Здравствуйте, продолжим знакомство с биполярными транзисторами. В предыдущем посте был рассмотрен транзистор в качестве электронного ключа. Но это ещё не все возможности биполярных транзисторов, можно сказать даже ключевой режим работы – это лишь малая доля в схемах, где используются транзисторы. В львиной доле транзисторных схем транзистор используется в качестве усилительного прибора. В данных схемах транзистор используется в так называемой активной области. Транзистор в качестве усилительного прибора, включается в усилительный каскад, который кроме транзистора содержит ещё цепи питания, нагрузку и цепи связи с последующим каскадом.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Схемы включения транзистора
Для биполярных транзисторов возможны три схемы включения, которые обладают способностью усиливать мощность: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Схемы отличаются способом включения источника сигнала и нагрузки (RН).
Схема с общим эмиттером
Схема с общей базой
Схема с общим коллектором.
Для всех схем включения транзистора при отсутствии сигнала, подаваемого от источника (еГ), необходимо установить начальный режим по постоянному току – режим покоя. При этом как и говорилось в предыдущем посте эмиттерный переход должен быть открытым, а коллекторный – закрытым. Для транзисторов p-n-p это достигается подачей отрицательного напряжения на коллектор (коллекторного напряжения E0C) и отрицательного напряжения на базу (напряжения смещения E0B). Для транзисторов n-p-n полярность этих напряжений должна быть противоположной. Режим покоя транзистора опредяляется положением его рабочей точки, которое зависит от тока эмиттера IE (практически равного току коллектора IС и зависящего от E0B) и от напряжения E0C.
Усилительные параметры транзистора
Усилительные свойства транзисторов для малого переменного сигнала оцениваются с помощью различных систем параметров, связывающих входные токи и напряжения, но нормируются только два основных параметра: h21e и fТ (или fh21b). Зная параметр транзистора h21e для заданного режима покоя IE, можно с помощью следующих формул определить основные параметры усилительного каскада в области НЧ:
где S — проводимость транзистора, re — сопротивление эмиттера транзистора.
Таким образом, можно вычислить значения |K| — коэффициент усиления напряжения транзистора, |Ki| — коэффициент усиления тока транзистора, ZВХ — входное сопротивление транзистора:
| Параметры усилительного каскада | Схема включения | ||
| ОЭ | ОБ | ОК | |
| |K| | S*RH | S*RH | S*RH /( 1 + S*RH) |
| |Ki| | h21e | h21e/(1 + h21e) | h21e |
| ZВХ | h21e*re | re | h21e*RH |
Области применения усилительных каскадов ОЭ, ОБ и ОК определяются их свойствами.
Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Его входное сопротивление порядка сотен Ом, а выходное – десятков кОм. Отличительная особенность – изменяет фазу усиливаемого сигнала на 180°. Обладает лучшими усилительными свойствами по сравнению с ОБ и ОК и поэтому является основным типом каскада для усиления малых сигналов.
Каскад с общей базой обеспечивает усиление только по напряжению (практически такое же, как ОЭ). Входное сопротивление каскада в (1+h21e) раз меньше, чем ОЭ, а выходное – в (1+h21e) раз больше. В отличие от ОЭ каскад ОБ не изменяет фазы усиливаемого сигнала. Малое входное сопротивление каскада ОБ ограничивает его применение в УНЧ: практически он используется только как элемент дифференциального усилителя.
Каскад с общим коллектором обеспечивает усиление только по току (практически такое же, как ОЭ). В отличие от ОЭ каскад ОК не изменяет фазы усиливаемого сигнала. При К = 1 каскад ОК как бы повторяет усиливаемое напряжение по величине и фазе. Поэтому такой каскад называется эмиттерным повторителем. Входное сопротивление ОК зависит от сопротивления нагрузки RH и велико (почти в h21e раз больше RH), а выходное сопротивление зависит от сопротивления источника сигнала RГ и мало (почти в h21e раз меньше RГ). Каскад ОК благодаря большому входному и малому выходному сопротивлению находит применение как в предварительных, так и в мощных УНЧ.
Цепи питания биполярных транзисторов
Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить положение точки покоя, определяемое током покоя IС. С этой целью на электроды транзистора должны быть поданы два напряжения: коллекторное и напряжение смешения базы. Полярность этих напряжений зависит от структуры транзистора. Для транзисторов p-n-p оба этих напряжения должны быть отрицательными, а для n-p-n – положительными, относительно эмиттера транзистора.. Величины коллекторного и базового напряжения должны быть различны; кроме того, различными оказываются и требования к стабильности этих напряжений. Поэтому используются две отдельные цепи питания – коллектора и базы.
Питание коллектора
Цепи питания коллектора содержат элементы, показанные ниже.
В многокаскадных усилителях коллекторные цепи всех каскадов подключаются параллельно к одному общему источнику E0C. В этом случае цепь питания коллектора содержит развязывающий фильтр RфCф. Назначение такого фильтра – устранить паразитную обратную связь через общий источник питания. При питании от сети переменного тока, кроме того, уменьшаются пульсации напряжения питания. Резистор Rф включают последовательно с нагрузкой RН, и на нём теряется часть коллекторного напряжения. Поэтому рекомендуется сопротивление Rф выбирать исходя из допустимого падения напряжения:
Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора UCE выбирается в пределах
При этом минимальное значение UC не должно быть менее 0,5 В, иначе рабочая точка переходит в область насыщения и возрастают нелинейные искажения.
Схема цепей питания базы
Цепи питания базы содержат элементы, показанные ниже
Схема с фиксированным током
Схема с фиксированным напряжением
Схема с автоматическим смещением
Заданный режим работы транзистора устанавливается путём подачи на его базу требуемого напряжения смещения UB или создания в цепи базы требуемого тока смещения IB. В обоих случаях между эмиттером и базой устанавливается напряжение UBE,равное (в зависимости от IB) 0,1…0,3 В (для германиевых транзисторов) или 0,5…0,7 В (для кремниевых). Смещение базы может осуществляться от общего с коллектором источника питания E0C или от отдельного источника питания базовых цепей E0В.
При питании от E0C смещение базы может быть фиксированным (по току или напряжению) или автоматическим. Схемы с фиксированным током и с фиксированным напряжением не обеспечивают стабильности рабочей точки транзистора при изменении температуры.
Расчёт усилительного каскада
Схема с автоматическим смещением, получившая наибольшее распространение, содержит три резистора: Rb1, Rb2 и RE. За счёт отрицательной обратной связи создаваемой RE в цепи эмиттера, достигается требуемая стабилизация рабочей точки. Блокировочный конденсатор CE используется для устранения нежелательной обратной связи по переменному току. Схема эффективна как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов. Для определения величин Rb1, Rb2 и RE должны быть известны напряжение источника питания E0C и ток покоя IС. Ориентировочные значения Rb1, Rb2 и RE могут быть определены с помощью приведённых ниже формул.
Входящие в вышеприведённые формулы b, c и UBE зависят от типа транзистора и режима его работы.
Для германиевых транзисторов выбираются: b ≈ 0,2; с – в пределах 3…5; UBE – в пределах 0,1…0,2.
Для кремниевых транзисторов: b ≈ 0,1; с – в пределах 10…25; UBE – в пределах 0,6…0,7.
При увеличении c и уменьшении b стабильность схемы снижается. Большие значения UBE выбирают для больших значений IС.
Online калькулятор для расчёта усилительного каскада здесь
4.1. Режимы работы транзистора.
В
общем случае для транзистора
возможны четыре устойчивых
состояния
(режима).
Они
отличаются друг от друга тем, в каком
состоянии (прямое или обратное смещение)
находятся эмиттерный
и коллекторный переходы транзистора.
Приведем
их полное описание.
Активный
режим
– соответствует случаю, рассмотренному
при анализе усилительных свойств
транзистора. В этом
режиме прямосмещенным оказывается
эмиттерный переход,
а на коллекторном присутствует обратное
напряжение, именно
в
активном режиме транзистор наилучшим
образом проявляет
свои
усилительные свойства. Поэтому часто
такой режим называют
основным или
нормальным.
Инверсный
режим
–
полностью противоположен активному
режиму,
т.е. обратносмещенным
является эмиттерный переход, а
прямосмещенным – коллекторный. В таком
режиме транзистор
также может использоваться для усиления.
Однако из-за конструктивных различий
между областями коллектора и эмиттера
усилительные свойства транзистора
в инверсном режиме
проявляются гораздо хуже, чм
в
режиме активном.
Поэтому на практике инверсный режим
практически
не используется.
Режим
насыщения (режим
двойной инжекции)
–
оба перехода
транзистора
находятся под прямым смещением. В этом
случае выходной ток транзистора не
может управлять его входным током, т.е.
усиление сигналов невозможно.Режим
насыщения используется в ключевых
схемах, где в задачу
транзисторов входит не усиление сигналов,
а замыкание/размыкание
разнообразных электрических цепей.
Режим
отсечки
–
к обоим переходам подведены обратные
напряжения. Такой режим также используется
в ключевых
схемах. Поскольку в нем выходной ток
транзистора практически
равен нулю, то он соответствует размыканию
транзисторного
ключа.
Угол
отсечки
– половиной той части периода, в течение
которого транзистор открыт.
Заметим,
что кроме названных основных рабочих
режимов в транзисторе возможен режим
пробоя на
различных переходах.
Обычно он возникает только в случае
аварии и не используется
в работе, однако существуют специальные
лавинные
биполярные транзисторы, в
которых режим пробоя является
как раз основным рабочим режимом.
4.2. Классы усиления.
Чтобы
различать динамику изменений режимов
работы
транзистора (а это имеет значение при
расчете их энергопотребления
и тепловыделения) вводится понятие
класса усиления.
Различают
пять основных классов усиления, которые
обозначаются прописными латинскими
буквами: А,
В,
АВ,
C,
D.
Класс
усиления А. При
работе в данном классе усиления транзистор
все время находится в активном режиме
(рис. 4.1).
Режим характеризуется тем, что ИРТ,
определяемая смещением, находится в
середине линейного участка входной
характеристики, а, следовательно, и в
середине нагрузочной характеристики,
так, что амплитудные значения сигналов
не выходят за те пределы нагрузочной
прямой, где изменения тока коллектора
пропорциональны изменениям тока базы.
При
работе в классе А:
-
угол
отсечки θ =
180°, -
КПД
невысокий: η
= (25…30)%, -
коэффициент
гармоник: Kг
= 1%(малые нелинейные искажения).
УК такого класса
применяются в основном в качестве
маломощных предварительных каскадов,
но иногда и в качестве оконечных.
Рис.
4.1
Класс
усиления В.
Этот класс
характеризуется тем, что ИРТ находится
в начале входной характеристики (рис.
4.2). Ток нагрузки протекает по коллекторной
цепи транзистора только в течение одного
полупериода входного сигнала, а в течение
второго полупериода транзистор закрыт,
так как его рабочая точка будет находится
в зоне отсечки.
Рис.
4.2
При
работе в классе B:
-
угол
отсечки θ =
90°, -
КПД
значительно выше чем в классе А:
η = (65…70)%, -
коэффициент
гармоник: Kг
≤ 10%(большой уровень нелинейных
искажений).
Существенный
недостаток
– большой уровень нелинейных искажений,
что вызвано повышенной нелинейностью
усиления транзистора, когда
он находится вблизи режима отсечки. Для
того, чтобы усилить входной сигнал в
течение обоих полупериодов, используют
двухтактные схемы усилителей, когда в
течение одного полупериода работает
один транзистор, а в течение другого
полупериода – второй транзистор в этом
же режиме. Режим класса В
обычно используют в мощных усилителях.
Класс
усиления АВ. Данный
класс усиления является промежуточным
между классами А
и В.
В этом случае транзистор также
переключается между режимом отсечки и
активным режимом, но преобладающим
является все-таки именно активный режим
(рис. 4.3).
Рис.
4.3.
Незначительное
понижение КПД усилительного каскада в
классе АВ
компенсируется существенным уменьшением
нелинейных искажений при усилении
одного из полупериодов входного сигнала.
При
работе в классе АB:
-
угол
отсечки θ >
90°, -
КПД
средний между классами А
и В:
η = (50…55)%, -
коэффициент
гармоник: Kг
≤ 3%(невысокий уровень нелинейных
искажений).
Схемы
усилителей мощности строятся так, что
участок со значительными нелинейностями,
когда транзистор переходит из режима
отсечки в активный режим и наоборот,
просто не оказывает влияния на выходной
сигнал.
Класс
усиления С. В
классе усиления С
транзистор большую часть периода
изменения напряжения входного сигнала
находится в режиме отсечки, а в активном
режиме – меньшую часть (рис. 4.4).
Рис.
4.4
При
работе в классе С:
-
угол
отсечки θ <
90°, -
КПД
высокий: η =
(75…85)%, -
коэффициент
гармоник: Kг
≥ 10%(очень высокий уровень
нелинейных искажений).
Этот
класс часто используется в выходных
каскадах мощных резонансных усилителей
(например, в радиопередатчиках) с
повышенным КПД.
Класс
усиления D.
Предназначен для
обозначения ключевого режима работы,
при котором биполярный транзистор может
находиться только в двух устойчивых
состояниях: или полностью открытом
(режим насыщения), или полностью закрытом
(режим отсечки).
Литература:
-
Волович
Г.И. Схемотехника аналоговых и
аналого-цифровых электронных устройств.
– М: Додека-XXI,
2005. -
Павлов
В.Н., Ногин И.Н. Схемотехника аналоговых
электронных устройств. – М: Горячая
Линия Телеком, 2001.
Разработал: доцент
кафедры РЛ1 Чепурнов И.А.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Режим работы транзистора в схеме усилительного каскада
Различают пять основных режимов работы транзистора: A, B, AB, C, D. В зависимости от величин постоянной составляющей входного тока ( от положения рабочей точки покоя О) транзистор может работать без отсечки и с отсечкой тока.
Рисунок -Положение рабочей точки при различных режимах работы усилителя При отсечке, ток коллектора протекает только в течение части периода входного сигнала.
Режим класса А. Ток выходной цепи существует в течение всего периода сигнала.
- Достоинства: Малые нелинейные искажения, поскольку входной сигнал присутствует на линейном участке сквозной (входной) Возможность применения как однотактных, так и в двухтактных каскадах усиления сигналов любой формы.
- Недостатки: Низкий КПД из-за большого среднего тока , как при наличии, так и при отсутствии сигнала.
Режим А чаще всего используется в каскадах предварительного усиления.
Режим класса B. Ток выходной цепи существует в течение половины периода входного сигнала.
- Достоинства: Высокий КПД. Высокое использование Т по току и напряжению.
- Недостатки: Высокий коэффициент гармоник.
Режим В чаще используется в УМ, построенных по двухтактной схеме.
Режим класса АB. В отличие от режима B рабочая точка находится в начале нелинейного участка сквозной (входной) характеристики. В отличие от режима класса B в режиме класса AB уменьшается коэффициент гармоник.
Режим класса С. Рабочая точка покоя располагается левее точки пересечения сквозной (входной) характеристики с осью абсцисс. Используется в резонансных усилителях, в умножителях частоты, а также для усиления одномерных импульсных сигналов. Ток выходной цепи отсутствует при отрицательной полуволне входного сигнала и при его малых уровнях. Применение двухтактной схемы не позволяет получить выходной сигнал той же формы, что и выходной.
Режим класса Д (или ключевой режим). В этом режиме усилительный элемент находится в одном из двух состояний: или полностью открыт, или полностью заперт. Потери энергии при этом минимальны, КПД100%, по пропорциональности между входящими и выходящими сигналами нет.
Перевод транзисторов с класса «А» в класс «АВ» увеличивает коэффициент гармонических искажений в четыре раза, в результате коэффициент усиления (без ООС) возрастает на 10-15Дб, что уменьшает частоту среза на две октавы.
Режимы работы усилителя в классе «АВ» и «В» имеют общие недостатки — это переходные искажения первого порядка, которые имеют S — образную форму, на малом уровне сигнала. Чем ниже уровень сигнала, тем больше искажений. Такие усилители всегда хочется «врубить» по громче, чтобы как можно полнее (никогда не получится) почувствовать мощь и динамику музыкального произведения. К тому же, режимы работы транзисторов в классе «АВ» и «В» выдают негативные искажения сигнала, которые простираются до 11 гармоники и вызывают феномен «транзисторного» звука
Существует разновидность усилителей мощности класса «А» — класс «А+». При этом низковольтные транзисторы работают в «А», а высоковольтные управляются величиной входного сигнала (класс «В» или «АВ»). Фильтром искажений является источник питания класса «В» или «АВ». Степень искажений зависит от разницы напряжения питания высоковольтных и низковольтных транзисторов, и приблизительно составляет 0.003%. КПД таких усилителей значительно выше, чем в классе «А», но общие искажения имеют гармоники высоких порядков, что придаёт звуку «жесткость».
Усилители мощности класса «АА» имеют очень низкий уровень искажений около 0.0005%, но порядок гармоник также высок. Специальная мостовая схема связывает усилитель напряжения класса «А» с стабилизирующим усилителем тока.
В результате длительных экспериментов некоторые эксперты пришли к мнению, что мощные спаренные транзисторы включённые однотактным повторителем мощности, максимально чётко контролируют любые АС (в акустически сложные помещениях) и обладают несущественными гармоническими искажениями сигнала низких порядков. Однако для высококачественного усиления напряжения (любые транзисторы, в любом режиме работы) непригодны, так как они имеют высокий спектр искажений гармонических составляющих, что окрашивает звук в металлический оттенок.
|
|
Макеты страниц
В зависимости от величины постоянной составляющей входного тока (от положения рабочей точки покоя О) транзистор в схеме усилительного каскада может работать без отсечки и с отсечкой тока. В последнем случае коллекторный ток протекает только в течение части периода входного сигнала. Различают четыре основных режима работы транзистора: классы А, АВ, В, С.
Режим класса А. Этот режим характеризуется работой транзистора без отсечки тока, с минимальными нелинейными искажениями Лормы сигнала. Для обеспечения режима класса А, например в схеме ОЭ на вход транзистора подается такое постоянное напряжение смещения 
, при котором рабочая точка покоя О занимает положение, соответствующее середине линейного участка 1—2 входной характеристики транзистора 
на рис. 3.6. При этом максимальную амплитуду входного переменного сигнала 
выбирают такой, чтобы рабочая точка перемещалась по характеристике 
в пределах ее линейного участка, иначе появляются нелинейные искажения за счет нелинейности входных характеристик, зависящие от соотношения между внутренним сопротивлением генератора входного сигнала 
и входным сопротивлением каскада 
.
Если 
(режим источника напряжения), то на вход усилителя поступает напряжение 
синусоидальной формы. На рис. 3.6 видно, что при 
за счет нелинейности входной характеристики транзистора форма тока базы существенно искажается, так как 
.
Рис. 3.6.
При 
(режим источника тока) на вход усилителя поступает ток 
синусоидальной формы. В этом случае нелинейность входной характеристики мало влияет на форму выходного тока, поэтому нелинейные искажения уменьшаются по сравнению с режимом источника напряжения. Однако с увеличением 
возрастает отбираемая от источника сигнала мощность.
Нелинейные искажения за счет нелинейности выходных характеристик транзистора обусловлены зависимостью коэффициента усиления тока базы В от тока коллектора.
Количественно суммарные нелинейные искажения за счет нелинейности входных и выходных характеристик определяют с помощью сквозной динамической характеристики, представляющей собой зависимость выходного тока 
от ЭДС генератора входного сигнала 
. Сквозную характеристику можно построить, используя входную и выходную характеристики транзистора и зная положение нагрузочной прямой. По заданным, например, в точках пересечения 1, 2, 0, 3, 4 (см. рис. 3.5) значениям коллекторного тока определяют соответствующие им значения базового тока 
.
По входной характеристике 
для данных базовых токов находят значения 
.
Затем, пользуясь формулой 
, находят ЭДС генератора 
.
На рис. 3.7 построены сквозные характеристики для двух значений сопротивления 
, откуда видно, что при 
сквозная характеристика более линейна, чем при 
Для оценки нелинейных искажений каскада необходимо, используя сквозную характеристику, найти высшие гармоники выходного тока и определить коэффициент гармоник 
.
Рис. 3.7.
Рис. 3.8.
Так как в режиме класса А нелинейные искажения в основном создает вторая гармоника 
(амплитуды остальных малы), то коэффициент 
можно записать следующим образом:
Определив по сквозной характеристике (рис. 3.8) значения токов 
, соответствующие максимальному амплитудному значению генератора сигнала 
, с помощью гармонического анализа [3] можно получить
Таким образом,
Режим класса А широко используется в схемах усилителей напряжения. Однако КПД усилительного каскада, работающего в режиме класса А, относительно мал. Действительно, полезная и потребляемая мощности каскада соответственно равны
где 
— эффективные значения напряжения и тока.
Тогда выражение для КПД, определяемое отношением полезной мощности к потребляемой, будет иметь вид
Рис. 3.9.
Максимальная амплитуда коллекторного тока 
ограничивается допустимыми нелинейными искажениями и, как показывает графический анализ каскада ОЭ на рис. 3.9, всегда меньше значения 
. Из рис. 3.9 видно также, что максимальная амплитуда коллекторного (выходного) напряжения меньше половины напряжения источника питания, т. е. 
.
Таким образом, максимальный КПД усилительного каскада ОЭ, работающего в режиме класса А,
меньше 
Усилитель мощности, работающий в режиме класса А, отличается от каскада усиления напряжения (см. рис. 3.2, а) тем, что для повышения КПД в коллекторную цепь транзистора включен не резистор, а выходной трансформатор (рис. 3.10).
Рис. 3.10.
В отсутствие переменного входного сигнала 
на базу транзистора подается постоянное напряжение смещения 
, обеспечивающее на его выходных характеристиках положение рабочей точки покоя О, соответствующее режиму класса А (рис. 3.11). Так как в отсутствие входного сигнала коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора подключен непосредственно к источнику питания, то статическая нагрузочная прямая пойдет практически вертикально (сопротивлением обмотки постоянному току 
пренебрегаем).
Следовательно, можно считать, что 
. При подаче входного сигнала с частотой, лежащей в пределах полосы пропускания усилителя, сопротивление в коллекторной цепи транзистора будет определяться приведенным к первичной обмотке (без учета потерь в трансформаторе) сопротивлением нагрузки усилителя 
, где 
— коэффициент трансформации; 
число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Рис. 3.11.
Тогда линия нагрузки по переменному току будет отсекать на оси абсцисс (рис. 3.11) отрезок 
, а на оси ординат — отрезок 
.
Максимальное напряжение на коллекторе транзистора получается больше напряжения источника питания, что объясняется свойством трансформатора записать электромагнитную энергию.
Поэтому при работе усилителя с выходным трансформатором тип транзистора следует выбирать, учитывая соотношение 
.
Максимальный КПД каскада определяется из выражения (3.9), т. е.
Максимальная амплитуда выходного напряжения 
может лишь приближаться к значению 
, на практике оставаясь всегда меньше 
, так как ограничивается допустимыми нелинейными искажениями. Таким образом, КПД усилителя мощности (рис. 3.10), работающего в режиме класса, выше КПД каскада ОЭ с резистором в коллекторной цепи, однако не превышает 50%. Значение 
, близкое к 50%, можно получить, выбрав оптимальное приведенное сопротивление нагрузки 
. Тогда 
.
Если 
, то имеем неполное использование тока коллектора 
, так как динамическая нагрузочная прямая пойдет положе, чем соответствующая 
. При малых значениях 
динамическая нагрузочная прямая проходит круто к оси абсцисс по сравнению с прямой, соответствующей 
Тогда максимальная амплитуда напряжения 
(рис. 3.11).
Поскольку сопротивление нагрузки 
определяется назначением усилителя и бывает задано, коэффициент трансформации выходного трансформатора, при котором выполняется согласование 
, и выходного сопротивления каскада следует рассчитывать по формуле
При выбранных 
тогда
Максимальное значение мощности в нагрузке ограничивается мощностью рассеивания на коллекторе транзистора, которая определяется по формуле
где 
— КПД трансформатора.
Очевидно, максимальная мощность На коллекторе рассеивается в режиме покоя при 
, т. е.
Так как 
, то выражение (3.11) можно Записать как
или
т. е. заданное значение мощности в нагрузке не должно превышать Максимального значения мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, умноженного на КПД усилителя.
Положив, что 
соответствует допустимому значению мощности, рассеиваемой на коллекторе 
, на основании (3.12) получим условие надежной работы транзистора
Мощность 
— табличная величина, определяемая по справочникам.
Режим класса В. При работе транзистора в режиме класса В постоянное напряжение смещения 
на базе транзистора отсутствует и рабочая точка покоя О лежит в области небольших токов коллектора 
, которыми в случае кремниевых транзисторов, можно пренебречь.
Рис. 3.12.
Поэтому в режиме класса В ток через усилительный элемент при действии переменного входного сигнала протекает только в течение половины периода, т. е. усилительный элемент работает с отсечкой тока (рис. 3.12). Угол, соответствующий половине временного интервала, в течение которого ток протекает через усилительный элемент, называется углом отсечки тока 0. Следовательно, в режиме класса В угол отсечки составляет 90°.
Рис. 3.13.
Каскады, представленные на рис. 3.2, 3.10, называются однотактными, т. е. выходной сигнал формируется с помощью одного усилительного элемента. В однотактных схемах при работе с отсечкой тока выходной сигнал резко отличается по форме от синусоидального входного сигнала (рис. 3.12), возникают большие нелинейные искажения. Для получения синусоидальной формы выходного сигнала и уменьшения нелинейных искажений используются двухтактные схемы, состоящие из двух однотактных каскадов (плеч), объединенных таким образом, чтобы за время, равное периоду входного сигнала, транзисторы, имеющие общую нагрузку 
, работали поочередно в течение одного полупериода.
Такая работа транзисторов схемы обеспечивается при 
путем подачи на их базы одновременно двух равных по амплитуде, но сдвинутых по фазе на 180° друг относительно друга напряжений, которые называются парафазными.
В двухтактной схеме усилителя мощности, представленной на рис. 3.13 эти напряжения получаются с помощью входного трансформатора со средней точкой.
Работу двухтактного каскада усиления мощности в режиме класса В можно проиллюстрировать с помощью рис. 3.14. В отсутствие входного сигнала оба транзистора закрыты и можно считать, что 
.
Рис. 3.14.
При поступлении входного сигнала в течение полупериода работает один из транзистороа Рабочая точка перемещается по динамической нагрузочной прямой, которая имеет угол наклона к оси абсцисс, соответствующий пересчитанному к одному плечу сопротивлению нагрузки
где 
— коэффициент трансформации, 
— число витков первичной и вторичной обмоток выходного трансформатора.
Так как коллекторные токи транзисторов сдвинуты друг относительно друга на 180°, то форма тока и напряжения нагрузки получается близкой к синусоидальной. Тогда выходная мощность двухтактного каскада, как и для однотактного, будет определяться выражением
Мощность, потребляемая от источника питания обоими транзисторами,
где 
— среднее значение коллекторного тока одного транзистора за период выходного сигнала.
Следовательно, КПД двухтактного каскада определяется формулой
При отдаче в нагрузку максимальной мощности 
полностью используются коллекторный ток транзисторов и напряжение источника питания. Тогда максимальное значение КПД двухтактного каскада в режиме класса В близко к 78%, что в 1,5 раза больше максимального значения КПД однотактного каскада в режиме класса А.
Нелинейные искажения в двухтактном каскаде оценивают по третьей гармонике 
выходного тока. Вторые гармоники коллекторных токов транзисторов сдвинуты друг относительно друга на 360° и компенсируются на выходе, так как ток нагрузки определяется разностью коллекторных токов.
Таким обрззом, для двухтактного каскада
Количественная оценка нелинейных искажений в двухтактном каскаде производится, так же, как и в однотактном, способом трех или пяти ординат построением сквозной характеристики, представляющей для двухтактного каскада зависимость коллекторного тока одного транзистора от амплитуды входного напряжения, пересчитанного к одному плечу вторичной обмотки 
входного трансформатора
где 
— коэффициент трансформации входного трансформатора.
При построении сквозной характеристики необходимо пользоваться пересчитанным к обмотке 
внутренним сопротивлением источника входного сигнала
Активными сопротивлениями первичной обмотки и половины вторичной обмотки входного трансформатора можно пренебречь.
Определив по построенной сквозной характеристике (рис. 3.15) токи 
, соответствующие значениям 
, найдем
Подставив выражения для 
из (3.18) в формулу (3.17), Получим
С помощью формулы (3.19) рассчитывать 
с большой степенью точности можно лишь при условии подбора транзисторов с одинавыми параметрами.
Если параметры транзисторов имеют большой разброс, то четные гармоники компенсируются не полностью. Поэтому в схеме с неподобранными транзисторами коэффициент гармоник, рассчитанный по (3.19), следует увеличить в 
. Нелинейные искажения в режиме класса В (порядка 10%) выше, чем в режиме класса А, так как используется весь рабочий диапазон токов и напряжений транзистора. Особенно сильно искажается форма выходного напряжения в области малых значений (рис. 3.16), что объясняется нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора. Действительно, для появления тока базы надо подать входное напряжение 
большее порогового напряжения 
(рис. 3.17).
Рис. 3.15.
Режим класса АВ. Чтобы исключить искажения выходного сигнала в области малых значений в двухтактных усилителях мощности, применяют режим класса АВ, когда на базу транзисторов подается небольшое напряжение смещения 
, при котором рабочая точка занимает начальное положение О в нелинейной области входных характеристик, но через транзисторы в отсутствие входного сигнала протекает небольшой ток 
(рис. 3.17). При этом КПД схемы практически не изменяется по сравнению с классическим режимом класса В, но нелинейные искажения уменьшаются в несколько раз.
Рис. 3.16.
Рис. 3.17.
Режим класса С. Если подается напряжение смещения, запирающее усилительный элемент, то такой режим называется режимом класса С. Угол отсечки тока в режиме класса С меньше 
. Нелинейные искажения выше, а КПД больше, чем в режиме класса В.
Режим класса С применяется в основном в схемах резонансных усилителей, где нелинейные искажения, возникающие в результате отсечки тока, устраняются резонансным нагрузочным контуром настроенным на частоту входного сигнала.
В коммутационных схемах используется режим работы усилительного элемента класса Д (режим ДА—НЕТ), когда выходной ток периодически изменяется от нуля до максимального значения.
Классификация режимов работы полевого транзистора в схеме усилительного каскада осуществляется по тем же критериям, что и для биполярного транзистора. Режимы работы полевого транзистора определяются выбором рабочей точки покоя О на входной характеристике путем подачи постоянного напряжения смещения на вход каскада. Например, для схемы ОИ в режиме класса А напряжение смещения 
соответствует рабочей точке покоя О, лежащей в середине линейного участка входной характеристики 
, в режиме класса В напряжение смещения близко к напряжению отсечки тока транзистора.
Оглавление
- ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
- ВВЕДЕНИЕ
- РАЗДЕЛ I. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ
- ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ
- § 1.2. Коэффициент усиления. Линейные и нелинейные искажения
- § 1.3. Эквивалентная схема усилителя. Входное и выходное сопротивления
- § 1.4. Показатели многокаскадных усилителей
- § 1.5. Шумы в усилителях
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 2. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ
- § 2.1. Виды обратных связей
- § 2.2. Влияние обратной связи на коэффициент усиления и искажения сигнала
- § 2.3. Влияние отрицательной обратной связи на входное сопротивление усилителя
- § 2.4. Влияние отрицательной обратной связи на выходное сопротивление усилителя
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ
- § 3.1. Включение транзистора в схему усилительного каскада. Графический анализ работы каскада
- § 3.2. Режимы работы транзистора в схеме усилительного каскада. Однотактные и двухтактные схемы усилительных каскадов
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ
- § 4.1. Каскад с общим эмиттером
- § 4.2. Схемы с общим эмиттером с термокомпенсацией рабочей точки покоя
- § 4.3. Частотные искажения в схеме с общим эмиттером. Область низких частот
- § 4.4. Широкополосные каскады с общим эмиттером
- § 4.5. Каскад с общей базой (повторитель тока)
- § 4.6. Каскад с общим коллектором (повторитель напряжения)
- § 4.7. Каскад с общим истоком
- § 4.8. Каскад с общим стоком (истоковыб повторитель)
- § 4.9. Выходные каскады (усилители мощности)
- Расчет бестрансформаторного двухтактного усилителя мощности
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
- § 5.1. Усилители с резистивно-емкостной связью
- § 5.2. Усилители с непосредственной связью (усилители постоянного тока)
- § 5.3. Дифференциальные усилители
- § 5.4. Усилители постоянного тока с преобразованием сигнала
- § 5.5. Регулировка усиления сигнала в усилителях низкой частоты
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
- § 6.2. Эквивалентная схема и основные параметры
- Области применения операционных усилителей
- § 6.3. Линейные схемы на операционных усилителях
- § 6.4. Устойчисвость и частотная коррекция операционных усилителей
- § 6.5. Работа операционного усилителя на низкоомную нагрузку
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 7. РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ
- § 7.1. Электромагнитные контактные реле. Общие сведения и основные параметры
- § 7.2. Электронные реле
- § 7.3. Электронные реле времени
- § 7.4. Фотоэлектронные реле
- § 7.5. Электронные реле на тиристорах
- РАЗДЕЛ II. ВЫПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ
- § 8.1. Определение и параметры выпрямителя
- § 8.2. Схемы выпрямителей
- § 8.3. Сглаживающие фильтры
- § 8.4. Фазочувстительные выпрямители и усилители
- § 8.5. Управляемые выпрямители и инверторы
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 9. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
- § 9.1. Параметрические стабилизаторы
- § 9.2. Компенсационные стабилизаторы
- Расчет компенсационного стабилизатора непрерывного действия
- Вопросы и задачи для самопроверки
- РАЗДЕЛ III. ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
- § 10.1. Основные параметры радиопередающих и радиоприемных устройств
- § 10.2. Радиоприемник супергетеродинного типа
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 11. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ
- § 11.1. Свободные колебания в контуре
- § 11.2. Вынужденные колебания в последовательном контуре
- § 11.3. Вынужденные колебания в параллельном контуре
- § 11.4. Вынужденные колебания в связанных контурах
- Вопросы и задачи для самопроверки
- ГЛАВА 12. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
- § 12.1. Принципы построения генераторов
- § 12.2. Генератор с фазовращающей RC-цепью
- Расчет генератора низкой частоты
- § 12.3. Генератор с мостом Вина в цепи обратной связи
- § 12.4. Генераторы с колебательными контурами
- § 12.5. Стабилизация частоты LC-генераторов. Кварцевые генераторы
- ГЛАВА 13. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
- § 13.1. Узкополосные RC-усилители
- § 13.2. Резонансные усилители напряжения высокой частоты
- § 13.3. Резонансные усилители мощности высокой частоты (генераторы с независимым возбуждением)
- § 13.4. Модуляция высокочастотного сигнала
- ЛИТЕРАТУРА
Что такое транзисторный усилительный каскад и как он работает, примеры схем усилительных каскадов на транзисторе. В любой аналоговой электронной технике применяются усилительные каскады на транзисторах, как самостоятельные, так и в составе микросхем. И так, из школьного курса физики, мы знаем что биполярные транзисторы бывают структур P-N-P и N-P-N.
Вдаваться в подробности строения кристалла мы здесь не будем. Лучше разберемся что это нам дает. Так вот, питание биполярного транзистора P-N-P подается плюсом на его эмиттер, а минусом на его коллектор. И некоторое отрицательное, относительно эмиттера, напряжение смещения подается на его базу.
А вот питание биполярного транзистора N-P-N, совсем наоборот, — подается минусом на его эмиттер, а плюсом на его коллектор, и некоторое положительные, относительно эмиттера, напряжение смещение на его базу. Здесь будем рассматривать усилительные каскады на транзисторах структуры N-P-N.
Потому что такие каскады сейчас наиболее распространены, — почти вся современная аппаратура имеет общий минус, а питается положительным напряжением относительно общего минуса. Все что здесь будет сказано в отношении транзистора N-P-N применимо и к транзистору P-N-P, только все напряжения будут в обратной полярности.
Простейшие схемы усилительных каскадов на транзисторах
На рисунках 1 и 2 показаны простейшие схемы резистивных усилительных каскадов на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Схема с общим эмиттером позволяет усиливать как ток, так и напряжение сигнала.
Рис. 1. Простейшая схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).
Рис. 2. Еще одна схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).
Есть два основных способа подачи напряжения смещения на базу транзистора в схеме с ОЭ. В схеме на рисунке 1 напряжение на базу подается через резистор R6, при этом само напряжение на базе зависит от делителя, состоящего из R6 и внутреннего сопротивления база-эмиттер транзистора.
В такой схеме для получения нужного напряжения смещения R6 имеет обычно большое сопротивление. Такой тип смещения называют смещением, фиксированным током базы.
На рисунке 2 напряжение базового смещения создается делителем из резисторов Rб1 и Rб2. В такой схеме сопротивление базовых резисторов может быть значительно меньше.
Это интересно тем, что изменение сопротивления эмиттер-база под действием изменения температуры в меньшей степени влияет на напряжение на базе транзистора. Такой каскад более термостабилен.
Кроме того меньше влияния на рабочую точку транзистора изменений в кристалле транзистора от старения, или при замене неисправного транзистора другим. Такой тип смещения называется фиксированным напряжением база-эмиттер.
Недостаток схемы на рис.2 в том, что входное сопротивление такого каскада значительно ниже, чем в схеме по рис.1. Но это важно, только если нужно большое входное сопротивление.
Разные экземпляры даже однотипных транзисторов могут существенно отличаться своими статическими параметрами, кроме того, есть и зависимость от температуры, поэтому желательно чтобы в усилительном каскаде была стабилизация режима работы транзистора.
Проще всего это сделать введением в каскад отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, так, чтобы изменения входного тока или напряжения, к которым приводит работа ООС, противодействовали влиянию дестабилизирующих факторов.
Коллекторная стабилизация режима работы транзистора
На рисунке 3 показана схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора. Обратите внимание, — каскад очень похож на схему на рис.1, но базовый резистор R6 подключен не к плюсу источника питания (+Uп), а к коллектору транзистора. Теперь получается, что напряжение смещения на базе транзистора зависит от напряжения на его коллекторе.
Которое, в свою очередь, зависит от напряжения на базе. И если по какой-то причине напряжение на коллекторе изменится, то и напряжение на базе изменится таким образом, что необходимая рабочая точка каскада будет восстановлена.
Рис. 3. Схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора.
Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора
Более высокой стабильности можно достигнуть применив эмиттерную стабилизацию режима работы транзистора (рис.4). Здесь стабильность повышается при увеличении сопротивления Rэ и уменьшении сопротивлений Rб1 и Rб2.
Однако и слишком большим сопротивление Rэ выбирать не следует, потому что при этом напряжение коллектор-эмиттер может оказаться слишком малым.
Не стоит увлекаться и сильным уменьшением сопротивлений R61 и R62, потому что при очень малых их величинах не только увеличивается ток потребления, но и, что гораздо важнее, очень сильно снижается входное сопротивление.
Рис. 4. Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора.
Чтобы снизить влияние ООС на переменный ток вводится конденсатор Сэ. Как известно, конденсатор имеет реактивное сопротивление, и постоянный ток через него не проходит, но проходит переменный. В результате переменный ток «обтекает» резистор Rэ через реактивное сопротивление Сэ.
И результирующее сопротивление в цепи эмиттера по переменному току оказывается значительно ниже, чем по постоянному. Поэтому ООС по переменному току значительно меньше, чем по постоянному.
Каскад с общим коллектором
Схема каскада с общим коллектором (рис.5.) обеспечивает усиление входного сигнала только по току.
Такие каскады называются эмиттерными повторителями, потому что по напряжению они не усиливают сигнал, а только повторяют его (было на входе 0,5V, и на выходе тоже будет 0,5V).
Но сила тока на выходе через нагрузку будет больше.
Они применяются тогда, когда нужно получить большое входное сопротивление. Отличие каскада с ОК (общим коллектором) от каскада ОЭ (общим эмиттером) в том, что в схеме с ОК выходной сигнал снимается с эмиттера. При этом сигнал не усиливается по напряжению и не инвертируется.
Рис. 5. Схема каскада с общим коллектором.
В схеме же с ОЭ сигнал инвертируется. Это демонстрируется на рисунках изображениями синусоид у входа и выхода каскадов. В схеме с ОЭ выходная синусоида противофазна входной. В схеме с ОК — они синфазны.
РК-02-18.
Режимы работы усилительных элементов
Описание существующих классов режимов работы каскадов предварительного
усиления, а также выходных каскадов усилителей мощности.
Работа любого усилительного элемента, будь то транзистор или лампа, определяется режимом их работы. Однако всегда следует понимать,
что любой усилительный элемент может работать в линейном режиме усиления только на некотором участке передаточной характеристики (ВАХ).
В зависимости от выбранного режима может возникнуть ситуация, когда при слишком низких уровнях подводимого сигнала транзистор или лампа
ещё не могут усиливать (находятся в режиме отсечки, или, как говорят, ещё не открылись), а при слишком высоких входных уровнях входят в
насыщение и перестают усиливать, работая в режиме ограничения.
В схемотехнике существует несколько режимов работы усилительных элементов, отличающихся друг от друга свойствами, а соответственно, и
имеющих различные области применения.
В зависимости от положения рабочей точки на передаточной характеристике усилительного элемента, принято различать 4 режима
работы каскада (или класса усиления): А, B, АВ и С.
Это традиционные режимы, которые используются для аналогового усиления сигнала. Для цифрового же усиления усилительный элемент
загоняется в ключевой режим, а такой класс усиления называется — классом D.
На самом деле у различных производителей РЭА можно обнаружить и массу других букв, которыми если постараться, то можно практически полностью
заполнить латинский букварь. Однако, как было справедливо отмечено в журнале «EDN Europe»: «Сочинение новых классов усилителей —
не более чем маркетинговая уловка, которая приносит компаниям больше вреда, чем пользы…».
Основными характеристиками, на которые влияет выбор режима элемента усиления, являются — уровень нелинейных искажений и КПД каскада.
Поговорим поподробней о каждом из режимов.
1. Режим класса А.
 Рис. 1. Простейшая схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).
Рис. 2. Еще одна схема резистивного усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером (ОЭ). Есть два основных способа подачи напряжения смещения на базу транзистора в схеме с ОЭ. В схеме на рисунке 1 напряжение на базу подается через резистор R6, при этом само напряжение на базе зависит от делителя, состоящего из R6 и внутреннего сопротивления база-эмиттер транзистора. В такой схеме для получения нужного напряжения смещения R6 имеет обычно большое сопротивление. Такой тип смещения называют смещением, фиксированным током базы. На рисунке 2 напряжение базового смещения создается делителем из резисторов Rб1 и Rб2. В такой схеме сопротивление базовых резисторов может быть значительно меньше. Это интересно тем, что изменение сопротивления эмиттер-база под действием изменения температуры в меньшей степени влияет на напряжение на базе транзистора. Такой каскад более термостабилен. Кроме того меньше влияния на рабочую точку транзистора изменений в кристалле транзистора от старения, или при замене неисправного транзистора другим. Такой тип смещения называется фиксированным напряжением база-эмиттер. Недостаток схемы на рис.2 в том, что входное сопротивление такого каскада значительно ниже, чем в схеме по рис.1. Но это важно, только если нужно большое входное сопротивление. Разные экземпляры даже однотипных транзисторов могут существенно отличаться своими статическими параметрами, кроме того, есть и зависимость от температуры, поэтому желательно чтобы в усилительном каскаде была стабилизация режима работы транзистора. Проще всего это сделать введением в каскад отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, так, чтобы изменения входного тока или напряжения, к которым приводит работа ООС, противодействовали влиянию дестабилизирующих факторов. Коллекторная стабилизация режима работы транзистораНа рисунке 3 показана схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора. Обратите внимание, — каскад очень похож на схему на рис.1, но базовый резистор R6 подключен не к плюсу источника питания (+Uп), а к коллектору транзистора. Теперь получается, что напряжение смещения на базе транзистора зависит от напряжения на его коллекторе. Которое, в свою очередь, зависит от напряжения на базе. И если по какой-то причине напряжение на коллекторе изменится, то и напряжение на базе изменится таким образом, что необходимая рабочая точка каскада будет восстановлена.
Рис. 3. Схема коллекторной стабилизации режима работы транзистора. Эмиттерная стабилизация режима работы транзистораБолее высокой стабильности можно достигнуть применив эмиттерную стабилизацию режима работы транзистора (рис.4). Здесь стабильность повышается при увеличении сопротивления Rэ и уменьшении сопротивлений Rб1 и Rб2. Однако и слишком большим сопротивление Rэ выбирать не следует, потому что при этом напряжение коллектор-эмиттер может оказаться слишком малым. Не стоит увлекаться и сильным уменьшением сопротивлений R61 и R62, потому что при очень малых их величинах не только увеличивается ток потребления, но и, что гораздо важнее, очень сильно снижается входное сопротивление.
Рис. 4. Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора. Чтобы снизить влияние ООС на переменный ток вводится конденсатор Сэ. Как известно, конденсатор имеет реактивное сопротивление, и постоянный ток через него не проходит, но проходит переменный. В результате переменный ток «обтекает» резистор Rэ через реактивное сопротивление Сэ. И результирующее сопротивление в цепи эмиттера по переменному току оказывается значительно ниже, чем по постоянному. Поэтому ООС по переменному току значительно меньше, чем по постоянному. Каскад с общим коллекторомСхема каскада с общим коллектором (рис.5.) обеспечивает усиление входного сигнала только по току. Такие каскады называются эмиттерными повторителями, потому что по напряжению они не усиливают сигнал, а только повторяют его (было на входе 0,5V, и на выходе тоже будет 0,5V). Но сила тока на выходе через нагрузку будет больше. Они применяются тогда, когда нужно получить большое входное сопротивление. Отличие каскада с ОК (общим коллектором) от каскада ОЭ (общим эмиттером) в том, что в схеме с ОК выходной сигнал снимается с эмиттера. При этом сигнал не усиливается по напряжению и не инвертируется.
Рис. 5. Схема каскада с общим коллектором. В схеме же с ОЭ сигнал инвертируется. Это демонстрируется на рисунках изображениями синусоид у входа и выхода каскадов. В схеме с ОЭ выходная синусоида противофазна входной. В схеме с ОК — они синфазны. РК-02-18. | Режимы работы усилительных элементов
Работа любого усилительного элемента, будь то транзистор или лампа, определяется режимом их работы. Однако всегда следует понимать, В схемотехнике существует несколько режимов работы усилительных элементов, отличающихся друг от друга свойствами, а соответственно, и Основными характеристиками, на которые влияет выбор режима элемента усиления, являются — уровень нелинейных искажений и КПД каскада. 1. Режим класса А.
На практике — около 40…45% для двухтактных каскадов и около 30% — для однотактных. Данный класс А является наиболее линейным режимом усиления и характеризуется минимальными значениями гармонических искажений, 2. Режим класса В.
Чтобы воспроизвести одну полуволну входного сигнала без искажений в области перехода через ноль, усилитель должен оставаться линейным Чистый режим класса В практически используют очень редко, значительно чаще используется так называемый смешанный или промежуточный 3. Режим класса АВ.
4. Режим класса С.
А вот в резонансных усилителях радиопередающих устройств они, напротив, нашли широкое применение благодаря их высокому КПД. 4. Режим класса D. Режим D – это ключевой режим работы, при котором управляющий элемент (транзистор) может находиться только в двух состояниях: или полностью Используя усиление поступающих на вход прямоугольных импульсов изменяемой скважности (ШИМ-модуляция), такой режим широко А после начала производства силовых МДП-транзисторов, стал возможен массовый выпуск УМЗЧ класса D с реальным значением КПД — 90…95%. Рис.5 На Рис.5 изображена распространённая структурная схема усилителя класса D с синхронной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Рис.6 Здесь импульсный сигнал, сформированный управляющей схемой методом сравнения амплитуд: задающего генератора сигнала треугольной Поскольку подробная информация о типах, модификациях и принципах работы ключевых усилителей класса D довольно скудно представлена |
