Режимы работы усилительных элементов. Понятие о проходной динамической характеристике.

П онятие о проходной динамической характеристике. Режимы работы усилительных элементов определяются положением рабочей точки на проходной динамической характеристике. Проходной динамической характеристикой называется зависимость выходного тока от входного напряжения. Для транзистора, включённого по схеме с ОЭ, зависимость будет Iк = f (Uбэ). Проходная динамическая характеристика может быть построена по входной и выходной характеристикам транзистора. Iк = f (Uб).

Режим работы класса А. В режиме работы класса А рабочая точка устанавливается на линейном участке проходной динамической характеристики. Для этого между базой и эмиттером транзистора при помощи одной из схем питания цепи базы необходимо создать постоянную составляющую напряжения, которая называется величиной напряжения смещения. При отсутствии переменной составляющей усиливаемого сигнала рабочая точка называется рабочей точкой покоя. Рассмотрим рисунок. До момента времени t1 переменная составляющая входного сигнала отсутствует, и под действием величины Eсм в коллекторной цепи транзистора будет протекать постоянная составляющая коллекторного тока, которая называется током покоя. Режим работы класса А характеризуется минимальными нелинейными искажениями, т. к.усилительный элемент работает на линейном участке характеристики. Недостатком режима класса А является низкий КПД. η = (25 – 30 %). Это объясняется тем, что энергия от источника питания затрачивается не только на усиление переменной составляющей, но и на создание постоянной составляющей Iо, которая является бесполезной и в дальнейшем отсеивается разделительным конденсатором. Режим класса А применяется, в основном, в предварительных каскадах усиления.

Режим работы класса В. В режиме класса В рабочая точка выбирается таким образом, чтобы ток покоя был равен нулю, т.е. в начале проходной характеристики. Режим работы класса В характеризуется углом отсечки Θ. Углом отсечки называется половина той части периода, за которую в выходной цепи будет протекать ток. Для режима класса В угол отсечки Θ = 90°. Характеризуется режим класса В высоким КПД η =60 ÷ 70 %. Недостатком режима класса В являются большие нелинейные искажения типа “ступенька”. Применяется режим класса В в выходных двухтактных усилителях мощности невысокого качества, где коэффициент нелинейных искожений мщжет быть снижен введением глубокой ООС.

Режим работы класса АВ. Иногда положение точки покоя в режиме класса АВ выбирается на нижнем изгибе проходной динамической характеристики. В этом случае будет иметь место ток покоя, но величина его будет значительно меньше, чем в режиме класса А. Угол отсечки Θ в режиме класса АВ будет меньше 90°. Режим класса АВ имеет несколько меньший КПД, чем режим класса В (η = 50 ÷ 60 %) и несколько меньшие нелинейные искажения. Недостатки: необходимость введения дополнительных цепей для температурной стабилизации в положении рабочей точки из-за саморазогрева транзистора в следствие наличия в нём тепловой положительной обратной связи. Используется: в усилителях мощности среднего и высокого качества, обязательно с цепями термостабилизации.

Режим работы класса С. Это режим, при котором величина Eсм имеет отрицательное значение. Рабочая точка находится левее начала проходной характеристики. Режим класса С характеризуется максимальным КПД η = 80 %, но и наибольшими нелинейными искажениями. Используется: в усилителях очень большой мощности, где основным параметром является КПД, а основная гармоническая характеристика выделяется выходными устройствами, а также в устройствах, где форма сигнала не играет роли, важен КПД.

Режим работы класса D. Режим работы класса D – это ключевой режим работы транзистора. Достоинство: очень высокий КПД (90-98%). Недостатки: проблемы получения синусоидального сигнала, сложность такого устройства, наличие дополнительных помех и искожений. Используется: в импульсных преобразователях и стабилезаторах напряжения, в усилителях мощности гармонических сигналов (крайне редко, только при условии использования шин).