Области безопасной работы БТ и ПТ (рис. 14.7) можно определить, отсекая определенные области на выходных ВАХ транзисторов (эти области отмечены штриховкой на рис. 14.7). Нахождение (перемещение) рабочей точки в пределах выделенной области гарантирует безопасную и качественную работу усилительного элемента.
Исходная рабочая точка усилительного элемента — это точка, относительно которой происходит изменение сигнальной составляющей напряжения (тока). Эта точка может находиться в произвольном месте области безопасной работы. Однако выбор положения исходной рабочей точки оказывает сильное влияние как на энергетические характеристики усилительного каскада, так и на величину искажений, которым подвержен выходной сигнал.
а б
Рис. 14.7. Области безопасной работы БТ (а) и ПТ (б)
Относительно положения исходной рабочей точки различают пять основных режимов работы усилительного элемента (режимы А, В, АВ, С и D). Их рассмотрение удобно провести применительно к проходной характеристике усилительного элемента. Для БТ эта характеристика представляет зависимость iк =f(uбэ) при различных напряжениях между коллектором и эмиттером транзистора uкэ, а для ПТ — iс = f(uзи) при различных напряжениях между стоком и истоком транзистора uсц.
На рис. 14.8 приведены схема усилительного каскада и проходная характеристика БТ. На характеристике (см. рис. 14.8, б) отмечены точки, соответствующие различным режимам работы транзистора. Выбор режима работы транзистора определяется величиной напряжения смещения Uсм= Uбэ0, прикладываемого между базой и эмиттером транзистора (см. рис. 14.8, а).
При работе транзистора в режиме А исходная рабочая точка (Uбэ0,Ik0) располагается на середине линейного участка проходной характеристики (точка А на рис. 14.8, б). В этом режиме сигнальная соответствующая входного напряжения uвх(t ) = Umsin(ωt)суммируется с напряжением смещения Uсм. Напряжение база-эмиттер uбэ(t) = uвх(t) + Uсм открывает или запирает транзистор в пределах линейного участка проходной характеристики. В результате этого ток коллектора транзистора относительно положения исходной рабочей точки Ik0 возрастает или уменьшается, повторяя по форме входное напряжение.
Достоинством усилительных каскадов, работающих в режиме А, является низкий уровень нелинейных искажений. В соответствии с этим они, как правило, используются в качестве предварительных усилителей (входных каскадов).
а 6
Рис.14.8. Схема усилительного каскада (а) и проходная характеристика БТ (6)
Недостатком усилительных каскадов, работающих в режиме А, является низкий КПД, который не превышает 35 %. Это вызвано тем, что в стационарном состоянии через транзистор протекает большой ток Ik0. При этом транзистор потребляет большую мощность от источника питания.
При работе транзистора в режиме В напряжение смещения устанавливается равным нулю (точка В на рис. 14.8, б). В этом режиме напряжение uбэ между базой и эмиттером транзистора определяется только входным сигнальным напряжением
uвх(t) = Umsin(ωt). В результате этого часть положительной амплитуды входного сигнала тратится на открывание транзистора. Дальнейшее увеличение амплитуды положительной полуволны входного напряжения приводит к увеличению тока коллектора транзистора. Отрицательная полуволна входного напряжения запирает транзистор, переводя его в режим отсечки.
В однотактных усилительных каскадах, работающих в режиме В, ток коллектора представляет собой импульсы тока, повторяющие по форме полуволну входного напряжения. Для обеспечения усиления обеих полуволн сигнала в режиме В усилительный каскад строят по двухтактной схеме. В этом случае один усилительный элемент усиливает одну полуволну входного напряжения, а другой — другую. В нагрузке эти полуволны суммируются.
Достоинством усилительных каскадов, работающих в режиме В, является высокий КПД, который доходит до 75 %. Однако для этих каскадов характерен и существенный недостаток, выражающийся в росте нелинейных искажений за счет появления «ступеньки» при объединении двух полуволн в полном выходном сигнале. Это вызвано нелинейным характером проходной характеристики транзистора на ее начальном участке, т.е. на участке, на котором часть амплитуды входного напряжения тратится на открывание транзистора.
Устранение этого недостатка достигается в каскадах, работающих в режиме АВ (точка АВ на рис. 14.8, б). Подобные каскады строятся по двухтактной схеме. Работа усилительного каскада в режиме АВ показана на рис. 14.9. Исходная рабочая точка для каждого из усилительных элементов выбирается на границе начала линейного участка проходной характеристики. При подобном выборе положения исходных рабочих точек усилительных элементов суммарная проходная характеристика усилительного каскада становится линейной для положительной и отрицательной полуволн входного сигнала. Это позволяет получить ток в нагрузке, по форме напоминающий входное напряжение.
Достоинством каскада, работающего в режиме АВ, в сравнении с каскадом, работающим в режиме А, является высокий КПД, который достигает 70 % за счет малой величины тока в исходной рабочей точке. Сравнивая каскад, работающий в режиме АВ, с каскадом, работающим в режиме В, отметим резкое снижение уровня нелинейных искажений, однако он остается выше, чем в усилительных каскадах, работающих в режиме А.
В режиме С между базой и эмиттером транзистора подается напряжение смещения Uсм, запирающее транзистор еще сильнее, чем в режиме В (точка Сна рис. 14.8, б). В результате этого часть входного напряжения uвх(t) тратится на отпирание транзистора. В этом случае положительная и отрицательная полуволны сигнала на выходе двухтактного усилителя оказываются урезанными. Этот режим широко используется для получения высокого КПД устройств, когда нелинейные искажения не играют большой роли.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.