Материал: Физические основы электроники

Рис. 3.29. Динамические характеристики транзистора

Отметим, что в рассматриваемой схеме увеличению входного сигнала соответствует увеличение базового тока, а следовательно, и коллекторного тока, а выходное напряжение uвых при этом уменьшается.

Из чего следует, что в этой схеме входное и выходное напряжения изменяются в противофазе. Переменная составляющая выходного напряжения проходит через разделительный конденсатор C2 и выделяется на

нагрузке Rн . В качестве нагрузки может служить и входное сопротив-

ление следующего каскада усиления, а характер нагрузки в общем случае может быть различным. По переменному току нагрузка усилительного каскада Rн состоит из параллельно включенных сопротивлений

Rк и Rн (рис. 3.28):

116

а по постоянному току – только Rк . Поэтому и линия нагрузки по постоянной и переменной составляющим будет проходить по-разному.

следовательно, линия нагрузки пойдет круче.

Рассмотренные зависимости можно расположить на одном рисунке так, что в первом квадранте поместить выходные характеристики транзистора с построенной линией нагрузки, а в третьем квадранте – входные характеристики (рис. 3.29). Тогда, используя точки пересечения линии нагрузки по переменному току с выходными характеристиками и входные характеристики транзистора, строим характеристику управ-

ления Iк f Iб транзистора по переменному току, которая теперь, при работе с нагрузкой, называется динамической.

3.11. Режимы работы усилительных каскадов

Поскольку характеристики транзистора существенно нелинейны, то в процессе усиления входного сигнала имеют место искажения, которые называют нелинейными. Величина искажений в большой степени зависит от выбора начальной рабочей точки на линии нагрузки и от амплитуды входного сигнала. В зависимости от этого различают следующие основные режимы работы усилителя:

режим класса A ;

режим класса B ;

режим класса AB ;

режим класса C;

режим класса D .

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки θ – половиной той части периода входного сигнала, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

3.11.1. Режим класса А

Режим класса А характеризуется тем, что начальная рабочая точка, определяемая смещением, находится в середине линейного участка входной характеристики, а следовательно и характеристики передачи по

току Iк f Iб . Амплитуда входного сигнала здесь такова, что сум-

117

Рис. 3.30. Усиление в режиме класса А

Ток в выходной цепи протекает в течение всего периода, а угол от-

сечки θ равен 180 . Транзистор работает в активном режиме на близких к линейным участках характеристик, поэтому искажения усиливаемого сигнала здесь минимальны. Однако из-за большого значения начального коллекторного тока Iк0 КПД такого усилителя низкий (теоретически не

более 25 %, а реальные значения и того ниже), поэтому такой режим применяют в маломощных каскадах предварительного усиления.

3.11.2. Режим класса В

Режим данного класса характеризуется тем, что начальная рабочая точка находится в начале характеристики передачи по току Iк f Iб ,

рис. 3.31.

Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора только в течение одного полупериода входного сигнала, а в течение второго полупериода транзистор закрыт, т. к. его рабочая точка будет находиться в зоне отсечки. КПД усилителя в режиме класса В значительно выше

118

(составляет 60…70 %), чем в режиме класса А, т. к. начальный коллекторный ток Iк0 здесь равен нулю. Угол отсечки θ равен 90°. Однако

у усилителей класса В есть и существенный недостаток – большой уровень нелинейных искажений (колоколообразные искажения), вызванных повышенной нелинейностью усиления транзистора, когда он находится вблизи режима отсечки.

Для того чтобы усилить входной сигнал в течение обоих полупериодов, используют двухтактные схемы усилителей, когда в течение одного полупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода – второй транзистор в этом же режиме.

uвх

A

iб

Uбэ

Рис. 3.31. Усиление в режиме класса В

Рис. 3.32. Двухтактная схема класса В с симметричным источником питания

На рис. 3.32 представлена схема двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах противоположного типа, но с идентичными па-

119

раметрами, образующих так называемую комплементарную пару. Для питания коллекторной цепи используется два одинаковых источника питания – Eк1 и Eк2 , которые создают обратное включение коллектор-

ных переходов. Резисторы R1 и R2 одинаковы, при uвх 0 они фикси-

руют потенциал баз транзисторов, равный потенциалу корпуса.

Режим класса В обычно используют преимущественно в мощных двухтактных усилителях, однако в чистом виде его применяют редко. Чаще в качестве рабочего режима используют промежуточный режим класса AB.

3.11.3. Режим класса АВ

Режиму усиления класса АВ соответствует режим работы усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала.

Этот режим используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальных участков входных вольт-амперных характеристик транзисторов

(рис. 3.33).

При отсутствии входного сигнала в режиме покоя транзистор немного приоткрыт и через него протекает ток, составляющий 10…15 % от максимального тока при заданном входном сигнале. Угол отсечки в этом случае составляет 120…130°.

120