Режимы работы усилительных элементов

Режим работы усилительного прибора определяется постоянными напряжениями между электродами и токами, протекающими в цепях электродов. Он отображает положение рабочей точки на динамической характеристике.

В усилителях используют обычно основные режимы А, В и АВ, а также специальный режим D.

Режим А – это такой режим, при котором в выходной цепи транзистора протекает ток в течении всего периода 2π (Рис.15, Рис.16). Точка покоя А выбирается посредине прямолинейного участка входной динамической характеристики

Рис.15. Работа транзистора в режиме А (входная динамическая характеристика).

- 14 -

Рис.16. Работа транзистора в режиме А (выходная динамическая характеристика).

Максимальная амплитуда входного сигнала U_mБ выбирается такой, чтобы рабочая точка на заходила в нелинейные области динамической характеристики: режим отсечки и насыщения.

В режиме А отсутствует ограничение базового и коллекторного тока, а форма выходного сигнала соответствует форме входного сигнала. Поэтому режим А характеризуется минимальными нелинейными искажениями.

Основным недостатком режима А является сравнительно низкий коэффициент полезного действия

η = (P_ВЫХ ⁄ P₀) ∙ 100% = (0, 5 ∙ I_m ∙ U_m ⁄ I₀ ∙ U₀) ∙ 100% = 35…45 %

Режим А применяется во всех однотактных усилительных каскадах, а также иногда в двухтактных, где требуется малые нелинейные искажения.

Режим В - это такой режим, при котором в выходной цепи транзистора протекает ток в течении половины периода π (Рис.17, Рис.18). Точка покоя В выбирается на изгибе входной динамической характеристики, то-есть в точке близкой к запиранию транзистора.

Рис.17 Работа транзистора в режиме В (входная динамическая характеристика).

- 15 -

Рис.18 Работа транзистора в режиме В (выходная динамическая характеристика).

В течении одного полупериода ток коллектора протекает через транзистор, а во второй полупериод транзистор практически закрыт. Таким образом, транзистор работает с отсечкой коллекторного тока. Угол отсечки θ равен половине той части периода в течении которого через транзистор протекает ток, то-есть θ = π / 2 = 90^o.

При отсутствии сигнала усилительный каскад практически не потребляет энергии от источника питания, поскольку I_0К близкий к нулю. Поэтому режим В значительно экономичнее режима А за счёт того, что I_mК > > I_0К.

Реальное значение к.п.д. режима В составляет 65% (теоретическое 78%).

Однако, один усилительный элемент в режиме В воспроизводит только одну половину сигнала, то-есть происходит его одностороннее ограничение. При этом нелинейные искажения достигает 40%, причём преобладают чётные гармоники.

Из-за этого режим В можно применять только в двухтактных схемах, в которых два усилительных элемента, работая поочерёдно, воспроизводят весь сигнал.

Режим АВ. В двухтактных схемах, работающих в режима В появляются характерные искажения типа «ступенька». Для их устранения необходимо несколько увеличить начальное базовое смещение транзистора, сместив рабочую точку вверх по входной динамической характеристике (Рис.19).

Рис.19 Работа транзистора в режиме АВ (входная динамическая характеристика).

- 16 -

По всем свойствам режим АВ занимает промежуточное положение между А и В (ближе к режиму В):

- угол отсечки θ > π / 2 = 100^o…110^o;

- к.п.д. каскада η = 60…65 %

- ток покоя I_0К = (0, 1…0, 15) I_mК.

Область применения режим АВ аналогична режиму В - двухтактные усилительные каскады. При очень малых уровнях входного сигнала свойства режима АВ приближаются к режиму А.

Режим D будет описан в последующих темах.