Построение проходной динамической характеристики.

Режимы работы усилительных каскадов (класс работы усилителей).

Режимы работы усилительных каскадов по постоянному току определяются в зависимости от выбора рабочей точки (точки покоя) на проходной динамической характеристике.

Принято различать 5-ть режимов (классов) работы усилительных каскадов: A, B, AB, C, D.

Режим А – это режим работы усилителя, при котором ток в выходной цепи протекает в течении всего периода входного сигнала.

Для режима А на базу подается такое напряжение смещения, чтобы рабочая точка Р располагалась примерно на середине прямолинейного участка ВАХ.

При этом |Uбэр|≥Umвх, а ток покоя Iкр всегда больше переменной составляющей

Iкр≥Iкm.

Кни – минимален (1%÷3%); η(кпд)<50% (от 20% до 30%). Для каскадов предварительного усиления или маломощных выходных каскадов.

Режим В – это режим работы усилителя, при котором ток в выходной цепи протекает в течение половины периода входного сигнала.

Для режима В рабочая точка выбирается так, чтобы ток покоя был равен нулю (Iкр=0, напряжение смещения Uбэр=0).

В этом случае выходной ток представляет форму импульсов, которые характеризуются углом отсечки (θ≈ π/2=90˚).

Углом отсечки в угловых единицах (градусах или радианах) принято называть половину той части временного интервала, в течение которого в выходной цепи усилителя протекает ток.

К.П.Д. – высокий.

η≤78,5% (реально от 60% до 70%).

Режим В характеризуется большим значением Кни, поэтому главным образом используется в двухтактных мощных каскадах.

Режим В в чистом виде применяется редко, чаще в качестве рабочего режима выбирают промежуточный режим АВ.

Режим АВ – угол отсечки θ выбирается из условий: немного больше 90˚:

90˚<θ<180˚

Iкр<Iкm

Iкр≈(0,05÷0,15)Iкmax

(Статический режим).

Ток в выходной цепи протекает в течение времени большего полпериода входного сигнала.

Такой выбор статического режима позволяет уменьшить нелинейные искажения при использовании двухтактных выходных каскадов.

50%<η<78,5%

Режим С – это режим работы усилителя, при котором в выходной цепи протекает ток в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала.

Q<90˚; η<100% (≈90%)

Uбэр<0

Этот режим используется в мощных резонансных усилителях, где нагрузкой является резонансный контур.

Режим D (или ключевой) – это режим, при котором активный прибор (усилитель) может находиться только в одном из двух состояний:

- или полностью закрыт и его сопротивление велико, при этом Iк→0;

- или полностью открыт и имеет малое сопротивление, при этом Uкэ→0.

Ключевой режим биполярного транзистора. Условия обеспечения статических состояний.

Главная особенность такого режима состоит в том, что под воздействием входного сигнала транзистор находится либо в режиме насыщения (Uкэ≈0), либо в режиме отсечки (Iк≈0). При этом реализуется только два состояния: «включено» и «выключено», т.е. обеспечивается только два дискретных значения: «0» и «1» (По аналогии с двоичным счислением).

АВ – активный режим (область II)

Открытое состояние: - насыщение;

Закрытое состояние: - отсечка

Включенное состояние Выключенное состояние

Запирание транзистора требует обратных напряжений на переходах КБ и БЭ.

Однако, транзистор будет считаться выключенным (режим пассивного запирания), если напряжение 0<UБэ<Uпор, где Uпор – это прямое напряжение на БЭ, при котором практически отсутствует ток базы, а значит и Iк.

В выключенном состоянии Iк0, протекая через RБ создает на RБ падение напряжения UrБ, которое является прямым для перехода БЭ. Поэтому очевидно, что запертое состояние транзистора Т обеспечивается при условии UrБ<Uпор, но UrБ=Iк0*RБ, следовательно

Iк0*RБ<Uпор

Условием запирания транзистора при любой температуре [ ] будет выполнение требований к RБ:

- для режима пассивного запирания.

Однако, режим пассивного запирания является недостаточно надежным в ряде случаев.

Поэтому на практике при запирании транзистора применяется режим глубокой отсечки, при котором:

UБэ<0.

Это требует подачи напряжения Uзап на переход БЭ (например, по следующей схеме).

Условием режима глубокой отсечки будет:

-для режима глубокой отсечки.

Поскольку Iк0 существует при любой температуре, то это приводит к тому, что в закрытом состоянии Uкэз≠Ек:

Вторым устойчивым состоянием транзистора является режим насыщения открытого транзистора, при котором оба p-n перехода смещены в прямом направлении.

В соответствии с зависимостью Iк=β*IБ, при росте IБ растет и Iк. Однако, этот рост Iк не может быть безграничным, т.к. его максимальное значение зависит от Ек и Rн, поэтому Iкmax=Eк/Rн.

Значение тока Iк, которое соответствует Iкmax и не может возрастать при увеличении Iб, называют коллекторным током насыщения Iкнас (β*IБ=Ек/Rн) – момент достижения этого равенства соответствует переходу транзистора в режим насыщения.

Откуда ток базы насыщения IБнас может быть определен:

IБнас=Iкнас/β.

Минимальное значение IБ, при котором его приращение не приводит к изменению тока коллектора называют базовым током насыщения.

I – режим отсечки;

II – активный режим;

III – режим насыщения

Очевидно, что в реальных схемах может быть, что IБ>IБнас, поэтому для количественной оценки глубины насыщения вводят параметры:

- степень насыщения -

- коэффициент насыщения -

Обычно S>>1.

С увеличением N или S уменьшается Uкэнас. При N>3, Uкэнас≈const, [Uкэнас=(0,08-1)В]. Поэтому более высокие степени насыщения нецелесообразны.

Важнейшее свойство транзисторного ключа в режиме насыщения – независимость Iк от температуры и параметров транзистора.