12. Режимы работы транзисторов: активный (усилительный), инверсный, насыщения.

Основные режимы работы биполярных транзисторов.

1. Активный (усилительный) режим: эмиттерный p-n включён в прямом направлении, приоткрыт, коллекторный в обратном, закрыт. Характеризуется большимK_I. основной режим работы.

2. Инверсный режим: эмиттерный переход смещён в обратном направлении, коллекторный – в прямом.

K_Iинв<< 1/10* K_Iусил (K_Iинв< 1/10* K_Iусил)

U_Пmax< 7 В

Эмиттерный переход сильнолегирован, коллекторный – слабо (с целью уменьшения U_Кmax).

3. Режим насыщения: оба p-n перехода транзистора включают в прямом направлении, открыты.

4. Режим отсечки: оба p-n перехода транзистора включают в обратном направлении, закрыты.

Чередование режимов 3 и 4 позволяет в ключевых каскадах (в т.ч. в усилителях класса D) увеличить КПД до 90-98%.

Пример.

U_П = 300 В

R_H = 30 Ом

I_K0 = 10^-4 А (ток запертого транзистора)

U_{КЭнасыщ} = 1 В

Транзистор VT закрыт: P_закр = IU = 10^-4*300 = 30 мВт

VT открыт: P_от = 10А*1В = 10 Вт

VT переключается: P_пер = (10/2)*(300/2) = 750 Вт (приблизительно равно отдаваемой P)

Необходимо уменьшить t_ф, т.е. увеличить скорость переключения.

13. Классы усиления: a, b, ab, c, d. Достоинства и недостатки. Применение.

В зависимости от положения рабочей точки на проходной характеристике транзистора различают А, В, АВ, С, Д классы усилений.

Класс А:

В этом режиме рабочая точка находится на середине линейного участка проходной характеристики. В этом режиме обеспечиваются минимальные нелинейные искажения, но он имеет низкий КПД (менее 50% для синусоидального сигнала) и высокие потери мощности в режиме отсутствия сигнала. Используются в предварительных и промежуточных каскадах усилителей, а также в усилителях мощности сверхвысокого качества.

К ласс В:

В этом режиме рабочая точка находится в начале проходной характеристики U_бэ = 0. Достоинства: достаточно высокий КПД (до 75% при усилении синусоидального сигнала), отсутствие потерь мощности в режиме покоя. Недостатки: высокие нелинейные искажения. Применение: в усилителях мощности невысокого качества и высокой экономичности при наличии глубокой ООС(которая уменьшает искажения) и в ОУ.

К ласс АВ: В этом режиме рабочая точка находится в начале линейного участка проходной характеристики. Имеет высокий КПД (60-65%), невысокие потери мощности в режиме покоя и относительно невысокие линейные искажения(<3%). Необходимо схемоподдержания начального тока коллектора. Используется в усилителях мощности среднего и

высокого качества.

Класс С:

В этом режиме транзистор заперт напряжением смещения на базе и находится в режиме отсечки, т.е. рабочая точка находится левее нуля (в отрицательной области). Транзистор надёжно закрыт обратным смещением. КПД более высокий чем в режиме В(≈80%), но очень высокие нелинейные искажения. Используется в устройствах, где существенны даже незначительные увеличения КПД, а нелинейные искажения не играют роли, также в генераторах и усилителях, где выделение основной гармоники осуществляется специальными фильтрами, в мощных радиопередатчиках.

К ласс Д (ключевой режим):

В этом режиме транзистор либо закрыт, либо открыт. Это импульсный режим работы транзистора. Достоинства: высокий КПД (стремится к 100%). Отсутствуют потери мощности (только на фронтах). Недостатки: нелинейный режим. Применение: импульсные источники питания, наконечники лазеров.