Wzmacniacze mocy

Parametry wzmacniaczy: maksymalna moc wyjściowa, sprawność energetyczna, wielkość zniekształceń nieliniowych sygnału. Sprawność energetyczna wz. mocy zależy od kata przepływu. Z wartością kąta przepływu wiąże się pojęcie klasy pracy elementu aktywnego. O pracy w klasie A mówi się wówczas gdy kąt przepływu = 360, w klasie B prąd płynie przez pół okresu (180), a klasie C kąt przepływu prądu jest mniejszy niż pół okresu. Kąt przepływu zależy od położenia statycznego punktu pracy na charakterystyce przejściowej tranzystora oraz od wielkości sygnału wejściowego, dlatego klasa pracy tranzystora może zmieniać się przy zmianie wysterowania. Między klasami są dość umowne granice i często występują warunki pośrednie, mówi się o klasie AB wówczas gdy kąt przepływu mieści się między 180, a 360.

Przy pracy w klasie A maksymalna sprawność nie przekracza 50%. W klasie B i C przy braku sygnału wejściowego punkt pracy leży na granicy lub w obszarze odcięcia tranzystora - nie jest wtedy pobierana moc z zasilacza. W klasie B trzeba stosować dwa tranzystora - każdy wzmacnia sygnał przez pół okresu. Jest to tzw. układ przeciwsobny. Klasa C nie może być stosowana we wzmacniaczach akustycznych, gdyż istnieje część sygnału, która nie jest wzmacniana.

Praktyczne wartości sprawności wzmacniacza w klasie C dochodzą do 80%. Wzmacniacz klasy A moc dostarczona do wzmacniacza Pcc = Ucc*Icq = Ucc^2 / Rl, moc przekazana do obciążenia Pl = 0.5*Ilm^2 *Rl ( dla pełnego wysterowania Plmax = Icq^2*Rl / 2 = Ucc^2 / 2Rl), moc tracona w kolektorze Pc = Pcc - Pl, Pcmin = Ucc^2 / 2Rl, Pcmac = Icq*Uceq = Ucc^2*Rl, sprawność N = Pl / Pcc ( maksymalnie 50%), współczynnik dobraci Pcmax / Plmax = 2. Wzmacniacz klasy B (przeciwsobny): moc dostarczona Pcc = 0.637*Ucc*Icm, Pccmax = 2*Ucc^2 / (pi*Rl), moc przekazana do obciążenia Pl = 0.5*Icm^2*Rl (gdy jest transformator to Rl = N^2*Robc, N - przekładnia transformatora ), Plmax = Ucc^2 / 2Rl, moc tracona w kolektorze 2Pc = 0.637*Ucc*Icm - 0.5*Rl*Icm^2, Pcmax = 0.101*Ucc^2 / Rl, sprawność N = Pl / Pcc = pi*Icm*Rl / Ucc (maksymalnie 78.5%), współczynnik dobroci Pcmax / Plmax = 0.2. Wzmacniacz klasy C (gdy układ dostrojony do 1 - szej harmonicznej - wzmacniacz klasy C, gdy dostrojony do wyższych harmonicznych to jest powielaczem napięcia) sprawność N = Pużyt / Pdost = Pużyt / (Pużyt + Pstrat) = Pużyt / (Pużyt + Pl + Padm), N1 = Pużyt1 / P0 = 0.5*g1*t1, gdzie g1 = alfa1 / alfa0 - współ. wykorzystania prądu, t1 = U1 / E0 - współ. wykorzystania napięcia, alfa0 = I0 / Im = (sin k.p. - k.p.*cosk.p.)/ (1-cosk.p.), alfa1 = I1 / Im = (2k.p.-sink.p.)/ (2*pi*(1- cosk.p.). Zniekształcenia. Zniekształcenia skrośne: objawiają się spłaszczeniem części sygnału w okolicy przejść napięcia przez zero. Zniekształcenia te są łatwo wychwytywane przez ludzkie ucho. Są one związane z nieliniowością charakterystyki przejściowej tranzystorów końcowy mocy. Liniowość char. przejściowej można poprawić poprzez takie spolaryzowanie tranzystorów, aby płyną przez nie prąd rzędu kilku - kilkudziesięciu miliamperów. Ten rodzaj pracy określany jest jako klasa AB. Inną przyczyną powstawania zniekształceń w stopniu wyj. jest rozrzut wartości beta tranzystorów końcowych oraz zależność beta od prądu. Oba źródła zniekształceń zmniejszają się na skutek działania ujemnego sprzężenia zwrotnego. Gdy jest ujemne SZ to zmniejsza się współczynnik zawartości harmonicznych (hf = h / (1 - Ku*Bu). Jednak przy dużym wzmocnieniu w pętli mogą wystąpić dynamiczne zniekształcenia intermodulacjne TIM. Zniekształcenia TIM objawiają się tłumieniem małych składowych sygnału w obecności gwałtownych zmian poziomu innych składowych. Sposobem redukcji TIM-ów jest ograniczenie pasma częstotliwości sygnału wejściowego za pomącą filtru dolnoprzepustowego. Można też polepszać liniowość poszczególnych stopni poprzez lokalne sprzężenia zwrotne, dzięki czemu SZ obejmące cały układ może być słabsze.