Классы усиления

В усилителях мощности нашли применение три класса усиления: класс А, класс В и класс АВ, отличающиеся положением точки покоя на линии нагрузки по постоянному току.

Особенности классов усиления покажем на примере коллекторных характеристик транзистора ОЭ.

Построим зависимость u_кэ=f(u_бэ), называемую передаточной характеристикой каскада (рис. 4.11).

При увеличении напряжения u_бэ растет ток базы i_б, растет и ток коллектора.

В результате увеличивается падение напряжения на резисторе R_к, уменьшается падение напряжения u_кэ=Е_к-i_к*R_к.

При достижении напряжения U_кэ=U_{кэ н}, дальнейшее увеличение напряжения u_бэ не вызывает изменения напряжения u_кэ и тока i_к, протекающего через R_к. В этом режиме к R_к приложено напряжение Е_к-U_{кэ н}, и поэтому ток коллектора i_к=I_{к н}=(Е_к-U_{кэ н})/R_к.

Рассмотрение передаточной характеристики каскада показывает, что при изменении напряжения u_бэ или тока i_б в цепи маломощного источника сигнала можно изменить ток i_к и напряжение u_кэ в цепи более мощного источника Е_к. Однако коллекторное напряжение можно изменять только в пределах U_{кэ н}<u_кэ<E_к, а ток в пределах I_кбо=<i_к=<(Е_к-U_{кэ н})/R_к (участок II на передаточной характеристике). Очевидно что при увеличении u_бэ u_кэ уменьшается. Усилитель, в котором приращение выходного сигнала противоположно по знаку приращению входного сигнала называется инвертирующим.

Передаточная характеристика позволяет рассмотреть различные способы работы каскада, называемыми классами усиления.

При произвольном двухполярном сигнале u_вх(t) форма кривой напряжения u_кэ(t) зависит от величины напряжения смещения на базе.

В режиме класса Аточку покоя располагают так, чтобы рабочая точка при движении по линии нагрузки не заходила в нелинейную начальную область коллекторной характеристики и в область отсечки коллекторного тока, т.е. в области искажений выходного сигнала. Режим усиления класса А используется в однотактных каскадах усиления мощности. Каскады усиления мощности класса А обеспечивают наименьшие искажения сигнала, но обладают наименьшим к.п.д. Они находят применение при мощности в нагрузке не более нескольких десятков милливатт.

В режиме класса В точку покоя располагают в нижней части нагрузочной характеристики каскада по постоянному току при токе покоя практически равном нулю (точнее, равном обратному току транзистора в схеме ОЭ I*_ко = (b+1)I_ко). Режиму покоя соответствует ток покоя базы, равный нулю I_б = 0. При наличии входного сигнала ток коллектора транзистора протекает только в течение одного полупериода, а в течение другого полупериода транзистор работает в режиме отсечки тока. В режиме класса В усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый из двух транзисторов служит для усиления только одной полуволны входного сигнала. Выходной каскад класса В обладает более высоким к.п.д. и используется на более высоких мощностях, чем однотактный. Недостатком режимаусиления класса В является повышенный коэффициент нелинейных искажений, вносимых каскадом в усиливаемый сигнал вследствие нелинейности начального участка входных характеристик транзисторов.

В режиме класса АВ точку покоя выбирают при токе покоя I_0к > I*_ко с таким расчетом, чтобы вывести транзистор на линейный участок входной характеристики, начинающийся с тока I_0б. Такой режим позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, не очень существенно снижая к.п.д. каскада.