Основні режими роботи підсилювальних каскадів

 

Розрізнюють декілька режимів роботи підсилювальних кінцевих елементів у підсилювальних каскадах.

Режимом класу А називається режим, в якому вихідний струм тран­зистора тече протягом цілого періоду вхідного сигналу, тобто кут відтину струму (рис. 10.1).

 

Рисунок 10.1 – Часові діаграми струму ПТ в режимі класу А

 

Позитивними якостями такого режиму є малі нелінійні спотворен­ня внаслідок роботи активного елемента практично тільки в лінійній області характеристики.

Недоліком цього режиму є малий ККД. З рис. 10.1 можна бачити, що коефіцієнт використання струму не може перевищувати одиниці (коли ), а коефіцієнт використання напруги , якщо робоча точка вибрана на середині лінійної ділянки навантажуваль­ної характеристики.

У такому разі , а потужність втрат згідно з (10.5)

 

 

становить .

ККД залежить від амплітуди вхідного сигналу і зростає про­порційно. Режим класу А використовується в каскадах попереднього підсилення або в кінцевих з малою вихідною потужністю.

Дуже часто в кінцевих каскадах застосовується режим з відсікан­ням струму, тобто коли струм активного елемента (вихідний) тече тіль­ки протягом півхвилі сигналу, такий режим називається режимом класу В (рис. 10.2). Для нього характерна відсутність постійної складової струму, за відсутності вхідного сигналу (). Кут відтину у цьому разі дорівнює , а вихідний струм має форму половини синусоїди (/косинусоїди), після розкладання у ряд Фур’є дістаємо

 

Рисунок 10.2 – Часові діаграми струму ПТ в режимі класу В

 

Знаходимо значення відповідно постійної складової та першої гармоніки

 

; .

 

Тоді

 

,

 

тобто не залежить від амплітуди вхідного сигналу і набагато перевищує .

Мале значення порівняно з забезпечує зростання ККД; якщо також вважати, що, що забезпечено положенням робочої точки на початку навантажувальної характеристики, то ККД

 

.

 

Це зумовлює широке використання такого режиму у вихідних каскадах. Проте недоліком цього режиму є велике значення коефіцієнта нелінійних спотворень

 

.

 

Виходячи з цього, використання режиму класу В можливе тільки у дво­тактних схемах, тобто схемах, які мають два плеча, що працюють почергово.

Слід також зазначити, що в дійсності внаслідок наявності нижньо­го вигину характеристики активного елемента (рис. 10.2), струм спокою у режимі В не дорівнює нулю, а становить 3...15% максимального значення вихідного струму, а кут відтину трохи перевищує 90°, тобто має місце проміжний режим, який зветься режимом АВ.

У режимі класу С робоча точка вибирається так, щоб забезпечити кут відтину , це стає можливим, коли робоча точка розміщена у зоні лівіше напруги відсічки. Відношення амплітуди першої гармоні­ки вихідного струму до постійної складової у цьому режимі вище, ніж у режимі класу В, і зростає зі зменшенням кута відтину, внаслідок чого ККД цього режиму більший, ніж у режимі класу В (досягає 80%), але відповідно зростає і коефіцієнт нелінійних спотворень.

Режим класу D — це такий режим, за якого активний елемент знаходиться тільки у двох становищах: повністю закритому, коли струму у вихідному колі практично немає, або повністю відкритому, коли спад напруги між вихідними електродами близький до нуля. У такому режимі втратами енергії в активному елементі нехтують, оскільки в обох ста­новищах енергія, що виділяється, дуже мала, тому ККД підсилювального каскаду можна одержати близьким до одиниці. Слід зазначити, що для підсилення гармонічних сигналів довільної форми і амплітуди режим каскаду D (ключовий) можна використовувати тільки тоді, коли цим сигналом промодулювати за шириною прямокутні імпульси постійної ам­плітуди, які мають частоту проходження у декілька разів більшу най­вищої частоти підсилюваних сигналів. Промодульовані таким чином прямокутні імпульси підсилюються каскадом, що працює у режимі D, а потім перетворюються з малими втратами енергії в первісний модулюючий сигнал.