Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
ГТ98І 9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Vcc
Vb
R
Vf
Vc
Vb
<
Vc
Vo
Vcc
Rs
о)
б)
Рис 9Л. Схема усилителя с ОЭ (а). Эпюры напряжения на базе Ub (вверху) и на коллекторе U (внизу) (б)
цепи, которые содержат и другие элементы, из-за чего определить тип включения намного сложнее.
В верхней части рис. 9.16 приведена эпюра напряжения на базе транзистора. Значение положительного напряжения ограничено величиной прямого падения напряжения U1Ha эмиттерном переходе. Базовый ток будет протекать только тогда, когда напряжение источника питания U0 достаточно для того, чтобы открыть эмиттерный переход. Когда напряжение U0 становится отрицательным, падение напряжения на базе также будет отрицательным и базовый ток прекратится. Эпюра коллекторного напряжения показана на нижнем графике. Когда через базу протекает ток, транзистор находится в активном режиме, а это означает, что в цепи появится значительный по величине коллекторный ток, который вызовет падение напряжения на сопротивлении нагрузкой уменьшение коллекторного напряжения.
Если напряжение источника питания достаточно велико, то транзистор полностью перейдет в открытое состояние, а коллекторное напряжение приблизится к уровню насыщения, как это было в задаче № 19, где рассматривалась работа переключателя приемника.
У описанной схемы усилителя есть серьезный недостаток. Транзистор открыт только половину периода следования синусоидального сигнала, значит, выходной сигнал присутствует только половину периода. Для того чтобы получить выходной синусоидальный сигнал полностью, необходимо подать так называемое напряжение смещения на базу, которое предотвратило бы закрытие транзистора. Этот процесс называется выбором рабочей точки. Следует заметить, что данная схема . не такая простая, как может показаться на первый взгляд (об этом говорится в разделе, посвященном усилителям класса В). Сейчас мы посмотрим, что произойдет, если в цепь базы добавить источник постоянного тока иьь(рис. 9.2а).
Напряжение Uy, называется напряжением смешения. Оно, как правило, задается делителем напряжения, выполненным на резисторах и установленным между источником питания и «землей». В лабораторных условиях задать необходимое напряжение смещения можно с помощью отдельного источника питания. Напряжение
9.2. МАКСИМАЛЬНЫЙ КПД УСИЛИТЕЛЕЙ КЛАССА A fffi]
смещения необходимо для того, чтобы постоянно поддерживать на базе условие прохождения тока. Таким образом, напряжение на коллекторе будет иметь форму двухполупериодного синусоидального сигнала (рис. 9.26). Максимальным значением напряжения, которое можно получить, является величина размаха Ucc, когда ток коллектора I0 почти равен нулю. Этот размах можно устанавливать, выбирая смещение коллекторного напряжения, которое должно составлять около Ucc / 2.
Классы усилителей отличаются по величине напряжения смещения. Если она такова, что эмиттерный переход всегда открыт, то усилитель относится к классу А. В радиостанции NorCal 4OA таким усилителем является предусилитель. В последующих разделах рассматриваются и другие классы усилителей, в которых часть периода транзистор закрыт. Основное достоинство усилителей класса А заключается в том, что их выходной сигнал практически повторяет форму входного, а имеющиеся искажения незначительны. Недостатком усилителей этого класса является низкий КПД. Другие типы усилителей искажают форму сигнала, но имеют более высокий КПД по сравнению с усилителями класса А.
9.2. Максимальный КПД усилителей класса А
Рассчитаем максимальный КПД для усилителей класса А, считая, что выходное напряжение изменяется от нуля до U^. Коллекторный ток будет меняться от нуля до значения Ucc / R. КПД, обозначаемый г) (буква греческого алфавита «эта»), вычисляется по формуле:
Л = P/P0 (9.1)
где P - мощность переменного тока в нагрузке, a P0 - мощность источника питания постоянного тока. Значение P0 можно рассчитать по формуле:
P0 = Що (9.2)
где I0 - среднее значение коллекторного тока, определяемого по формуле:
ЩО] 9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Тогда мощность источника питания составит: U2
P=-^- (9.4)
° 2R
Мощность переменного тока в нагрузке P можно представить в виде: 8 8R
Из этого выражения следует, что P = P0 / 4, то есть КПД равен 25%. Данная величина является максимально возможным КПД усилителя класса А с омической нагрузкой.
Представляет интерес и перераспределение мощностей. Дополнительно к мощности переменного тока Р, выделяющейся в нагрузке, также в нагрузке выделяется постоянная составляющая мощности P^, которая вычисляется по формуле:
U2
=^- (9-6)
¦* 4R
Это означает, что половина мощности источника питания теряется в виде рассеиваемого в резисторе тепла. Кроме того, часть потерь мощности приходится на транзистор. Поскольку средние значения тока и напряжения на транзисторе точно такие же, что и на резисторе, то значение мощности постоянного тока будет точно таким же. Если ее обозначить как Ptdc, можно записать:
U2
PIA. = (9.7)
* 4R
Но это еще не все. Размах переменного напряжения и тока для транзистора имеет те же самые значения, что и для резистора, за исключением маленького нюанса, который отражен на рис. 9.26: напряжение и ток сдвинуты по фазе на 180° относительно друг друга.
