2.3.3.3. Класс усиления ав

Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса АВ.

Таким образом, в режиме усиления класса АВ . Такой режим работы нашел широкое применение при построении выходных каскадов усилителей мощности, так как при высоком КПД они обеспечивают получение небольших искажений выходного сигнала.

На практике встречаются случаи, когда нагрузкой транзисторного каскада является колебательный контур, в котором необходимо обеспечить поддержание незатухающих колебаний, например выходные каскады передающих устройств. Для поддержания колебаний транзистор должен обеспечивать «подкачку» в контур энергии, рассеивающейся на его активных элементах. При больших добротностях контура эта энергия может быть существенно меньше энергии собственных колебаний и для ее восстановления достаточно подключение внешнего источника питания на время, меньшее половины периода колебаний. Реализовать такой режим работы можно, если на вход каскада, показанного на рис. 2.3.1, а подать напряжение смещения, удовлетворяющее условию .

2.3.3.4. Класс усиления с и d

Класс усиления С. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает на интервале меньшем половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса С.

В режиме усиления класса С транзистор больше половины периода находится в состоянии отсечки (точка О_т на рис. 2.3.2, б) и его ток мало отличен от нуля. Этот режим соответствует расположению точки покоя в области отсечки и находит широкое применение в мощных резонансных усилителях (например, радиопередающих устройствах).

Во всех рассмотренных ранее режимах работы максимальный входной ток, а, следовательно, и входное напряжение ограничиваются величинами, соответствующими границе между активным режимом работы и режимом насыщения. В этом случае , а может быть определено по выходным характеристикам транзистора (рис. 2.3.2, а) по известному току , т. е. во всех рассмотренных режимах работы рабочая точка на выходных характеристиках каскада (рис. 2.3.2, б) не заходит правее точки О_т и левее точки Н_с.

Общим для всех рассмотренных режимов работы является так же тот факт, что усиление входного сигнала сопровождается потерями мощности в транзисторе усилительного каскада. Абсолютная величина этих потерь для различных классов усиления различна, но они не могут быть сведены к нулю. Это вытекает из того, что сам процесс усиления, согласно обобщенной структурной схеме усилителя (рис. 2.1.1) связан с перераспределением напряжения (мощности) между регулирующим элементом и нагрузкой.

На выходных характеристиках каскада (рис. 2.3.2, б) существует только две области, для которых можно считать, что мощность, выделяющаяся в транзисторе, теоретически равна нулю. Это точка О_т, соответствующая режиму отсечки (цепь нагрузки практически разорвана - выключена), и интервал Н_с... Н_с1, соответствующий режиму насыщения биполярного транзистора (цепь нагрузки непосредственно подключена к источнику питания - включена). В этих областях потери, существующие в транзисторе определяются исключительно его собственными параметрами и не связаны с процессом усиления входного сигнала.

Класс усиления D. Режим работы транзисторного каскада, при котором в установившемся режиме усилительный элемент (биполярный транзистор) может находиться только в состоянии включено (режим насыщения биполярного транзистора) или выключено (режим отсечки биполярного транзистора), называется ключевым режимом или режимом усиления класса D.

Таким образом, ток в выходной цепи усилительного каскада, работающего в режиме усиления класса D, может принимать два значения: и . Поэтому КПД такого усилительного каскада близок к единице.

Режим класса усиления D широко используется в устройствах, основным требованием к которым является получение максимального КПД. Как правило, это устройства с автономным питанием, рассчитанные на длительный режим работы. Для реализации данного режима работы входное напряжение должно принимать значение либо меньшее порогового напряжения , либо большее , соответствующего границе активного режима работы и режима насыщения.

Согласно данному определению, выходное напряжение усилителя, работающего в режиме класса усиления D, всегда имеет форму прямоугольного импульса, и усиление входного сигнала сопряжено с изменением того или иного параметра этого импульса, например его длительности, фазы и т. п.

КПД каскада, работающего в режиме класса усиления D, только теоретически может быть равен единице. На практике в таких каскадах всегда присутствуют три составляющие потерь, природа которых кроется в не идеальности используемой элементной базы. Это потери в насыщенном состоянии, потери в режиме отсечки и потери на переключение, обусловленные движением рабочей точки на выходных характеристиках транзистора из точки О_т в точку Н_с и обратно. Однако при правильном проектировании эти потери всегда меньше потерь в других классах усиления.