току и по напряжению соответственно. Из рис. 3.23 видно, что для каскада с активным сопротивлением в цепи коллектора коэффициент использования транзистора по току в режиме А не может быть больше единицы, а коэффициент использования транзистора по напряжению не превышает 0,5. С учётом вышеизложенного теоретический КПД для рассматриваемого каскада в режиме А не превышает 25 %. Реальный КПД такого каскада лежит в пределах 8 – 12 %. Теоретический и реальный КПД могут

жим А широко используется в каскадах предварительного усиления, обрабатывающих сигналы с малыми амплитудами, и гораздо реже применяется в усилителях мощности.

Все построения и выводы, рассмотренные выше на примере биполярного транзистора, в равной мере могут быть распространены на любой тип активного элемента.

3.3.3.Режим В

Врежиме В рабочая точка выбирается на пересечении спрямленной вольтамперной характеристики с осью напряжения рис. 3.25. При таком выборе рабочей точки базовый ток имеет форму импульсов. Коллекторный ток практически повторяет по форме базовый, так как связан с ним через коэффициент h21. Такой режим принято называть режимом с отсечкой тока. Работу усилительно-

го элемента с отсечкой тока удобно характеризовать величиной угла отсечки θ,

98

равного длительности косинусоидального импульса в угловом исчислении. Для режима В угол отсечки θ равен девяноста градусам.

При аппроксимации входной вольтамперной характеристики ломаной линией постоянный ток в цепи выходного электрода активного элемента должен отсутствовать, а длительность импульса переменного тока равна половине периода.

Однако реальная характеристика изменяется плавно, в результате чего ток покоя не равен нулю, а длительность импульса выходного тока несколько больше половины периода, и реальный режим В заметно отличается от идеального. Поэтому такой режим иногда называют режимом АВ.

Выходной косинусоидальный импульс тока с углом отсечки 900 (идеальный режим В) разлагается в ряд Фурье следующего вида:

i = iK = 0,318IMAX +0,5IMAX cos ωt +0,212IMAX cos 2ωt −

(3.59)

−0,0424IMAXc0s4ωt +0,0182IMAX cos 6ωt −...

Из (3.59) следует, что выходной ток для идеального режима В состоит из постоянной составляющей, первой гармоники и чётных гармоник, нечётные гармоники выше первой в выходном токе отсутствуют.

Постоянная составляющая выходного тока для активного элемента, работающего в режиме В, имеет вид

Амплитуда первой гармоники тока коллектора определяется коэффициентом, стоящим перед вторым членом ряда (3.59):

Энергетические соотношения для режима В:

99

где UKM – амплитуда напряжения на нагрузке, R2 – сопротивление нагрузки.

IБmax

t

iKmax

IБМ

t

Рис. 3.25

Для коэффициента полезного действия η получаем следующее выраже-

ние:

Как видно из (3.50), теоретический КПД для режима В стремится к величине 0,786, что заметно выше, чем для режима А. Особенно сильно это преимущество проявляется при усилении сигналов, подобных радиовещательному, непременно содержащему длительные паузы, в течение которых каскад

100

усиления мощности, работающий в режиме В, почти не потребляет ток от источника питания.

Величина выходного тока IMAX линейно зависит от уровня входного сигнала, следовательно, согласно (3.60) и (3.62), такую же зависимость имеет величина среднего тока за период I0 и потребляемая каскадом мощность P0. Мощность в нагрузке Р2 зависит квадратично от входного сигнала (3.63). Мощность, рассеиваемая на выходном электроде активного элемента РК, определяется как разность между мощностями Р0 и Р2:

Из полученного выражения следует, что зависимость рассеиваемой мощности от входного сигнала и от коэффициента использования активного элемента по напряжению ψ носит экстремальный характер. Выразим РК в (3.65) через ψ и исследуем полученное выражение на экстремум:

Найдем производную по ψ от (3.65а), приравняем ее к нулю и найдем из полученного уравнения критическое значение ψКР, при котором рассеиваемая мощность будет максимальной:

Зависимости мощностей Р0, Р2 и РК от коэффициента использования активного элемента по напряжению представлены на рис. 3.26.

На рис. 3.26 приведена также зависимость коэффициента полезного действия η от ψ. Согласно (3.64) КПД в режиме В линейно зависит от коэффициента использования по напряжению и в критическом режиме ( ψ = ψКР = 0,636 ) равняется 0,5.

101