Режимы работы триодов в усилительных каскадах

Существуют в зависимости от положения рабочей точки, при отсутствии входного сигнала, установленный режим работы транзистора, т.е. определенное значение постоянных токов и напряжений. Такое состояние называется режимом покоя (режим по постоянному току).

В соответствии с заданной рабочей точкой триодов бывает несколько режимов работы усилительного каскада.

Существуют режимы А, B, AB, C, D.

Режим работы класса а.

В этом режиме форма сигнала на выходе усилителя повторяет его форму на входе, для этого рабочую точку в режиме покоя выбирают на линейном участке входной и переходной характеристике транзистора.

Значение входного напряжения в режиме «А» должен быть таким, чтобы работа усилительного каскада происходила на рабочем участке характеристики, для этого рабочая точка выбирается на линейном участке входной характеристики, а значение тока покоя располагается на середине этого участка. А рабочая точка на выходной характеристике задается напряжением .

Тогда при подаче на вход синусоидального сигнала соответственно на выходе будет повторятся та же форма с очень малыми искажениями

Такой режим наиболее широко применяют в усилителях малой мощности, т.к. он имеет малый КПД.

КПД – это есть отношение:

; - это мощность усилителя от источника питания.

Самостоятельно проверить чему равно η, когда

Режим класса b

В этом режиме выходной сигнал по форме не повторяет входной, а повторяет только половину периода гармонического сигнала, для этого рабочую точку выбирают в начале переходной характеристики.

Точка П, называется точкой отсечки. При этом выходной ток имеет форму импульса с углом отсечки , означает половина периода, выражается в градусах или рад. в течении которого транзистор открыт.

В таком режиме усиливать гармонические сигналы одним триодом нельзя, т.к. будут очень большие нелинейные искажения, поэтому, данный режим обычно применяют только в двухтактных усилителях, когда для усиления положительных отрицательных полупериодов используют отдельные триоды и результат усиления складывается на транзисторе.

В данной схеме ток покоя практически равен нулю, и η – достигает 80%. Все усилители мощности только двухтактные.

Режим класса ab

Рабочая точка находится в интервале между положением рабочей точке в режиме класса «А» и «B»(по середине). КПД усилителя больше чем в режиме «А», а нелинейные искажения меньше, чем в режиме «B». Используется в двухтактных усилителях мощности для получения малых искажений.

Режим класса с

В этом режиме на вход транзистора подается первоначальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора ток протекает в течении времени, меньше чем полупериод, т.е. угол отсечки < .

Режим класса d

Этот режим ключа обеспечивает наибольший КПД, очень большие нелинейные искажения. Усилитель – ограничитель используется в амплитудных ограничителях.

Схема усилительного каскада, работающего в режиме класса «А»

Рассмотрим работу апериодического усилителя, т.е. усиливающего частоты в широком диапазоне, т.к. он не имеет селективных элементов.

Усилитель содержит следующие цепи – входную, нагрузочную, цепь отрицательной обратной связи, выходную и фильтр в цепи источника питания.

Входная цепь содержит С1, R1, R2. Конденсатор С1 – служит для гальванической развязки усилительного каскада от источника сигнала, т.к конденсатор не пропускает постоянный ток, то постоянная составляющая источника входного сигнала не влияет на транзистор. Постоянную составляющую усилитель усилить не может.

В УПТ между каскадами используется активное сопротивление.

«R1» и «R2» задают рабочую точку покоя в режиме класса «А», т.е. какой-то потенциал (напряжение) на базе. Чтобы ток, базы обеспечивал напряжение ЭК равной половине напряжения питания.

Чем меньше общее сопротивление делителя, тем больше ток делителя и тем меньше потенциал базы зависит от температурных изменений базового тока.

При изменение температуры параметры транзистора меняются в очень широких пределах, меняется ток покоя, ток базы, коэф. усиления β, сопротивление э-б и др.

Однако, даже если делитель имеет малое сопротивление, ток потребляемый базой на порядок меньше тока делителя, все равно будут происходить температурные изменения в параметрах транзистора и рабочая точка «П» будет меняться. (Будет меняться ток коллектора).

При этом транзистор начинает открываться, выходит из режима класса «А» и начинаются значительные нелинейные искажения.

Поэтому в режиме класса «А» в усиление для обеспечения температурной стабилизации вводится эмиттерное Rэ. Это сопротивление осуществляет отрицательную обратную связь по постоянному току. По величине 0,1Rк.

При задании точки покоя, через Rэ протекает ток и возникает падение напряжения Uэ в точке 1, поэтому, чтобы транзистор открыть нужно подать на вход большое напряжение. Чем больше Rэ, тем сильнее отрицательная обратная связь и тем стабильнее точка «П». Однако, при этом сопротивление Rэ, одновременно будет изменять коэф. усиления каскада., теперь для того чтобы получить первоначальное изменение тока коллектора (как без Rэ) необходимо подать входное напряжение больше на величину Uэ, т.е. коэф. усиления резко уменьшится или Rэ так же дает отрицательную обратную связь по переменному току. Если Rэ>Rк – это схема с общим коллектором коэф. усиления равен 1. Для того, чтобы по переменному току коэф. усиления Rэ не снижало, параллельно ему устанавливают конденсатор Сэ, его величина берется достаточно большой, чтобы сопротивление по переменному току было очень маленьким.

Выходная цепь:

Содержит сопротивление Rк, которое обеспечивает ограничение протекания тока выходной цепи и оно берется равным сопротивлению нагрузки для согласования, т.е. для обеспечивания максимальной мощности, которую выдает данный каскад. В нагрузочной цепи имеется разделительный конденсатор С2, который обеспечивает гальваническую развязку данного каскада с нагрузкой.

Фильтр(L и C)

Lф и Cф должны обеспечивать сопротивления по переменному току для переменной составляющей близкое к нулю, чтобы исключить влияние внутреннего сопротивления источника питания на работу усилительного каскада.

Рассмотрим, какую фазу имеет напряжение в различных точках данной схемы:

- Если бы емкостное сопротивление равнялось нулю, то сдвига не было, то за счет невыполнения этого равенства будет небольшой сдвиг.

- Напряжение на коллекторе по отношению к базе будет в противофазе.

- Напряжение на Rэ, при отсутствии Сэ – будет в той же фазе.

При наличии Сэ – будет равным нулю (в идеале , при очень большом Rэ) сдвиг не равный . С2 – наличие т.к. не равно нулю будет небольшой сдвиг. Сф – тоже отрицательная обратная связь.