Главная  Усилительные устройства 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

ловиях - п'ри аппроксимации характеристики усилительного элемента ломаной прямой. При работе в режиме В угол отсечки G = =я/2.

Раскладывая в ряд Фурье пульсирующий ток в идеализированных условиях, получаем

= -I- f COS CD i -f CO S2 CO i - COS 4 (0 / -f ...

(4.156)

Среднее значение (постоянная составляющая) тока, равная

Ачср = Ктах/. (4.157)

зависит от амплитуды сигнала. При отсутствии сигнала в идеализированных условиях /кср = 0, и не потребляется мощность от источника питания. Поэтому пот1ребляемая за длительное время энергия оказывается значительно меньше (примерно в 10 раз при усилении звуковых сигналов) по сравнению с пот|ребляемой энергией в режиме А. В то же время при работе в режиме В за счет лучшего использования тока, когда

g.=-L= Kmax/ JL (4.158)

CP к max/

ПО крайней мере в я/2 раз больше, чем в режиме А, предельное значение КПД не превышает 78,5%:

Т1< 0,5 п/2 = п/4 = 0,785. (4.159)

Чем выше КПД, тем меньшая мощность теряется внутри усилительного элемента. При одной и той же мощности, рассеиваемой на коллекторе (на стоке, аноде), полезная выходная мощность может быть получена больше по сравнению с мощностью в режиме А примерно в 5 раз.

Однако в режиме В, как видно из (4.140), велика доля четных гармоник, в частности амплитуда второй гармоники

/кт2 = 2Гкшах/Зя (4.160)

составляет 42,5% от амплитуды первой гармоники

/кт = Ктах/2. (4.161)

Для их подавления каскад, работающий в режиме В, выполняется по двухтактной схеме, содержащей два (или четное число) усилительных элемента, открываемых сигналом поочередно и включенных так, чтобы синтезировать из двух токов, типа показанных на рис. 4.30, гармоничное колебание.

Если угол отсечки превышает я/2, то имеет место промежуточный режим АВ, к достоинствам которого относятся возможность использования менее сложных цепей питания и, в общем, меньший з'ровень нелинейных искажений.



4.6.3. РЕЖИМ С

При работе усилительного элемента в режиме С напряжение смещения таково, что угол отсечки оказывается меньше л/2 (рис. 4.31), при этом ток покоя равен нулю или весьма мал.



Рис. 4.31. Диаграмма работы транзистора в режиме С

Для режима С в пределе (при G-0) характерны 1г^2 и т] 100%. Однако вследствие значительной доли всех высших гармоник (2f, 3/...), обусловленных искажениями типа центральной отсечки (рис. 2.27), этот режим не пригоден для рассмат|риваемых нами усилителей. Он весьма широко используется в однотактных и двухтактных каскадах мощных усилителей радиочастоты, содержащих колебательные системы, эффективно фильтрующие высшие гармоники.

4.6.4. РЕЖИМ d

Для режима D характерной является работа усилительного элемента в ключевом режиме, при котором усилительный элемент либо открыт (падение напряжения на нем весьма мало, а ток велик), либо зак|рыт (ток очень мал, напряжение максимально, оно близко к напряжению источника питания). Поэтому режим D можно использовать для усиления лишь прямоугольных импульсов. В этом режиме потери внутри усилительного элемента незначительны, КПД близок к 100%.

Для усиления гармонического сигнала необходимо его преобразовать в прямоугольные импульсы неизменного размаха, длительность которых пропорциональна мгновенному значению напряжения сигнала при постоянной частоте следования импульсов, превышающей максимальную частоту сигнала. После усиления (генерирования) импульсов осуществляется демодуляция, т. е. обратное преоб|разование в сигнал первоначальной формы. Усилители класса D из-за их значительной сложности используются пока что мало. Но они перспективны для мощных устройств, выполненных на маломощных усилительных элементах.




4.7. ЦЕПИ ПИТАНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Цепи питания усилительных элементов должны обеспечивать определенный режим работы по постоянному току, например U g, в . к, для биполярного транзистора. При этом не должно иметь место недопустимое отклонение от заданного режима работы.

Под воздействием дестабилизирующих факторов ( изменение температуры, разброс парамепров и, в некоторых случаях, колебание напряжений питания).

Кроме того, при выборе того или иного вида цепей питания стремятся применять меньшее число источников питания и схемных элементов и по возможности снижать потребляемую мощность.

При значительном изменении тока покоя коллектора точка покоя может занимать положения А' и А (рис. 4.32). В первом положении крутизна характеристики прямой передачи г/21э, как видно из рис. 4.3, невелика, за счет чего усилительные свойства ослаблены, а избыток коллекторного напряжения Рис. 4.32. Нагрузочная прямая Снижает надежность транзистора. Кроме того, при этм могут возрасти нелинейные искажения. Во втором положении крутизна У2\э и коэффициент усиления также получаются небольшими, вероятность возникновения заметных нелинейных искажений весьма велика.

При небольших отклонениях точки покоя от среднего положения А отмеченные нежелательные явления отсутствуют. Для стабилизации этого положения применяют специальные меры, основанные на использовании ОС или компенсационного эффекта.

Исходный режим работы задается либо напряжением смещения и^э , либо током /б .

Смещение может быть биксированным, например по току базы при Jo=/б = const или по напряжению на базе при бэ =U= = const, либо автоматически регулируемым, когда при изменении тока коллектора напряжение или ток базы также изменяются, но в сторону выравнивания режима работы транзистора.

Для определения нестабильности тока, например коллектора или расчета номиналов элементов цепи питания, должны быть известны пределы изменения температуры перехода При отсутствии теплоотвода (радиатора)

tu = io + RuoPK, (4.162)

/с - температура окружающей среды, Rnc - тепловое сопротивление промежутка переход - окружающая среда, являющаяся па-рамет1ром транзистора, а

Рк = 11кэЫ (4.163)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87