Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008), страница 5

Класс работы (A,B, C) определяется положением рабочей точки на сквозной (проходной) характеристике, под которой понимается зависимость выходного тока от ЭДСуправляющего сигнала.Под режимом класса “А” понимается такой режим работы усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение всего периода действия входного сигнала и при этом рабочаяточка не выходит за пределы линейного участка проходной характеристики(рис.

3.4), поэтому она выбирается в середине линейного участка. При этомамплитуда выходного тока не превышает величину начального токаРис. 3.4. Режим работы класса "А"Такой режим работы также называется линейным и применяется в основном в каскадах предварительного усиления и в однотактных выходных. Всвязи с работой активного элемента на линейном участке сквозной характеристики форма выходного тока практически не отличается от формы входного сигнала, что является достоинством режима. Недостатком класса "А" является значительное потребление тока от источника питания, что определяетнебольшой КПД усилительных каскадов.32В режиме класса "B" начальное положение рабочей точки выбираетсяв начале входной (проходной) характеристики (Iо=0), в результате чего ток ввыходной цепи активного элемента протекает в течение половины периода(рис.3.5) действия управляющего сигнала.

Этот режим характеризуется малым потреблением тока в статическом режиме, что определяет больший КПДпо сравнению с классом "А".Рис. 3.5. Режим работы класса "B"Режим класса "B" характеризуется значительными искажениями формы выходного сигнала, обусловленные использованием нелинейных участков входных характеристик на начальном участке (при малых токах базы) активного элемента, а также сдвигом входных характеристик.

В результате прималых уровнях входного сигнала транзисторы остаются закрытыми из-засдвига входных характеристик. Поэтому пока уровень входного сигнала непревышает напряжение между базой и эмиттером порядка 0.3-0.7 В в зависимости от типа транзистора, ток коллектора отсутствует. При увеличениивходного сигнала более напряжения отсечки происходит нарастание тока рабочего транзистора.Уменьшение нелинейных искажений производится переводом транзистора в режим работы класса "AB", для чего на базы транзисторов подаетсянебольшое смещение и тем самым исключается использование участка входной характеристики до напряжения отсечки (рис.3.6). В этом случае черезтранзистор протекает небольшой постоянный ток.Перевод в данный режим позволяет уменьшить нелинейные искажения, вызываемые смещением и значительной нелинейностью входных характеристик, но и одновременно несколько снижает КПД каскада.

Режимы работы классов "В" и "АВ" находят применение в двухтактных выходных каскадах усиления мощности.33Рис. 3.6. Режим работы класса "АB"В режиме класса "С" рабочая точка располагается левее оси ординат(угол отсечки меньше 90º) вследствие чего выходной ток при отсутствии илипри малых уровнях входного сигналах равен нулю. Режим класса "С" находит применение в мощных резонансных усилителях, где нагрузкой являетсяпараллельный резонансный контур, настроенный на основную частоту входного сигнала или на одну из его высших гармоник.Особенным режимом работы является режим класса "D" (ключевой),при котором активный элемент может находиться в одном из двух состояний– открытом, когда напряжение между выходными электродами близко к нулю, а протекающий ток практически определяется напряжением питания исопротивлением в выходной цепи.

Второе состояние закрытое, когда напряжение между выходными электродами равно напряжению питания, а токблизок к нулю. Ключевой режим используется в основном для усиления импульсных сигналов, но может применяться для усиления и гармоническихсигналов после их преобразования в импульсные. Режим характеризуетсявысоким КПД.3.3. Методы задания режима работыПод заданием режима работы при заданных значениях напряжения питания, сопротивления в выходной цепи и выбранном классе работы понимается обеспечение требуемого смещения на управляющем электроде (базе биполярного или затворе полевого транзистора, управляющей сетке электронной лампы). Это смещение должно обеспечить в статическом режиме работыкаскада протекание тока покоя Iко (Iсо для полевого транзистора, Iао для электронной лампы) и напряжения между эмиттером и коллектором Uко (Uco дляполевого транзистора, Uао для электронной лампы), что обеспечивает положение заданного положения рабочей точки.34Выбор статического режима производится таким образом, чтобы приминимальных энергетических затратах и допустимых искажениях формыусиливаемого сигнала обеспечить его максимальное усиление.Методы задания режима: с независимым(внешним) смещением, с фиксированным током входного электрода, фиксированным потенциалом на входном электроде, с автоматическим смещением.Обеспечение заданного режима работы осуществляется за счет независимого смещения, применения схем с фиксированным током базы или с фиксированным потенциалом базы, а для полевых транзисторов и электронныхламп – в основном схемы с автоматическим смещением.

В схеме с независимым смещением (рис.3.2) необходимый ток базы Iбо обеспечивается отвнешнего дополнительного источника постоянного тока Еб. Применение этойсхемы требует использование дополнительного источника питания, что является существенным ее недостатком.В схеме с фиксированным током базы (рис.3.7,а) смещение подаетсяот основного источника питания Ео через резистор в цепи базы Rб.а)б)Рис.3.7.

Схемы задания режима работыТок базы в схеме зависит только от напряжения питания и введенного вцепь базы сопротивления резистора Rб, т.е. фиксирован. Значение тока в рабочей точке Iко, определяется по формулеI ко = h21 × I бо = h21 × (Е о - U боЕ- I бо × Rб ) » h21 × о .RбRб(3.2)Недостатком этой схемы является необходимость пересчета сопротивления резистора Rб при смене транзистора.35В схеме с фиксированным потенциалом базы (рис.3.7,б) напряжениесмещения подается на базу от общего источника питания Ео через делительнапряжения на резисторах R1 и R2.I ко =Ео × R2Е × R2R1 × R 2- I бо ×» о.R1 + R 2R1 + R 2 R1 + R 2(3.3)Чтобы положение точки покоя оставалось практически неизменнымпри старении транзистора или воздействии внешних факторов, ток делителя принимается равным Iд = (2÷5)Iбо.Автоматическое смещение в схемах на полевых транзисторах и электронных лампах создается за счет протекания тока транзистора Iсо (Iао) черезвведенное в цепь истока (катода) сопротивление Rи (Rк), величина которогоопределяется требуемым смещением Uзо (Uск).Рис.3.8.

Схемы на полевом транзисторе и пентодеОсуществление необходимого смещения возможно двумя способами.При небольших значениях необходимого напряжения смещения используется первая схема (рис.3.8). В тех случаях, когда напряжение смещения достаточно велико и рабочая точка может сместиться на нелинейный участок проходной характеристики используется вторая схема, в которой на затвор подается отпирающее смещение с помощью делителя напряжения при выполнении условия Rз1//Rз2= Rз.Для первой схемы значение тока стока в рабочем режиме можно определить совместным решением уравнений, определяющих падение напряжения на резисторе Rи и зависимости тока стока от напряжения смещенияUзо= Ico·Rи(3.4)U зи 2) ,U отсВ результате решения находится ток, равныйI c = I cн × (1 -36U отс4 I сн × RиU 2 отсI co =+× (1 + 1) .22 R и × I снRиU отс(3.5)Для второй схемы смещение равно Uзо= Uз - Ico·Rи, где потенциал затвора определяется напряжением питания и соотношением сопротивленийделителя Rз1 и Rз2.Для исключения действия отрицательной обратной связи резистор Rишунтируется конденсатором, емкость которого выбирается из условия10.C ³и 2pF Rн и(3.6)В схеме на электронной лампе автоматическое смещение также осуществляется за счет протекающего по резистору в цепи катода Rк анодного тока.При использовании в схемах усиления тетродов и пентодов ток катода определяется суммой токов анода и экранирующей сетки.В приведенной схеме на пентоде (рис.3.8) дополнительно требуетсявыбрать сопротивление резистора в цепи экранирующей сетки Rэ по заданному на ней напряжению и протекающему в сетке току.3.4.

Температурная стабильность режима работыОсобенностью полупроводниковых приборов является зависимостьрежима их работы от температуры, которая для биполярных транзисторовопределяется тепловым смещением входных характеристик, увеличением неуправляемого тока коллектора Iкбо, температурной зависимостью коэффициента передачи входного тока h21. Каждая составляющая приводит в конечномитоге к изменению выходного тока Iко и соответственно к отклонению положения рабочей точки, что в итоге может привести к появлению нелинейныхискажений выходного напряжения (рис.3.9).Влияние температуры на положение входных характеристик (рис.3.9)аналогично ее влиянию на вольтамперную характеристику полупроводникового диода.

В расчетах электронных схем влияние температуры учитываетсяэквивалентным изменением напряжением ∆UбТ на базе транзистора.Тепловое смещение входной характеристики вызывает увеличение токаколлектора на величинуDI = S × g × DT ,(3.7)k1tгде gт=2¸3мВ/oC – коэффициент температурного сдвига характеристик,DT = Tраб – 20о - разность температур.37Рис.3.9. Влияние температуры на ход статических характеристикИзменение неуправляемого тока коллектора вызывает соответствующий рост тока коллектора на величинуDToDI=I× e aDT = I× (2 8 - 1) ,(3.8)кбокбокбогде a = 0.09¸0.13 – температурный коэффициент изменения неуправляемого тока коллектора.С ростом температуры увеличивается и коэффициент передачи тока базы, что связано с изменением скорости рекомбинации основных носителейтока в базе транзистора.