Главная Движение носителей электрических зарядов



Выбор положения начальной рабочей точки влияет также на к. п. д. усилителя. В момент, когда сигнал отсутствует, вся энергия источников питания идет только на нагрев р-и-переходов, т. е. тратится бесполезно. Если начальная рабочая точка лежит на середине прямолинейного участка, а амплитуда сигнала такова, что рабочая точка, перемещаясь, не выходит за пределы прямолинейного участка входной характеристики, то искажения сигнала не происходит. К. п. д. в этом случае меньше 50%.

В зависимости от положения начальной рабочей точки на характеристиках активных элементов и амплитуды усиливаемого сигнала различают три основных режима работы усилительного каскада: А, В и С.

Режимы работы активных элементов часто называют классами усиления. Количественно режимы усиления для синусоидального сигнала характеризуют углом отсечки G - половиной той части периода, в течение которой через выходную цепь активного элемента проходит ток. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

Режим А. В этом режиме начальная рабочая точка А находится примерно в середине линейной части проходной характеристики /к = =/(Ue), а амплитуда сигнала такова, что, как видно из рис. 18.11, ток в выходной цепи протекает в течение всего периода сигнала. Угол отсечки G равен 180°. (Отметим, что характеристики даны для усилителя с транзистором типа р-и-р по схеме с ОЭ.)

Транзистор работает в активном режиме. Рабочая точка А, перемещаясь по нагрузочной линии, не выходит за пределы точек 1 в. 2 на нагрузочной линии (см. рис. 18.10, в, точка А). При работе ниже точки 2 транзистор переходит из активного режима в режим отсечки, а при работе выше точки 1 - в режим насыщегшя. Из-за большого тока покоя к. п. д. в этом режиме низкий, менее 50 %. Это основной недостаток рассматриваемого режима. В режиме А активный элемент работает почти без искажений, а форма выходного сигнала соответствует форме входного. Режим А используют в основном в каскадах предварительного усиления.

Режим В. Начальная рабочая точка А лежит в начале проходной характеристики (рис. 18.12). Ток коллектора проходит через активный






\в<90°

Рис. 18.13

элемент лишь в течение отрицательного (для транзистора типа р-п-р) нолупериода входного напряжения, во время же другого полупериода тока нет, т. е. активный элемент «заперт», рабочая точка А находится ниже точтси 2 на нагрузочной линии - в области отсечки (см. рис. 18.10, в, точка А). Угол отсечки

6 составляет 90°. К,, п. д. каскада, работающего в режиме В, значительно выше, чем для режима А, поскольку ток покоя мал.

В режиме В усилитель имеет высокий к. п. д. (до 80 %), однако усиливается только один нолупериод входного сигнала. Кроме того, сигнал сильно искажается.

Для усиления сигнала в течение всего периода используют двухтактные схемы, когда одно плечо схемы работает в положительный пол}период а другое - в отрицательный. В режиме В (так как к. п. д. высок) работают каскады мощного усиления (выходная мощность от 10 Вт и более).

Режим С. В режиме С начальная рабочая точка А располагается правее начальной точки проходной характеристики (рис. 18.13). Угол в менее 90°. В отсутствие сигнала ток через активный элемент не проходит - элемент полностью «занфт». При подаче сигнала ток коллектора проходит в течение времени, меньшем отрицательного полупериода напряжения входного сигнала, причем искажение сигнала большее, чем в режиме В. К. п. д. каскада, работающего в режиме С, выше, чем в режиме В, так как ток покоя отсутствует. Режим С применяют в мощных резонансных усилителях.

Режим D. Иначе этот режим называют ключевым. Активный элемент в этом реж-име работы усилителя находится либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения. В первом случае ток через активный элемент равен нулю, во втором - равно нулю падение напряжения между выходными зажимами. К. п. д. в этом режиме вьппе, чем в режиме С (он близок к единице), потери энергии малы. Этот режим используют только для усиления прямоутольных сигналов.

§ 18.7. Питание у£8влителей. Осдача смещения ш вход активного элемеЕ«та

Положение начальной рабочей точки определяется полярностью и значетем напряжения смещения на входе усилительного элемента. Значищя напряжения смещения на входе обычно лежат в пределах



от 0,1 до 1 В (меньшие значения для германиевых транзисторов, большие - для кремниевых). Ранее были рассмотрены схемы, в которых питание входной и выходной цепей транзистора осуществлялось от двух источников (£б и £к)- Существует ряд схем, которые позволяют осуществлять подачу напряжения смещения во входную цепь от источника питания выходной цепи (£к). Такие схемы называются схемами смещения фиксированным током или фиксированным напряжением. Рассмотрим их для случая, когда активным элементом является биполярный транзистор; включенный по схеме с ОЭ.

Подача смещения фиксированным током. В этой схеме (рис. 18.14) база соединена с минусом источника £к через резистор R. Б режиме покоя напряжение смещения на базе

С/об = £к - /оБ?б, (18.25)

где ток /об определяют по входной статической характеристике транзистора, исходя из требуемого положения начальной рабочей точки, которое задается постоянными напряжениями смещения С/об и С/ок (£к). Из (18.25) можно определить сопротивление резистора:

/?б = (£к - С/об) об. (18.26)

Напряжение С/об £к» поэтому R к EyJIqe- Отсюда следует, что при установленных значениях £к и Re ток базы /об = £к ?б останется тем же при замене транзистора или при изменении температуры и др. Значения /?б обычно составляют десятки и сотни килоом.

Аналогично осуществляется подача смещения фиксированным током в. схеме с ОБ.

Подача смешения фиксированным напряжением. Напряжение смещения создается делителем напряжения с резисторами Ri и /?д2 (рис. 18.15), через которые проходят токи делителя /д1 и 12- Из уравнений Ек = RaJai + R-izlju и /?д2/д2 = t/оБ можно определить сопротивления делителя:

Rnl = (Ек - С/об) л1 и /?д2 = С/об д2.

(18.27)

При расчете схемы сопротивления /?д1 и R2 выбирают такими, чтобы токи /д) и /д2, проходящие через них, были в 3 - 5 раз больше тока /об. В этом случае изменение тока базы /об не вызывает ощутимого изменения напряжения смещения, практически оно остается постоянным.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 [123] 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0143