Трансформаторные усилители мощности
Рассмотрим однотактный усилитель мощности, в котором трансформатор включен по схеме с ОЭ (рис. 6).
Рис. 6. Трансформаторный усилитель мощности
Трансформаторы ТР1 и ТР2 предназначены для согласования нагрузки и выходного сопротивления усилителя и входного сопротивления усилителя с сопротивлением источника входного сигнала соответственно.
Элементы R и D обеспечивают начальный режим работы транзистора, а элемент С увеличивает переменную составляющую, поступающую на транзистор Т.
Мощность, потребляемая усилителем от источника питания Pпотр=Ек·Iкн.
Следовательно, КПД усилителя
.
Для
идеального усилителя теоретический
КПД усилителя
.
Реальный же КПД
.
Рассмотрим двухтактный усилитель мощности (рис. 7). Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис. 7,а), либо с ОБ (рис. 11.7,б).
Обе схемы могут работать в режиме класса В (резисторы R1 и R2 обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).
Двухтактный усилитель можно рассматривать как две независимые схемы, работающие поочередно, каждая в течение полупериода входного сигнала (рис. 8).
Средний ток (постоянная составляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока Iк0
.
Коэффициент полезного действия двухтактного усилителя мощности класса В
.
Рис. 7. Двухтактный усилитель мощности
Для
идеального усилителя Uкт
= Ек,
Iкт
= I1,
ηтр
= 1, а
следовательно, теоретический КПД
.
Реальный же КПД составляет 0,6÷0,7.
Рис. 8. Временные диаграммы двухтактного усилителя класса В
Бестрансформаторные усилители мощности
В настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности. Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости (комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис. 9). Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения uвх транзистор Т1 работает в режиме усиления, а транзистор Т2 – в режиме отсечки. При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями.
Рис. 9. Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности
Максимально возможная мощность нагрузки определяется выражением
.
При максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением
.
Отсюда получаем максимально возможный коэффициент полезного действия усилителя
.
Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса АВ (рис. 10). При этом коэффициент полезного действия несколько уменьшается.
Рис. 10. Двухтактный усилитель АВ-класса
Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем (рис. 11). В схеме использована общая отрицательная обратная связь (резисторы R1 и R2), охватывающая оба каскада (на операционном усилителе и на биполярных транзисторах), благодаря которой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что часто не требует дополнительных цепей смещения для каскада на транзисторах Т1 и Т2.
Рис. 11. Двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем
Поскольку напряжение на нагрузке Rн примерно равно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителя ограничивается выходным напряжением ОУ.