Усилителем мощности (УМ) называют усилитель, который обеспечи-вает заданную мощность в нагрузке, сопротивление которой, как правило, мало. Обычно в таких усилителях амплитуды выходного тока и напряжения близки к предельно допустимым значениям для используемого транзистора, а выходная мощность соизмерима с предельно допустимой мощностью, рас-сеиваемой прибором, и сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания.
Важнейшими показателями, характеризующими УМ, являются: КПД, мощность, отдаваемая в нагрузку, коэффициент нелинейных искажений вы-ходного сигнала.
В УМ для согласования большого выходного сопротивления с низко-омным сопротивлением нагрузки необходимо применение трансформатора с малыми потерями. Однако с появлением мощных транзисторов с низкоом-ным выходным сопротивлением стало возможным построение схем, рабо-тающих на нагрузку величиной нескольких Ом без использования трансфор-маторов. В настоящее время бестрансформаторные усилители мощности по-лучили широкое распространение.
Усилитель мощности обычно состоит из нескольких каскадов: входно-го, предоконечного и оконечного. Технические параметры усилителя во мно-гом определяются оконечным каскадом, так как он является основным по-требителем энергии источника питания. Оконечный каскад обычно реализу-ют по двухтактной схеме, при этом для сильных управляющих сигналов име-ет место режим В, а для слабых– режим А, что позволяет уменьшить нели-нейные искажения слабых сигналов. Выходной каскад служит для усиления мощности и его коэффициент усиления по напряжению близок к 1. входной и предоконечный каскады работают в режиме большого усиления по току или напряжению.
Существует множество различных схем бестрансформаторных усили-телей мощности, но все они имеют вышеперечисленные составные части. Конструкция схемы входного каскада зависит от требуемого усиления и ко-эффициента нелинейных искажений. При большой требуемой выходной мощности транзисторы оконечного каскада заменяются на составные. Пре-доконечный каскад обычно остаётся неизменным.
Принцип действия усилителя мощности.
В качестве предоконечных каскадов широко используются операцон-ные усилители в интегральном исполнении. Возбуждающий сигнал на вы-ходной каскад поступает с выхода операционного усилителя D. Весь усили-тель с помощью делителя R2R3 охвачен отрицательной обратной связью, бла-годаря которой схема настолько линейна, что не требует дополнительных цепей смещения для транзисторов оконечного каскада. Так как коэффициент усиления по напряжению оконечного каскада по схеме ОК составляет при-мерно единицу, то усиление всего устройства KU=1+R3/R2.
Когда на входе выходного каскада появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа n-p-n, пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа p-n-p не изменяется. При поступ-лении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзи-стор типа p-n-p. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в тече-ние одного периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы по амплитуде, через нагрузку Rн не проходит. Поскольку оба транзистора в схеме включены по отношению к нагрузке как эмиттерные повторители, согласование выходного сопротив-ления усилителя с сопротивлением нагрузки (обычно низкоомной) обычно упрощается и КПД схемы может оказаться достаточно высоким.
Транзисторы включены по схеме ОК. Это обеспечивает небольшое вы-ходное сопротивление Rвых , что облегчает согласование усилителя с низко-омным нагрузочным резистором, характерным для УМ. Входное сопротив-ление усилителя повышенно, что упрощает согласование с маломощным вы-сокоомным источником входного сигнала. Поскольку выходное напряжение каскада ОК почти равно входному, усиление мощности в таком усилителе достигается за счёт усиления тока.
Для симметрии плеч усилительного каскада разнотипные транзисторы должны иметь строго одинаковые параметры. Поэтому следует пользоваться одной парой транзисторов, имеющих одинаковые параметры и называемых комплементарными.
Блок питания (БП) предназначен для преобразования переменного на-пряжения сети Uс=36 %, В в двухполярное стабилизированное напряже-ние Eк=20 В.
БП состоит из мостового выпрямителя со средней точкой, двух LC–фильтров и двух компенсационных стабилизаторов напряжения (КСН) непрерывного действия.
Средняя точка вторичной обмотки трансформатора (Т) выведена и со-единена с общей точкой схемы.
Однофазные двухполупериодные выпрямители дают напряжение Ud с коэффициентом пульсации q=0.67.
Питать таким напряжением многие потребители, особенно содержащие электронные блоки, нельзя.
Поэтому источники вторичного электропитания (ИВЭ) снабжаются сглаживающими фильтрами (СФ).
Требования, предъявляемые к фильтру:
1) Максимальное ослабление переменной составляющей напряжения.
2) Минимальное ослабление постоянной составляющей напряжения.
3) Броски токов и напряжений, обусловленные СФ в переходных ре-жимах при включении и выключении сети или нагрузки не должны превышать допустимых значений.
Работа LC–фильтра
LC–фильтры применяются в ИВЭ средней мощности, когда сопротивление нагрузки Rн существенно, а требуемый коэффициент сглаживания S>20. При 1LФ>>RН II 1/1CФ переменная составляющая тока Id будет вызывать падение напряжения в основном на индуктивности LФ, а не на нагрузке Rн.
