Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Для этого необходимо, чтобы (/кэп=(/в/2 или /кл=(/в/2йк. Используя характеристики каскада, приведенные на рис. 6.3, можно легко найти напряжение (/,к и допустимый диапазон изме- )38 пения входного сигнала, обеспечивающие получение максимальной амплитуды выходного сигнала при условии минимальных его искажений. Последнее является характерной чертой класса А. Для этого по характеристике на рнс. 6,3,а находят ток базы, соответствующий началу линейного участка входной характери~ гики транзистора.
По выходным характеристикам транзистора (рнс. 6.3,б) или. используя соотношение (6.3), определяют коллекторный ток транзистора и его напряженке Укэ, соответствую!Ине найденномУ ток) гв~п~п(!к ппп и Укэ п|пп). ПО этим же хаРак~еристикам Определяют максимальный коллекторный ток транзистора. соответствующий границе его активного режима работы и режима насыщения (точка Н, пересечения нагрузочной прямой с характеристикой Укэ =О), т. е. !к ,„.
Исломый ток покоя коллек~ора будет равен полусумме найденных значений Укл =-(Ук.,ь +Ук ппУ2 а максимальная амплитуда выходного тока — полуразиости этих |наченнй дик,„= (Ук ~,„— /к „пп)/2. (6.11) 11о найденныч значениям (кп и Ык,„для известного значе-, нии ймэ находит ! Б л, Ывтпп УБ л и ЬУБэтпп.
Таким образом, класс усиления А имеет место при выборе гочки покоя гу в средней части нагрузочной характеристики Й, выходной цепи транзистора (рнс. 6.3,э), Этот режим характерен ~ем, что форма выходного сигнала иппп повторяет форму входного сигнала и„ за счет работы транзистора в активной области без ~ахода в области насыщения н Отсечки. При этом транзистор, как видно из рисунка, работает в линейной области, что объясняет минимальное нелинейное искажение усилнваемого сигнала. В то же время работа усилителя в классе А характеризуется низким КПД, который теоретически не мажет превышать 0,5, что объясняется постоянным током гкл в цепи )г„вне зависимости от наличия илн отсутствия входного сигнала иь в результате чего а транзисторе рассеивается мощность Ркп=lхпУхп. В связи с этим режим усиления А используют лишь в маломощных каскадах (предварительных усилителях), для которых, как правило, важен малый коэффициент нелинейных искажений уснливаемого сигнала, а значение КПД не играет решающей роли.
Класс усиления В. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает только в течение половины периода изменения напряженки входного сигнала, называется режимом усиления класса В. Данный режим соответствует выбору У„=0. При этом !кл=1к нппп0 и Укэл=Уп— — Ук„,~пг(п=У„(рис, 6.3,г). Из сказанного следует, что мощность, 1вэ ассенваемая в каскаде прн условии и,=О, практнческн также анна нулю„так как транзистор находится в режиме отсечкн.
Таким образом, класс уснленяя В нмеет место прн смещеннн очкн покоя П в ннжннй участок лнннн нагрузкн Р., как показно на рнс. 6.3, г. Это способствует предельному сннженню ока 1в», обусловлнвая существенное улучшение энергетнческнх оказателей каскада за счет значительного (по срзвненню с ре:имом класса А) снижения мощности, рассеиваемой в транзнгоре в режнме покоя. Поэтому класс В предпочтительнее для спользовання в усилителях средней н большой мощности. В этом ежнме значенне КПД каскада можно довести до 0,7 н более (прн ощностн, рассенвасмой и транзнсторе, менее 0,25 от максимума олезной мощностн в нагрузочном устройстве).
Вместе с тем, классе В наблюдается усиление лишь одной положительной ~оуволны уснлнваемого снгнала и„, н потому выходной ток гх имеет рерывнстый характер. Для уснлення нак положительной, так н отрнцательной полу>лны входного снгпала прнменяют двухтактные уснлнтелн, рабовющне в классе уснлення В (р~е. 6.4,л). Здесь прн положнтельой полуволне входного сигнала открыт транзистор УТ3 и-р-»-тнв, а прн отрнцательной полуволне — транзистор МТ2 (р-н-р-тяпа).
нагрузочнос устройство с сопротнвленнем Яе постулает уснленмй снгнзл обоих полупернодов. Как правило, двухтактные уснятелн нзготовлин>т в виде ИС, в едином кристалле полупроводнка, что позволяет обеспечнвать ндентнчность параметров транесторов ЧТ) н ЧТ2. Особенностн схемотехнического построения злобных каскадоп будут рассмотрены в $6.)О. г'г.игм Г~г с,ра агру а ид, б пах гг гев гг а) Е т/т ис. 64. Лриннипиааьнаа схема двухтантного уснлнтеаа мощностн (а) н временнме днаграммм (б), поасниющив ее работу (Ууг — »-р-», раз — и-и-р) н) Класс усиления С.
Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает на интервале меньшем половины периода нзменения напряжения входного снг. нала, называется режимом усиления класса С. В режиме класса С транзистор больше половины периода на ходится в состоянии отсечки (точка О, на рнс. 6.3,б) н его тол мало отличен от нуля.
Этот режим соответствует расположениэ точки покоя в области отсечкк н находит широкое применение н мощных резонансных усилителях (например, раднопередаюшм~ устройствах). Во всех рассмотренных ранее режимах работы макснмальнын входной ток, а следовательно, и входное напряжение ограничн ваюгся величинами, соответствующими границе между активным режимом работы и режимом насыщения. В этом случае у„м„< < (Π— 0кэ п ))(Йкй мэ ), а Увх „может быть определено и рис. 6.3,п по известному току /~~~*«, т. е. во всех рассмотренны.~ режимах работы рабочая точка на выходных характеристика.
каскада (рис. 6.3,б) не заходит правее точки О, н левее точки Н, Общим для всех рассмотренных режимов работы является так же тот Факт, что усиление входного сигнала сопровождается поте рямн мощности в транзисторе усилительного каскада. Абсолютная величина этих потерь для различных классов усиления различна, ио они ис могут быть сведены к нулю. Это вытекает из того, что сам процесс усиления, согласно обобщенной структурной схеме усилителя (см. рис. 6.2) связан с перераспределением напряжения (мощностн) между регулирующим элементом и нагрузкой. ((а выходных характеристиках каскада (ркс.
63,б) существует только две области, для которых можно считать, что мощность, выдслякштаяся в транзисторе, теоретически равна нулю. Это точ. ка О„соответствующая режиму отсечки (цепь нагрузки практически разорвана — выключена), и интервал Н, ... Н,ь соответ. ствуюшнй режиму насыщения биполярного транзистора (цепь нагрузки непосредственно подключена к источнику питания— включена). В этих областях потери, существующие в транзисторе, определяются исключительно его собственными параметрами н не связаны с процессом усиления входного сигнала.
Класс усиления Р, Режим работы транзисторного каскада, при котором в установившемся режиме усилительный элемент (биполярный транзистор) может находиться только в состоянии включено (режим насыщения биполярного транзистора) нли выключено (режим отсечки биполярного транзистора), называется ключевым режимом или режимом усиления класса Р. Таким образом, ток в выходной цепи усилительного каскада, работающего в режиме усиления класса О, может принимать $99 батько два значения: Ук„.„и Ух„«<,. Поэтому КПД такого утили и льного каскада близок к единице. Режим класса 0 широко используется в устройствах, основным ~< бованнем к которым является получение максимального К1И, < .<к правило, это устройства с автономным питанием, рассчитан«о на длительный режим работы: Для реализации данного рс- ~ яма работы входное напряжение должно принимать значение либо меньшее порогового напряжения О за „,, либо большее 1<~«щ««, соответствующего границе активного режима работы н ре жима насыщения.
Согласно данному определению, выходное напряжение усили. < ля, работающего в режиме класса 1). всегда имеет форму прямо<зольного импульса н усиление входного сигнала сопряжено с изч<неиием того или иного параметра этого импульса, например его ехнтельиости, фазы и т, п. Более подробно особенности построен<я усилительных каскадов, использующих режим класса О, будут эзссмотрены в гл. 12. Следует отметить, что, строго говоря, КПД каскада, работаюцсго в режиме класса П, только теоретически может быть равен динице, На врактнке в таких каскадах всегда присутствуют три <ютавляющие потерь, природа которых кроется в неидеальнасти кпольэуемой элементной базы. Это потери в насыщенном состоя<ни, потери в режиме отсечки н потери на переключение, обуслов<снные движением рабочей точки на выходных характеристиках ~ранэистора нз точки О, в точку Н.
н обратно. Однако при пра<яльиом нроектнрованнн этн потери всегда меньше потерь в друнх классах усиления. Основные параметры транзисторного каскада (рис. 6.1) для различных классов усиления сведены в табл, 6,1. В! 3 ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ И «.ХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ Передаточная функция и схема замещения являются основой <ля расчета транзисторного каскада по заданным его техническим <арактеристикам. Согласно данной в гл. 5 классификации, схема <а рнс. 6.1 является усилителем постоянного тока. В этом случае, <ак видно иэ приведенной схемы, любое сколь угодно медленное <эмеиение входного напряжения непосредственно передается на <ыход устройства. Частотные свойства данной схемы ограничн<аются только собствеинымн частотными свойствами транзистора.
'акее было показано, что собственные частотные свойства тран.нстора в основном определяются временем диффузии иеосновных <осителей через область базы т и барьерной емкостью его коллекориого перехода Сх. С учетом этих параметров передаточная !93 Теблнал 6.1 Оснеелие алреиесрм уснлнтелеа различима нлассее уснленне функция каскада иа рис. 6.! приблнжеиио может быть описана выражением вида УР(Р) = КисШР + 1). (6Л 2) где Кое — коэффициент усиленна каскада цо постоянному току, который определяется нз (6.5); Т «/() — а)+Снес,— постоянная времени каскада. Следовательно, чзстотная характеристика каскада в области высоких частот имеет одну асимптоту с наклоном — 20 дБ/де к.
Упрощенная схема замещения каскада, соответствующая передаточной функции (6.12), приведена на рис. 6.5. При ее составлении не учитывалась внутренняя обратная связь, существующая в тр кзисторе, н полагалось, что йнзэ— - О. При необходимости учет внутренней обратной связи может быть легко выполнен с использованием основных принципов цепей обратной связи, изложенных 194 Рнс 55 Сеема заме«ее«не Гоно«тельно- Еб го ««екала в гл. б.
Пример использования приведенной на рис. 6.5 схемы зачещения для определения параметров транзисторкого каскада был рассмотрен ранее в гл. 4 (пример 4.7!. 6! е МЕТОДЪ| СТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧЕИ ТОЧКИ Осковиые параметры каскада усиления ио схеме с общим эмиттером (см. рис. б.!) сильно зависят от внешних возмущающих воздействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
