УСЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

(мощные выходные усилители)

Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный для обеспечения заданной мощности нагрузки Р_н при заданном сопротивлении нагрузки R_н. Усилитель мощности является примером устройства силовой электроники. Основная цель таких устройств состоит в том, чтобы отдать нагрузке заданную мощность.

Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя мощности существенно зависят от начального режима работы, причем нелинейные искажения обусловливаются нелинейностью не только входных, но и выходных характеристик транзисторов, так как они работают в режиме большого сигнала. Минимально возможный уровень нелинейных искажений можно обеспечить в режиме класса А, а максимально возможный КПД – в режиме классов В или АВ.

Усилители мощности бывают однотактные и двухтактные, причем первые работают в режиме класса А, а вторые – в режиме классов В или АВ. Однотактные усилители мощности применяются при относительно малых выходных мощностях (единицы ватт).

В соответствии с требованием обеспечить заданную мощность нагрузки P_н при разработке усилителя мощности должен быть решен вопрос о соответствующем выборе напряжения усилителя Е. Предположим, что усилитель с указанным напряжением питания может создать на нагрузке синусоидальный сигнал с максимально возможной амплитудой напряжения

.

Тогда максимально возможная нагрузки Р_н.макс определится выражением

,

откуда

.

Для согласования усилителя и нагрузки часто используют трансформатор (рис. 11.4). Через W1 и W2 обозначено соответственно количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, а через u_вых и R_вых – соответственно выходное напряжение и выходное сопротивление усилителя.

 

Рис. 11.4. Трансформатор согласования усилителя и нагрузки

При определении мощности нагрузки эту схему можно заменить эквивалентной схемой, приведенной на рис. 11.5. В ней через R'_н обозначено приведенное сопротивление нагрузки

,

где n – коэффициент трансформации ().

Рис. 11.5. Эквивалентная схема согласования усилителя с нагрузкой

 

Изменяя коэффициент трансформации, можно добиться необходимого согласования усилителя и нагрузки, причем известно, что максимальная мощность в нагрузку отдается при R_вых = R'_н. Отсюда определим оптимальное значение коэффициента трансформации:

.