-
Усилители мощности. Классы ab, d.
Режим класса АВ
Режим
AB является промежуточным между режимами
A и B. Ток покоя усилителя в режиме AB
существенно больше, чем в режиме B, но
существенно меньше, чем ток, необходимый
для режима А. При усилении гармонических
сигналов усилительный элемент проводит
ток в течение большей части периода:
одна полуволна входного сигнала
(положительная или отрицательная)
воспроизводится без искажений, вторая
сильно искажается. Угол проводимости
такого каскада существенно больше 180°,
но меньше 360°.
Режиму усиления класса АВ соответствует режим работы усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала. Этот режим используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальных участков входных вольтамперных характеристик транзисторов.
При отсутствии
входного сигнала в режиме покоя транзистор
немного приоткрыт и через него протекает
ток, составляющий 10-15% от максимального
тока при заданном входном сигнале. Угол
отсечки в этом случае составляет
. При работе двухтактных усилительных
каскадов в режиме класса АВ происходит
перекрытие положительной и отрицательной
полуволн тока плеч двухактного каскада,
что приводит к компенсации нелинейных
искажений, возникающих за счет нелинейности
начальных участков вольтамперных
характеристик транзистора.
Схема
двухтактного усилительного каскада,
работающего в классе AB.
Коллекторные
токи покоя
задаются напряжением смещения, подаваемым
на базы транзисторов с сопротивлений
и
,
и составляют незначительную часть
максимального тока в нагрузке:
Напряжения
смещения транзисторов
и
определяются как: 
Вследствие
этого результирующая характеристика
управления двухтактной схемы класса
AB принимает линейный вид:
Ток делителя
должен быть не менее
Чем ближе
работа усилительного каскада к классу
тем меньше КПД, но лучше линейность
усиления. КПД каскадов при таком классе
усиления выше, чем для класса
,
но меньше, чем в классе
,
за счет наличия малого коллекторного
тока
.
Режим класса D.
В режиме D прямоугольная форма тока заложена по определению: транзистор либо заперт, либо полностью открыт. Сопротивление открытого канала современных силовых МДП-транзисторов измеряется десятками и единицами миллиОм, поэтому в первом приближении можно считать, что в режиме D транзистор работает без потерь мощности. КПД реальных усилителей класса D равен примерно 90 %, в наиболее экономичных образцах 95 %, при этом он мало зависит от выходной мощности. Лишь при малых, 1 Вт и менее, выходных мощностях усилитель класса D проигрывает в энергопотреблении усилителю класса B.
Несмотря на созвучие с английским digital («цифровой»), усилители класса D не являются, в общем случае, цифровыми устройствами. Простейшая и наиболее распространённая схема усилителя класса D с синхронной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) — это полностью аналоговая схема. В её основе — задающий генератор сигнала треугольной формы, частота которого обычно равна 500 кГц, быстродействующий компаратор, и формирователь импульсов, открывающих выходные транзисторы. Если мгновенное значение входного напряжения превышает напряжение на выходе генератора, компаратор подаёт сигнал на открытие транзисторов верхнего плеча, если нет — то на открытие транзисторов нижнего плеча. Формирователь импульсов усиливает эти сигналы, попеременно открывая транзисторы верхнего и нижнего плеча, а включенный между ними и нагрузкой LC-фильтр сглаживает отдаваемый в нагрузку ток. На выходе усилителя — усиленная и демодулированная, очищенная от высокочастотных помех копия входного напряжения.
Строго говоря, класс D - это не только схема построения или режим работы выходного каскада - это отдельный класс усилителей. Более логично было бы назвать их импульсными, но историческое название «цифровой» за ними уже прочно закрепилось. Рассмотрим общую структурную схему усилителя.
Структурная
схема усилителя класса D без петли
обратной связи.