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