Режимы работы выходных каскадов усилителей

Выходной каскад предназначен для отдачи заданной мощности в нагрузку, сопротивление которой тоже задано. Так как мощность поступает от источника питания усилителя через выходной каскад, его КПД должен быть высоким, иначе устройство будет неэкономичным, а габаритные размеры (поверхность охлаждения) раздутыми для отвода выделяющейся в каскаде теплоты. Если у входных каскадов нелинейность транзистора не оказывает влияния ввиду малости усиливаемых сигналов, то у выходных каскадов диапазон изменения сигнала большой и нелинейность транзистора необходимо учитывать. С этой целью строят так называемую передаточную характеристику. Передаточная характеристика — это зависимость выходного тока каскада (тока коллектора или эмиттера) от входного напряжения. В ней учитываются нелинейность входной и выходной характеристик транзистора и изменения напряжения, падающего на самом транзисторе в зависимости от выходного тока.

На семействе статических выходных характеристик транзистора (рис. 2.9, а) по точкам Е_K и E_K/R_н, отложенным на осях координат, проводят нагрузочную прямую. Точки пересечения этой прямой с характеристиками, соответствующими разным токам базы I_Б1, …, I_Бi, … I_Бn, определят ряд значений коллекторного тока I_K1, …, I_Ki, … I_Kn. На входной характеристике транзистора (рис. 2.9, б) находят ряд значений напряжения U_БЭ1, …, U_БЭi, … U_БЭn, которые необходимо подать для получения соответствующих базовых токов. Наконец, по парам значений I_Ki и U_БЭi строят передаточную характеристику каскада, которая связывает выходной параметр — ток на выходе каскада — с входным — напряжением сигнала на входе.

Рис. 2.9. Построение передаточной характеристики (в) по выходной (а)

и входной (б) характеристикам

Возможны различные варианты выбора рабочего участка этой характеристики. Рассмотрим их подробнее.

Режим А — это режим, при котором исходная рабочая точка р (когда входной сигнал равен нулю) располагается примерно на середине линейного участка характеристики (рис. 2.10). В этом режиме в состоянии покоя через транзистор течет сравнительно большой постоянный ток I_Kр, а амплитуда переменной составляющей тока I_Kmax меньше или равна этому току. При этом форма выходного сигнала повторяет форму входного и нелинейные искажения минимальны. Но КПД каскада составляет лишь 20—30 %, потому что полезная мощность определяется только переменной составляющей выходного тока, а потребляемая каскадом мощность — суммой переменной I_Kmax и постоянной I_Kp составляющих выходного тока.

Режим В — это режим, при котором исходная рабочая точка совпадает с началом координат, т.е. в состоянии покоя выходной ток равен нулю (рис. 2.11, а).

При подаче на вход синусоидального сигнала ток в выходной цепи протекает лишь в течение половины периода и имеет форму импульсов. КПД каскада в этом режиме достигает 60—70 %, так как постоянная составляющая I_K– коллекторного тока (определяемая по заштрихованной площади как среднее за период значение тока) значительно меньше, чем в режиме А. Однако форма усиливаемого сигнала слишком искажена.

Режим АВ (рис. 2.11, б) занимает промежуточное положение. Такой режим позволяет уменьшить нелинейные искажения при применении двухтактных выходных каскадов.

Рис. 2.10. Режим А работы усилительного каскада

Рис. 2.11. Режимы работы усилительного каскада: а — режим В; б — режим АВ