Комбинированная стабилизация режима.

Коэффициент усиления и КПД

Усилителем электрических сигналов называется устройство, которое за счёт энергии источника питания обеспечивает увеличение мощности сигнала на выходе Р_ВЫХ, по сравнению с входным сигналом Р_ВХ, не изменяя его форму.

Количественной оценкой такого увеличения является коэффициент усиления по мощности К_Р, измеренный в относительных единицах (разах) или К_Р [дБ] – в децибелах.

К_P = P_ВЫХ ⁄ P_ВХ К_P [дБ] = 10∙lg (P_ВЫХ ⁄ P_ВХ), дБ

Использование децибел связано с тем, что громкость для человеческого уха воспринимается не как прямое увеличение выходной мощности усилителя, а как её логарифм. То-есть, усилитель, мощность которого в 10 раз больше, звучит громче всего в два раза.

Величина 1 дБ – условно принято за минимальную чувствительность органа слуха человека, т.е. это минимальная различимая человеком величина.

Коэффициент усиления по напряжению К_U для усилителей определяется при синусоидальном входном сигнале как отношение выходного напряжения U_ВЫХ к входному U_ВХ.

К_U = U_ВЫХ ⁄ U_ВХ К_U [дБ] = 20 lg (U_ВЫХ ⁄ U_ВХ), дБ

Коэффициент усиления по току К_I определяется так отношение выходного тока І_ВЫХ к входному І_ВХ.

К_І = I_ВЫХ ⁄ I_ВХ К_І [дБ] = 20 lg (I_ВЫХ ⁄ I_ВХ), дБ

Взаимозависимость коэффициентов усиления: К_Р = К_U ∙ К _I

В многокаскадных усилителях общий коэффициент усиления равен:

К_общ = К₁ ∙ К₂ ∙ … ∙ К_n К_общ [дБ] = К₁ [дБ] + К₂ [дБ] + … + К_n [дБ]

Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя характеризует его экономичность и равен отношению полезной выходной мощности, отдаваемой в нагрузку Р_ВЫХ к суммарной мощности, потребляемой усилителем от источника питания Р₀.

к.п.д = η = (P_ВЫХ ⁄ P₀) ∙ 100%

Измеряют его обычно на частоте 1 кГц. КПД всех усилителей зависит от режимов работы усилительных элементов и выходной мощности. Поскольку аналоговые усилители относятся в основном к классу АВ то для большинства из них он составляет примерно 60…70 % при максимальной мощности. Исключение составляют так называемые усилители класса D, у которых КПД может превышать величину 90%.

Выходная мощность

Выходная мощность усилителя Р_ВЫХ (Output Power) представляет собой произведение эффективных значений выходного тока и напряжения.

Напомним, что эффективным или действующим значением синусоидального напряжения u = U_m sin ωt является величина U_m ⁄ √ 2, где U_m – амплитудное значение.

Выходная мощность является самым известным и популярным у потребителя параметром усилителя, казалось бы абсолютно однозначным, соответствующим закону Ома и не допускающим различных толкований. Но некоторые производители в целях рекламы своей продукции приводят различные абсурдные значения «рекламно-пиковых» мощностей не имеющих физического смысла 500…1500 W - в сотню раз превышающую реальную!

- 2 -

U_0К >> U_0Б, а I_0Б << I_0К можно записать:

I_0Б = U_0К – U_0Б ⁄ R_Б1 ≈ U_0К ⁄ R_Б1 ≈ (E_К – I_0К ∙ R_К)⁄ R_Б1

Зависимость I_0Б от I_0К свидетельствует о наличии в схеме обратной связи, которая противодействует изменению параметров усилительного каскада. Например, если при повышении температуры t°C ↑ увеличивается I_0К ↑, то:

I_0К↑ - I_0К R_К↑ - U_0К↓ - I_0Б↓ - I_0К↓, что препятствует росту I_0К, стабилизируя его.

Коллекторная стабилизация режима эффективна только при большом R_К и малом R_Б1, что на практике не всегда возможно.

Рис.27

Рис.28

Эмиттерная стабилизация режима Рис.28.

Она осуществляется включением в цепь эмиттера резистора R_Э и чаще применяется совместно со схемой с фиксированным напряжением базы. Учитывая, что I_0Э = I_0К + I_0Б ≈ I_0К, получим: U_0Б ≈ U_Б2 - U_0Э = U_Б2 - I_0ЭR_Э ≈ U_Б2 - I_0КR_Э.

Зависимость U_0Б от I_0К свидетельствует о наличии в схеме обратной связи, которая противодействует изменению параметров усилительного каскада. Например, при увеличении t°C ↑ увеличивается I_0К ↑, то:

I_0К↑ - I_0Э R_Э↑ - U_0Б↓ - I_0К↓ что препятствует росту I_0К, стабилизируя его.

С увеличением R_Э и уменьшением R_Б = (R_Б1 ∙ R_Б2) ⁄(R_Б1 +R_Б2), стабильность каскада повышается (S_Н уменьшается), но это приводит к дополнительным потерям напряжения источника питания, понижает U_0К или требует повышения E_К. Например, для получения S_Н = 2 ток делителя I_Д ≈ I_0К, что снижает экономичность усилительного каскада.

Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора со значениями S_Н = 4…6 является наиболее популярная в каскадах предварительного усилении с токами покоя I_0К = 1…10 мА.

Комбинированная стабилизация режима.

При всех видах сочетания схем стабилизации режимов за счёт применения отрицательной обратной связи по постоянному току коэффициент нестабильности уменьшается, но в пределе не может быть меньше единицы (S_Н ≥ 1).

Дальнейшее снижение S_Н требует применение параметрической стабилизации режима с использованием терморезисторов, стабилитронов, и т.д.