15. Усилители мощности

Усилителями мощности называются схемы, которые прежде всего должны обеспечивать высокую выходную мощность; усиление по напряжению здесь является второстепенным фактором. Как правило, усиление по напряжению мощных каскадов близко к единице. Таким образом, усиление по мощности определяется в основном коэффициентом усиления по току. Выходное напряжение и выходной ток должны принимать как положительные, так и отрицательные значения. Усилители мощности, выходной ток которых имеет только одно направление, называют блоками питания (см. гл. 16).

15.1. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ КАК УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Принцип действия эмиттерного повторителя был описан в разд. 4.4. Здесь мы приведем некоторые дополнительные данные, которые представляют интерес при расчете эмиттерного повторителя как усилителя мощности. Определим сначала величину нагрузочного сопротивления, при которой схема будет давать максимальную неискаженную мощность.

Рис. 15.1. Эмиттерный повторитель в качестве усилителя мощности. Коэффициент усиления по напряжению . Коэффициент усиления по току при согласовании по мощности Сопротивление нагрузки для согласования по мощности Максимальная синусоидальная входная мощность при согласовании по мощности Коэффициент полезною действия . Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе,

При отрицательном напряжении на выходе повторителя через резистор нагрузки будет протекать часть тока, проходящего через резистор (рис. 15.1). Максимального отрицательного значения ток в нагрузке достигнет в том случае, когда ток через транзистор станет равным нулю. В этом случае выходное напряжение равно

Если выходной сигнал представляет собой неискаженное синусоидальное напряжение со средним значением, равным О В, его амплитуда не будет превышать величины макс» которая определяется следующим соотношением:

Мощность в нагрузке при максимальной амплитуде макс равна

Максимальное значение мощности в нагрузке будет достигаться в том случае, когда сопротивление нагрузки что следует из условия Оно определяется следующим выражением:

Этот результат несколько неожиданный, поскольку обычно считается, что мощность в нагрузке максимальна, если ее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника напряжения. Однако это утверждение справедливо только тогда, когда напряжение холостого хода постоянно. В рассматриваемом же случае напряжение холостого хода должно быть тем меньше, чем меньше сопротивление нагрузки

Теперь рассчитаем распределение мощности в схеме при произвольной амплитуде выходного сигнала и произвольном сопротивлении нагрузки. При синусоидальном выходном напряжении на нагрузке выделяется мощность

Мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется следующим выражением:

При получим

Таким образом, мощность, рассеиваемая на транзисторе, максимальна при отсутствии входного сигнала. Мощность, рассеиваемая на сопротивлении равна

Схема потребляет от источника питания суммарную мощность

Мы получили удивительный результат: потребляемая схемой мощность постоянна и не зависит от величины входного сигнала и нагрузки, пока схема не перегружена. Коэффициент полезного действия схемы определяется как отношение максимальной мощности в нагрузке к потребляемой мощности от источника питания. Используя приведенные выше формулы для получим

Рассмотренная схема обладает двумя характерными особенностями:

1) ток через транзистор никогда не равен нулю;

2) суммарная мощность, потребляемая схемой от источника питания, является постоянной.

Эти особенности являются отличительными признаками режима А.