4.3. Усилитель класса ав

Рис.4.4. Положение рабочей точки при работе в классе AB

45

Если угол отсечки больше /2 но меньше , то получается промежуточный между классами А и В класс АВ. Этот режим обычно применяется для устранения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальных участков ВАХ. При работе двухтактных усилителей в режиме АВ происходит перекрывание двух полуволн тока с плеч разной полярности, что приводит к компенсации искажений, полученных за счет нелинейности ВАХ.

4.4. Усилитель класса с

При работе в классе С на усилитель подается сигнал большого уровня и такое напряжение смещения на АЭ, при котором угол отсечки меньше /2 (рис. 4.1). При этом ток покоя мал, следовательно, возрастает КПД (КПД здесь приближается к 100%). Однако, коэффициент гармоник здесь также очень высок (больше чем у УУ класса B) и спектр выходного сигнала обогащен паразитными гармониками. Поэтому этот режим широко используется только в мощных усилителях радиочастот, которые по выходу нагружаются на избирательные цепи.

Усилительный каскад класса C характеризуется:

1. углами отсечки меньше /2;

2. более высоким КПД (~100%) по сравнению c классом B;

3. высоким коэффициентом гармоник и наличием паразитных гармоник в спектре выходного сигнала.

5. Усилитель класса D

• этом режиме УЭ работает в ключевом режиме (как ключ) (рис.4.1):

• в закрытом состоянии через АЭ протекает незначительный ток, а падение напряжение на нем примерно равно напряжению источника питания,

• в открытом состоянии ток большой, и падение напряжение на АЭ незначительно.

Поэтому потери в усилителях такого класса незначительны, а КПД

стремиться к 100%. Понятно, что гармонические сигналы такой усилитель

46

усиливать не может, так как очень велик коэффициент гармоник. Усилители

класса D используют для проектирования ключевых усилителей мощности.

Контрольные вопросы

20. Как выбирается рабочая точка при работе усилителя в классе А? а) На вершине линейной части сквозной характеристики.

б) В нижней точке линейной части сквозной характеристики. в) В середине линейной части сквозной характеристики.

г) На пересечении сквозной характеристики с осью выходного тока.

д) На пересечении сквозной характеристики с осью входного напряжения.

20. Для чего усилители класса B переводят в класс AB? а) Чтобы увеличить КПД.

б) Чтобы перейти от двухтактной схемы к однотактной.

в) Чтобы уменьшить потребляемую от источника питания мощность. г) Чтобы расширить полосу пропускания.

д) Чтобы снизить нелинейные искажения.

20. Что понимается под током покоя транзистора?

а) Ток, потребляемый транзистором от источника питания при максимальной амплитуде сигнала на входе.

б) Ток, потребляемый транзистором от источника питания при отсутствии сигнала на входе.

в) Максимальный ток, потребляемый транзистором от источника питания. г) Минимальный ток, потребляемый транзистором от источника питания.

д) Среднее значение тока, потребляемого транзистором от источника питания.

20. Какое максимальное значение КПД можно получить, для усилительного каскада класса А?

а) 25% б) 41% в) 50% г) 78,5% д) 99%

20. Какое максимальное значение КПД можно получить, для усилительного каскада класса В?

а) 25% б) 41% в) 50% г) 78,5% д) 99%

5. Работа усилительного каскада по постоянному току

• отличие от лампы р.т. у транзистора задается током. Причинами изменения р.т. являются:

• изменение температуры;

• не стабильное питание;

47

­ деградация и старение элементов.

Далее будем рассматривать основную проблему ухода рабочей точки из заданного положения – температурную нестабильность. Такая нестабильность может быть вызвана изменением температуры окружающей среды и температуры самого транзистора в результате его работы (потери энергии на паразитных сопротивлениях). При изменении температуры окружающей среды

одинаково изменяются все параметры транзистора.

На практике принято оценивать температурный уход параметров транзистора по изменению тока коллектора, поскольку в линейной области все

Y-параметры транзистора пропорциональны току коллектора. Поэтому, зная изменение тока коллектора можно оценить изменение всех параметров

транзистора. Для БТ, включенного по схеме ОБ, можно записать:
J К J Э JКБ0,	(5.1)

где – коэффициент передачи по току в схеме с ОБ ( 1); J_КБ0 –

обратный ток коллектора.

Причины изменения коллекторного тока вытекают из уравнения (5.1):

• температурные изменения коэффициента передачи по току в схеме с ОБ ;

• температурные изменения тока эмиттера J_Э;

• температурные изменения обратного тока коллектора J_КБ0.

Исходя из указанных причин, изменение коллекторного тока определяется

из уравнения:

J К T T J Э T J КБ0 T ,

(5.2)

где J

КБ0

T

J

0

T

e T 1 – изменение

обратного тока

0

коллектора под воздействием температуры; J ₀ T₀ – значение обратного

тока коллектора при нормальной температуре (обычно при 20⁰С, но бывает и при 0⁰С); – параметр, зависящий от типа транзистора (для кремниевых транзисторов – _Si 0,07 0,09, для германиевых – _Ge 0,11 0,13);

48

dJ _Э dT .

T

T T_max^о T_min^о – разброс температур, при которых должен работать

усилитель.

На практике удвоение тока J_КБ0 у кремниевых транзисторов происходит

при повышении температуры на каждые 5…7^о, а у германиевых – на каждые

9…12^о.

Изменение коэффициента передачи по току в схеме с ОБ можно

поставить в соответствие с изменением коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ T :

		(5.3)
	.

1

Пусть произошло изменение температуры с начальной Т₁ до конечной Т₂ и

при этом коллекторный ток изменился с J_К1 до J_К2 (рис.6.1 а).

IК1

IК2

d

O				O
Tmin				Tmax
		dTO
		а)

IЭ

T2 T1

р.т.’

р.т.’’

dIЭ(T )

^IЭ0 р.т.

_T^O

UБЭ0 U_БЭ1 U^БЭ

б)

Рис.5.1. а) Зависимость коэффициента передачи по току в схеме с ОБ от температуры,

б) входная статическая характеристика при разных значениях температуры

Если измениться температура, то ток эмиттера измениться на

При увеличении токов коллектора и эмиттера р.т. перейдёт на статическую характеристику, соответствующую току J_К2 T₂ – р.т.’.

49

Такое же изменение тока эмиттера dJ _Э dT произошло бы при

увеличении напряжения база-эмиттер с U_БЭ0 до U_БЭ1. При этом изменение

напряжения база-эмиттер составит dEЭ	dT	U БЭ1 EЭ0 , где EЭ0	–
	T

напряжение отсечки (0,3…0,4 для кремниевых транзисторов, 0,6…0,7 для германиевых транзисторов).

Можно построить эквивалентную схему транзистора, учитывающую его температурную нестабильность (рис.5.2).

К

dIКБ(T)

d (IБ+IКБ0)

Б

dEБ

Э

Рис.5.2. Эквивалентная схема транзистора, учитывающая его температурную нестабильность

Данная эквивалентная схема (рис.6.2) позволяет рассчитать

температурную нестабильность для любой схемы включения транзистора.