Режимы работы усилителей по переменному току

В зависимости от режима работы активного элемента различают три основных режима работы усилительных каскадов: классы А, В и С. Рассмотрим эти режимы на примере простейшего транзисторного усилительного каскада рис. 4.14, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером.

8 Режим класса А – это такой режим, при котором ток через транзистор протекает в течение всего периода усиливаемых колебаний.

В рассматриваемом режиме исходная рабочая точка выбирается на середине линейного участка входной динамической характеристики (рис. 4.15). При этом максимальный размах входного усиливаемого сигнала не должен выходить за пределы линейного участка входной динамической характеристики.

Так как рабочая точка практически не уходит с середины линейного участка, нелинейные искажения, вносимые усилителем, не велики и тем меньше, чем меньше амплитуда входного сигнала. Однако коэффициент полезного действия в этом режиме достаточно мал.

Коэффициент полезного действия h _А определяется из соотношения

, (4.23)

где Р_{п А} – мощность, потребляемая усилителем от источника постоянного тока (питания Е_п); Р_{н А} – мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку в режиме А.

Потребляемая мощность определяется током и напряжением источника питания

Р_{п А} = I_oк Е_п. (4.24)

Мощность в нагрузке

, (4.25)

где I_кm и U_кm – амплитуды тока и напряжения в нагрузке соответственно.

После подстановки (4.25) и (4.24) в (4.23):

, (4.26)

где x £ 1 – коэффициент использования напряжения источника питания.

Как видно из рис 4.15, I_кm < I_oк, следовательно,

.

Таким образом, коэффициент полезного действия усилительного каскада не превышает 50 %.

Режим класса А применяется в однотактных предварительных усилителях, а в некоторых случаях и в выходных каскадах (в усилителях мощности).

Режим класса В характеризуется углом отсечки тока, равным Q = p/2.

мощности синусоидального сигнала:

(4.28)

8 Определение. Углом отсечки Q называется половина фазового угла, в течение которого протекает ток выходного электрода.

Для обеспечения этого режима исходная рабочая точка выбирается в начале входной динамической характеристики (рис. 4.16).

Достоинством режима В является то, что транзистор во время отсутствия сигнала «отдыхает» и не потребляет тока от источника питания: транзистор меньше греется, а каскад имеет большой коэффициент полезного действия.

Средний ток, протекающий через транзистор, пропускающий ток «через такт»:

.

Аналогично (4.24)

. (4.27)

Мощность выходного сигнала вида, показанного на рис. 4.16, будет в два раза меньше мощности синусоидального сигнала

. (4.28)

Коэффициент полезного действия (4.23) для режима В на основании (4.27) и (4.28):

. (4.29)

Предельное значение коэффициента полезного действия для режима В (x = 1):

h _{пред В} = 0,785. (4.30)

Большое значение коэффициента полезного действия обуслав-ливается малым значением постоянной составляющей коллекторного тока. Однако ввиду большого уровня нелинейных искажений режим класса В самостоятельного применения в обычных усилителях не имеет. Однако он широко применяется в двухтактных и мощных усилителях, где может быть достигнут приемлемый уровень нелинейных искажений при высоком коэффициенте полезного действия.

8 Режим класса С в транзисторном каскаде имеет место при выборе исходной рабочей точки левее начала входной динамической характеристики, то есть при U_бэо < 0 (рис. 4.17).

Угол отсечки импульсов выходного тока в режиме С Q < p/2. Так как в исходном режиме энергия источника питания совершенно не потребляется, то коэффициент полезного действия удается повысить до 80…90 %.

Уровень нелинейных искажений в режиме класса С очень высок, поэтому он применяется только в усилителях с резонансными нагрузочными элементами, в которых за счет высокой добротности колебательных контуров выделяется первая гармоника входного сигнала. Кроме того, режим класса С используется в умножителях частоты, в которых с помощью резонансной нагрузки выделяется либо вторая, либо третья гармоника входного сигнала.

Дата добавления: 2015-10-28