Класс усиления С и D

Класс усиления С. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает на интервале меньшем половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса С.

В режиме усиления класса С транзистор больше половины периода находится в состоянии отсечки (точка О_т на рис. 2.3.2, б) и его ток мало отличен от нуля. Этот режим соответствует расположению точки покоя в области отсечки и находит широкое применение в мощных резонансных усилителях (например, радиопередающих устройствах).

Во всех рассмотренных ранее режимах работы максимальный входной ток, а, следовательно, и входное напряжение ограничиваются величинами, соответствующими границе между активным режимом работы и режимом насыщения. В этом случае , а может быть определено по выходным характеристикам транзистора (рис. 2.3.2, а) по известному току , т. е. во всех рассмотренных режимах работы рабочая точка на выходных характеристиках каскада (рис. 2.3.2, б) не заходит правее точки О_т и левее точки Н_с.

Общим для всех рассмотренных режимов работы является так же тот факт, что усиление входного сигнала сопровождается потерями мощности в транзисторе усилительного каскада. Абсолютная величина этих потерь для различных классов усиления различна, но они не могут быть сведены к нулю. Это вытекает из того, что сам процесс усиления, согласно обобщенной структурной схеме усилителя (рис. 2.1.1) связан с перераспределением напряжения (мощности) между регулирующим элементом и нагрузкой.

На выходных характеристиках каскада (рис. 2.3.2, б) существует только две области, для которых можно считать, что мощность, выделяющаяся в транзисторе, теоретически равна нулю. Это точка О_т, соответствующая режиму отсечки (цепь нагрузки практически разорвана - выключена), и интервал Н_с... Н_с1, соответствующий режиму насыщения биполярного транзистора (цепь нагрузки непосредственно подключена к источнику питания - включена). В этих областях потери, существующие в транзисторе определяются исключительно его собственными параметрами и не связаны с процессом усиления входного сигнала.

Класс усиления D. Режим работы транзисторного каскада, при котором в установившемся режиме усилительный элемент (биполярный транзистор) может находиться только в состоянии включено (режим насыщения биполярного транзистора) или выключено (режим отсечки биполярного транзистора), называется ключевым режимом или режимом усиления класса D.

Таким образом, ток в выходной цепи усилительного каскада, работающего в режиме усиления класса D, может принимать два значения: и . Поэтому КПД такого усилительного каскада близок к единице.

Режим класса усиления D широко используется в устройствах, основным требованием к которым является получение максимального КПД. Как правило, это устройства с автономным питанием, рассчитанные на длительный режим работы. Для реализации данного режима работы входное напряжение должно принимать значение либо меньшее порогового напряжения , либо большее , соответствующего границе активного режима работы и режима насыщения.

Согласно данному определению, выходное напряжение усилителя, работающего в режиме класса усиления D, всегда имеет форму прямоугольного импульса, и усиление входного сигнала сопряжено с изменением того или иного параметра этого импульса, например его длительности, фазы и т. п.

КПД каскада, работающего в режиме класса усиления D, только теоретически может быть равен единице. На практике в таких каскадах всегда присутствуют три составляющие потерь, природа которых кроется в не идеальности используемой элементной базы. Это потери в насыщенном состоянии, потери в режиме отсечки и потери на переключение, обусловленные движением рабочей точки на выходных характеристиках транзистора из точки О_т в точку Н_с и обратно. Однако при правильном проектировании эти потери всегда меньше потерь в других классах усиления.