VI.1. Основные сведения об усилителях мощности

Глава VI. Каскады мощного усиления

Назначением каскада мощного усиления являетсяотдача внагрузкузаданной мощности сигналапри допустимом уровне нелинейных и частотных или переходных искажений, а также при возможно наименьшем потреблении мощности от источника питания.

Поэтому режим работы, положение точки покоя на характеристиках УЭ, а если возможно, – и сопротивление нагрузки его выходной цепи у каскада мощного усиления выбирают, исходя из этих требований. При этом коэффициент усиления обычно оказывается много ниже, чем у каскада предварительного усиления с тем же УЭ. С этим приходится мириться, так как для усилителя мощности коэффициент усиления является второстепенным показателем.

Каскады мощного усиления сигналов произвольной формы могут работать как в режиме А, так и в режиме В (АВ). Режим В (АВ) применяется только в двухтактных схемах усилителей мощности. При усилении прямоугольных импульсов постоянной амплитуды наиболее выгодным является режим С.

На практике встречаются усилители мощности от милливатт до сотен киловатт. При очень малой мощности – до десятых долей ватта – в каскадах мощного усиления применяют маломощные приёмно-усилительные электронные лампы (триоды, экранированные лампы) или маломощные транзисторы. При средней мощности (единицы или десятки ватт) используют специальные выходные приёмно-усилительные лампы (триоды, лучевые тетроды, пентоды) или мощные транзисторы. При большой выходной мощности (киловатты и выше) в усилителях мощности применяют мощные генераторные и модуляторные лампы.

Наиболее употребительным в каскадах мощного усиления является включение транзисторов с ОЭ, дающее наибольшее усиление мощности сигнала, а поэтому требующее наименьшей выходной мощности от предыдущего каскада и наименьшее усиление от каскада предварительного усилителя. Включение с ОБ позволяет получить меньший коэффициент гармоник и очень малую зависимость параметров усилителя от дестабилизирующих факторов (окружающая температура, изменение напряжения питания, старение и замена транзисторов). Однако при таком включении выходной ток сигнала очень велик, что требует делать предыдущий каскад трансформаторным, а предварительный усилитель – с большим коэффициентом усиления. Схема с ОК используется в каскадах без выходного трансформатора, так как обеспечивает непосредственное согласование выхода усилителя с низкоомной внешней нагрузкой. Но эта схема во избежание теплового пробоя транзисторов нуждается в дополнительной температурной стабилизации и требует более тщательной регулировки.

У маломощных транзисторов тепло от коллекторного перехода передаётся корпусу, имеющему контакт с окружающей средой и охлаждающемуся в основном конвекцией. У мощных транзисторов поверхность корпуса для этой цели недостаточна, и корпус охлаждают при помощи специального радиатора или отводят от него тепло на металлическое шасси устройства. Радиатор обычно делают ребристым для увеличения поверхности теплоотдачи. Наиболее подходящим материалом для радиатора является алюминий или его сплавы, обладающие малым удельным весом, хорошей теплопроводностью и легко поддающиеся механической обработке. Радиатор иногда охлаждают струёй воздуха, прогоняемой через него предусмотренным для этой цели вентилятором. Поверхность радиатора в месте крепления транзистора шлифуют, и транзистор с помощью винтов или обоймы плотно прижимают к охлаждающей поверхности. Воздушную прослойку между транзистором и радиатором иногда заполняют веществом с более высокой теплопроводностью, чем воздух (кремнийорганическое соединение или эпоксидная смола).

Корпус мощных транзисторов обычно имеет электрический контакт с коллектором. Поэтому при использовании для охлаждения транзисторов металлического шасси устройства, а также при установке на общий радиатор транзисторов двухтактной схемы корпус электрически изолируют от теплоотвода с помощью слюдяной прокладки.