Нелинейные усилители мощности

Широкое применение в различных устройствах находят резонансные усилители мощности и умножители частоты. Известно, что резонансный усилитель работает в линейном режиме и поэтому имеет КПД менее 50%. В мощных же передатчиках требуется высокий КПД. Эффективное средство повышения энергетических показателей резонансного усилителя — использование заведомо нелинейного режима работы его активного элемента. Необходимым условием работы подобных усилителей и умножителей является сохранение формы усиливаемого сигнала с возможно меньшими нелинейными искажениями.

Проанализируем и оценим параметры упрощенной электрической схемы нелинейного резонансного усилителя мощности на транзисторе (рис. 5.8, а)_у к входу которого подключены источники гармонического напряжения u_BX(t) = i7_WBXcosco_p? и постоянного напряжения смещения t/₀, а ре;

Рыс. 5.8. Транзисторный резонансный усилитель:

а — схема; б — временные диаграммы токов и напряжений зонансный контур нагрузки настроен на частоту усиливаемого сигнала со. Напряжение смещения U₀ на базе транзистора следует выбирать таким ооразом, чтобы в отсутствие переменного входного сигнала выходной ток транзистора был равен нулю.

Положим, что переменный коллекторный ток биполярного транзистора имеет форму косинусоидальных импульсов с отсечкой их нижней части. Временные диаграммы импульсов коллекторного тока i_K(co?) = i_K(t), тока первой гармоники i_x(t) = = /_tcosco_p^ и выходного напряжения и_шх(со?) =.

= u_BVlx(t) показаны на рис. 5.8, б.

Известно, что спектральный состав косинусоидальных импульсов тока содержит много гармонических составляющих кратных частот, однако наибольшее значение имеет амплитуда первой гармоники. Это объясняется тем, что на резонансной частоте активное сопротивление контура максимально и на нем выделяется усиливаемое напряжение с частотой входного сигнала со_р. Очевидно, что сопротивление параллельного колебательного контура на частотах 2со_р, Зсо_р,… столь мало, что эти высшие гармонические составляющие практически не дают вклада в формирование мощности выходного сигнала u_BUX(t).

Используя формулу (5.8), запишем амплитуду выходного напряжения:

где R₀ — резонансное сопротивление контура; — функция Берга для первой гармоники.