Общие сведения о усилителях мощности

Усилители мощности, используемые в предоконечных и оконечных (выходных) каскадах усилителей, предназначены для обеспечения требуемого уровня тока или напряжения сигнала на задан­ном сопротивлении нагрузки. Если нагрузка активная (резистор), оконечный каскад должен быть усилителем мощности, а если реактивная (емкость, индуктивность) — усилителем напряжения. В оконечных каскадах используются мощные усилительные элементы с большими рабочими токами и большим потреблением энергии. Следовательно, при проектировании оконечных каскадов необходимо стремиться к достижению высокого КПД, так как чем выше КПД, тем меньше тепловые потери и выше экономичность усилителя. Ввиду того что полностью устранить тепловые потери невозможно, необходимо предусматривать в оконечных каскадах усилителей мощности теплоотводы, радиаторы и холодильники.

Другой особенностью оконечных каскадов является высокий уровень их входных сигналов, в связи с чем параметры усилительных элементов могут резко меняться. Наибольшее усиление по мощности получают при включении транзисторов по схеме с общим эмиттером. Включение же транзисторов по схеме с общим коллектором обеспечивает хорошее согласование выходного сопротивления каскада с низкоомной нагрузкой.

Оконечные каскады разделяют на однотактные и двухтактные; в первых транзистор работает на линейном участке ВАХ в неэкономичном режиме, а вторые обеспечивают большое усиление по мощности и экономичный режим работы.

По принципу межкаскадных связей различают трансформаторные и бестрансформаторные оконечные каскады. Трансформаторные оконечные каскады более экономичны, но имеют большие массу и габаритные размеры.

Входные и выходные характеристики предоконечных и оконечных каскадов определяются так же, как и обычного усилительного каскада. Проходную динамическую характеристику транзистора получают, используя его входные и выходные характеристики

На основе семейства кривых зависимостей Iк = f(Uк-э, Uб-э) строят нагрузочную прямую — зависимость Iк =f2(Uк-э) и выбирают один и следующих режимов работы транзистора.

Режим А, Определяет работу транзистора на линейном участке выходной характеристики. В этом режиме точка покоя (соответствующая нулевому напряжению на входе) находится в центральной части входной характеристики. Следовательно, в транзисторе проходит довольно сильный ток даже в отсутствие сигна­ла на входе и КПД такого усилительного каскада низкий.

Режим В. В этом режиме точка покоя выбирается при токе покоя транзистора, равном нулю. Линейный участок выходной характеристики используется, только если напряжение на базе относительно эмиттера положительное (для п-р-п -транзисторов). Точка покоя находится на начальном участке входной характеристики. Следовательно, в этом случае при отсутствии сигнала на входе в транзисторе не проходит ток и КПД усилительного каскада высокий. Недостатком данного режима является нелинейность соответствующей рабочей характеристики, обусловленная тем, что усилитель не работает при отрицательных полупериодах сигнала на входе (т.е. на базе транзистора).

Режим С. В этом режиме точка покоя выбирается левее точки В входной характеристики, т.е. в этом случае ток покоя транзистора должен быть равен нулю даже при небольших положительных напряжениях. Данный режим очень экономичный и используется в очень мощных звуковых усилителях. Недостатком этого режима является сильная нелинейность соответствующей рабочей характеристики, связанная с тем, что усилитель не работает при отрицательных полупериодах сигнала на входе (т.е. на базе транзистора). Сигнал на выходе имеет нечетные гармоники, которые можно устранить избирательными фильтрами на выходе усилительного каскада.