Amplificatorul de putere este un amplificator în care puterea de ieșire a semnalului amplificat este comparabilă cu puterea furnizată circuitului de ieșire al amplificatorului de la sursa de alimentare. În acest caz, puterea de ieșire este comparabilă cu puterea maximă admisă disipată de dispozitivele electronice, iar amplitudinile tensiunilor și curenților de ieșire sunt comparabile cu valorile lor maxime admise. Din amplificatoare este necesar să se obțină o putere mare asupra sarcinii cu o eficiență ridicată, care este asociată cu utilizarea de curenți și tensiuni maxime admise, dar nu trebuie să permită distorsiunea formei semnalului de ieșire.
Analiza principalelor relații pentru amplificatorul de putere poate fi efectuată utilizând caracteristicile de ieșire ale tranzistorului, care în general se caracterizează prin valorile maxime admise
putere, tensiune și curent în circuitul de ieșire, adică.
În figura 12.3. circuitul celui mai simplu amplificator de putere cu un singur capăt și caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor cu OE având o linie de putere admisă sunt afișate. este limitat de valorile admise ale curentului și ale tensiunii.
Zona delimitată de linia Pk. vă permite să utilizați un tranzistor fără a o rupe. De obicei, valorile maxime instantanee ale limitelor de curenți și tensiuni de ieșire
Clasa A. În acest mod, curentul din circuitul de ieșire al elementului activ curge pe întreaga perioadă a semnalului de intrare. Poziția punctului de operare este selectată astfel încât amplitudinea componentei variabile a curentului de ieșire. rezultatul acțiunii semnalului de intrare nu depășește curentul în stare de repaus. (Figura 12.65).
Aceasta permite asigurarea funcționării tranzistorului în porțiunea liniară a caracteristicii I-V. În legătură cu aceasta, distorsiunile neliniare ale semnalului sunt minime (Kr 1%). Valoarea maximă a eficienței în acest mod este mică, pentru un amplificator rezistiv.
Modul de clasă B. Curentul din circuitul de ieșire al elementului activ curge pentru jumătate din perioada semnalului de intrare. Punctul de funcționare al caracteristică I-V este ales astfel încât curentul de intrare liniștit să fie zero (Figura 12.7). În acest caz, curenții de intrare și ieșire au o formă de impuls cu un unghi de tăiere de 90 °.
Unghiul de tăiere este jumătate din timpul perioadei, exprimat în radiani sau grade, în timpul căruia tranzistorul este deschis și curentul trece prin el.
Datorită neliniarității secțiunii inițiale a caracteristicilor de tensiune curentă ale elementului activ, forma curenților de intrare și ieșire diferă semnificativ de forma corespunzătoare elementului liniar (Figura 12.8.).
Pentru a amplifica cealaltă jumătate de undă a semnalului de intrare, utilizați încă un tranzistor, un astfel de amplificator se numește două timpi. Modul de clasă B se caracterizează prin distorsiuni neliniare mari ale semnalului (Kr 10%), cauzate de lucrul la secțiunile inițiale neliniare ale VAC tranzistor și de eficiență ridicată. Eficiența maximă este de 78%.
Modul de clasă AB. Curentul din circuitul de ieșire al elementului activ curge pentru o perioadă de timp mai mare de jumătate din perioada semnalului de intrare. Unghiul de oprire ajunge la 120¼150 °.
În modul de repaus, tranzistorul este aranjat și prin acesta curge un curent egal cu 5,25% din curentul maxim pentru un semnal de intrare dat (Figura 5.4). Se folosește pentru a reduce distorsiunile neliniare inerente modului de clasă B. Coeficientul armonic scade (Kr 3%), dar eficiența este de asemenea redusă datorită prezenței unui curent de repaus de intrare I0.
Modul de clasă C este modul de funcționare a elementului activ (tranzistor), la care curentul trece prin tranzistor în timpul mai puțin de jumătate din semnalul de intrare (Fig.). Unghiul de decuplare este mai mic. iar curentul inactiv este zero. Deoarece mai mult de jumătate din timpul de lucru al tranzistorului este închis, puterea consumată de la sursa de alimentare este redusă, astfel încât eficiența cascadelor crește, apropiindu-se de 100%.
Pe măsură ce unghiul de cutoff al impulsului curent scade, nivelurile armonicelor superioare cresc în raport cu nivelul primei armonice. În legătură cu distorsiuni neliniare modul de mare clasă C nu este utilizat într-un sunet amplificatoare bandă de frecvență este utilizat în mare putere amplificator de putere în doi timpi etape de radio încărcate pe circuitul rezonant și un curent de sarcină a primei armonici.
Modul de clasă D este un mod în care tranzistorul se află numai în două stări: închis sau deschis. În starea închisă, un curent invers mic trece prin tranzistor, rezistența sa electrică este mare, căderea de tensiune pe el este aproximativ egală cu tensiunea sursei de alimentare. În stare deschisă, un curent mare trece prin tranzistor, rezistența sa electrică este foarte mică, iar căderea de tensiune pe ea este mică. În acest sens, pierderile în tranzistor în regimul de clasă D sunt neglijabile, iar eficiența cascadei se apropie de 100%.
Astfel, modul de funcționare al amplificatorului este determinat prin setarea punctului de funcționare al elementului activ în modul de repaus. În modul Clasa A, tranzistorul funcționează fără întreruperi curente, cu o distorsiune minimală neliniară. În modurile AB, B, C, D, tranzistorul funcționează cu întreruperea curentă.
În general, eficiența amplificatorului este definită ca raportul dintre puterea de ieșire utilă și puterea consumată de sursa de alimentare. Să determinăm eficiența maximă posibilă a unui amplificator de putere care funcționează în modul Clasa A.
Dacă semnalul armonic este amplificat:
unde Um, ke. Im, k sunt amplitudinile tensiunii și curentului. Puterea consumată de sursa de alimentare este determinată de produsul de tensiune Ek și de componenta de curent constant Ik, o. care curge în circuitul colectorului:
Astfel, eficiența este:
Unde - este factorul de utilizare al tensiunii de alimentare;
- reflectă raportul dintre amplitudinea primei armonici a curentului colectorului și valoarea componentei constante. Evident, eficiența maximă (100%) este obținută când. Cu utilizarea maximă a secțiunii liniare
Prin urmare. și, pentru un amplificator ideal în modul "A", avem
În amplificatoarele de putere reală, porțiunea liniară a caracteristicilor de intrare și ieșire este limitată de neliniaritățile de sus și de jos, deci de cele reale.
Creșterea eficienței în modul "A" de clasă poate fi realizată prin mărire. de exemplu, prin creșterea amplitudinii tensiunii de ieșire prin utilizarea comutării de sarcină a transformatorului.
În acest caz, curentul de colector constant curge doar prin înfășurarea primară a transformatorului, care are o rezistență pentru curentul direct (rezistența ohmică a înfășurării primare) este foarte mică în comparație cu rezistența la curent alternativ. În acest caz, amplitudinea maximă de tensiune pe colector poate avea în mod ideal o valoare egală cu Ek. și anume factorul de putere al sursei de alimentare. și eficiența maximă cu o astfel de idealizare
Creșterea suplimentară a eficienței este posibilă numai prin creștere. care implică un mod neliniar de funcționare a tranzistorului cu apel către regiunea cutoff curentă. O implementare practică a unei astfel de metode sunt circuitele push-pull ale amplificatoarelor de putere, de exemplu modul B, în care tranzistorii funcționează cu un unghi de tăiere # 61553; = 90 0 în antifază.
Circuitele de comutare cu două cicluri care funcționează în modurile AB și B permit obținerea unei eficiențe ridicate la distorsiuni neliniare suficient de mici. Acesta din urmă este explicat prin proprietatea circuitelor push-pull pentru a compensa chiar și armonicile.
Un circuit cu două cicluri care funcționează în modul B poate oferi practic o eficiență de până la 75% cu un coeficient de distorsiune neliniară kT = (6 ¸ 10)%. Economia acestor moduri se explică printr-o scădere accentuată a curentului în staționare a punctului de funcționare datorită reducerii unghiului de tăiere. În modul AB, unghiul de decuplare Q = (105 ¸ 110) °. în modul B Q = (95 ¸ 100) °.
În modul AB (Fig.5.5), Tensiunea de polarizare se formează pe rezistorul Rt, pe măsură ce trece prin componenta DC a curentului colector VT1 :.
Pentru a asigura stabilitatea poziției punctului de funcționare atunci când se schimbă temperatura tranzistorilor stației terminale, se utilizează un termistor cu un coeficient de temperatură negativ de rezistență ca Rm și se plasează pe radiatoarele acestor tranzistoare.
Fig. 12.10 Fig. 12.11
Cele mai bune rezultate sunt utilizarea dispozitivelor semiconductoare ca element de compensare termică (Figura 12. 10.). Baza este dependența de temperatură a ramificației directe a caracteristicilor I-V ale joncțiunii p-n, caracterizată printr-un coeficient de temperatură negativ (aproximativ 2.2 mV / ° C pentru instrumentele de siliciu) și permite, în cazul ideal, compensarea completă a deviației de temperatură a curenților în stare de repaus ale tranzistorilor terminali.
În plus, rezistența dinamică mică a joncțiunii p-n deschise furnizează aceleași condiții de excitație pentru tranzistori. Valoarea dorită a Ucm este obținută utilizând o conexiune serie de mai multe diode.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: