4. Режимы роботы усилительных элементов в усилительных каскадах

Д ля анализа режимов роботы усилительных элементов (транзисторов) в различных усилительных каскадах используют проходную динамическую характеристику. Порядок построения проходной динамической характеристики для биполярного транзистора n-p-n типа включенного по схеме с общим эмиттером показан на рис. 5.

рис. 5

1. В семействе статических выходных характеристик транзистора (рис. 5а) по заданным величинам и строят нагрузочную прямую.

2. Отмечают точки пересечения нагрузочной прямой со статическими характеристиками (1, і, n) и соответствующие им величины тока коллектора ( ) и тока базы ( )

3. Переносим найденные значения токов базы на входную статическую характеристику транзистора снятую при (рис. 5б).

4. По оси абсцисс графика входной статической характеристики находим значения входных напряжений соответствующая найденным значениям тока базы (рис. 5б).

5. Каждому значению находят соответствующие значения тока и строят график зависимости

В зависимости от выхода рабочей точки на проходной динамической характеристике различают 3 основных режима роботы усилительного элемента в усилительном каскаде: А, В, АВ.

1. В режиме А (рис. 6а) рабочую точку выбирают на середине прямолинейного участка проходной динамической характеристики. В этом режиме напряжение смещения по абсолютной величине больше амплитуды входного сигнала ( ), а ток покоя больше амплитуды переменной составляющей выходного тока ( ). Колебания выходного тока будут в точности воспроизводить изменение сигнала во входной цепи, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения сигнала, но недостатком является то, что он имеет низкий КПД (20-30%). Так как ток покоя транзистора потребляемый от источника питания всегда больше амплитуды переменной составляющей определяющий полезную мощность.

2. В режиме В (рис 5б) рабочая точка выбирается в той области, где ток покоя равен 0. При подаче входного сигнала выходной цепи ток будет протекать лишь в течение половины периода изменения напряжения входного сигнала. Выходной ток будет иметь форму импульсов с углом отсечки (Углом отсечки называют половину той части периода, в течение которой проходит ток). Режим В характеризуется высоким КПД (60-70%), но так же и большим нелинейными искажениями. Данный режим используется в мощных двухтактных усилительных каскадах.

3. Режим АВ (рис. 6в) является промежуточным между А и В. В нем рабочая точка выбирается на начальном нелинейном участке проходной динамической характеристике. Данный режим более экономичен, чем режим А. Его КПД составляет 40-50% и имеет меньшие нелинейные искажения, чем режим В. Применяется в мощных двухтактных каскадах.

5. Анализ роботы выходных каскадов усилителя

Выходные каскады усилителя предназначены для отдачи заданной величины мощности сигнала в заданное сопротивление нагрузки.

Особенности роботы выходных каскадов:

1. Потребляют от источников питания большую мощность и должны иметь достаточно высокий КПД.

2. Для получения заданной мощности в нагрузке на вход каскада подается большая амплитуда сигнала, захватывающая значительную область характеристик транзистора. Это сопровождается возрастанием нелинейных искажений.

3. Из-за большой амплитуды входного сигнала параметры транзистора за период сигнала изменяются в широких приделах.

На рис. 7 изображены схемы двухтактных усилителей на транзисторах с разными типами проводимости PNP и NPN.

Каждое плечо усилительного каскада представляет собой резистивную усилительную схему на транзисторе включенный по схеме с общим коллектором (рис. 7б). Резисторы и создают смещение с помощью протекающих по ним постоянных базовых токов, но противоположных полярностей. Сигнал поступающий через конденсаторы С_р1, С_р2 на базы обоих транзисторов складываются с напряжением снижения транзистора Т₁ в положительный, а транзистор Т₂ – в отрицательный полупериод входного сигнала. При работе усилительного каскада в режиме В (или АВ с наибольшим смещением) импульсы коллекторных токов , имеют вид приведенный на рис. 8 а, б