Режими роботи каскадів - студопедія

В залежності від величини постійної складової вхідного сигналу (від положення ІРТ на навантажувальної прямої), транзистор в схемі підсилювального каскаду може працювати без відсічення або з відсіченням струму. У зв'язку з цим розрізняють кілька режимів роботи транзистора в усилительном каскаді. Ці режими роботи прийнято позначати великими літерами латинського алфавіту. Зокрема, в підсилювачах звукових частот знаходять застосування наступні режими роботи транзистора:

- в каскадах попереднього посилення і малопотужних кінцевих каскадах (при вихідний потужності менше 100 мВт) - режим класу А;

- в двотактних кінцевих каскадах - режими класів В або АВ.

Розглянемо особливості окремих режимів роботи каскадів на прикладі каскаду, зібраного на біполярному транзисторі, включеному за схемою з ОЕ, де для зміни положення ІРТ використаний змінний резистор R2 (рисунок 2.21).

Режимом класу Аназивают такий режим роботи підсилювального каскаду, при якому струм у вихідному ланцюзі підсилювального елемента існує протягом всього періоду вхідного сигналу. Для пояснення фізичних процесів в транзисторі скористаємося прохідний ВАХ біполярного транзистора, що представляє собойзавісімость струму колектора від напруги на емітерний перехід UБЕ (рисунок 2.24).

Малюнок 2.24 - Прохідна ВАХ біполярного транзистора і тимчасова

діаграма колекторного струму

В режимі класу А вихідна робоча точка (точка О на малюнку 2.24) знаходиться приблизно на середині прямолінійної ділянки прохідний ВАХ транзистора (або, що те ж саме - на середині навантажувальної прямої (рисунок 2.22)), що досягається подачею відповідного струму зміщення у вхідні ланцюг підбором опору резистора R2 (рисунок 2.21).

З малюнка 2.24 видно, що в режимі класу А амплітуда змінної складової вихідного струму Iкm не може бути більше струму спокою IК0. при цьому середнє значення вихідного струму Iср майже не залежить від амплітуди вхідного сигналу і мало відрізняється від струму спокою IК0.

Основною перевагою режиму классаА є малий коефіцієнт гармонік внаслідок роботи підсилювального елемента на лінійній ділянці його прохідний ВАХ, в результаті чого форма вихідного струму не відрізняється від форми вхідного сигналу. Основним недоліком режиму класу А є низький ККД.

Коефіцієнт корисної дії підсилювача в режимі класу А виявляється відносно низьким через велику струму спокою. Для визначення ККД використовують вираз

а оскільки струм IК0 і напруга UКЕ0 спокою досить великі, то відповідно до виразу (2.49) ККД каскаду в режимі класу А не може перевищувати 50%. На практиці, якщо забезпечується робота транзистора тільки з використанням лінійної частини його ВАХ, ККД каскаду ще менше - зазвичай не більше 25. 35%.

Режимом класу Вназивают такий режим роботи підсилювального каскаду, при якому струм у вихідному ланцюзі підсилювального елемента існує тільки протягом половини періоду вхідного сигналу (рисунок 2.25).

Малюнок 2.25 - Положення ІРТ на прохідній ВАХ транзистора

в режимах класу В і АВ

В режимі класу В ІРТ (точка О 'на малюнку 2.25) підсилювального елемента розташована на початку лінійної ділянки прохідний ВАХ (тобто на кордоні області відсічення на навантажувальної прямої), для чого у вхідному ланцюзі зменшують напруга зсуву шляхом зменшення опору резистора R2 (рисунок 2.21 ). Для характеристики режимів роботи, відмінних від режиму класу А. використовують поняття кута відсічення. кутом отсечкіQ вихідного струму називають половину тимчасового інтервалу, вираженого в кутових одиницях, протягом якого в вихідний ланцюга підсилювального елемента протікає струм.

В ідеальному режимі B кут відсічення Q = 90 °, а вихідний струм протікає протягом напівперіоду дії вхідного сигналу.

Внаслідок малих значень струму спокою і меншого середнього значення струму (Iср »0,318 × IКмакс), споживаного від джерела живлення, ККД каскаду, що працює в режимі класу В. може досягати 78%. Практично досяжні значення ККД в цьому режимі - 60. 65%.

Основною перевагою режиму класу В є мале споживання енергії від джерела живлення. Це обумовлено не тільки більш високим ККД у порівнянні з режимом класу А. але також і тим, що споживаний від джерела живлення струм сильно зменшується при слабких сигналах. В результаті підсилювач потужності, що працює в режимі класу В. споживає в кілька разів менше енергії від джерела живлення, ніж каскад з такою ж вихідною потужністю, що працює в режимі класу А.

Недоліком режиму класу В є те, що підсилювальний елемент в ньому полперіода знаходиться в закритому стані, а, отже, підсилює тільки один напівперіод підводиться сигналу. Крім цього, в режимі класу В використовується майже весь ділянку прохідний характеристики підсилювального елемента, включаючи нелінійну її частина, що призводить до значних нелінійних спотворень (коефіцієнт гармонік може досягати 40%).

В підсилювачах гармонійних сигналів, наприклад, в двотактних кінцевих каскадах, частіше використовують режим класу АВ. Режимом класу АВназивают такий режим роботи підсилювального каскаду, при якому кут відсічення вихідного струму трохи більше, ніж 90 °. Цей режим щодо розташування ІРТ і величини вихідного струму спокою Iк0 є проміжним між режимами А і В. Режим класу АВ досягається подачею на керуючий електрод транзистора напруги зсуву (за допомогою резистора R2. Рисунок 2.21) такої величини, при якому ІРТ (точка О на малюнку 2.25) буде знаходитися в тому місці, де починається нижній край лінійної частини прохідної характеристики транзистора. При цьому струм спокою Iк0 транзистора становить 10. 15% максимального значення вихідного струму IКмакс. ККД каскаду в режимі класу АВ трохи менше, ніж в режимі В (теоретично - менше 70%), а коефіцієнт гармонік - істотно менше 10% (може становити десяті частки - одиниці відсотків).