АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory

Статическая линия нагрузки (СЛН) описывается уравнением:

и проходит через точки [ЕС; 0], [0; ЕС/RИ] и [UОСИ ;IОC].

t

Рис. 3.7. Выходные ВАХ ПТ и линии нагрузки истокового повторителя

На переменном токе нагрузкой транзистора является эквивалентный резистор

Динамическая линия нагрузки (ДЛН) проходит через точку покоя О[UОСИ;IОC] и точку с координатами [UА;0], где

В режиме холостого хода на выходе RИН = RИ, UА = ЕС, ДЛН совпадает со статической ЛН.

90

3.4. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя. Параметры.

На переменном токе малосигнальная схема замещения:

С

Рис. 3.8. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя

Как и для усилителя ПТОИ сопротивления разделительных конденсаторов С1, С2 в области средних и высших частот близки к нулю, а межэлектродные емкости CЗИ, СЗС и CСИ учитываются в области высших частот.

Входное сопротивление определяется эквивалентным сопротивлением делителя напряжения, формирующего UОЗ.

Знак коэффициента передачи по напряжению повторителя положителен, так как при положительной полуволне сигнала генератора увеличиваются напряжение на затворе UЗИ и ток стока, вызывая увеличение напряжения на RИ.

В схеме истокового повторителя зависимый источник тока управляется разностью напряжений

UЗИ=UВХ−UВЫХ . (3.22)

Выходное напряжение и коэффициент передачи по напряжению на основании схемы замещения

91

Коэффициент передачи по напряжению в режиме холостого хода получим заменой RИН RИ:

Управляющий сигнал UЗИ в схеме повторителя равен разности UВХ- UВЫХ. Поэтому находит применение схема замещения с зависимым источником напряжения, управляемым непосредственно напряжением UВХ.

Рис. 3.9. Преобразование зависимого источника тока в источник ЭДС

Для исходной схемы

92

После преобразования зависимого источника получим схему замещения истокового повторителя - рис.3.10.

Сквозной коэффициент передачи для полученной схемы

93

С

Рис. 3.10. Малосигнальная схема замещения истокового повторителя с источником ЭДС, управляемым напряжением UВХ

Выходное сопротивление RВЫХ:

В области высоких частот емкостной входной ток равный сумме токов емкости СЗС и проходной емкости СЗИ:

ICВХ = j СЗС ∙UВХ + j СЗИ [UВХ −UВЫХ] =

= j СЗС∙UВХ + j СЗИ∙UВХ(1−КU)=

где СВХ = СЗС +СЗИ (1−КU) - эквивалентная входная емкость

Так как коэффициент КU < 1, то влияние проходной емкости минимально и истоковый повторитель имеет наибольшую верхнюю частоту.

Большое входное и сравнительно низкое выходное сопротивление, а также частичная нейтрализация проходной емкости определяют области применения истокового повторителя: согласование высокоомного источника сигнала (напряжения) с низкоомной и емкостной нагрузкой.

94

4. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

Усилителями мощности (УМ) называют электронные усилители, выходная мощность которых сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Усилители мощности являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для генерирования заданной мощности РН в нагрузке RН.

УМ работают в режиме больших сигналов, поэтому при их проектировании основное внимание уделяется энергетическим показателям РН,

РПОТР, КПД.

4.1. Классификация усилителей мощности

Усилителями мощности (УМ) называют электронные усилители, выходная мощность которых сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Усилители мощности являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для генерирования заданной мощности РН в нагрузке RН.

УМ работают в режиме больших сигналов, поэтому при их проектировании основное внимание уделяется энергетическим показателям РН,

РПОТР, КПД.

Усилители мощности делятся на классы в зависимости от угла отсечки тока активного прибора.

Угол отсечки равен ½ части периода сигнала, в течение которой (части периода) через активный прибор протекает ток.

Основные классы: А, В, С, D, E.

1. Класс А. Для усилителей класса А угол отсечки равен 1800 (3600/2). Ток покоя IОК>IКm.

IK Iкm<Iок

Iкm Класс А

Ioк

t

T

Рис. 4.1. Ток транзистора в классе А

2. Класс В. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок=0

95

Iк(t)

Iкm

t

T

Рис. 4.2. Ток транзистора в классе В

3. Класс АВ. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок>0

Iк(t)

Iкm

Ioк

t

T

Рис. 4.3. Ток транзистора в классе АВ

4. Класс С. Угол отсечки : ОТС 90 , Iок=0

IK (t)

t

T

Рис. 4.4. Ток транзистора в классе С

В классе А транзистор находится в активном режиме весь период сигнала, в классе В − ½ Т в активном режиме, ½ Т – в отсечке. Класс А обладает минимальными искажениями. Класс В формирует только «половину» сигнала, поэтому обычно усилители класса В выполняют по двухтактной схеме: два транзистора поочерёдно работают на общую нагрузку. Класс С обладает максимальными искажением синусоидального сигнала, поэтому класс С применяют в резонансных схемах. Пример: выходной каскад передатчика с нагрузкой в виде резонатора-антенны.

Класс АВ сочетает преимущества класса А по малым нелинейным искажениям и класс В по высокому КПД.

96

Рис. 4.4. Положение точки покоя на входной ВАХ

IК

А

B, С

UКЭ

Рис. 4.5. Положение точки покоя на линии нагрузки

5. Класс Д – ключевой режим работы активного прибора.

t

Моду- Усили-

лятор тель

Фильтр

Rн

Рис. 4.5. Класс Д

97

6. Класс Е –усилитель со следящим питанием.

БП

E f (UH )

Источник Усилитель

сигнала

Рис. 4.6. Класс E

4.2. Усилитель мощности класса А

Ек

Rк С1

Rн

Uвх

Рис. 4.7. Усилитель мощности класса А

IK

RKH

RK

IOK

Рис. 4.8. Линии нагрузки усилителя мощности класса А

98

IK (t)

Iкm

A: Iкm<Iок

UK (t)

Uкm

Uoк t

Рис. 4.9. Временные диаграммы сигналов усилителя мощности класса А

RН=RК – условие максимальной мощности на нагрузке, известный режим согласованной нагрузки.

Потребляемая мощность

99