Усилитель мощности - это усилитель, в котором выходная мощность усиленного сигнала сравнима с мощностью, подводимой к выходной цепи усилителя от источника питания. Выходная мощность при этом сравнима с предельно допустимой мощностью, рассеиваемой электронными приборами, а амплитуды выходных напряжений и токов сравнимы с их предельно допустимыми значениями. От усилителей требуется получение большой мощности на нагрузке при высоком коэффициенте полезного действия, что сопряжено с использованием больших, предельно допустимых токов и напряжений, но при этом нельзя допустить искажений формы выходного сигнала.
Анализ основных соотношений для усилителя мощности, можно провести с использованием выходных характеристик транзистора, который в общем случае характеризуется предельно допустимыми значениями
мощности, напряжения и тока в выходной цепи, то есть 
.
На рис.12.3. показана схема простейшего однотактного усилителя мощности и выходные характеристики транзистора с ОЭ, у которого линия допустимой мощности 
, ограничена допустимыми значениями тока и напряжения.
Область, ограниченная линией Pк.доп, позволяет использовать транзистор без выхода его из строя. Обычно максимальные мгновенные значения выходных токов и напряжений ограничивают
Рис. 12.5.
Режим класса А. В данном режиме ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение всего периода входного сигнала. Положение рабочей точки выбирается таким образом, что амплитуда переменной составляющей выходного тока 
, появившегося в результате действия входного сигнала, не превышает ток покоя 
, (рис. 12.65).
Рис.12.6.
Это позволяет обеспечить работу транзистора на линейном участке ВАХ. В связи с этим нелинейные искажения сигнала минимальны (Кг £ 1 %). Максимальное значение КПД в этом режиме мало, для резистивного усилителя 
.
Режим класса В. Ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение половины периода входного сигнала. Рабочая точка на ВАХ выбирается так, что входной ток покоя равен нулю (рис. 12.7.). При этом входной и выходной токи имеют форму импульса с углом отсечки 90°.
Рис.12.7.
Угол отсечки – половина части периода, выраженная в радианах или градусах, в течение которой транзистор открыт и через него протекает ток.
Из-за нелинейности начального участка ВАХ активного элемента форма входного и выходного токов существенно отличается формы, соответствующей линейному элементу (рис. 12.8.).
Для усиления другой полуволны входного сигнала используют еще один транзистор, такой усилитель называется двухтактным. Режим класса В характеризуется большими нелинейными искажениями сигнала (Кг £ 10 %), обусловленными работой на нелинейных начальных участках ВАХ транзистора и высоким КПД. Максимальный КПД имеет величину 78 %.
Режим класса АВ. Ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение промежутка времени больше половины периода входного сигнала. Угол отсечки достигает 120¼150°.
Рис.12.9.
В режиме покоя транзистор приоткрыт, и через него протекает ток, равный 5¼15 % максимального тока при заданном входном сигнале (рис. 5.4). Используется для уменьшения нелинейных искажений присущих режиму класса В. Коэффициент гармоник уменьшается (Кг £ 3 %), но уменьшается и КПД за счет наличия входного тока покоя IБ0.
Режим класса С – это режим работы активного элемента (транзистора), при котором ток через транзистор протекает в течение времени меньшего половины входного сигнала (рис.). Угол отсечки меньше 
, а ток покоя равен нулю. Поскольку больше половины рабочего времени транзистор закрыт, мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так что КПД каскадов повышается, приближаясь к 100 %.
С уменьшением угла отсечки в импульсе тока возрастают уровни высших гармоник по отношению к уровню первой гармоники. В связи с большими нелинейными искажениями режим класса С не используется в усилителях звукового диапазона частот, а используется в мощных двухтактных каскадах усилителей мощности радиочастот, нагруженных на резонансный контур и обеспечивающих в нагрузке ток первой гармоники.
Режим класса D – это режим, при котором транзистор находится только в двух состояниях: закрыт или открыт. В закрытом состоянии через транзистор протекает небольшой обратный ток, его электрическое сопротивление велико, падение напряжения на нем примерно равно напряжению источника питания. В открытом состоянии через транзистор протекает большой ток, его электрическое сопротивление очень мало, мало и падение напряжения на нем. В связи с этим потери в транзисторе в режиме класса D ничтожно малы и КПД каскада приближается к 100 %.
Таким образом, режим работы усилителя определяется заданием рабочей точки активного элемента в режиме покоя. В режиме класса А транзистор работает без отсечки тока с минимальными нелинейными искажениями. В режимах АВ, В, С, D транзистор работает с отсечкой тока.
В общем случае коэффициент полезного действия усилителя определяется как отношение полезной выходной мощности к мощности, затрачиваемой источником питания. Определим максимально возможный КПД усилителя мощности, работающего в режиме класса А.
В случае усиления гармонического сигнала:
, ( 12.28)
где U м,кэ, I м,к –амплитуды напряжения и тока. Мощность, затрачиваемая источником питания, определяется произведением напряжения Е к и постоянной составляющей тока I к,o, протекающего в коллекторной цепи:
.
Таким образом, КПД равен:
. ( 12.28)
Где - 
- коэффициент использования напряжения источника питания;
- отражает отношение амплитуды первой гармоники коллекторного тока к величине постоянной составляющей. Очевидно, что максимальный КПД (100%) получается при 
. При максимальном использовании линейного участка
, ( 12.28)
следовательно, 
, и, для идеального усилителя в режиме класса “А” имеем
. ( 12.28)
В реальных усилителях мощности линейный участок входной и выходной характеристики ограничен нелинейностями сверху и снизу, поэтому реальный 
.
Увеличения КПД в режиме класса “А” можно добиться, увеличив 
, например, увеличив амплитуду напряжения на выходе за счет использования трансформаторного включения нагрузки.
В этом случае постоянный коллекторный ток протекает только через первичную обмотку трансформатора, имеющую сопротивление для постоянного тока (омическое сопротивление первичной обмотки) очень малое по сравнению с сопротивлением для переменного тока. В этом случае максимальная амплитуда напряжения на коллекторе может в идеале принять значение, равное Е к, т.е. коэффициент использования напряжения источника питания 
, и максимальный КПД при такой идеализации
.
Дальнейшее увеличение КПД возможно лишь за счет увеличения 
, что предполагает нелинейный режим работы транзистора с заходом в область отсечки тока. Практической реализацией такого способа являются двухтактные схемы усилителей мощности, например, режим В, в котором транзисторы работают с углом отсечки = 900 в противофазе.
Двухтактные схемы включения, работающие в режимах АВ и В позволяют получить высокий КПД при достаточно малых нелинейных искажениях. Последнее объясняется свойством двухтактных схем компенсировать четные гармоники.
Двухтактная схема, работающая в режиме В практически может обеспечить КПД до 75% при коэффициенте нелинейных искажений k Г = (6 ¸ 10)%. Экономичность этих режимов объясняется резким снижением тока покоя рабочей точки за счет уменьшения угла отсечки. В режиме АВ угол отсечки Q = (105 ¸ 110)°, в режиме В Q = (95 ¸ 100)°.
В режиме АВ (рис.5.5.) напряжение смещения образуется на резисторе Rт при прохождении по нему постоянной составляющей коллекторного тока VT1: 
.
Для обеспечения стабильности положения рабочей точки при изменении температурного режима транзисторов оконечного каскада в качестве Rт применяют терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, причем размещают его на радиаторах этих транзисторов.
. 
Рис. 12.10 Рис. 12.11
Лучшие результаты дает использование в качестве элемента термокомпенсации полупроводниковых приборов (рис. 12. 10.). В основе лежит температурная зависимость прямой ветви ВАХ p-n-перехода, которая характеризуется отрицательным температурным коэффициентом (около ‑2,2 мВ/°С для кремниевых приборов) и позволяет в идеальном случае осуществить полную компенсацию температурного дрейфа тока покоя оконечных транзисторов.
Кроме того, малое динамическое сопротивление открытого p-n-перехода обеспечивает одинаковые условия возбуждения транзисторов. Нужную величину Uсм получают, используя последовательное соединение нескольких диодов.
