Трансформаторные усилители мощности: схемы и характеристики

Рассмотрим однотактный усилитель мощности, в котором трансформатор включен по схеме с ОЭ (рис. 2.41). Трансформаторы ТР₁ и ТР₂ предназначены для согласования нагрузки и выходного сопротивления усилителя и входного сопротивления усилителя с сопротивлением источника входного сигнала соответственно. Элементы R и D обеспечивают начальный режим работы транзистора, а С увеличивает переменную составляющую, поступающую на транзистор Т.

Для анализа схемы изобразим семейство выходных характеристик транзистора, линии нагрузки и временные диаграммы (рис. 2.42).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Линия 1 — это линия нагрузки по постоянному току, выходящая из точки, соответствующей Ек, а наклон ее определяется омическим сопротивлением первичной обмотки трансформатора ТР2. Точка 0 является начальной рабочей точкой транзистора. Через нее проходит линия нагрузки по переменному току 2, наклон которой определяется приведенным сопротивлением.

Из построений следует, что напряжение на транзисторе может достигать почти удвоенной величины Е_к.

Проведем количественный анализ рассматриваемой схемы:

Р?_Н = (UКТ/ ?2 ) · (IКТ/ ?2 ) = 1/2 ·UКТ·IКТ где Р?_Н — выходная, мощность, приведенная к первичной обмотке трансформатора ТР₂;

Р_Н = Р?_Н ·?ТР где ? ТР– КПД ТР₂ (?ТР= 0,75 – 0,95).

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания P_ПОТР = Е_К · I_КН. Следовательно, КПД усилителя ? = Р_Н / P_ПОТР = 1/2 ·UКТ·I КТ·? ТР/ (EК· I_КН ) Для идеального усилителя U_КТ = Е_К, I_КТ = I_КН, ?ТР = 1, а следовательно, теоретический КПД усилителя ? ТЕОР= 0,5 Реальный же КПД ?_РЕАЛ = 0,3 + 0,35

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности (рис. 2.43).

Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис. 2.43, а), либо с ОБ (рис. 2.43, б).

Обе схемы могут работать в режиме класса «В» (резисторы R₁ и R₂ не используются) либо в режимах классов «АВ» или «А» (резисторы R₁ и R₂ обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).

Временные диаграммы, соответствующие классу «В» (рис. 2.44), показывают, что двухтактный усилитель можно рассматривать как две независимые схемы, работающие поочередно, каждая в течение полупериода входного сигнала.

Проведем количественный анализ двухтактного усилителя, работающего в режиме класса «В» при включении транзисторов по схеме с общей базой (рис. 2.43, б). Средний ток (постоянная составляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока I_К0

I_срТ1 = I_срТ2 = 1/?· I_КТ + I_К0. Таким образом, ток и мощность, потребляемые усилителем от источника тока, соответственно равны:

I ПОТР= ( IсрТ1+ IсрТ2) ? 2 · ( 1/? · IКТ+ IК0)PПОТР= EК· IПОТР= 2 · EК/? · ( IКТ+ ? · IК0) = 2 /? · EК

· I_l I_l=IКТ+?·IК0

Так же, как это делалось ранее для однотактного усилителя мощности, определим Р?_Н = 1/2 ·UКТ·I КТ Р_Н = Р?_Н ·?ТР= 1/2 ·UКТ·IКТ·?ТР

Следовательно, КПД двухтактного усилителя мощности в режиме класса «В» ? = Р_Н / P_ПОТР = ?/4 ·U КТ·IКТ·?ТР/ (EК· I_КН )

Для идеального усилителя U_КТ = Е_К , I_КТ =I1, ?_ТР = 1, а следовательно, теоретический КПД ?_ТЕОР = ? / 4 = 0,78 Реальный же КПД ?_РЕАЛ = 0,6 / 0,7

Поскольку трансформатор является нежелательным элементом усилителей мощности, так как имеет большие габариты и вес, относительно сложен в изготовлении, то в настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности.