69

Лабораторная работа №6

“Исследование усилителей мощности”

Цель работы: изучение основных характеристик и параметров трансформаторного и бестрансформаторного усилителей мощности (ум).

1. Теоретические положения

Усилитель мощности в любом энергетическом устройстве, как правило, является выходным устройством и его основная задача - передать максимально возможную мощность в нагрузку и, следовательно, обеспечить оптимальные условия согласования выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки.

Основные особенности работы УМ, как выходного устройства, заключаются в следующем:

1) УМ является основным источником электронного устройства, который вносит нелинейные искажения. В связи с этим для УМ важным параметром является коэффициент гармоник

где U_m1, U_m2, …, U_mn - амплитудные значения гармоник выходного напряжения;

2) УМ потребляет 9095 % всей мощности, потребляемой электронным устройством, поэтому для УМ важным параметром является КПД

 = Р_ВЫХ/Р₀,

где Р_ВЫХ = Р_Н – мощность нагрузки; Р₀ – мощность, потребляемая от источника питания.

3) для УМ очень важным является условия согласования нагрузок:

R_ВХ = R_С;

R_ВЫХ = R_Н,

где R_С – внутреннее сопротивление источника входного напряжения.

При выполнении этих условий в нагрузку будет передаваться максимальная мощность.

УМ классифицируются в зависимости от режимов работы активных элементов. Класс усилителя выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, и определяется положением рабочей точки (РТ) на выходной характеристике транзистора.

1.1. Усилители класса а

У такого усилителя РТ выбирается в средней части статической линии нагрузки. При этом входной и выходной сигналы будут без искажений (рис. 6.1). Основным достоинством таких УМ является то, что они имеют малые нелинейные искажения и выходной сигнал формируется за один такт. Но такие усилители имеют очень низкий КПД (не более 30 %), поэтому используются только в маломощных электронных устройствах.

1.2. Усилители класса в

У такого усилителя РТ выбирается в точке отсечки (рис. 6.2). Особенностью работы таких УМ является то, что они могут усиливать только одну полуволну, поэтому данный режим используют только в двухтактных схемах.

Т акие УМ обладают высоким КПД (порядка 7880 %) и позволяют получать большие амплитуды выходного напряжения и тока. Однако, данные усилители имеют существенный недостаток: они вносят большие нелинейные искажения, которые особенно заметны при переходе U_ВХ через нуль (рис. 6.3). Для исключения этого недостатка в аналоговых усилителях используется промежуточный режим АВ.

1.3. Усилители класса ав

В этом случае РТ задается вблизи точки отсечки (рис. 6.4), в результате чего нелинейные искажения исчезают. Энергетические показатели незначительно отличаются от режима В.

1.4. Усилители класса d(c)

У данных усилителей РТ выбирается в отрицательной области характеристики (U_БЭп  0). В этом режиме усиливается только верхняя часть одной полуволны, в результате чего такие усилители обладают высокой экономичностью (КПД порядка 9095 %). Недостатком является то, что усилители данного класса могут усиливать только импульсные сигналы.

По принципу формирования выходного сигнала УМ делятся на однотактные и двухтактные. В связи с низким КПД однотактные схемы используются только в маломощных усилителях, где выходная мощность не превышает единиц ватт. В более мощных усилителях используются двухтактные УМ. В зависимости от используемых элементов они делятся на бестрансформаторные и трансформаторные.