ВОПРОС 14 Каскады усиления мощности
Вых. Каскады бывают : однотактные – невысокий КПД и рассчитаны на небольшую мощность, двухтактные – высок КПД, больш мощность усиленного сигнала и большее неленейное искажение.
Все предварительные транзисторные каскады, усиливая сигнал по току и напряжению, фактически усиливают его и по мощности, но основным каскадом в многокаскадном усилителе, который отдает полезную выходную мощность необходимой величины в нагрузку, при допустимых нелинейных искажениях сигнала, является последний выходной каскад, называемый каскадом усиления мощности.
При таком согласовании сопротивление нагрузки Rн, включенной во вторичную обмотку выходного трансформатора, пересчитывается в приведенное сопротивление Rэкв его первичной обмотки по следующей формуле:
Rэкв = n2 * Rн, где коэффициент трансформации
а с учетом КПД трансформатора, равного hтр = 0.8 — 0.98; n2Rн= = hтр * Rэкв;
В тех случаях, когда Rн Rэкв, то нагрузку можно включать в выходную коллекторную цепь однотактного усилительного каскада УМ без согласующего трансформатора.
Однотактный каскад УМ.
Однотактные каскады УМ дают возможность получить полезную выходную мощность в подключенной нагрузке от долей ватта до 2 - 3 Вт.
Типовая схема такого каскада УМ с выходным трансформатором приведена на рис. 1.9.1, а. Ввиду того, что первичная обмотка выходного трансформатора имеет небольшое омическое сопротивление постоянному току Iко, в режиме покоя при Uвх = 0 почти все напряжение источника питания Ек приложено к коллектору транзистора и равно
Ек = Uкэ0 + Iэ0 * Rэ + Iк0 * r1 трансф » (1.1 - 1.25) * Uкэ0.
Поэтому нагрузочная линия по постоянному току проходит через рабочую точку под углом , значительно большим, чем нагрузочная линия для переменного тока, соответствующая динамическому режиму работы каскада (рис. 1.9.1, в). Наличие входного сигнала Uвх = Umвх * sinwt и базового тока iб = Iб0 + Imб * sinwt вызывает в выходной цепи каскада пульсирующий ток коллектора iк = Iк0 + Imк * sinwt и пульсирующее напряжение на коллекторе uк = Uкэ0 + Umк * sin(wt - p), отстающее по фазе на 180° от фазы входного напряжения в схеме с ОЭ.
нагрузки iн=Imн*sinwt, выделяя в нагрузке необходимую полезную мощность усиленного сигнала
Рвых = 0,5 * Imк * Umк = 0,5 * Imк2 *Rэкв к-да = 0,5 * Imн2 * Rн.
Коэффициент полезного действия транзисторного каскада УМ
h = (Рвых / Р0) * 100% < 45%, где Р0 = Iк0 * Ек.
Коэффициент усиления по мощности каскада УМ
Кр = Рвых / Рвх.
Рис 1.9.1. Схема транзисторного однотактного каскада УМ с ОЭ:
а - с выходным трансформатором; б - с обмоткой э/м реле в коллекторной цепи; в - графический анализ работы этого каскада УМ в режиме класса А
При этом индуктируемая ЭДС во вторичной обмотке трансформатора создает ток
С учетом КПД трансформатора выходная мощность каскада УМ в режиме класса А ограничивается величиной
Pвых = Pдоп трапз * hтрасф
Рдоп транз = Рвых / hтранз