Нелинейные искажения ум

Транзисторы УМ работают при значительных амплитудах сигнала, поэтому данному каскаду присущи нелинейные искажения. УМ класса В является более экономичным каскадом, чем усилитель класса А, однако он обладает повышенными искажениями, которые определяются, во-первых, существенной нелинейностью входных характеристик транзисторов при малых токах, во-вторых, неидентичностью как входных, так и выходных характеристик транзисторов и, в-третьих, нелинейной зависимостью тока коллектора от тока базы.

Первая причина приводит к искажениям типа “шаг” (рис. 3.5, а) и в значительной мере устраняется выбором рабочей точки, соответствующей выходу на начало линейной части входных характеристик транзистора, т.е. выбором режима класса АВ (рис. 3.5, б). Обычно начальный ток I_К⁰ выбирают в пределах 1–5% от I_Нm, КПД каскада при этом уменьшается

Рис. 3.5. а – графическое поясненение проявления нелинейных искажений типа “шаг” в УМ класса В;
б – способ устранения таких искажений

незначительно.

Вторая и третья причины в определенной степени устраняются подбором транзисторов по идентичности их характеристик.

Радикальным способом уменьшения нелинейных искажений является введение глубокой отрицательной обратной связи. Для этого выходной каскад, как правило, выполняют по схеме “общий коллектор” (рис. 3.6). Уменьшение нелинейных искажений достигается здесь за счет более линейной передаточной характеристики каскада ОК по сравнению с каскадом ОЭ. Схема (рис. 3.6, а) предполагает использование одинаковых по параметрам транзисторов разной проводимости. В ряде случаев, например, при повышенной выходной мощности, удобнее использовать схему рис. 3.6, б, с идентичными транзисторами одной проводимости. При этом плечо VT2–VT4 представляет схему ОЭ–ОЭ на транзисторах разной проводимости, охваченную 100 % отрицательной обратной связью по напряжению, что эквивалентно схеме ОК.

В случае, когда нет необходимости передавать постоянную составляющую сигнала, а требуется, чтобы источник сигнала, нагрузка и источник питания имели общую точку – шину "земля", используется схема с емкостной связью (рис. 3.6, в). При этом напряжение источника питания E_ПИТ равно удвоенной величине Е, используемой в схемах рис. 3.6, а, б. Делитель R₁, R₂ обеспечивает потенциал точки “О”, равный 0,5E_ПИТ по отношению к общей шине.

Усилительные свойства каскада

Для усилителя (рис. 3.6, а), работающего в классе В, в каждый полупериод работает лишь одно плечо, и влиянием второго (закрытого) плеча можно пренебречь. Работающее плечо представляет каскад с общим коллектором, и для него можно записать U_ВХ1 = U_БЭ1 + I_ЭR_Н, откуда

	Рис. 3.6. Варианты усилителей мощности по схеме ОК: а – на разнополярных транзисторах; б – с оконечными транзисторами одинаковой полярности; в – при наличии разделительных конденсаторов

R_{ВХ 1} = U_ВХ1 /I _Б = U_{БЭ 1} /I_Б + I_ЭR_Н/I_Б,

или R_{ВХ 1} = R_{ВХ Э} + R_Н(b+1). (3.9)

Выражение (3.9) аналогично соотношению для малосигнальных параметров схемы ОК с той лишь разницей, что вместо R_ВХ Э и b используются эффективные величины R_{ВХ Э} и b. Обычно R_{ВХ Э} < R_Н(b+1), так что R_ВХ1 @ R_Н(b+1). Для схемы рис. 3.6, б последовательности транзисторов VT1—VT3, а также VT2—VT4 необходимо рассматривать как один транзистор с коэффициентом усиления по току b_ЭКВ = b₁×b₃. Схема рис.3.6, б обладает более высоким входным сопротивлением, чем схема рис. 3.6, а.

Входное сопротивление каскада, работающего в классе А, такое же, как и в кассе В. Наличие резистивного делителя (рис. 3.3, а) в цепи базы (R_Б = R₁||R₂) также снижает входное сопротивление каскада, поскольку делитель оказывает шунтирующее действие. В таком случае для схемы рис. 3.3, а полное входное сопротивление составляет R_ВХ = R_ВХ1||R_Б.

Выходное сопротивление каскада ОК (рис.3.6, а) понижено и составляет

R_ВЫХ = R_{ВХ Б} + R_Г/(b + 1). (3.10)

Если R_Г = 0, то R_ВЫХ = R_ВХБ и составляет единицы Ом при токах эмиттера порядка десяти миллиампер. Как видно, усилитель мощности по схеме ОК, обладает повышенным входным и пониженным выходным сопротивлениями.

Коэффициент усиления по току собственно каскада ОК существенно больше единицы – (b+1), однако уменьшается за счет делителя R_Б

К_I = g_{I ВХ} (b+1), (3.11)

где g_{I ВХ} = R_Б /(R_Б+R_ВХ1).

Коэффициент усиления по напряжению меньше единицы

K_U = U_Н/(U_Н + U_БЭ). (3.12)

Коэффициент усиления по мощности существенно больше единицы

К_P = K_U × К_I. (3.13)