1) УМ – усилительные каскады, предназначенные для передачи в нагрузку (приемник) от источника энергии заданной или максимальной мощности при высоком КПД и допустимых нелинейных искажениях передаваемого сигнала. Выходная мощность может достигать сотен Вт. Их нагрузкой являются достаточно мощные устройства (реле, электромагниты, маломощные двигатели и другие исполнительные механизмы) с относительно наибольшим сопротивлением (единицы и десятки Ом). Энергетические параметры (Рвых, КПД, Кр) этих каскадов являются первостепенными.
2) Режимы работы усилительных каскадов. Их 3: А, В, АВ.
Режим А характеризуется тем, что VT с помощью напряжения смещения выводится в точку П (точка покоя, когда ~Uвх=0), расположенной на линейных участках входной и выходной ВАХ (рис. 2.5). При этом искажение входного сигнала минимальное.
Недостаток – низкий КПД 
, что объясняется большой потерей мощности в VT от постоянного тока смещения Iкп>Iкт.
Режим В: точка П выбирается в начале входной и передаточной ВАХ, т.е. Iб.п.=0, а Iк.п.=Iкэ.о (рис. 2.9а). Здесь потери в VT минимальные, только от усиленного переменного тока iк. В результате η=0,6…0,8.
Недостаток – сильное искажение входного сигнала. При синусоидальном Uвх выходное напряжение имеет форму полусинусоиды. Более того, даже эта полусинусоида искажена: за счет нелинейности начального участка входной ВАХ появляется «ступенька» (пунктир на рисунке).
Режим АВ является промежуточным, однако более близким к режиму В (рис. 2.9б). Он применяется при необходимости уменьшения нелинейности искажений входного сигнала, вносимых нелинейностью начального участка входной ВАХ. Для этого на вход VT подается наибольшее смещение Uсм= Uбэ.п, исключающее нелинейность входной ВАХ. При этом исчезает «ступенька» но уменьшается КПД.
|
|
3) В УМ применяются режимы В и АВ. При этом для понижения искажения входного сигнала УМ выполняется двухтактным (рис. 2.10б и в). Схема состоит из двух симметричных плеч, работающих на общую нагрузку поочередно с полупериодным сдвигом. Для этого на входе усилителя стоит либо трансформатор со вторичной обмоткой со средней точкой, либо применяются комплементарные VTы. Это транзисторы с одинаковыми параметрами, но разными типами электропроводности, т.е. один VT p-типа, а другой n-типа. В обоих случаях при воздействии входного сигнала один транзистор закрывается, а другой открывается.
Трансформаторы существенно ухудшают массогабаритные и стоимостные параметры УМ, снижают его КПД, вносят частотные и фазовые искажения. Поэтому в настоящее время находят преимущественное применение бестрансформаторные УМ.
4) Расчетная схема УМ с БП представлена в МУ на рис. 1. УМ состоит из ВК и предусилителя (входного каскада) на ОУ. ВК работает в режиме В.
5) Достижение максимальной мощности в нагрузке Рн.max. обеспечивается:
а) выбором VT с повышенной предельной рассеиваемой мощностью коллектора Рк.доп. Эта мощность определяется из условия допустимого нагрева полупроводниковой структуры (кристалла). Для двухтактных УМ выбирают VT с Рк.доп>0,2Рн.max. Это объясняется тем, что в этих усилителях максимальные потери на колл. переходе Рк.max.=(Iк*Uкэ)max будут при Uвх=0,64*Uвх.max, где Uвх.max. – входное напряжение, при котором транзистор входит в насыщение и линейность Uвых=ʄ(Uвх) нарушается: поэтому Uвх может меняться в диапазоне от 0 до Uвх.max. При этом зависимость Рк=ʄ(Uвх.) имеет вид: при малых значениях входного напряжения Рк мало, т.к. мал ток Iб, а следовательно Iк; при больших значениях входного напряжения, ток Iб большой, VT почти открыт и напряжение на нем Uкэ мало. Определив экстремум функции Рк=ʄ(Uвх) можно найти входное напряжение, при котором Рк=Рк.max. Оно равно 0,64Uвх.max. При Uвх=0,64Uвх.max., Рк=Рк.max.~0,2Рн.max. Таким образом Рк.доп.>0,2Рн.max. В инженерной практике для надежности – Рк.доп.=(0,4…0,5)Рн.max.
|
|
Uвых,Рк
Рк.max.
Рк
0,64Uвх.max. Uвх.max. Uвх.
б) выбором повышенного значения Ек источника силовой цепи. Чем больше Ек, тем больше значение Uвых, можно получить:
Uвых.m.max.=Ек-Uкэ.нас.
в) выполнением равенства Rн=Rвых, при котором каскад будет отдавать в нагрузку максимальную мощность. Это можно показать, решая выходную цепь обобщенной схемы замещения каскада.
 | |||
 | |||
Рн
Rвх Rвн=Rвых Rн
Е=Ких*Uвх
Rн=Rвых Rн
Рн=ʄ(Rн) [см. Бессонов, с.44] 
Для выполнения этого условия УМ выполняют по схеме ОК (нагрузка включается в цепь Э). Каскад ОК обеспечивает низкое Rвых, что облегчает согласование усилителя с низкоомной нагрузкой, характерной для УМ. Rвх каскада ОК повышенное, что облегчает его согласование с маломощным высокоомным источником входного сигнала.
Принцип действия ВК.
6) Усиление входного сигнала осуществляется за счет электрической энергии источника силовой входной цепи. Входной сигнал лишь управляет с помощью VT поступление энергии в приемник – нагрузку: когда входной сигнал возрастает, изменяясь по синусоидальному закону, VT открывается и в нагрузку поступает большая мощность Рн= 
, когда входной сигнал убывает, VT закрывается и Рн уменьшается. При этом ток силовой цепи Iн=Iк идет по контуру +Ек-VT1-Rн – общая точка, имеющая нулевой потенциал схемы. В следующий полупериод: общая точка – Rн-VT2-(-Ек). Входной ток ВК замыкается по контуру +Ек – выходной каскад ОУ-БЭ VT1-Rн – общая точка. В следующий полупериод: общая точка – Rн.
|
|
7) Основные параметры ВК:
а) амплитудные значения токов и напряжений
Iн.m.=Iк.m. Uн.m.=Uкэ.m.
б) ток VT однополупериодный со средним значением
Iк.ср.= 
в) к закрытому VT прикладывается напряжение
Uкэ=Ек+Uн, т.е. Uкэ.m~2Ек (это учитывайте при выборе VT)
г) выходная мощность
Рвых=Рн=Iн*Uн= 
д) потребляемая от источника силовой цепи мощность
Рпот= 
; -η= 