Зависимость выходной мощности от напряжения питания

Нередко приходится прикидывать, сколько может отдать усилитель с каким-либо известным напряжением питания. Или нужно найти напряжение, при котором усилитель отдаст нужную мощность. Или просто бывает желание проверить достоверность сведений, указанных в рекламе.

Рассмотрим работу стандартного усилителя, с бестрансформаторным двухтактным выходным каскадом на кремниевых транзисторах, работающим в наиболее распространенном режиме АВ.

На усилитель подается определенное напряжение питания, например +20в/-20в. В точке соединения транзисторов (она является выходом) напряжение удерживается равным нулю. При поступлении на базы транзисторов синусоидального сигнала, верхний из них начинает плавно открываться, пропуская положительное напряжение в нагрузку. В верхней точке полупериода транзистор максимально открыт, и напряжение на нагрузке максимально. Затем транзистор начинает закрываться, и в момент его полного закрытия начинает открываться нижний транзистор, пропуская в нагрузку отрицательное напряжение. Затем он также закрывается, и в работу снова вступает верхний транзистор.

Выходная мощность прямо пропорциональна квадрату действующего значения переменного напряжения на нагрузке и обратно пропорциональна ее сопротивлению.

Действующее значение составляет 0.72 амплитудного значения. Амплитудное значение - это значение в крайних точках (верхней и нижней) синусоиды, то есть в моменты полного открывания транзисторов.

В начале следует рассчитать так называемую расчетную мощность (Pрасч.). Она всегда больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах и делителе цепи ООС, и составляет

Напряжение источника питания (одного или суммы двух) определяется по формуле

, где Uкэ.нас - напряжение на выходных транзисторах, для германиевых оно составляет 0.4...2, для кремниевых 2...5в и уточняется по справочным данным на транзисторы.

Амплитуда тока коллектора Iк.max, и среднее значение тока, потребляемого от источника питания Iк.ср.,находится по формулам:

Максимальная мощность рассеяния на транзисторе одного плеча:

При выборе выходных транзисторов следует руководствоваться следующим:

Uкэ.доп ≥ 1.2 Uи.п. (Uкэ.доп - допустимое напряжение для транзистора; Uи.п. - сумма двух напряжений питания, или однополярное напряжение.)

Iк.доп ≥ (1.2...1.3) Iк.max (Iк.доп - допустимый ток коллектора транзистора; Iк.max - максимальный ток, см. формулу 3)

Pк.доп ≥ Pк.max (Pк.доп - допустимая мощность рассеяния транзистора, Pк.max - максимальная мощность, см. формулу 5)

fβ > (2...4) fв (fβ - граничная частота усиления транзистора при включении с ОЭ, fβ ≈ fα / β, fв - верхняя граница диапазона частот)

Пример расчета

Чтобы найти расчетную, а затем номинальную мощность, из формулы №2 удобно вывести следующую формулу:

Затем ее перевести в номинальную, и учитывая просадку в блоке питания, равную в большинстве случаев 15%, найти реальную мощность. При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается ток, и уменьшается просадка в блоке питания, способствующая некоторому увеличению мощности.

1. Во многих усилителях мощность меньше приведенной в таблице, так как при мощности, соответствующей таблице, искажения могут превышать допустимый уровень (0.5%). В хороших усилителях мощность близка к табличному значению.

Поэтому, усилитель Радиотехника-7101 имеет номинальную мощность 20вт на канал (вместо 40вт), при питании 26+26в. По этим же причинам Мелодия-101,103 и 104 имеет номинальную мощность 6вт (вместо 20вт). Но тут сказывается недостаток емкости конденсаторов, а в Мелодии еще и алюминиевый трансформатор и несовершенная схема с большими искажениями. В усилителях Сигма-200, Эстония-010, Бриг-001, Радиотехника-020, 100У-101 выходная мощность в пределах табличной.

2. В рекламе некоторых усилителей (особенно автомобильных) указывается их максимальная мощность (например 22вт на 4ом при 14.4в питании и мостовом включении), но не указывается номинальная. Она обычно не более 14.3вт.

Выходные напряжения усилителей, напряжения, подводимые к динамикам, колонкам, выходным трансформаторам

Такой параметр, как выходное напряжение усилителя, считается одним из основных. Его нужно знать при расчете ламповых усилителей для колонок стандартного сопротивления (импеданса), при выборе трансформатора для подключения полупроводникового усилителя к трансляционной сети, для расчета цепей ООС или защиты усилителя.

Импеданс нагрузки радиотрансляционной сети

Одним из основных параметров радиотрансляционных сетей является импеданс. То есть полное электрическое сопротивление на какой-либо частоте, обычно 400гц. Его измеряют при неисправностях на линии, на него рассчитывают оборудование.

Импеданс громкоговорителя - в рупорных громкоговорителях и трансляционных колонках величина постоянная, в абонентских и трехпрограммных громкоговорителях измеряется при установке регулятора на максимальную громкость.

Импеданс линии, сети или участка сети - импеданс трансляционной сети, на которой включены все имеющиеся громкоговорители (при наличии абонентских их регуляторы выставляются на максимальную громкость).

Импеданс трансформаторов - в данном случае подразумевается импеданс обмотки трансформатора, при подключении к другой обмотке номинальной нагрузки.

Импеданс реальной сети или громкоговорителя часто больше, а потребляемая мощность меньше, так как не вся нагрузка включена.

Если клетки пустые- значит таких значений на практике нет.

На большинстве трехзвенных сетей применяются ТП мощностью 5 кВт и напряжением 960/240в. Следовательно, минимальный импеданс (когда нагрузка максимальна) нагрузки ТП (распределительных фидеров, вместе взятых) равен 11.52ом.

Импеданс МФ, идущего к такой ТП (с максимальной нагрузкой на нее), будет равен 184ом.

Мощность абонентского трансформатора составляет 10 или 25вт. Напряжение - 240/30в. Минимальный импеданс нагрузки 25-ваттного трансформатора равен 36ом.

Импеданс первичной обмотки такого трансформатора (когда он максимально нагружен) - 2304ом.