R_E, равна

Схема потребляет от источника питания суммарную мощность

Мы получили удивительный результат: по­требляемая схемой мощность постоянна в не зависит от величины входного сигна­ла и нагрузки» пока схема не перегружена. Коэффициент полезного действия схемы  определяется как отношение максималь­ной мощности в нагрузке к потребляемой мощности от источника питания. Исполь­зуя приведенные выше формулы для Pмакс и Рсум, получим  = 1/16 = 6,25%.

Рассмотренная -схема обладает двумя характерными особенностями:

1) ток через транзистор никогда не ра­вен нулю;

2) суммарная мощность, потребляемая схемой от источника питания, является постоянной.

Эти особенности являются отличи­тельными признаками режима А.