Усилватели на мощност


Категория на документа: Други


Лекция 18: Тема. Усилватели на мощност
1) Основни понятия: мостов усилвател, коефициент на полезво действие, клас А,

комплементарна двойка, клас АВ, клас В.

2) Основни факти: определение на усилвател на мощност, особености, клас А, клас В, клас АВ.

Определение. Предназначението на усилвателите на мощност е да осигурят значителна изходна мощност Ро на свързания в изхода им товар. Няма точно определение при каква минимална стойност на Ро един усилвател влиза в тази категория, но практиката показва, че тя е около 50 mW. Горната граница зависи от приложението и надхвърля десетки kW.

Класическото свързване на товара в изхода на усилвател на мощност е показано на фиг. 18.1а. Поради двойното захранване постоянното изходно напрежение е 0 и не се

а б
Фиг. 18.1

използва блокиращ кондензатор за свързване на товара RL. При входно напрежение Ui, което определя положително изходно напрежение Uo изходният ток и съответно ток на товара се осигурява от източника +UCC и протича през усилвателя. Отрицателното изходно напрежение също обуславя изходен ток, но от източника -UEE и в обратна посока.

При единично захранване само с +UCC постоянното изходно напрежение обикновено е +0,5UCC и блокиращият кондензатор е задължителен. При подаване на Ui се получават промени на Uo около +0,5UCC, а Io се осигурява от източника на UCC.

За работа с единично захранване без блокиращ кондензатор се използват мостови усилватели. Една от схемите им е дадена на фиг.18.1б. Тя съдържа неинвертиращ (горе) и инвертиращ (долу) усилвател с еднакви параметри и еднакви постоянни изходни напрежения спрямо маса. Поради показаното свързване на товара RL между изводите му няма постоянно напрежение и блокиращият кондензатор е излишен. Входното напрежение определя изходни напрежения на усилвателите спрямо маса Uo1 =  Uo2 , т.е. винаги едното напрежение е положително, а другото - отрицателно. Резултатът е напрежениe върху товара Uo = 2Uo1, т.е. мостовият усилвател има 2 пъти по-голямо максимално изходно напрежение от този с несиметричен изход.

Особености. За определяне на изходната мощност се използват класическите изрази
(18.1) .

Пример 18.1. Усилвател с двойно захранване 12 V има максимално изходно напрежение с 1 V по-малко от захранващите напрежения. Да се изчисли максималната изходна мощност при товар RL, равен на 4  и 8 . Да се направят изводи за влиянието съпротивлението на товара върху изходната мощност.

Прието е изчисляването на мощността се прави при синусоидално изходно напрежение. Неговата най-голяма възможна амплитуда Umm е с 1 V по-малка от захранващите напрежения, т.е. равна е на 11 V. На нея й съответства ефективна стойност 8,49 V, която според първия израз в (18.1) определя максималната изходна мощност. При RL = 4  тя е 18 W, а при RL = 8  е 2 пъти по-малка, т.е. 9 W. Следователно при дадено изходно напрежение намаляването на съпротивлението на товара води до увеличаване на изходната мощност.

Пример 18.2. Усилвателят от предния пример се захранва с едно напрежение +12 V, а при липса на входно напрежение в изхода му има постоянно напрежение +6 V. Да се изчисли максималната изходна мощност при същите съпротивления на товара и се направи извод за значението на двойното захранване.

Поради максималното изходно напрежение на усилвателя от 11 V, най-голямата амплитуда на изходното му напрежение е Umm = 11V - 6V = 5 V, т.е. то може да се променя между +1 V и +11 V. На тази амплитуда съответства ефективна стойност 3,54 V. За товар 4  тя определя максимална изходна мощност 3,13 W, която е приблизително 6 пъти по-малка от тази при двойно захранване. Подобно е положението при товар 8 , където максималната изходна мощност 1,57 W е също толкова пъти по-малка.

За опростени практически изчисления се приема, че максималната амплитуда на изходното напрежение при двойно захранване е равна на UCC, което означава максимална изходна мощност
(18.2а) .
Аналогично при единично захранване с UCC и постоянно изходно напрежение 0,5UCC максималната изходна мощност е
(18.2б) ,
т. е. 4 пъти по-малка. Това заключение и резултатите от пример 18.2 очертават най-голямото предимство на мостовите усилватели спрямо тези с несиметричен изход - неколкократно по-голямата изходната мощност.

Изходният ток Io протича през усилвателя и обуславя разсейвана мощност PD, която се превръща в топлина. Нейните обикновено значителни стойности налагат охлаждане, на първо място чрез монтиране на транзисторите върху подходящи радиатори. Сумата Po + PD представлява общата мощност, консумирана от захранващите източници.

От първия израз в (18.1) и примерите следва, че за получаване на големи мощности е необходимо малко съпротивление на товара RL, което обикновено е между няколко  и стотина . Когато съпротивлението на RL не може да бъде направено достатъчно малко за получаване на желана Ро, необходимо е увеличаване на Uo чрез по-голямо захранващо напрежение. При някои усилватели последното може да е стотици V.

Параметърът коефициент на полезно действие
(18.3)
показва каква част от общата мощност се получава върху товара в изхода. Коефициентът няма постоянна стойност, а зависи от големината на Uo. От фиг. 18.1а се вижда, че захранващото напрежение UCC се разделя на две части - едната e UCC - Uo, а другата е Uo. По същия начин се разделя и напрежението -UEE. При малко изходно напрежение първата част е голяма и съответно голяма е мощността PD, докато Ро е малка. Това означава малък коефициент на полезно действие. Увеличаването на Uo и Ро означава намаляване на UCC - Uo и PD и нарастване на .

Пример 18.3. Усилвателят от пример 18.1 има максимален к.п.д. m =63%. Да се изчисли разсейваната върху него мощност при двата товара.

По принцип най-голямата стойност на к.п.д. се получава при максималната изходна мощност. Търсената разсейвана мощност може да се определи чрез преработка на формулата (18.3). Получава се

==> ==> . В последния израз са известни  и двете стойности на Pom от пример 18.1. Така за RL = 4  се получава W = 10,6 W, а за RL = 8  разсейваната мощност е W = 5,29 W.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Усилватели на мощност 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.