5.5. Усилитель класса d.

В этом режиме УЭ работает в ключевом режиме (как ключ) (рис.5.1):

• в закрытом состоянии через АЭ протекает незначительный ток, а падение напряжение на нем примерно равно напряжению источника питания,

• в открытом состоянии ток большой, и падение напряжение на АЭ незначительно.

Поэтому потери в усилителях такого класса незначительны, а КПД стремиться к 100%. Понятно, что гармонические сигналы такой усилитель усиливать не может, так как очень велик коэффициент гармоник.

Усилители класса D используют для проектирования ключевых усилителей мощности.

Контрольные вопросы

20. Как выбирается рабочая точка при работе усилителя в классе А?

    1. На вершине линейной части сквозной характеристики.

    2. В нижней точке линейной части сквозной характеристики.

    3. В середине линейной части сквозной характеристики.

    4. На пересечении сквозной характеристики с осью выходного тока.

    5. На пересечении сквозной характеристики с осью входного напряжения.

21. Для чего усилители класса B переводят в класс AB?

    1. Чтобы увеличить КПД.

    2. Чтобы перейти от двухтактной схемы к однотактной.

    3. Чтобы уменьшить потребляемую от источника питания мощность.

    4. Чтобы расширить полосу пропускания.

    5. Чтобы снизить нелинейные искажения.

22. Что понимается под током покоя транзистора?

    1. Ток, потребляемый транзистором от источника питания при максимальной амплитуде сигнала на входе.

    2. Ток, потребляемый транзистором от источника питания при отсутствии сигнала на входе.

    3. Максимальный ток, потребляемый транзистором от источника питания.

    4. Минимальный ток, потребляемый транзистором от источника питания.

    5. Среднее значение тока, потребляемого транзистором от источника питания.

23. Какое максимальное значение КПД можно получить, для усилительного каскада класса А?

    1. 25%

    2. 41%

    3. 50%

    4. 78,5%

    5. 99%

24. Какое максимальное значение КПД можно получить, для усилительного каскада класса В?

    1. 25%

    2. 41%

    3. 50%

    4. 78,5%

    5. 99%

6. Работа полевого транзистора в усилительных каскадах

6.1. Особенности работы полевого транзистора

В усилительных устройствах достаточно часто применяются полевые транзисторы. Полевыми транзисторами (ПТ) называются полупроводниковые усилительные приборы, принцип работы которых основан на использовании подвижных носителей зарядов одного типа – либо электроны, либо дырки (рис. 6.1).

Рис.6.1. Обозначение и технологическая схема транзистора

ПТ классифицируют:

• по виду диэлектрика – металл-оксид-полупроводник (МОП) и металл-диэлектрик-полупроводник (МДП),

• по виду канала – с индуцированным каналом и встроенным каналом,

• по типу канала – p-канал и n-канал.

Особенности ПТ (относительно биполярного транзистора (БТ)):

1. ПТ – активный элемент (АЭ), управляемый напряжением (р.т. задаётся напряжениями на выводах), в отличие от БТ, который является АЭ, управляемым током (р.т. задаётся токами). ПТ были разработаны на замену лампам – используются носители одного типа, а регулировка осуществляется потенциалом затвора, который определяет пропускную способность канала исток-сток.

2. К особенностям ПТ следует отнести большое входное сопротивление по сравнению с БТ. Это обусловлено особенностями технологии создания таких транзисторов.

3. ПТ может работать без специальных цепей, задающих р.т. Например, рабочий режим ПТ определяется напряжением покоя сток-исток и током покоя стока .

4. Эквивалентная схема ПТ предполагает использование модели с распределенными параметрами. Это обусловлено тем, что область затвора и канала у ПТ представляют собой распределенную RC-цепь. Однако, такая модель очень сложна при использовании её в инженерных расчетах. Поэтому обычно в инженерных расчетах применяют эквивалентную схему ПТ на сосредоточенных элементах, которая с удовлетворительной для эскизного проектирования точностью аппроксимирует усилительные свойства ПТ независимо от его типа.

В линейном (малосигнальном) режиме, который, как правило, используется в схемах предварительного усиления ПТ, так же как и БТ, принято характеризовать Y-параметрами. Для схемы включения ПТ с общим истоком (ОИ) уравнения линейного четырехполюсника имеют вид:

,

(6.1)

здесь – входная проводимость при КЗ на выходе; – взаимная проводимость ОС при КЗ на входе; – взаимная проводимость прямой передачи при КЗ на выходе; – выходная проводимость при КЗ на входе.

Y-параметры ПТ, включенного по схеме с ОИ могут быть записаны через справочные параметры транзистора:

(6.2)

здесь – ёмкость между затвором и истоком ПТ, – ёмкость между затвором и стоком ПТ, – время пролета носителей через ПТ, – крутизна ПТ, – выходная проводимость транзистора, – ёмкость канала исток-сток.

Граничную частоту единичного усиления ПТ можно оценить по формуле:

.

(6.3)

Анализ Y-параметров ПТ, проведенный с учетом конкретных численных значений справочных параметров, позволяет сделать вывод о незначительной зависимости крутизны от частоты, что позволяет использовать ее низкочастотное значение для инженерных расчётов. При проведении инженерных расчётов, обычно, достаточно использовать матрицу Y-параметров в виде:

.

(6.4)

Поскольку, входное сопротивление ПТ много больше, чем у БТ, то ПТ работает как эффективный генератор стабильного тока. Выходное сопротивление ПТ определяется наклоном пологого участка выходной характеристики (область II на рис.6.2):

Рис.6.2. Выходные характеристики ПТ

В области III происходит пробой транзистора (рис.6.2). Область I называется областью управляемого сопротивления, в которой возможно использование ПТ в качестве электронного управляемого резистора. В качестве усилительного элемента ПТ используется в области усиления (область II на рис.6.2).

Значение крутизны у ПТ меньше, чем у БТ, поэтому ПТ целесообразнее использовать в усилителях класса Д.

В отличие от БТ, где используются специальные цепи для задания рабочей точки (базовый делитель), у ПТ для этого используется цепь истока – . Таким образом, цепь истока в каскадах ОИ выполняет две функции:

1. ООС,

2. определяет р.т. (схема с автосмещением).

Рис.6.3. Схема ОИ с автосмещением

По аналогии с БТ существуют схемы включения общий сток (ОС) и общий затвор (ОЗ). Схема ОИ обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению, поэтому используется наиболее часто при проектировании усилителей. Для схемы ОИ (рис. 6.3) справедливы следующие соотношения:

(6.5)

Поскольку в ПТ ток затвора очень мал ( ) и много меньше, чем ток истока ( ), то напряжение затвор-исток будет определяться только падением напряжения в цепи истока .

Как и для БТ характеристики каскада с ПТ зависят от схемы включения (табл.6.1).

Табл. 6.1.

Характеристики ПТ при различных схемах включения

Параметр	Схема
	ОИ	ОЗ	ОС
	Единицы МОм	Единицы, десятки Ом	Единицы МОм
	Единицы кОм	Единицы кОм	Единицы, десятки Ом
	>>1	>>1	<1