Наиболее распространенной схемой усилителя мощности низкой частоты является схема с трансформаторным выходом (рис. 146, а), которая обеспечивает наиболее выгодный режим работы оконечного каскада при любом сопротивлении нагрузки.
 |
Рис. 146. Схемы усилителя мощности низкой частоты на триоде: а — основная; б — эквивалентная. |
Воспользовавшись упрощенной эквивалентной схемой усилителя мощности, приведенной на рис. 146, б, определим мощность, выделяемую в активном сопротивлении нагрузки Ra:
где Ima = μUmc/Ri + Ra — амплитуда первой гармоники анодного тока.
Тогда
Обозначив отношение Ra/Ri через α, получим
(249)
Коэффициент α определяет соотношение между внутренним сопротивлением лампы и сопротивлением нагрузки. Чтобы определить значение α, при котором величина Р будет наибольшей, возьмем производную дроби α/(1+α)2 и приравняем ее нулю:
Дробь равна нулю, когда числитель дроби равен нулю. Отсюда
(1 +α)2 —2(1 +α)α = 0;
(1+α)2 = 2α(1+α);
(1+α) = 2α; α=1.
Следовательно, лампа отдает нагрузке максимальную мощность при равенстве сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления лампы. Подставив оптимальное значение α = 1 в формулу (249), получим
(250)
Если сопротивление нагрузки значительно отличается от внутреннего сопротивления лампы, то включать нагрузку непосредственно в анодную цепь усилителя мощности нецелесообразно, так как в нагрузке выдел малая мощность.
Для согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением лампы служит выходной трансформатор.
Мощность, выделяемая лампой, расходуется на активном сопротивлении анодной нагрузки Ra, которое является суммой активного сопротивления нагрузки, пересчитанного в первичную цепь трансформатора, и активных сопротивлений обмоток трансформатора r1 и r'2 (r'2 — сопротивление вторичной обмотки, пересчитанное в первичную цепь):
где n = N2/N1 — коэффициент трансформации трансформатора.
Сопротивление R'н обычно имеет величину не менее нескольких килоом, а сопротивления r1 и r2 — всего лишь несколько десятков ом, и поэтому они не оказывают существенного влияния на величину Ra. Следовательно, можно считать, что r1 = r'2. Поэтому нх сумму заменим величиной 2r1.
Полезная мощность, которая выделяется в сопротивлении нагрузки, будет равна
Коэффициент полезного действия трансформатора можно определить как отношение
(251)
Так как Ra>> 2r1, то к. п. д. трансформатора велик: у маломощных трансформаторов он составляет 0,75—0,8, а у трансформаторов большой мощности достигает 0,95 и более.
Если уравнение (251) решить относительно r1 то, подставив полученное значение r1 в уравнение Ra = R'н + 2r1, можно получить формулу дли коэффициента трансформации трансформатора:
(252)
Из этой формулы следует, что если Rн < Ra, то трансформатор следует выбирать понижающим (n < 1).
Так как к. п. д. трансформатора близок к 100%, то, написав приближенно равенство I1U1≈ I2U2 и решив его, получим I2 = I1/n, т. е. I2 > I1 (так как n < 1). Значит, в понижающем трансформаторе вторичная обмотка должна быть намотана более толстым проводом, чем первичная.
Если Rн = Ri, то следует применять трансформатор с коэффициентом трансформации n = 1. Применение трансформатора в этом случае имеет целью избежать прохождения постоянной составляющей анодного тока по сопротивлению нагрузки.
Повышающий трансформатор следует применять тогда, когда сопротивление нагрузки больше сопротивления, которое должно быть включено в анодную цепь лампы.
