Выходные (оконечные) каскады – усилители мощности

Общие сведения. Выходные (оконечные) каскады являются усилителями мощности уси­лительного устройства. Любой электронный усилитель по определению является уст­ройством, которое обеспечивает на его нагрузке мощность, боль­шую, чем на входе. Термин «усилитель мощности» (УМ) принято использовать для схем, в которых активные элементы, в частности транзисторы, отдают в нагрузку мощность Р_ВЫХ, близкую к предель­ной для данного активного элемента. Поэтому усилителем мощно­сти можно считать как усилитель с Р_ВЫХ, равной десяткам милли­ватт, так и усилитель с Р_ВЬ1Х, равной сотням киловатт.

Усилители мощности предназначены для передачи больших мощностей сигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основной задачей усилителя мощности является выделение в нагрузке возможно большей мощности. Значительно реже выходные каскады используются для уси­ления тока или напряжения.

Выходные каскады (усилители мощности) должны обеспечивать заданную мощность в нагрузке при высоком по возможности КПД и при нелинейных искажениях не более допустимых. Поэтому основными параметрами, которые характеризуют работу уси­лителя мощности, являются: отдаваемая в нагрузку полезная мощность Р_Н, коэффициент полезного действия η, коэффициент нелинейных искажений К_Г и полоса пропускания АЧХ.

Коэффициент нелинейных искажений К_Г и КПД усилителя существен­но зависят от класса (режима) усиления. Минимальный уровень нелинейных искажений, т.е. минимальный К_Г, обеспечивается в режиме класса А, а максимальный КПД – в режиме класса В или С.

Выходные каскады проектируют как однотактными, так и двухтактными. Однотактные каскады обычно работают в ре­жиме класса А, двухтактные – в режиме класса В или АВ.

Из всех вариантов двухтактная схема в режиме класса В является наиболее экономичной, обеспечивающей к тому же относительно большие уровни выходной мощности.

Однотактную схему используют при относительно малых выходных мощностях.

Максимальную мощность усилитель отдает при условии R_ВЫХ = R_Н. В тех случаях, когда этого достичь трудно, например, в транзисторных усилителях по схеме ОЭ и ОБ, для согласования с нагрузкой используют трансформа­торную схему с понижающим трансформатором (n < 1). Трансформа­тор одновременно обеспечивается гальваническая развязка цепей и уменьшает также расход мощности источника питания коллектор­ной цепи (увеличивается КПД усилителя), так как через сопротив­ление нагрузки не протекает постоянная составляющая коллектор­ного тока.

По способу подключения нагрузки каскады усилителей мощности могут быть трансформаторными, бестрансформаторными (апериодическими) и резонансными.

Транзисторы в выходных каскадах (усилителях мощности) могут работать по лю­бой схеме включения – ОЭ, ОБ, ОК. Наибольшее применение имеет схема ОЭ, обладающая высоким усилением мощности.

Однако применение схемы с ОБ, обладающей высокой ли­нейностью выходных характеристик, позволяет получить наиболь­ший уровень выходной мощности при заданных нелинейных иска­жениях. К тому же схема с ОБ более термостабильна. Схема с ОК применяется редко.

Транзисторные усилители мощности значительно экономич­нее ламповых, так как КПД у них примерно вдвое больше. Учитывая, что в этих усилителях рассеивается сравнительно большая мощность, транзисторы приходится охлаждать с помощью различного типа радиаторов.

Однотактные выходные каскады. В однотактных выходных каскадах активные приборы работают в режиме А. При их создании используют три схемы включения транзисторов ОЭ, ОБ, ОК или им подобные. И все же, при работе на больших амплитудах входных сигналов предпочтение следует отдать эмиттерному (или истоковому) повторителю, поскольку за счет 100% -ной ООС он имеет минимальный К_Г.

Усиление мощности в любом повторителе осуществляется за счет усиления тока. Другим чрезвычайно важным преимуществом каскада ОК является малое выходное сопротивление (за счет 100% -ной ООС по напряжению), что в ряде случаев позволяет согласовать его с R_H без каких-либо дополнительных элементов.

Для согласования нагрузки с выходным каскадом иногда применяют трансформаторы, которые обеспечивают получение максимального коэффициента усиления по мощности К_Р, но существенно ухудшают его частотные характеристики.

Принципиальная схема однотактного трансформаторного усилителя мощности низкой частоты, при включении транзистора по схеме ОЭ, изображена на рис.4,а.

Назначение элементов R1, R2, R_Э, С_Э, С_Р1 такое же, как и в схеме рис.2,а. Режим покоя здесь задается с помощью делителя напряжения R1, R2 в цепи базы и цепью R_ЭС_Э, которая стабилизирует режим покоя за счет образования ООС по постоянному току.

Для получения больших выходных токов следует использовать R_Э лишь небольшой величины (обычно не более десятков ом). Это обстоятельство заставляет применять конденсаторы С_Э больших номиналов, что не всегда возможно. Поэтому часто С_Э вообще не подключают в устройство, и каскад работает с относительно
не
большой последовательной ООС как по постоянному, так и по переменному току.

а) б)

Рис.4. Схемы однотактных выходных каскадов: а – трансформаторного,

б – бестрансформаторного

Простейшая схема однотактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярном транзисторе, включённом по схеме с ОЭ, приведена на рис.4,б. Нагрузкой этого усилителя малой мощности является громкоговоритель Гр.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 1424; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!