1.5 Режими роботи підсилювальних каскадів

В залежності від положення робочої точки в режимі спокою, а також від величини підсилювальної напруги розрізняють такі основні режими роботи підсилювальних каскадів або класів підсилення: А, В, С і D. Основними характеристиками цих режимів є нелінійні спотворення і ККД.

Режим А. Режим А характеризується тим, що робочу точку в режимі спокою обирають на лінійній ділянці (зазвичай посередині) вхідної та перехідної характеристик транзистора. На рис. 1.15 для режиму А показане положення робочої точки на перехідній характеристиці, лінії навантаження і вихідних характеристиках транзистора. Значення вхідної напруги в режимі А має бути таким, щоб робота підсилювального каскаду відбувалася на лінійній ділянці характеристики. У цьому випадку нелінійні спотворення вихідного сигналу будуть мінімальними, тобто при подачі на вхід підсилювального каскаду гармонійної напруги форма вихідної напруги буде практично синусоїдальною. Завдяки цьому режим А широко застосовують в підсилювачах напруги. Проте він має й істотний недолік – дуже низький ККД підсилювача.

ККД підсилювача визначається відношенням вихідної потужності до потужності споживання підсилювачем енергії від джерела живлення. Вихідна потужність, яка створюється підсилювальним каскадом на транзисторі в режимі А

де – амплітуди колекторних напруги та струму відповідно.

Рисунок 1.15 – Робота підсилювального каскаду в режимі А

Енергія, що споживається підсилювачем, частково перетворюється в вихідну енергію, а частково переходить в теплоту, яка виділяється на елементах підсилювального каскаду. Потужність енергоспоживання дорівнює добутку постійних складових колекторних напруги і струму транзистора:

Таким чином, ККД підсилювального каскаду

Режим В. Режим В характеризується тим, що робочу точку вибирають на початку вихідної характеристики (рис. 1.16). Ця точка називається точкою відсічення. У режимі В змінні складові струму і напруги транзистора виникають лише в додатних півперіодах вхідної напруги. Вихідна напруга підсилювального каскаду при синусоїдальній вхідній напрузі має форму напівсинусоїдальної, тобто нелінійні спотворення дуже великі. Режим В використовують, як правило, тільки в двотактних підсилювачах потужності.

Рисунок 1.16 – Робота підсилювального каскаду в режимі В

Режим В характеризується значно вищим ККД підсилювача в порівнянні з режимом А, оскільки струм спокою в цьому випадку практично дорівнює нулю, а постійна складова струму при наявності вхідної напруги має порівняно невелике значення. ККД підсилювача, що працює в режимі В, може досягати 0,8.

Іноді використовують режим роботи підсилювального каскаду, проміжний між режимами А і В. Його називають режимом АВ. Робоча точка спокою при цьому повинна знаходитися в інтервалі між положеннями робочої точки в режимах А і В. У цьому випадку ККД підсилювача більший, ніж в режимі А, а нелінійні спотворення менші, ніж у режимі В.

Режим С. Режим С характеризується тим, що робочу точку вибирають за точкою відсічення і струм в транзисторі виникає тільки протягом деякої частини додатного півперіоду вхідної напруги (рис. 1.17). Цей режим супроводжується великими спотвореннями підсилювальної напруги, але ККД пристрою може бути дуже високим і наближатися до одиниці. Режим С застосовують у вибіркових підсилювачах і автогенераторах, які завдяки наявності коливальних контурів або інших частотно-залежних пристроїв виділяють лише основну гармоніку з несинусоїдальної напруги, яка виникає внаслідок великих нелінійних спотворень.

Рисунок 1.17 – Робота підсилювального каскаду в режимі С

Режим D характеризується тим, що підсилювальний елемент може знаходитися або у відкритому (режим насичення) або в закритому (режим відсічення) станах.

Таким чином, струм у вихідному колі може приймати тільки два значення: . Швидкість переходу з одного стану в інший характеризує швидкодію підсилювального елемента. Зазвичай , тому ККД такого підсилювального каскаду близький до 1.

Режим роботи D, який називають ще ключовим режимом, застосовується в імпульсних схемах.