Режимы работы

УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ (КЛАССЫ УСИЛЕНИЯ)

В зависимости от положения рабочей точки в режиме покоя на характеристиках транзисторов, а также значения усиливаемого напряжения различают три основных режима работы усилительных каскадов или классов усиления: A, B, C.

Основные характеристики этих режимов:

– нелинейные искажения;

– коэффициент полезного действия (КПД).

Режим А характеризуется тем, что рабочую точку П в режиме покоя выбирают на линейном участке (обычно посередине) входной и переходной характеристик и соответственно посередине линии нагрузки на семействе выходных характеристик. В этом случае нелинейные искажения усиливаемого напряжения будут минимальными, т. е. при подаче на вход усилительного каскада гармоничного напряжения форма выходного напряжения будет практически синусоидальной. Благодаря этому режим А широко применяют в усилителях напряжения. Однако он имеет и существенный недостаток – очень низкий КПД усилителя.

КПД усилителя определяется отношением выходной мощности Р _вых к мощности, потребляемой усилителем от источника питания Р ₀:

η = Р _вых / Р ₀,

где P _вых = 0, 5 · (, – амплитуды коллекторных напряжения и тока);

P ₀ = U ₀ · I ₀ – потребляемая мощность, которая частично преобразуется в выходную мощность, а частично переходит в теплоту, выделяемую на элементах усилительного каскада, т. е. Р ₀ равна произведению постоянных составляющих коллекторных напряжения и тока транзистора.

Из рисунка 11 видно, что амплитуды переменных составляющих коллекторных напряжения и тока в режиме А меньше соответствующих постоянных составляющих, т. е. < U ₀ и < I ₀. Следовательно, КПД усилительного каскада в режиме А всегда меньше 0, 5, в действительности он редко превышает 0, 35. Поэтому, например, в усилителях мощности, для которых КПД имеет существенное значение, режим А используется очень редко.

Режим В характеризуется тем, что рабочую точку П1 выбирают в начале переходной характеристики. Это точка отсечки (рисунок 12).

Рисунок 11 – Положение рабочей точки в режиме А

на характеристиках усилительного каскада

Рисунок 12 – Положение рабочей точки в режиме В

на характеристиках усилительного каскада

В режиме В переменные составляющие I и U транзистора возникают лишь в положительные полупериоды входного напряжения. Выходное напряжение УК при синусоидальном входном напряжении имеет форму полусинусоиды, т. е. возникают очень большие нелинейные искажения. Режим В характеризуется значительно более высоким КПД усилителя по сравнению с режимом А, так как ток покоя I _Бо практически равен 0, а постоянная составляющая тока I ₀ имеет очень маленькое значение, т. е. > > I ₀. КПД усилителя в режиме В может достигать 80 %. Поэтому режим В используется обычно в усилителях мощности.

Иногда используется режим работы УК, промежуточный между
режимами А и В. Его называют режимом АВ. Рабочая точка при этом должна находиться в интервале между положениями рабочей точки в режимами А и В. В этом случае КПД усилителя больше, чем в режиме А, а нелинейные искажения меньше, чем в режиме В.

Рисунок 13 – Положение рабочей точки в режиме С

на характеристиках усилительного каскада

Этот режим сопровождается большими искажениями усиливаемого напряжения, но КПД может быть очень высоким и приближаться к 1.
Режим С применяют в избирательных усилителях и автогенераторах, которые благодаря наличию колебательных контуров выделяют лишь основную гармонику из несинусоидального напряжения, возникающего из-за больших нелинейных искажений.