Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
Усилители класса В гораздо сложнее, чем усилители класса А или С, но на практике зачастую именно они позволяют получить наилучший результат. В усилителях классов В и С наблюдаются искажения высокого уровня, когда транзисторы переходят в режим насыщения. При полном переходе в режим насыщения КПД возрастает, поэтому приходится мириться с искажениями в обмен на более высокие выходную мощность и КПД.
10.6. УСИЛИТЕЛИ КЛАССА В [243І
78%
Класс С
62%
Пороговое значение
0 *-'—--1-1--1
0 1 2 3 4 5
Входное напряжение Vi, В (размах)
Рис 10.12. Зависимость выходного напряжения от входного для усилителя мощности передатчика NorCal 4OA (в кружочках на кривых приведены значения КПД)
Примечание к рис. Зависимость, соответствующая классу С, относится к нормальному режиму работы, тогда как зависимость для класса В относится к случаю, когда напряжение смещения базы равно 500мВ (калибровка производилась для источника и нагрузки сопротивлением 50 Ом). Смещение на базе сильно снижает пороговое значение, поэтому усилитель может быть использован в линейном режиме. При равных уровнях выходной мощности КПД в режиме работы усилителя класса В ниже, чем в режиме работы усилителя класса С.
На рис. 10.13 приведена эпюра коллекторного напряжения при работе усилителя класса В.
Транзистор находится в активном режиме только половину периода, но напряжение имеет почти синусоидальную форму из-за «звона» фильтра высших гармоник. Можно наблюдать остаточные пороговые искажения, а также начало насыщения.
Выведем выражение, определяющее максимально возможное значение КПД для режима работы усилителя класса В, используя при анализе идеализированную форму сигналов (рис. 10.14а).
Напряжение имеет синусоидальную форму, его максимальное значение вдвое превышает напряжение источника питания, а минимальное значение равно нулю. Ток имеет форму выпрямленного однополупериодного сигнала. Постоянный ток I0 рассчитывается как:
I0 = U*
(10.34)
[244] 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
зо
9 Vcc
(Почало насыщения
20 не
Рис. 10.13. Эпюра коллекторного напряжения для усилителя мощности приемопередатчика NorCal 4OA при работе усилителя класса В на частоте 7 МГц
Примечание к рис. Выходная мощность составляет 1 Вт на нагрузке 50 Ом. Высокочастотное напряжение на базе установлено размахом 880 мВ, напряжение смещения по постоянному току равно 500 мВ, калибровка производилась для значений сопротивления источника и нагрузки 50 Ом.
Вход о-
Vcc
X
Разделительной
конденсатор па постоянному току
-Il-о Выход
а) б)
Рис 10.14. Идеализированная форма коллекторных напряжения и тока для усилителя класса В (а) и двухтактный усилитель низкой частоты класса В (б)
где Im - максимальное значение выпрямленной синусоиды. Мощность источника равна:
Po = U0Jo = UJnZJC
(10.35)
В приложении 2 показано, что для выпрямленного синусоидального сигнала амплитудное значение 1р основной составляющей тока определяется по выражению:
поэтому выходная мощность может быть записана в виде:
P = UccIp/2 = UccIm/4
(10.36) (10.37)
10.7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ (245
, а максимальный КПД как:
P/P0 = Ti/4 = 79% (10.38)
Теоретически это значение является максимальным, на практике же для усилителей класса В значение КПД составляет 60%, что намного больше, чем для усилителей класса А, но несколько уступает КПД усилителей класса С.
Еще одна особенность, связанная с использованием усилителей класса В, состоит в том, что фильтр высших гармоник ограничивает ширину полосы пропускания. Невозможно одновременно усиливать сигнал определенной частоты и его гармоники, так как последние будут обрезаться фильтром. Это затрудняет работу НЧ усилителей, для которых необходимо усиливать сигнал в очень широком частотном диапазоне. Чтобы решить данную проблему, в передатчике NorCal 4OA в усилителе низкой частоты используется двухтактный усилитель класса В. Он содержит два транзистора, каждый из которых обеспечивает прохождение тока в свой полупериод. Этот усилитель использует оконечный каскад интегральной микросхемы LM386N-1. В ней есть два каскада усиления класса А, за которыми установлен выходной каскад усилителя мощности, работающий в классе В. Упрощенный "вариант усилителя мощности показан на рис. 10.146. Он представляет собой эмиттерный повторитель. Когда входное напряжение велико, верхний n-p-п транзистор находится в активном режиме, а нижний p-n-р транзистор - нет. При малом входном напряжении ситуация меняется: нижний p-n-р транзистор переходит в активное состояние. Два диода задают разность напряжений между базами, что сводит до минимума пороговые искажения. /
10.7. Моделирование тепловых процессов
Контроль теплового режима очень важен для усилителей с большой выходной мощностью. Производители приборов, например, всегда указывают предельную рабочую температуру своих изделий. Как правило, она находится в диапазоне 150-200 °С. Поскольку при увеличении температуры транзисторы начинают выходить из строя, рекомендуется задавать рабочую температуру намного ниже критической. Для математической модели, связывающей выделяющуюся мощность с ростом температуры, будет использован метод электрических аналогий. В этой модели температура T будет соответствовать напряжению, а рассеиваемая мощность Pd - току:
