Усилители мощности
Усилители мощности представляют собой выходной (оконечный) каскад многокаскадного усилителя. Задача усилителя мощности создать на нагрузке заданную мощность.
Основные параметры:
1)
-максимальная
выходная мощность
;
;
2)КПД
-
100
3)Коэффициент нелинейного искажения
Особенности усилителей мощности
Создание на нагрузке большой емкости связано со специфическим режимом работы активных элементов, когда величина выходного напряжения оказывается соизмерима с питающими напряжениями, что приводит к нелинейным искажениям.
1)КНИ
2)Pk=P0-PВЫХ – мощность, выделяемая на коллекторе, оказывается значительной. Она приводит к его разогреву. В связи с этим стоит задача рассеяния этой мощности.
3
)В
усилителях мощности для отдачи в нагрузку
максимальной мощности, при этом (Pk->min)
необходимо проводить согласование
выходного сопротивления усилителя с
сопротивлением нагрузки.
-
коэффициент трансформации трансформатора.
Классификация усилителей мощности
1. В зависимости от выбора рабочей точки различают усилители А, АВ, В, С, D – наиболее часто использующиеся первое время.
2. В зависимости от схемы технического решения:
-однотактные, в них период входного сигнала усиливается одним активным элементом;
-двухтактные, в них каждый из полупериодов гармонического сигнала усиливается своим активным элементом.
3.По виду связи с нагрузкой:
-трансформаторные усилители мощности;
-бестрансформаторные усилители мощности.
4.По характеру усиливаемого сигнала:
-апериодические, служат для усиления непрерывных (широкополосных) сигналов. В них нагрузкой усилительного каскада является резистор;
-резонансные, служат для усиления узкополосных сигналов.
Влияние выбора рабочей точки на КПД и нелинейные искажение усилителя мощности
Р
абочая
точка активного элемента в зависимости
от назначения усилителя выбирается по
ВАХ транзистора.
Рабочая точка задается следующими параметрами:
U
кэрт,Jкрт
Uбрт, J,брт
Характер изменения напряжения и тока на коллекторе определяется:
Uкэ=Eк-JкRн – уравнение нагрузочной прямой.
Jкmax
A
J
к
2
В
Uкэ
Uкэ/2 Uкэmax
Для наиболее полного использования транзистора нагрузочную прямую проводят от Jk.max->UkЭ.max
При работе усилителя мощности в режиме класса А рабочая точка на середине участка.
а)поскольку рабочая точка выбирается на середине линейного участка, то нелинейные искажения малы.
б)
-
бестрансформаторный усилитель мощности.
В
трансформаторном усилителе мощности,
поскольку его сопротивление по току
равно нулю,
При работе активного элемента в режиме класса в
а)очевидно, что при усилении гармонического сигнала, происходит отсечка половины сигнала, т.е. возникают существенные нелинейные искажения.
б)определим КПД гармонического сигнала за полпериода:
-
КПД режима класса В – 78
В режиме класса А нелинейные искажения практически отсутствуют, т.к. он находится на линейном участке.
При работе в режиме класса В они велики, т.к.второй полупериод в этой схеме полностью отсекается.
От больших искажений, возникающих в режиме класса В, можно избавится, применив двухтактную схему выходного каскада.
Схема усилителя мощности с трансформаторной связью
Трансформаторная связь в усилителях применяется редко, из-за того, что трансформатор имеет большие габариты и вес. Трансформаторы применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить оптимальное согласование RВЫХ и RН и обеспечить гальваническую развязку между усилителем и нагрузкой.
Схема однотактных каскадов с трансформаторной связью
П
оследовательное
включение трансформатора.
Параллельное включение трансформатора.
В этих схемах транзистор работает в режиме класса А. В режиме рабочая точка задается резисторами R1, R2. Недостаток 1 схемы заключается в том, что через трансформатор Тр2 протекает постоянный ток, создающий постоянное подмагничивание трансформатора, поэтому возникают нелинейные искажения. Вторая схема лишена этого недостатка.
Схема двухтактного усилителя мощности - трансформатора
J
ВЫХ=Jk1-Jk2
В этой схеме используются 2 активных элемента, каждый из которых участвует в усилении только в течение одного полупериода входного сигнала. Каждый из активных элементов работает в режиме класса В, т.е. создает ток ik c отсечкой одного полупериода.
VT1-Трансформатор со средней точкой на выходе имеет 2 напряжения: Uб1,Uб2, которые сдвинуты по фазе на 180.
Ток первого полупериода усиливается трансформатором VT1, в течение этого же полупериода трансформатор VT2 находится в отсечке. Работая на общую нагрузку выходной сигнал получается как разность токов этих активных элементов. В результате такой работы выходной сигнал получается без искажений.
При работе двухтактной схемы в режиме класса В возникают специфические искажения – искажения типа «ступенька». Эти искажения связаны с особенностями входной характеристики трансформатора.
Усилитель разности.