18. Режимы работы усилительных каскадов
Основные режимы работы усилительных каскадов по постоянному току - режимы А, B, АB, С. Сравнительный анализ, область применения. Определение токов в электронном усилительном приборе графоаналитическим методом. Нагрузочная линия.
Основные режимы работы усилителя. В зависимости от величины смещения на базе транзистора Uсм различают следующие режимы работы усилителя: A, B, AB, C, D.
Режим A характеризуется выбором рабочей точки на линейном участке
входной характеристики (рис. 53).В исходном состоянии транзистор открыт
напряжением смещения Uсм и в цепи коллектора протекает ток Iко. При
поступлении входного сигнала на выходе усилителя появляется выходной
сигнал в противофазе по отношению ко входному.
Режим А характерен тем, что форма выходного сигнала Uвых(t) повторяет форму входного сигнала Uвх(t) за счет работы транзистора в активной зоне без захода в область насыщения и отсечки.
Режим характеризуется минимальными нелинейными искажениями. В это же время работа усилителя в режиме А характеризуется низким КПД, который теоретически не может превышать 0,5, что объясняется постоянным током Iко вне зависимость от наличия или отсутствия входного сигнала. Поэтому такой режим используется только в маломощных каскадах, в
которых необходимо иметь минимальные нелинейные искажения.
На основе характеристик рис.53, можно пояснить графикоаналитический метод расчета усилителя. По графикам можно определить:
коэффициент усиления по току
коэффициент усиления по напряжению
коэффициент усиления по мощности
Режим В характеризуется тем, что напряжение смещения Uсм=0, а
следовательно, рабочая точка выбирается в самом начале входной
характеристики. Особенностью режима В является то, что при отсутствии входного сигнала отсутствуют базовые и коллекторные токи. При поступлении входного сигнала ток в коллекторе имеет
пульсирующий характер и протекает в течении половины периода. Режим В характеризуется высоким КПД, который может достигать 70%, однако выходной сигнал сильно искажается. Поэтому такой режим применяется только в двухтактных усилителях.
Режим АВ занимает промежуточное положение между режимом А и В. Он характеризуется небольшим напряжением смещения Uсм меньшими
нелинейными искажениями по сравнению с режимом А. Режим АВ
используется в высококачественных двухтактных усилителях мощности.
Режим С характеризуется тем, что рабочая точка на входной характеристике сдвинута влево от начала координат. Следовательно, более половины периода транзистор находится в закрытом состоянии. Режим С характеризуется высоким КПД, большими нелинейными искажениями и применяется в генераторах частоты.
Режим D характеризуется тем, что усилительный элемент может находится в открытом (режим насыщения) либо в закрытом (режим отсечки) состояниях.
Таким образом, ток в выходной цепи может принимать только два значения: IKmax = Iнас. и IKmin >> 0. Скорость перехода из одного состояния в другое характеризует быстродействие усилительного элемента. Обычно Uнас.<1B, поэтому КПД такого усилительного каскада близок к 1.
Режим работы D, который называют еще ключевым режимом,
применяется в импульсных схемах.
При использовании графоаналитического метода строится линия нагрузки (ЛН) по постоянному току. Она представляет собой ВАХ той части цепи, в состав которой не входит нелинейный, управляемый внешним сигналом активный прибор. В рассматриваемом случае это ВАХ резисторов R1,R2. За напряжение приложенное к ней берется разность напряжения питания и падения напр. на активном приборе. Точка из которой строят ВАХ нагрузочной (Епит,0) так как:
При разных значениях управляющего сигнала токи и нарп. активного прибора будут изменятся так же как и I0, U0. Задача сводится к нахождению геометрического места точет, где справедливо данное уравн.
В рассматриваемом случае ВАХ резисторов – прямая линияБ которая может быть построена по 2 точкам, при рассмотрении крайних случаев, когда нелинейный прибор имеет бесконечно малое и бесконечно большое сопротивление. Все возможные значения токов и напряжений на нелинейном приборе лежат в точках пересечения его ВАХ с линией нагрузки по постоянному току. Задавая различный управляющий сигнал на входе прибора меняют положение его раб. точки и соответственно ток покоя и падение напр. на компонентах цепи.
Усиление сигнала происходит за счет того, что изменение токов и напряжений в выходной цепи больше чем в входной.
Робочую точку выбирают исходя из режима в котором должен работать усилитель, а такжеиз заданных амплитуд выходного напряжения и связанного с ним тока.
Кроме того, требуется, что бы напр., токи и мощности рассеиваемые на электронном приборе не превышали предельно допустимых значений:
В процесе выбора рабочей точки могут быть получены различные результаты. При этом нахождение параметров близких к оптимальным, как правило осуществляют с помощъю метода проб и ошибок.
Пример построения ЛН для схемы с ОЭ
