РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В зависимости от назначения усилителей к ним могут быть предъявлены следующие требования: получение заданного коэффициента усиления усилителя с определенной его частотно-фазовой характеристикой; заданных входного и выходного сопротивлений; заданной стабильности параметров усилителя и заданных нелинейных искажений, а также возможно максимального КПД усилителя.

Заданные характеристики усилителя обеспечиваются выбором соответствующих схем, числом каскадов усилителя, введением обратных связей и т. д.; КПД усилителя зависит от режима работы усилительных элементов, особенно в оконечном каскаде.

Различают следующие режимы работы усилительных элементов:

Режим А. В этом режиме точку покоя усилительного элемента выбирают таким образом, чтобы выходной ток протекал в течение всего периода, т. е. точка покоя должна находиться в середине используемой рабочей характеристики (рис. 14.29, а). Режим А характеризуется сравнительно небольшими нелинейными искажениями, однако КПД усилителя довольно низкий, так как независимо от амплитуды входного, а следовательно, и выходного сигнала, в выходной цепи протекает постоянный ток , амплитудное значение которого . При активной нагрузке, включенной непосредственно в выходную цепь, амплитудное

значение выходного напряжения оказывается несколько меньше постоянной составляющей , т.е. . Тогда КПД каскада

При активной нагрузке, включенной через трансформатор, и КПД каскада . Таким образом, КПД каскада в режиме А составляет около 20% при непосредственном включении нагрузки и около 40% при включении нагрузки через трансформатор. Режим А используют в однотактных схемах, где он является единственно возможным, за исключением случая, когда нагрузкой служит колебательный контур.

Режим В. При работе в режиме В усилительный элемент работает с отсечкой выходного тока, где ток в выходной цепи протекает в течение половины периода (рис. 14.29,6). При разложении в ряд такого тока имеем

(14.42)

Режим работы усилителя с отсечкой характеризуется углом отсечки , равным половине длительности импульса в угловом исчислении. При работе в режиме В угол отсечки

. (14.43)

Среднее значение коллекторного тока определяется как площадь импульса выходного тока за период, т. е.

, (14.44)

амплитуда первой гармоники

. (14.45)

Следовательно, КПД каскада

(14.46)

и в пределе составляет . В энергетическом отношении режим В намного выгоднее режима А, так как в отсутствие входного сигнала (в паузе) потребляемый ток оконечного каскада равен нулю. Режим В характеризуется значительными нелинейными искажениями за счет появления гармоник четного порядка, поэтому его применяют в двухтактных каскадах, где усилительные элементы работают поочередно. Применение двухтактных каскадов, работающих в режиме В, позволяет получить достаточно хорошую форму выходного напряжения за счет уничтожения четных гармоник в выходном напряжении.

Если угол отсечки превышает /2, то такой режим работы называется АВ. Режим АВ занимает промежуточное положение между режимом А и В и позволяет получить меньшие нелинейные искажения, чем в режиме В. В режиме АВ КПД составляет около 50... 60%.

Режим С. При работе в режиме С угол отсечки 0< /2, что обеспечивается определенным смещением, подаваемым на входной электрод усилительного элемента (рис. 14.29,в). Преимущество режима С — большой КПД, так как амплитуда первой гармоники больше среднего значения тока. Режим С применяется в мощных генераторных устройствах и усилителях, где нагрузкой является колебательный контур, который выделяет основную гармонику.

Режим Д. Режим используют в усилителях однополярных импульсов, где усилительный элемент находится в двух состояниях — открытом и закрытом. При открытом состоянии усилительного элемента ток в выходной цепи максимальный, падение напряжения на усилительном элементе минимальное и близко к нулю. При использовании режима Д для усиления многочастотного сигнала с изменяющейся амплитудой необходимо напряжение сигнала преобразовать в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна напряжению преобразованного сигнала. Схемы преобразователей достаточно сложны и сами потребляют дополнительную мощность от источников питания. Поэтому режим Д для усиления аналоговых сигналов используют очень редко.

Выводы. 1. Коэффициент полезного действия усилителя определяется режимом работы усилительных элементов, в частности усилительного элемента оконечного каскада, и связан с его углом отсечки. 2. Различают режим работы усилительного элемента с отсечкой выходного тока (В, АВ, С, Д) и без отсечки (А), когда выходной ток протекает в течение всего периода. 3. Наибольший КПД усилителя при работе с отсечкой выходного тока. 4. Режим работы усилительного элемента с отсечкой выходного тока применяется в двухтактных усилителях гармонических сигналов (режим В, АВ) и в усилителях, работающих на избирательную нагрузку — колебательный контур (режим С).