-
Усилители мощности. Классы а, в.
Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов.
Усилитель мощности – усилительный каскад, предназначенный для передачи в нагрузку заданной либо максимально возможной мощности при максимально возможном КПД и минимальных нелинейных искажениях.
Количественно
режим работы усилителя характеризуется
углом отсечки
– половиной той части периода входного
сигнала, в течение которого в выходной
цепи транзистора протекает ток нагрузки.
Угол отсечки выражают в градусах или
радианах.
Режим класса А.
Режим А — такой режим работы усилительного элемента (транзистора или лампы), в котором при любых допустимых мгновенных значениях входного сигнала (напряжения или тока) ток, протекающий через усилительный элемент, не прерывается.
Этот режим
характеризуется тем, что начальная
рабочая точка, определяемая смещением,
находится в середине линейного участка
входной характеристики, а, следовательно,
и характеристики передачи по току
.
Амплитуда
входного сигнала здесь такова, что
суммарное значение
не имеет отрицательных значений, а
поэтому базовый ток
, а, следовательно, и коллекторный ток
нигде не снижаются до нуля. Ток в выходной
цепи протекает в течение всего периода,
а угол отсечки
равен
.
Транзистор работает в активном режиме
на близких к линейным участкам
характеристик, поэтому искажения
усиливаемого сигнала здесь минимальны.
Однако из-за большого значения начального
коллекторного тока
КПД такого усилителя низкий (теоретически
до 50%, а реальные значения и того ниже),
поэтому такой режим применяют в маломощных
каскадах предварительного усиления.
На схеме изображем однотактный усилитель класса А.
Выходная мощность каскада – мощность, поступающая в первичную обмотку трансформатора.
Мощность в нагрузке, т.е. передаваемая во вторичную цепь трансформатора:
Мощность, потребляемая усилителем от источника питания:
КПД усилителя мощности:
Подвродя итог по трансформаторным усилителям: их недостатки привели к тому, что наиболее широко на практике применяются бестранформаторные усилители мощности (БУМ).
Однотактные усилители мощности применяются при относительно малых значениях выходной мощности – единицы Вт.
Режим класса В.
В режиме B усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные, либо только отрицательные входные сигналы. При усилении гармонических сигналов угол проводимости равен 180° или незначительно превосходит эту величину.
Этот режим
характеризуется тем, что начальная
рабочая точка находится в начале
характеристики передачи по току
.
Ток нагрузки протекает по коллекторной
цепи транзистора только в течение одного
полупериода входного сигнала, а в течение
второго полупериода транзистор закрыт,
так как его рабочая точка будет находиться
в зоне отсечки. Угол отсечки
равен
.
Предельный КПД идеального каскада в
режиме B на синусоидальном сигнале равен
78,5 %, реального транзисторного каскада
— примерно 72 %. Однако у усилителей
класса В есть и существенный недостаток
– большой уровень нелинейных искажений
вызванных повышенной нелинейностью
усиления транзистора, когда он находится
вблизи режима отсечки.
Для того чтобы усилить входной сигнал в течение обоих полупериодов, используют двухтактные схемы усилителей, когда в течение одного полупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода – второй транзистор в этом же режиме.
На рисунке
представлена схема двухтактного
эмиттерного повторителя на транзисторах
противоположного типа, но с идентичными
параметрами, образующих так называемую
комплементарную пару. Для питания
коллекторной цепи используется два
одинаковых источника питания
и
,
которые создают обратное включение
коллекторных переходов. Резисторы
и
одинаковы, при
они фиксируют потенциал баз транзисторов,
равный потенциалу корпуса. Режим класса
В обычно используют преимущественно в
мощных двухтактных усилителях, однако
в чистом виде его применяют редко.