ЧТО ТАКОЕ РЕЖИМ УСИЛЕНИЯ?

May 7, 2010 by admin Комментировать »

Усилительный каскад, схема которого приведена на рис. 5, а харак­теристики — на рис. 6, работает в так называемом режиме А. В этом ре­жиме токи через транзистор протекают непрерывно в продолжение всего периода полезного сигнала (рис. 7). При этом коллекторный ток даже в отсутствие сигна­ла не исчезает, а оказывается равным току покоя Iк т. Во время действия входного сиг­нала коллекторный (выходной) ток изменя­ется около значения Iк т. В режиме А ток Iк т во избежание отсечки и появления зна­чительных искажений должен быть больше амплитуды переменной составляющей Iк m. Поэтому даже в наивыгоднейшем режиме КПД каскада может достигнуть только 45%, но в этом случае усиление происходит с большими нелинейными искажениями, так как используются нелинейные участки характеристик. Остальные 55% энергии источника питания расходуются на нагрев транзисторов.

clip_image002

Рис. 7. Форма коллекторного тока при работе однотактно-го усилительного каскада в режиме А

Однако, если построить схему усилителя по принципу двухтактного уси­ления (рис. 8), то можно заставить транзисторы работать в значительно более экономичном режиме В. Двухтактный усилитель представляет собой совокуп­ность двух однотактных, работающих на общую нагрузку. Каждый из уси­лителей называется плечом, причем оба плеча должны быть симметричны. Для обеспечения симметрии они должны иметь транзисторы с одинаковыми пара­метрами и симметричные режимы по постоянному току. Такие режимы вы­полняются, если первичная обмотка выходного трансформатора Т состоит из двух одинаковых частей, и их входные напряжения ив% i и йвхг симметрич­ны, т. е. одинаковы по значению, но противоположны по фазе. Если условия полной симметрии плеч соблюдены, то составляющие токов аналогичных элект­родов обоих транзисторов равны. Однако на практике идеальной симметрии до­стигнуть невозможно. Поэтому считают, что симметрия хорошая, если постоян­ные составляющие коллекторных токов транзисторов различаются не более чем на 10 — 15%. Но пока будем считать симметрию полной, поскольку в этом слу­чае можно ограничиться рассмотрением любой половины схемы.

Если при работе усилителя в режиме А токи в коллекторных цепях тран­зисторов протекают непрерывно, то в режиме В каждое плечо двухтактного усилителя работает с отсечкой выходного тока. В режиме В смещение на базе транзисторов выбирают таким, чтобы угол отсечки выходного тока 0 получился равным п/2 (угол отсечки 9 равен выраженной в градусах половине продол­жительности прохождения тока через транзистор). Тогда при синусоидальном входном сигнале транзистор одного плеча в течение половины периода изме­нения сигнала будет заперт, и усиление входного сигнала происходит только в другой половине периода (см. рис. 8,6).

clip_image004

Рис. 8. Принципиальная схема двухтактного трансформаторного выходного кас­када (а) и форма тока одного из плеч (б)

Транзисторы обоих плеч каскада работают поочередно: один транзистор пропускает ток, другой заперт, а в следующий полупериод — наоборот. Таким образом, в режиме В постоянная составляющая коллекторного тока равна при­мерно одной трети амплитуды выходного тока Iк т. Первая гармоника выход­ного тока каскада пропорциональна амплитуде изменения коллекторного тока т каждого транзистора и ее амплитуда Iвыхm = 0,51к т. Она больше постоянной составляющей в 1,5 раза, что является причиной высокого КПД каскада в режиме В. При максимальной мощности КПД достигает 78,5% (теоретически). Однако в работе транзисторов используются на­чальные и наиболее нелинейные участки входных характеристик, поэтому нелинейные искажения в этом режиме сравнительно велики (рис. 9,а). Когда входной сигнал отсутствует, то через коллекторы транзисторов вообще не дол­жен протекать ток (так как транзисторы заперты смещением). В действительности через коллектор каждого транзистора протекает небольшой ток, равный обратному току коллектора IКБО.

clip_image006

Рис. 9. Работа двухтактного каскада: а — в режиме В; б — в режиме АВ

Однотактный каскад может работать только в режиме А, двухтактный — в режиме А и в других режимах. В режиме А он работает сравнительно ред­ко: лишь в тех случаях, когда желательно получить .минимально возможные не­линейные искажения усиливаемого сигнала. Мощность, снимаемая с каждого транзистора, и КПД не имеют существенного значения. Промежуточным между описанными режимами А и В является режим АВ. Для перевода каскада в этот режим надо выбрать смещение таким, при котором угол отсечки Фк=120°.

Конечно КПД каскада в режиме АВ меньше чем в режиме В, так как по­стоянная составляющая выходного тока Iк=0,41к т+Iк т. Поэтому КПД кас­када не превышает 60%, но зато нелинейные искажения меньше, чем в режи­ме В, поскольку начальные и нелинейные участки входных характеристик транзисторов не искажают формы выходного сигнала. На практике ток Iкт устанавливают таким, чтобы характеристики обоих плеч схемы как бы допол­няли одна другую, составляя общую прямую линию (рис. 9,6).

Если напряжение смещения очень мало, то каскад перейдет в режим С. В этом режиме транзистор имеет высокий КПД, так как постоянная состав­ляющая Iк очень мала по сравнению с Iк т, а угол отсечки ФК<9О°. Однако амплитуды высших гармоник (особенно второй и тчретьей) близки к амплитуде первой гармоники и форма выходного сигнала оказывается искаженной. По­этому режим С совершенно непригоден для усиления. Если каскад случайно оказался в этом режиме, то необходимо увеличить смещение и перевести кас­кад в режим АВ или В. Таким образом для работы в режиме В или АВ на­пряжение смещения надо выбирать таким, чтобы в исходном состоянии тран­зисторы были заперты, а при появлении даже очень слабого сигнала один и» них (какой — это зависит от полярности полупериода входного сигнала) сразу же открывался.

Все сказанное о выборе положения рабочей точки Т на характеристиках, о смещении, нелинейных искажениях и т. д. в полной мере относится к работе мощных транзисторов, у которых размах входного и выходного сигналов за­хватывает большую часть входной и выходной характеристик. При работе транзисторов с входным сигналом небольшого размаха положение рабочей точки на характеристике почти не меняется и нелинейные искажения не воз­никают. Однако и для таких транзисторов важен правильный выбор напря­жения смещения, так как от положения рабочей точки на характеристике в» многом зависят такие параметры транзистора, как коэффициент передачи тока h21э и предельная частота fh12Э, определяющая работу транзистора на высо­ких частотах. Обычно следует ориентироваться на режим, рекомендуемый в спра­вочниках: U кэ=5 В, Ik=1 мА. Но в принципе, этот режим не обязателен, не надо только ставить транзистор в крайние режимы, когда возникают нелиней­ные искажения, связанные с его работой на нелинейных участках характери­стик (особенно при токах коллектора менее 0,5 — 0,6 мА). Кроме того при ра­боте в максимальном режиме (коллекторное напряжение и ток максимальны) существенно снижается надежность транзистора.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты