Режимы работы усилительного каскада

Усилители мощности (УМ) являются оконеч­ными, т. е. выходными, каскадами многокаскадного уси­лителя и служат для передачи потребителю заданной или максимально возможной мощности. Основными пара­метрами УМ являются выходная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку; коэффициент полезного действия (КПД); коэффициент гармоник. Эти параметры сущест­венно зависят от режима работы выходного каскада.

Различают три основных режима работы выходного усилительного каскада: режимы классов А, В и С.

Режим А. Рабочая точка в режиме покоя находится в середине линейного участка динамической характери­стики (точка А на рис. 5.7 и 5.11), и при гармоническом входном сигнале изменения коллекторного тока и кол­лекторного напряжения происходят также по гармони­ческому закону с минимальными нелинейными искаже­ниями. Выходная мощность по переменному току, отда­ваемая усилителем в нагрузку, определяется по формуле

,

а потребляемая усилителем от источника питания, — из выражения

.

Следовательно, КПД усилителя в режиме А

Поскольку при активной (резисторной) нагрузке всегда I_тК < I_К0, а U_тКЭО <0,5 E_к, то КПД усилителя с активной нагрузкой в режиме А оказывается менее 25 %.

Ввиду малого КПД режим А в выходных каскадах используется редко.

Режим В. Исходное положение рабочей точки усили­теля на БТ выбирается на границе между активным ре­жимом и режимом отсечки (рис. 6.1). Вследствие этого

Рис. 6.1. Графики изменений напряжений и токов при работе усилителя в режиме класса В

при гармоническом входном сигнале в коллекторной цепи БТ образуются импульсы напряжения и тока с амплиту­дами U_тКЭ и I_тК соответственно.

Режим работы активного элемента принято характе­ризовать параметром, называемым углом отсечки Ө. Под углом отсечки понимают выраженную в градусах половину части периода входного напряжения, в течение которой через активный элемент протекает ток. Следовательно, в режиме В угол отсечки Ө = 90°, а в режиме А Ө = 180°.

В полупериоды входного напряжения, соответствую­щие запертому состоянию транзистора, потребление мощ­ности от источника питания сокращается до минимума, благодаря чему режим В характеризуется большим КПД, который может достигать 60—70 %. Недостатком режима В являются большие нелинейные искажения. Поэтому режим В применяется при работе на резонансную на­грузку, в которой выделяется лишь первая гармоника, а остальные подавляются, и, кроме того, в двухтактных усилителях.

С целью уменьшения нелинейных искажений в УМ вместо режима В часто применяют режим АВ, в котором начальное положение рабочей точки выбирается в актив­ной области при небольшом коллекторном токе. В режиме АВ 90°<Ө< 180°.

Режим С. Исходное положение рабочей точки выби­рается в области отсечки, причем Ө<90°. Режим С ха­рактеризуется наибольшим КПД (до 85 %) и наиболь­шими нелинейными искажениями. Он применяется в уси­лителях-формирователях и усилителях повышенной мощ­ности.