Преобразования электрической энергии в усилителе.

В рационально построенном усилителе активная мощность сигнала на выходе больше мощности сигнала на входе за счет дополнительной энергии источника.

На лекции №5 было показано, что усилитель представляет собой регулятор потока энергии от источника к нагрузке с заданной характеристикой управления.

При этом часть энергии расходуется на нагревание транзистора и резистивных элементов усилителя. Это прямые потери электрической энергии. В ряде случаев возникает проблема усиления отвода этого тепла специальными мерами (радиаторы, вентиляторы, жидкостные теплообменники).

Если усилитель большой мощности или источник энергии автономный, то важным является вопрос экономии электроэнергии, что достигается выбором соответствующей схемы усилителя и оптимизацией параметров его элементов.

Выражения для активных мощностей различных элементов усилительного каскада на биполярном транзисторе, рассмотренного ранее и их ранжированные по возрастанию значения (Вт) для конкретного каскада приведены на рис.6.5.

Рис.6.5. Мощности элементов усилительного каскада.

Из рисунка видно, что существенными являются позиции с 6 по 9, связанные с цепью коллектора транзистора. Мощность источника Ek составляет в этом случае по постоянному току

PEk0 = Pb0 + PRb0 + Prk0 + Pk0 ≈ Prk0 + Pk0 = 2.042 Вт

и по переменному току

PEk = Pb + Prk + Pk – Ps ≈ Prk + Pk= 0.57 Вт.

Качество преобразования энергии источника в энергию сигналов можно оценить коэффициентом полезного действия

KPD = PEk / (PEk + PEk0) = 0.28.

Коэффициент усиления рассмотренного усилительного каскада по мощности равен

Kp=Pn/Ps=3.6E-4/3.5E-5≈10.

Вопрос студентам - Трансформатор – усилитель ?

Типы усилителей.

По отношению сопротивления нагрузки R_Н к выходному сопротивлению Z_выхразличают:

1. Усилитель напряжения Z_вых << R_Н

2. Усилитель тока Z_вых >> R_Н

3. Усилитель мощности Z_вых ≈ R_Н

Заметим, что эти критерии аналогичны критериям классификации источников электрической энергии.

По значению средней частоты и ширине полосы пропускания различают усилители низких, средних и высоких частот, узко- и широкополосные усилители.

По назначению различают:

-предварительные усилители (усилители напряжения), включаемые непосредственно к первичным преобразователям (сенсорам, датчикам);

-согласующие усилители (мощности) для согласования сопротивлений источников сигналов, длинных линий связи и приемников сигналов;

-выходные усилители (мощности), подключаемые к исполнительным электрическим механизмам;

-избирательные усилители (напряжения)– активные фильтры для селекции полезных сигналов из других сигналов и помех;

-усилители – формирователи сигналов.

Усилительный каскад, рассмотренный на лекции №5 можно использовать (при некоторых дополнениях) в качестве предварительного усилителя напряжения. Примеры некоторых других усилителей будут рассмотрены позже.