113

0

3. Усилители мощности

3.1. Особенности работы ум

3.1.1. Режим работы ум

До сих пор рассматривались предварительные усилители, в которых амплитуды переменных составляющих I_m, U_m были очень малы (режим малого сигнала). Такие усилители по переменному току анализировались при помощи линейных эквивалентных схем. Однако по мере продвижения сигнала от входа к выходу усилителя амплитуда сигнала увеличивается. Отношения

(3.1)

(I_ – постоянная составляющая тока) называют коэффициентами использования тока () и напряжения (). Они определяют эффективность преобразования энергии источника питания в энергию полезного сигнала – кпд усилителя. Основной задачей выходного (оконечного) каскада является отдача в нагрузку R_н полезной мощности P_н, необходимой для нормального функционирования нагрузки. При этом коэффициент усиления каскада имеет второстепенное значение. При значительной величине P_н важное значение приобретает КПД каскада. Режим работы выходного каскада выбирается так, чтобы заданная мощность P_н в нагрузку подавалась при максимально возможном использовании транзистора по току и напряжению.

Выходные каскады, отдающие в нагрузку полезную мощность, близкую к максимально возможной для данного транзистора, называют усилителями мощности.

Следует подчеркнуть, что такое определение связано не с абсолютной величиной отдаваемой мощности, а с сопоставлением отдаваемой мощности с предельно возможной для данного типа транзистора. Внешне схемы усилителей мощности могут ничем не отличаться от схем предварительных усилителей, различны лишь их режимы работы: мощные каскады отличаются большими коэффициентами использования тока и напряжения. Однако эта чисто количественная разница вызывает целый ряд специфических особенностей в работе каскада и обусловливает необходимость иного подхода к их анализу.

Так, для получения максимально возможной полезной мощности приходится использовать большую часть характеристик транзистора, захватывая иногда и заведомо нелинейные участки, т.е. усилители мощности работают в режиме большого сигнала. При этом ''малосигнальные'' статические параметры не остаются постоянными. На граничных участках характеристик возникают значительные нелинейные искажения, ограничивающие возможности увеличения  и . Поэтому расчет усилителей мощности по эквивалентным схемам с использованием ''малосигнальных'' параметров дает неверные результаты. Усилители мощности рассчитывают графически по входным и выходным характеристикам транзисторов для области средних частот. Часто в них используют трансформаторное включение нагрузки.

Это объясняется тем, что максимальное использование транзистора по току и напряжению одновременно (что эквивалентно получению максимально возможной мощности на входе УМ) возможно при определенной (назовем ее оптимальной) величине сопротивления в цепи коллектора R_к опт. Поэтому прямое включение R_н в выходную цепь УМ почти всегда исключает указанное выше условие максимального использования транзистора по току и напряжению. Трансформатор, называемый выходным, позволяет в любом случае согласовать реальную нагрузку R_н с оптимальной величиной R_{к опт}. И только в редких случаях удается удовлетворительно согласовать R_н с R_{к опт} без трансформатора в так называемых бестрансформаторных усилителях мощности.

Таким образом, особенности усилителей мощности можно сформулировать следующим образом:

1.Работа усилительных элементов с большими коэффициентами и.

2. Необходимость оценки нелинейных искажений (коэффициента K_г), так как допустимая величина K_г ограничивает максимальные значения  и .

3. Использование больших участков входных и выходных характеристик, это обусловливает необходимость расчета каскадов графическим способом.

4. Необходимость использования выходного трансформатора для согласования нагрузки с оптимальным сопротивлением каскада.

В транзисторных усилителях мощности наряду с каскадами ОЭ широко используются также каскады ОБ, благодаря возможности согласования низкоомной нагрузки с высокоомным R_вых.б. Однако в дальнейшем подробно будет рассмотрен каскад ОЭ, так как он значительно чаще других применяется в реальных схемах усилителей мощности. Кроме того, все выводы, полученные для каскада ОЭ, справедливы и для каскада ОБ, необходимо лишь использовать характеристики и параметры каскада ОБ.