Лекция 15 Усилители мощности

Усилитель мощности обеспечивает усиление мощности выходного сигнала, всегда является выходным каскадом (рис. 2.58). Он должен развивать максимальную мощность P_max в нагрузке. Для этого необходимо согласовать R_вых усилителя с R_H. Согласование осуществляет понижающий трансформатор Т, чтобы выходное сопротивление каскада равнялось сопротивлению нагрузки:

где R_H – приведенное сопротивление нагрузки.

Коэффициент трансформации трансформатора

Однотактный усилитель мощности

Однотактный усилитель мощности работает в режиме А. Используется на малые мощности (£ 2-3 Вт). На большие мощности применяют двухтактные усилители мощности, работающие в режиме B или AB .

Двухтактный усилитель мощности

Процесс усиления сигнала происходит в два такта работы схемы: 1/2 волны U_вх работает транзистор VT1 затем следующую 1/2 волну U_вх работает транзистор VT2. Выходной трансформатор T_вых суммирует сигналы.

Обратные связи в усилителях

Обратные связи (ОС) осуществляют подачей на вход усилителя сиг-нала с его выхода (или части U_вых) (рис. 2.60). ОС может быть: положите-льной, когда U_вх складывается (суммируется) с сигналом обратной связи U_ОС, увеличивая входной сигнал U₁ = U_вых + U_ОС; отрицательной, когда U₁ ослабляется сигналом обратной связи U₁ = U_вх - U_ОС. Различают ОС по напряжению, по току, последовательную и параллельную ОС.

Структурная схема последовательной отрицательной

ОС по напряжению

U_ОС = U_вых

где b - коэффициент передачи ОС по напряжению:

= U_ОС / U_вых

коэффициент передачи ОС по напряжению; Ку = U_вых/ U₁

Коэффициент усиления напряжения без ОС

Разделив числитель и знаменатель на U₁, получим

Отрицательное ОС усилителя коэффициент усиления напряжения с ОС, значит, K_OC < K_U, т. е. отрицательная ОС ослабляет сигнал. При положительной ОС

Но положительную ОС не применяют в усилителях, так как снижается стабильность K_U. Для усилителей применяют отрицательную ОС, которая улучшает свойства усилителей:

1) повышает стабильность K_U;

2) снижает нелинейные искажения;

3) увеличивает R_вх, так как

уменьшает т. к.

Усилители постоянного тока

Для усиления сигналов очень низких частот (порядка долей герц) требуются усилители, которые усиливают напряжения всех частот, включая самые низкие. Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени. Они имеют равномерную АЧХ до самых низких частот. В УПТ не могут использоваться конденсаторы и трансформаторы для связи между каскадами и связи источника сигнала со входом УПТ, так как при частоте f = 0 коэффициент усиления K_U = 0. В УПТ используется непосредственная связь (гальваническая) с помощью резисторов. Отсутствие разделительных конденсаторов или трансформаторов приводит к тому, что любое изменение постоянных составляющих тока или напряжения в предыдущих каскадах усиливается последующими, и выходное напряжение определяется не только полезным сигналом, но и ложными, создаваемыми за счет изменения параметров транзисторов каскада.

АЧХ УПТ

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном U_вх называют дрейфом усилителя. Его причины: нестабильность напряжения питания; температурная и временная нестабильность параметров транзисторов и резисторов. Напряжение дрейфа определяют при закороченном входе усилителя по приращению U_вых.

Качество УПТ оценивают по напряжению дрейфа, приведенному ко входу УПТ.

U_др = U_вых/K_u

При U_вых = 0 – дрейф нуля, приведенный ко входу УПТ. Снижение дрейфа – главная задача при проектировании УПТ. Для снижения дрейфа используют различные схемо-технические решения: параллельно-балансные каскады, введение токовой стабилизации, схемы со взаимной компенсацией .

Структурная схема УПТ