¿Por qué la eficiencia máxima de un amplificador push-pull es del 78.5%?

Es bueno revisar esto.
@Barry da la buena respuesta. Estoy intentando una solución más gráfica usando LTSPICE. El supuesto es que una onda sinusoidal es la fuente de la señal, cuya tensión máxima roza la fuente de alimentación de CC que alimenta el (los) dispositivo (s) de salida de Clase B. Esto no es realista, ya que cualquier transistor tiene una caída de voltaje superior: < em> al menos su voltaje de saturación. La respuesta asume que es cero, y el transistor funciona linealmente a través del pico de la onda sinusoidal.

En esta simulación, una fuente de corriente de onda sinusoidal de un amplificador se alimenta a una resistencia de carga de dos ohmios. La tensión de pico en esta resistencia de carga alcanza 2V. Por lo tanto, se requiere una fuente de alimentación de 2 V CC para alimentar esta simulación de Clase B. Solo puede realizar la mitad superior de la onda sinusoidal; solo se explora un cuarto de ciclo desde una fuente de 1 Hz.

Acontinuaciónsemuestraunagráficadepodervs.tiempo.UnatrazamuestralapotenciadisipadaenR1,mientrasquelaotramuestralapotenciadisipadaenI1:

El resultado de las dos mediciones de LTspice muestra la potencia promedio durante la ejecución de un cuarto de segundo:

p_source: AVG((2-v(n002))*i(i1))=0.273242 FROM 0 TO 0.25
p_r1: AVG(v(n002)*v(n002)/2)=0.999993 FROM 0 TO 0.25

La eficiencia para su pregunta parece definirse como p_r1 / (p_r1 + p_source)
Es decir: 1 / (1 + 0.273242) = 78.54%

Tenga en cuenta que por cada vatio disipado en la resistencia de carga, 0.273W se disipa en el transistor pull-up, pero que solo dura medio ciclo . Durante el siguiente semiciclo, este transistor superior (podría ser un PNP) no disipa nada.

Durante el semiciclo inferior (mientras que el PNP no disipa nada), el NPN tomará el control y disipará un 0.273W similar. Entonces, PNP y NPN comparten la disipación de potencia, cada una de las cuales toma la mitad de los 0.273W.
No lo olvides, este es un caso ideal poco realista.

Push-Pull se usa para conmutadores analógicos, digitales, Clase B, D, E, de medio puente y todo tipo de aplicaciones.

En teoría, con onda sinusoidal y saturación ideal = 0V con MOSFET, es η = π / 4 o 78.5%, pero 78% puede estar más cerca de lo que es posible, pero dado que no hay suposiciones, elija (c) (d ) para sine, ya que esta es la señal típica, no una onda cuadrada, que en teoría es del 100%, pero un objetivo de diseño práctico podría ser el 99% para la Clase D o E.

El problema es la falta de suposiciones o especificaciones, por lo que la pregunta es vaga, pero suponemos que al presionar y tirar implican que la Clase B no es Clase D o E. A menos que uno indique la forma de la señal y la distorsión permitida, la eficiencia debe basarse en algunas pruebas estándar. método. como 1KHz sinusoidal 1% THD, por lo que la pregunta es muy típica de una académica.

La naturaleza arcaica de esta pregunta académica me lleva a sugerir que solo quieren que calcules la integral de una corriente sinusoidal (Pico-I) al cuadrado de una resistencia fija, que te dejo para que la averigües.

La respuesta se puede encontrar al integrar en un ciclo el producto de la corriente de salida y el voltaje a través del colector del transistor de salida, que representa la pérdida en el amplificador. La tensión de salida por la corriente de salida es la potencia de salida. El valor resultante, que se encuentra al dividir la pérdida de potencia por la suma de la pérdida de potencia y la potencia de salida, es pi / 4 para una señal sinusoidal de nivel máximo. La eficiencia disminuye a medida que disminuye la potencia de salida. Este resultado se puede encontrar en cualquier libro sobre amplificadores de potencia. Solo es cierto para los amplificadores push-pull (clase B). Para los amplificadores de clase A, el máximo es 50%. Como se señaló, estos resultados son para casos ideales, no para amplificadores reales.