Výkonové zesilovače

Úhel otevření je z obrázku dán vztahem .

Stejnosměrnou složku kolektorového proudu a vyšší harmonické lze najít pomocí Fourierova rozvoje impulzu kolektorového proudu.

Např. pro stejnosměrnou složku platí vztah

Pro základní harmonickou dostaneme vztah

=

Účelnější je ale sledovat amplitudy harmonických ve vztahu k amplitudě impulsu kolektorového proudu. Podle obr. platí:

Dosazením do vztahu pro IC0 a IC1 dostaneme:

Analogicky

Podobně bychom stanovili i amplitudy vyšších harmoniských Ickm.

Uvedené vztahy jsou ale pro praktický výpočet nepřehledné a nepohodlné a proto se pro usnadnění výpočtů nahrazují uvedené goniometrické funkce součiniteli αk, jejichž závislost na úhlu otevření vyjadřuje t.zv. Schulzův diagram, který je uvedený na obr.

IC1m = α1ICM

.

.

.

Icnm = αnICM

Můžeme tedy psát: IC0 = α0ICM

Všimněme si, že jednotlivé koeficienty dosahují maximální hodnoty přibližně pro úhly .

U zesilovačů výkonu při sledování energetických poměrů vycházíme ze vztahu ,

kde Pp je příkon odebíraný z napájecího zdroje

Pu je užitečný výkon dodávaný do zátěže

Pz je výkon, ztracený v obvodu.

Výkon ztracený v obvodu vzniká jednak na přechodech tranzistorů, takže se kryje jak z napájecího kolektorového zdroje (PC), tak napájecím zdrojem báze (PB), tak i zdrojem signálu (Pb). Obvykle ale platí PC»(PB+Pb), takže rozhodující význam pro celkovou energetickou bilanci má kolektorový ztrátový výkon PC.

Celkový výkon ztracený v tranzistoru je Pz ≈ PC - Pu

Dosadíme-li za a

dostaneme

Zavedeme-li ještě činitel využití kolektorového napětí , dostaneme po úpravě

Účinnost zesilovače se vyjádří vztahem

Úhel otevření se nastavuje stejnosměrným předpětím v bázi tranzistoru a velikostí amplitudy vstupního signálu.

Závislost výkonu a účinnosti zesilovače na úhlu otevření je uvedena na obr.

Výkon dosahuje maximální hodnoty pří daném ICM pro Θ0 = 120°, zatímco se účinnost zvětšuje s klesajícím úhlem Θ. Protože jde jak o velký odevzdávaný výkon, tak i o velkou účinnost, volí se kompromis, který odpovídá volbě Θ v rozmezí úhlů 50 - 90°. Pro větší úhly je již účinnost malá, k dosažení malých úhlů Θ je nezbytná velká amplituda budícího napětí, což vede ke zvětšování požadavků na budící stupeň a k poklesu výkonového zesílení. Účinnost zesilovačů ve třídě C bývá až 90%. Pokud pracovní kmitočet tranzistoru není dostatečně daleko od mezního kmitočtu tranzistoru, začíná se uplatňovat kmitočtová závislost parametrů a charakteristik aktivních součástek. Proto výrobci tranzistorů i elektronek udávají doporučená zapojení a pracovní podmínky tranzistorů pro jednotlivé typy použití v různých kmitočtových pásmech.