2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов

2.1. Режимы работы усилительных элементов

2.1.1. Режим а

УЭ в каскаде может работать в различных режимах по постоянному току. Произведем сравнение этих режимов по коэффициенту гармоник и коэффициенту полезного действия (КПД).

Режимом А называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ течет в течении всего периода сигнала и крайние положения рабочей точки не выходят за пределы прямолинейной части ДХ.

Д ля обеспечения такого режима для гармонического или импульсного двухполярного сигналов необходимо точку покоя выбирать на середине линейного участка используемой ДХ (рис.2.1). В силу этого, а так же из-за ограничения величины входного сигнала ( на рис.2.1), форма выходного тока практически будет повторять форму входного напряжения. Таким образом, основным достоинством режима А является малые нелинейные искажения.

О

Рис.2.1. Диаграмма работы транзистора в режиме А

днако, из всех режимов работы режим А имеет самый низкий КПД. Это объясняется тем, что потребляемый от источника питания ток ( ) имеет большую величину, независящую от уровня сигнала. Поэтому УЭ в режиме А потребляет значительную мощность от источника питания, что и обуславливает низкий КПД. Какой максимальный КПД можно получить в режиме А ?

, (2.1)

где (2.2)

- мощность первой гармоники выходного сигнала; - амплитуды первых гармоник выходного напряжения и выходного тока;

(2.3)

- мощность потребляемая от источника питания коллекторной цепью транзистора.

С учетом (2.1), (2.2) и (2.3), получим

(2.4)

где (2.5)

- коэффициент использования выходного напряжения;

(2.6)

- коэффициент использования выходного тока.

Так как вне зависимости от режима работы, а в режиме А и то в режиме А

Таким образом, в режиме А максимальный КПД не превышает 50%, в силу чего он нашел применение, в основном, в каскадах предварительного усиления и практически не используется в выходных каскадах.

2.1.2. Режим в

Режимом В называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ существует в течение половины периода сигнала.

Д ля осуществления такого режима необходимо рабочую точку (точку покоя) выбрать на нижнем конце идеализированной (спрямленной) ДХ (рис.2.2), для чего во входную цепь подают небольшое напряжение смещения. Из рис.2.2 следует, что в случае идеальной ДХ и подаче на вход косинусоидального напряжения, ток в выходной цепи прекратится в точке

Угол, соответствующий моменту прекращения выходного тока, называют углом отсечки и обозначают через

В идеальном режиме В угол отсечки а выходной ток существует в течение половины периода.

В действительности, из-за нижнего изгиба ДХ (рис.2.2) ток покоя в режиме В не равен нулю, а составляет 3…15% от максимального значения а угол отсечки немного превышает . Такой режим называют обычным режимом АВ, подчеркивая этим его промежуточное положение между режимом А и идеальным режимом В.

Для выяснения свойств идеального режима В разложим выходные импульсы тока в ряд Фурье

(2.7)

где - среднее значение (постоянная составляющая) выходного тока; - гармонические составляющие этого тока. Как и в режиме А, КПД в режиме В описывается выражением (2.4), только коэффициент использования выходного тока (как уже отмечалось ранее, для любого режима ). Поэтому для режима В

(2.8)

Таким образом, максимальный КПД в режиме В в 1,57 раза превышает аналогичный показатель в режиме А за счет лучшего использования УЭ по току. Это является достоинством данного режима, которое и объясняет его широкое применение в выходных каскадах усилителей мощности, где вопросы экономичности работы выходят на первый план.

К недостаткам режима В следует отнести высокий уровень нелинейных искажений. Действительно, если учесть только вторую и четвертую высшие гармоники, то будет равен Поэтому режим В нельзя применять в обычных однотактных апериодических усилителях. В этом случае выходные каскады нужно строить по двухтактным схемам, которые компенсируют четные гармоники (вторую, четвертую и т.д).