Для того чтобы форма переменной составляющей тока на выходе усилителя совпадала с формой подаваемого на вход сигнала, зависимость между ними должна быть линейной. Поскольку транзистор является нелинейным элементом, возможно искажение сигнала. Наличие или отсутствие искажения зависит как от амплитуды сигнала, так и от выбора положения начальной рабочей точки на нагрузочной линии.

Выбор положения начальной рабочей точки влияет также на КПД усилителя. В момент, когда сигнал отсутствует, вся энергия источников питания идет только на нагрев р-n-переходов. Если начальная рабочая точка лежит на середине прямолинейного участка, а амплитуда сигнала такова, что рабочая точка, перемещаясь, не выходит за пределы прямолинейного участка входной характеристики, то искажения сигнала не происходит. КПД в этом случае меньше 50%.

В зависимости от положения начальной рабочей точки на характеристиках активных элементов и амплитуды усиливаемого сигнала различают три основных режима работы усилительного каскада: А, В и С.

Режимы работы активных элементов часто называют классами усиления. Количественно режимы усиления для синусоидального сигнала характеризуют углом отсечки – половиной той части периода, в течение которой через выходную цепь активного элемента проходит ток. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

В режиме А начальная рабочая точка А находится примерно в середине линейной части проходной характеристики, а амплитуда сигнала такова, что, как видно из рис. 2.11, ток в выходной цепи протекает в течение всего периода сигнала. Угол отсечки равен 180°. (Отметим, что характеристики даны для усилителя с транзистором типа р-n-р по схеме с ОЭ.)

Рис. 2.11. Режим А работы усилителя

Транзистор работает в активном режиме. Рабочая точка А, перемещаясь по нагрузочной линии, не выходит за пределы точек 1 и 2 на нагрузочной линии (см. рис. 2.10, в, точка А). При работе ниже точки 2 транзистор переходит из активного режима в режим отсечки, а при работе выше точки 1 – в режим насыщения. Из-за большого тока покоя КПД в этом режиме низкий, менее 50%. Это основной недостаток рассматриваемого режима. В режиме А активный элемент работает почти без искажений, а форма выходного сигнала соответствует форме входного. Режим А используют в основном в каскадах предварительного усиления.

В режиме В начальная рабочая точка А лежит в начале проходной характеристики (рис. 2.12). Ток коллектора проходит через активный элемент лишь в течение отрицательного (для транзистора типа р-n-р) полупериода входного напряжения, во время же другого полупериода тока нет, т.е. активный элемент “заперт”, рабочая точка А находится ниже точки 2 на нагрузочной линии – в области отсечки (см. рис. 2.10, в, точка А). Угол отсечки составляет 90°. КПД каскада, работающего в режиме В, значительно выше, чем для режима А, поскольку ток покоя мал.

Рис. 2.12. Режим В работы усилителя

В режиме В усилитель имеет высокий КПД (до 80%), однако усиливается только один полупериод входного сигнала. Кроме того, сигнал сильно искажается.

Для усиления сигнала в течение всего периода используют двухтактные схемы, когда одно плечо схемы работает в положительный полупериод, а другое – в отрицательный. В режиме В (так как КПД высок) работают каскады мощного усиления (выходная мощность от 10 Вт и более).

В режиме С начальная рабочая точка А располагается правее начальной точки проходной характеристики (рис. 2.13). Угол менее 90°. В отсутствие сигнала ток через активный элемент не проходит – элемент полностью “заперт”. При подаче сигнала ток коллектора проходит в течение времени, меньшем отрицательного полупериода напряжения входного сигнала, причем искажение сигнала большее, чем в режиме В. КПД каскада, работающего в режиме С, выше, чем в режиме В, так как ток покоя отсутствует. Режим С применяют в мощных резонансных усилителях.

Рис. 2.13. Режим С работы усилителя

Режим D называют ключевым. Активный элемент в этом режиме работы усилителя находится либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения. В первом случае ток через активный элемент равен нулю, во втором – равно нулю падение напряжения между выходными зажимами. КПД в этом режиме выше, чем в режиме С (он близок к единице), потери энергии малы. Этот режим используют только для усиления прямоугольных сигналов.

• Назад
• Вперёд