Режим «А» в основном используется во входных цепях и в каскадах предварительного усиления.
Вопросы составлены преподавателями кафедры
Радиотехнических устройств и систем
Вопросы для подготовки к междисциплинарному экзамену
По курсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств»
По специальности «Радиотехника»
Классы усиления (А, В, АВ ) в усилителях. Угол отсечки и КПД в режимах классов А и В.
Режим А
Режим А — такой режим работы усилительного элемента (транзистора или лампы), в котором при любых допустимых мгновенных значениях входного сигнала (напряжения или тока) ток, протекающий через усилительный элемент, не прерывается. Усилительный элемент не входит в режим отсечки, не отключается от нагрузки, поэтому форма тока через нагрузку более или менее точно повторяет входной сигнал. В частном случае усилителя гармонических колебаний режим А — такой режим, в котором ток через усилительный элемент протекает в течение всего периода , то есть угол проводимости 2Θc равен 360° [8] [9] .
Более жёсткие определения оговаривают не только недопустимость отсечки, но и недопустимость насыщения (ограничения максимального тока) усилительного элемента. По определению М. А. Бонч-Бруевича , «режим А характеризуется тем, что при действии сигнала рабочая точка не выходит за пределы практически прямолинейного участка динамической характеристики лампы. При этом нелинейные искажения минимальны, но коэффициент полезного действия (КПД) каскада оказывается низким» из-за необходимости пропускать через усилительный элемент значительный ток покоя [10] . В транзисторной радиотехнике каскад, отвечающий процитированному определению, называют недонапряжённым, а каскад, в котором на пике сигнала наблюдается насыщение или ограничение тока — перенапряжённым («напряжённость» в этом контексте есть относительная мера амплитуды входного сигнала). Режим работы на границе недонапряжённого и перенапряжённого состояний называется критическим [11] [12] .
|
|
|
Ток покоя усилительного элемента в режиме А должен, как минимум, превышать пиковый ток, отдаваемый каскадом в нагрузку. Теоретический КПД такого каскада при неискажённом воспроизведении сигналов максимально допустимой амплитуды равен 50 % [13] ; на практике он существенно ниже. В однотактных транзисторных усилителях мощности КПД обычно равен 20 %, то есть на 1 Вт максимальной выходной мощности выходные транзисторы должны рассеивать 4 Вт тепла. Из-за сложностей с отведением тепла транзисторные УМЗЧ класса А, в отличие от их ламповых аналогов, распространения не получили [14] . В маломощных широкополосных однотактных каскадах режим А, напротив, является единственно возможным решением. Всем иным режимам (AB, B и С) в однотактном включении свойственны недопустимо высокие нелинейные искажения. В узкополосных радиочастотных усилителях гармоники , порождаемые отсечкой усилительного элемента, могут быть эффективно отфильтрованы, но в широкополосных усилителях (УЗЧ, видеоусилители, измерительные усилители) и усилителях постоянного тока этой возможности нет.
|
|
|
Режимы B и AB
В режиме B усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные (лампы, npn-транзисторы), либо только отрицательные (pnp-транзисторы) входные сигналы. При усилении гармонических сигналов угол проводимости равен 180° или незначительно превосходит эту величину. Режим AB является промежуточным между режимами A и B. Ток покоя усилителя в режиме AB существенно больше, чем в режиме B, но существенно меньше, чем ток, необходимый для режима А. При усилении гармонических сигналов усилительный элемент проводит ток в течение бо́льшей части периода: одна полуволна входного сигнала (положительная или отрицательная) воспроизводится без искажений, вторая сильно искажается. Угол проводимости 2Θc такого каскада существенно больше 180°, но меньше 360°.
|
|
|
Предельный КПД идеального каскада в режиме B на синусоидальном сигнале равен 78,5 % [15] , реального транзисторного каскада — примерно 72 %. Эти показатели достигаются только тогда, когда выходная мощность P равна максимально возможной мощности для данного сопротивления нагрузки Pмакс(Rн). С уменьшением выходной мощности КПД падает, а абсолютные потери энергии в усилителе возрастают. При выходной мощности, равной 1/3 Pмакс(Rн), потери реального транзисторного каскада достигают абсолютного максимума в 46 % от Pмакс(Rн), а КПД каскада уменьшается до 40 %. С дальнейшим уменьшением выходной мощности абсолютные потери энергии уменьшаются, но КПД продолжает снижаться [16] .
Чтобы воспроизвести одну полуволну входного сигнала без искажений в области перехода через ноль, усилитель должен оставаться линейным при нулевом напряжении на входе — поэтому в усилительных элементах в режиме B всегда устанавливается небольшой, но не нулевой, ток покоя. В ламповых усилителях мощности в режиме B ток покоя составляет 5…15 % от максимального выходного тока, в транзисторных усилителях — 10…100 мА на каждый транзистор [17] [18] . Все эти усилители двухтактные: одно плечо усилителя воспроизводит положительную полуволну, другое — отрицательную. На выходе обе полуволны складываются, формируя минимально искажённую усиленную копию входного сигнала. При малых мгновенных значениях выходного напряжения (в транзисторных усилителях — несколько сотен мВ) такой каскад работает в режиме A, при бо́льших напряжениях одно из плеч закрывается и каскад переключается в режим B.
|
|
|
В современной литературе нет единого мнения о классификации таких двухтактных транзисторных каскадов. По мнению Джона Линдси Худа и Боба Корделла, их следует рассматривать как режим AB [19] [20] . По мнению Г. С. Цыкина , Дугласа Селфа и А. А. Данилова это режим B. С их точки зрения, полноценный режим AB начинается при существенно бо́льших токах покоя (и сопровождается неприемлемо большим уровнем переходных искажений) [21] [22] [23] .
Режим работы усилителя «А» (рис. 3.6).
Усилительный элемент работает без отсечки тока. Данный режим характеризуется высокой линейностью, т. е. низким уровнем нелинейных искажений. Однако КПД низкий (≤ 50 %), так как даже в отсутствии сигнала от источника потребляется постоянный ток 0 I (величину 0 I можно оценить повыходным характеристикам транзистора, (см. рис. 3.2):
Режим «А» в основном используется во входных цепях и в каскадах предварительного усиления.
Режим работы усилителя «В» (рис. 3.7).
Ток покоя в режиме «В» очень мал. В идеальном случае равен нулю.Транзистор работает с отсечкой тока Θ = 90°, КПД до 79 %. Высокий уровень нелинейных искажений. Режим «В» используется в двухтактных каскадах.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 150; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!