Вопрос 46 режим ав для усилителя мощности

Усилителями мощности называются такие усилители, которые, прежде всего, должны обеспечивать высокую выходную мощность; усиление по напряжению в них является второстепенным фактором. Высокая выходная мощность должна быть получена в усилителях мощности при наименьшем потреблении энергии от источника питания и допустимых уровнях нелинейных и частотных искажений.

Усилитель мощности представляет собой обычно многокаскадный усилитель, состоящий из входного, предоконечного и оконечного каскадов. Технические характеристики усилителя мощности в основном определяются выходным каскадом. Мощный выходной каскад является основным потребителем электрической энергии. Он вносит основную часть нелинейных искажений и занимает объем, сравниваемый с объемом остальной части усилителя. Поэтому при выборе и проектировании выходного каскада усилителя мощности основное внимание обращают на возможность получения максимального КПД, малые нелинейные искажения и габаритные размеры.

В усилителе мощности высокая выходная мощность при максимальном КПД может быть получена при определенном согласовании его внутреннего сопротивления с сопротивлением нагрузки. С этой целью в усилителях мощности нередко используют трансформаторы. Правильным выбором коэффициента трансформации всегда можно добиться необходимого согласования и получить в нагрузке максимально возможную мощность.

Переходные искажения, возникающие в усилителе мощности в режиме В, вызывают значительные нелинейные искажения. Как видно из переходной характеристики (см. рис. 2.5) вблизи нуля ток в открытом транзисторе достаточно мал, а его внутреннее сопротивление велико. В результате прирост напряжения на нагрузке в этой области оказывается меньше, чем изменение входного сигнала, что и является причиной излома данной характеристики.

При задании небольшого начального тока транзисторов их внутреннее сопротивление уменьшается, переходная характеристика становится более линейной, что существенно уменьшает нелинейные искажения. Такой режим и называется режимом АВ. В этом режиме переходные искажения настолько малы, что с помощью обратной связи легко могут быть уменьшены до пренебрежимо малой величины.

Существуют различные способы задания напряжения смещения в оконечных каскадах. Один из способов задания напряжения смещения показан на рис. 2.9. Для задания малого тока покоя между базами транзисторов VT1 и VT2 в данной схеме приложено постоянное напряжение, около 1,4 В. С этой целью в схему введены диоды VD 1 и VD2. Падение напряжения на диодах VD1 к VD2 составляет примерно U1=U2= 0,7B. При таком напряжении через транзисторы VT1 и VT2 течет небольшой начальный ток. Величина генератора тока I₁ выбирается больше максимального базового тока транзисторов VT1 и VT2, чтобы диоды VD1 и VD2 при максимальном входном сигнале не запирались. Источники постоянного тока не следует заменять резисторами, так как в этом случае ток через диоды будет убывать при возрастании входного сигнала.

Основная проблема режима АВ состоит в необходимости поддержания постоянного тока покоя транзисторов VT1 и VT2 в широком диапазоне рабочих температур. При увеличении температуры, как известно, ток покоя увеличивается. Это приводит к дальнейшему росту температуры транзисторов и в результате к их тепловому разрушению. Такой эффект называется положительной термической обратной связью.

Для компенсации положительной связи при повышении температуры транзистора на 1°С необходимо уменьшить напряжение Uэб, примерно на 2,5 мВ. Эту роль дополнительно и выполняют диоды VD1 и VD2, кроме задания напряжения смещения в схеме рис. 2.9. Конечно, такая температурная компенсация оказывается неполной, так как существует значительное различие в температурах перехода транзистора и его корпуса. Поэтому применяются дополнительные меры по стабилизации тока покоя. Для этого в схему усилителя мощности включаются резисторы R1 и R2, которые осуществляют отрицательную обратную связь по току. Эффективность обратной связи увеличивается с возрастанием величины сопротивлений этих резисторов, но при этом уменьшается выходная мощность. По этой причине величина сопротивлений резисторов обратной связи должна выбираться малой по сравнению с сопротивлением нагрузки.

Дополнительная инфа

В однотактных усилителях класса А больший ток смешения обеспечивает открытое состояние транзисторов в течение всего периода существования сигнала. Этому режиму присущ низкий уровень искажений, но одновременно и низкий кпд, который не превышает в лучшем случае 50%. Последний не позволяет создать усилитель класса А с достаточно большой выходной мощностью, приемлемых габаритов и умеренным выделением тепла.

В усилителях класса В смещение или начальный ток уменьшен так, чтобы каждый из комплиментарных транзисторов был открыт последовательно, пропуская положительную и отрицательную части входных сигнала соответственно. Этим достигаются меньший нагрев и более высокий кпд (теоретически максимум 78%).