Режимы работы транзистора в усилительном каскаде

В основу классификации режимов работы транзистора при усилении аналоговых сигналов положена продолжительность протекания гармонического тока через транзистор. Режимы делятся на четыре класса (рис. 1): А, АВ, В и С.

В режиме класса А (рис. 1 , а) коллекторный ток протекает через транзистор в течение всего периода. Для этого режима справедливо следующее соотношение между амплитудой коллекторного тока основной частоты /_к1 и постоянной составляющей 7^, именуемое коэффициентом формы тока: у ⁼ 7_К|/ /_ко < 1.

Рис. 1. Режимы работы транзистора Рис. 2. Выбор рабочей точки транзистора (б) в усилительном каскаде в усилительном каскаде (а).

В других режимах коллекторный ток протекает через транзистор лишь часть периода. Для классификации этих режимов вводят понятие угла отсечки. Углом отсечки 0 называют половину той части периода гармонического колебания, выраженную в угловой мере, в течение которой через транзистор протекает ток. В зависимости от значения угла отсечки различают режимы:

=> класса, А В (рис. 1 , б), для которого 0 > я/2;

=> класса В (рис. 1, е), для которого 0 = я/2;

=> класса С (рис. 1, г), для которого 0 < я/2.

Наибольший интерес при усилении звуковых колебаний в выходных каскадах радиоприемников представляет режим класса В, в котором ток имеет форму синусоиды с длительностью половины периода. Это обстоятельство принципиально позволяет усиливать звуковые колебания без искажений с высокой энергетической эффективностью. Для режима класса В коэффициент формы тока у ⁼ я/2. В этом режиме усилитель имеет более высокий КПД, гак как коэффициент формы тока больше, чем в режиме класса А. Кроме того, при отсутствии входного сигнала (режим молчания) усилитель в режиме класса В не потребляет тока. Однако из-за.

нелинейности проходной характеристики /_к =У (мбэ) ^на начальном участке в режиме класса В возникают искажения. Как будет показано ниже, для их уменьшения используют режим класса АВ.

Режим класса С создает высокий уровень нелинейных искажений и, несмотря на более высокий КПД, не находит применения в усилителях звуковых колебаний.

Тот или иной режим работы транзистора определяет рабочая точка, представляющая собой напряжения на электродах транзистора и протекающий через него ток при отсутствии усиливаемого сигнала (например, UkQi /_ко). Рассмотрим выбор рабочей точки с помощью нагрузочной прямой для схемы на рис. 2, а, полагая, что протекающий через транзистор ток определяется семейством характеристик (рис. 2,6)

Как следует из рис. 2,а, коллекторный ток зависит также от напряжения источника питания Е и сопротивления R_K в коллекторной цепи.

При известных /б, Е, R_K система уравнений (1), (2) позволяет определить /_к, и_к. Будем решать эту систему графическим методом. Для этого на семейство характеристик (1) в координатах /_к, и_к нанесем прямую линию (2) по двум точкам:

=> при /_к = 0 напряжение на коллекторе м_к = Е;

=> при и_к = 0 ток /_к = I_Km = Е / R_K.

Линия, соединяющая точки и_к = Е и /_к = 1_кт называется нагрузочной прямой. Точка пересечения нагрузочной прямой с характеристикой семейства (1) нозволяег для заданного значения тока базы /g найти значения /_к, «кПоложение рабочей точки на семействе характеристик задается током базы /_б = /бо при отсутствии усиливаемого сигнала и определяет значения /_к0, ?/_к0 в состоянии покоя (рис. 2,6). При выборе рабочей точки необходимо учитывать, что рабочая область характеристик транзистора ограничена:

=> линией критического режима (ЛКР) и осью абсцисс, которые, по сути дела, соответствуют режимам насыщения и отсечки транзистора;

=> максимально допустимыми значениями коллекторного тока /_{к лоп} и напряжения (/_кдоп;

=> максимально допустимой мощностью рассеивания на коллекторе транзистора: м_к-/_к = Р_{к доп} • Уравнение /_к = Р_к лоп/и_к представляет собой гиперболу, которая представлена на рис. 2,6 пунктирной линией.

Для выбора режима можно также пользоваться проходными характеристиками транзисторов /_к =J[uб_э). На рис. 3 и 4 проиллюстрированы режимы, А и В, для которых рабочая точка задается с помощью напряжения на базе транзистора оконечного каскада.

Рис. 3. Режим класса, А Рис. 4. Режим класса В.