1.4.5. Классы работы усилителя
Как уже отмечалось, усилители могут работать в режимах следующих классов работы: режим класса А , B, АB, С иD.
Наиболее распространёнными режимами работы являются режимы классов А и Б. Отличительными особенностями режимов работы является выбор рабочей точки на выходной характеристике УЭ. Он определяет и режим работы входной цепи транзистора.
Режим класса А. Рабочая точка А выбирается в середине активного участка выходной характеристики транзистора,IК=f(UКЭ). Следовательно,, при работе в этом режиме рабочая точка находится на середине линии нагрузочной прямой.
На рис 1.30 приведены эпюры напряжений и токов для схемы режима класса А,
Характеристикой режима класса А является угол отсечки Θ– это половина части периода (в градусах или радианах), в течение которого ток коллектораIК≠0. Режим класса А обычно используется в усилителях напряжения небольшой мощности.
Мощность, подводимая от источника питания Uп, равна площади прямоугольникаP0:
P0=IКрUКЭр. (1.85)
В этом режиме амплитуда переменной составляющей коллекторного тока IКm ≤IКр, гдеIКр– ток покоя.
Площади треугольников А'О'А и АО"А" отражают мощность переменного тока на выходе усилителя Рвых=0,5 IКmUКm..
Выражение для КПД усилителя с учётом мощности одной полуволны имеет вид:
.
(1.86)
Поскольку IКm ≤IКриUКm ≤UКр, следовательноРвых<P0.
Предельное значение КПД можно рассчитать из условий: IКm =IКр,UКm =UКр. Следовательно, η=0,5. Реальный КПД равен 30..50%.
Режим класса В. Рабочая точка В выбирается в нижнем участке нагрузочной прямойIК=f(UКЭ) (рис. 1.31). На рис 1.31 приведены эпюры напряжений и токов для схемы режима класса В,
В режиме класса В рабочая точка устанавливается в области режима отсечки работы транзистора. При этом ток базы минимален, а ток коллектора IКр равен обратному току коллектораIК0, то естьIКр =-IК0.
Следовательно, при наличии гармонического входного сигнала ток коллектора имеет вид полуволн синусоиды (рис.1.31).
Выражение для КПД усилителя с учётом мощности одной полуволны для режима класса В имеет вид (рис. 1.31.):
,
(1.87)
где
обычно
,
кроме того,UКm≈2UКср.
Тогда
.
(1.88)
Следовательно, максимально достижимый КПД усилителя, работающего в режиме класса В составляет
.
(1.89)
Угол отсечки усилителя составляет Θ=π/2 . Усилители, работающие в режиме класса В, используются обычно в двухтактных усилителях мощности выходных каскадов.
Контрольные вопросы
1. Структура электронных усилителей и их классификация.
2. Основные технические показатели электронных усилителей.
3. Частотные искажения в усилителях.
4. Временные диаграммы токов и напряжений усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ.
5. Почему усилительный каскад на транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером, инвертирует входной сигнал ?
6. Какие методы задания режима работы транзистора по постоянному току Вам известны ?
7. Построить нагрузочные характеристики для входной и выходной цепи исследуемого усилительного каскада (использовать паспортные данные применённого транзистора).
8. С какой целью включены конденсаторы в схеме на рис.1.28; какие требования предъявляются к значению их ёмкостей ?
9. Построение нагрузочных прямых для транзисторов, включенных по схеме с ОЭ и ОБ.
10. Методы обеспечения режимов работы БП транзистора, включенного по схеме с ОЭ.
11. Методы обеспечения режимов работы БП транзистора, включенного по схеме с ОБ.
12. Методы обеспечения режимов работы БП транзистора, включенного по схеме с ОК
13. Методы температурной стабилизации рабочей точки биполярного транзистора.
14. Общий метод расчета температурного коэффициента нестабильности коллекторного тока транзистора.
15. Расчет температурного коэффициента нестабильности коллекторного тока транзистора с коллекторной стабилизацией тока базы.
16. Динамический режим работы усилительного каскада.
17. Классы усиления электронных усилителей, их характеристики.