Материал: Физические основы электроники

При работе двухтактных усилительных каскадов в режиме класса АВ происходит перекрытие положительной и отрицательной полуволн тока плеч двухактного каскада, что приводит к компенсации нелинейных искажений, возникающих за счет нелинейности начальных участков вольт-амперных характеристик транзистора.

Схема двухтактного усилительного каскада, работающего в классе AB, приведена на рис. 3.34.

Eк

Сф

R1

Eк

Рис. 3.34. Двухтактная схема класса AВ с делителем напряжения

Коллекторные токи покоя Iк 01 и Iк 02 задаются напряжением сме-

щения, подаваемым на базы транзисторов с сопротивлений R2 и R3, и составляют незначительную часть максимального тока в нагрузке:

Iк01,02 0,05 0,15 Iкmax ,

вследствие этого результирующая характеристика управления двухтактной схемы класса AB принимает линейный вид (штрихпунктирная линия на рис. 3.35).

Напряжения смещения транзисторов VT1 и VT 2 определяются как

Uбэ 01 U R2; Uбэ 02 U R3.

Ток делителя R1, R2, R3, R4 должен быть не менее Iб max :

Iд 3 5 Iбmax.

121

Рис. 3.35. Характеристика управления двухтактной схемы, работающей в классе AB

Чем ближе работа усилительного каскада к классу A (чем больше угол отсечки π2 θ π), тем меньше КПД, но лучше линейность усиления.

КПД каскадов при таком классе усиления выше, чем для класса А, но меньше, чем в классе В, за счет наличия малого коллекторного тока Iк0 .

3.11.4.Режим класса С

Врежиме класса С рабочая точка А располагается выше начальной точки характеристики передачи по току (рис. 3.36).

iб

Uбэ

Рис. 3.36. Усиление в режиме класса С

122

Здесь ток коллекторной цепи протекает в течение времени, которое меньше половины периода входного сигнала, поэтому угол отсечки θ 90 . Поскольку больше половины рабочего времени транзистор закрыт (коллекторный ток равен нулю), мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так что КПД каскада приближается к 100 %.

Из-за больших нелинейных искажений режим класса С не используется в усилителях звуковой частоты, этот режим нашел применение в мощных резонансных усилителях (например, радиопередатчиках).

3.11.5. Режим класса D

Режим D иначе называется ключевым режимом. В этом режиме рабочая точка может находиться только в двух возможных положениях: либо в зоне отсечки (транзистор заперт и его можно рассматривать как разомкнутый ключ), либо в зоне насыщения (транзистор полностью открыт и его можно рассматривать как замкнутый ключ). В активной зоне рабочая точка находится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода ее из одной зоны в другую. Поэтому при работе в ключевом режиме линия нагрузки может на среднем своем участке выходить за пределы гиперболы допустимых мощностей при условии, что переход транзистора из закрытого состояния в открытое и наоборот производится достаточно быстро (рис. 3.37).

Рис. 3.37. Ключевой режим работы транзистора

Как уже было показано выше, транзистор в режиме отсечки можно представить в виде разомкнутого ключа, т. к. практически все напряжение источника питания падает между его эмиттером и коллектором, а ток коллектора Iк близок к нулю. Входное напряжение U вх приложено к эмит-

терному переходу транзистора в запирающем направлении (рис. 3.38).

123

Eк

Рис. 3.38. Схема ключевого режима работы транзистора

В режиме насыщения во входной цепи транзистора протекает достаточно большой ток базы, при котором ток коллектора достигает максимального значения Iк нас2 , близкого к Iк max – максимально возмож-

ному току в цепи источника питания. При этом напряжение U кэ транзистора имеет минимальное значение Uкэ0 , близкое к нулю, что

позволяет представить транзистор в виде замкнутого ключа. Отсюда и название этого режима работы – ключевой. В режиме насыщения напряжение на коллекторном переходе U бк может быть определено как

В обычном режиме напряжение U бк смещает коллекторный переход в обратном направлении, т. е. U бк 0 .

Учитывая то, что в режиме насыщения Uбэ 0 , третьим слагаемым

в выражении (3.32) можно пренебречь. Тогда, при достаточно большом базовом токе Iб , ток коллектора Iк βIб , где β – коэффициент переда-

чи по току, может достичь величины, при которой

нится на противоположный: U бк 0 , т. е. коллекторный переход будет

смещен в прямом направлении так же, как и эмиттерный. Минимальное значение базового тока, при котором выполняется условие (3.55), называется током насыщения Iб нас. Выражение (3.55) называют критерием

насыщения транзистора. Чем больше базовый ток значения Iб нас, тем глубже насыщение транзистора, тем больше заряд инжектированных из

124

эмиттера носителей накапливается в базе. Относительное значение этого превышения называется степенью насыщения N транзистора:

Рассмотрим переходный процесс переключения транзистора. Пусть на вход транзистора подан сигнал (рис. 3.39). На интервале 0 t1 эмит-

терный переход смещен в прямом направлении и по нему протекает базовый ток Iб . При этом ток в коллекторной цепи начнет протекать с задерж-

кой на время tз , которое требуется инжектируемым в базу носителям для прохождения расстояния, равного ширине базовой области.

Iб

Рис. 3.39. Переходный процесс переключения транзистора

Затем коллекторный ток нарастает постепенно, в течение времени tф1, что связано с процессом накопления носителей в базе. После окон-

чания входного импульса в точке t1 входной сигнал меняет полярность;

эмиттерный переход смещается в обратном направлении и инжекция носителей в базу прекращается. Но поскольку в базе был накоплен некоторый заряд носителей, то ток коллектора еще в течение времени tр

будет поддерживаться, а затем снижаться до нуля в течение времени tф2 . Время tр называют временем рассасывания неосновных носителей

в зоне базы. Таким образом, импульс коллекторного тока существенно отличается от входного импульса в первую очередь тем, что имеет заметные фронты нарастания и спадания.

125