Анализ однотактного выходного каскада в режиме А

Рассмотрим принципиальную схему выходного каскада с непосредственным включением внешней нагрузки в выходную цепь усилителя (рис.9.1.). Для анализа построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току, которые для этой схемы совпадают, так как R_н==R_н~=R_нвн. Для выбранного транзистора возьмем из справочника семейство статических выходных характеристик. На горизонтальной оси откладываем U_вых=Е, а на вертикальной оси точку i=E/ R_нвн. Соединив эти точки, посторим нагрузочную прямую, рис.9.8.

Рис.9.8. Анализ однотактного выходного каскада в режиме А.

Находим рабочую точку (пересечение нагрузочной прямой со статической характеристикой, соответствующей заданному смещению). Из рабочей точки опускаем перпендикуляры на горизонтальную и вертикальную оси и определяем постоянные составляющие выходного напряжения U₀ и выходного тока I₀. Амплитуда входного сигнала должна охватывать весь раствор семейства выходных статистических характеристик. При заданном значении амплитуд входного сигнала I_твх графическим путем определяем амплитудное значение выходного напряжения U_твых и выходного тока I_твых. Затем аналитическим путем рассчитываем основные показатели выходного каскада.

Так, полезная выходная мощность P_~ рассчитывается следующим образом:

P_~= I_твых U_твых/2;

Максимальное значение амплитуды выходного тока определяется I_mвых£I_o, выходного напряжения - U_твых=0,5Е. Следовательно, максимальная полезная мощность P_~max=0,25 I₀Е. Максимальное значение КПД определяется η_max= P_~max/P₀=0,25 I₀Е/ I₀Е=0,25, где P₀= I₀Е - потребляемая мощность.

Для получения максимального значения КПД сопротивление нагрузки R_нвн должно быть равным R_нвн= U_твых/ I_твых=0,5Е/ I₀. Изменение R_нвн в любую сторону или уменьшение I_твх уменьшают полезную мощность и КПД.

Таким образом, этот способ включения имеет малый КПД<0,25. Кроме того, через нагрузку не должна протекать постоянная составляющая I₀, поэтому эта схема в однотактных усилителях применяется редко и встречается только в случае, когда в качестве нагрузки применяется реле. Но надо отметить, что непосредственное включение нагрузки находит широкое применение в двухтактных бестрансформаторных каскадах.

Резисторно-емкостное подключение внешней нагрузки R_нвн (рис.9.2) обеспечивает еще меньшее значение КПД≤0,08. Простота схемы и отсутствие громоздких компонентов составляют общие черты с предыдущей схемой, однако в этой схеме устранен один из ее недостатков: постоянная составляющая выходного тока не протекает через внешнюю нагрузку. Каскады выходных усилителей с резисторно-емкостным включением внешней нагрузки используются в импульсных усилителях напряжения.