Классы усиления

Понятия рабочей точки, режимов и классов работы усилительного элемента. Транзистор как нелинейный элемент (НЭ) в составе усилительной цепи всегда устанавливается в необходимый режим работы. Понятие режима работы связано с двумя его основными показателями: расположением рабочей точки на вольт-амперной характеристике (ВАХ) нелинейного элемента и величиной сигнала, действующего относительно рабочей точки. Введем сначала понятие рабочей точки. Под рабочей точкой (РТ) понимают любую точку, принадлежащую ВАХ данного нелинейного элемента и имеющую всегда не менее двух координат U ₀ и I ₀(рис. 1.5). Положение рабочей точки может быть задано либо приложением напряжения смещения U ₀, либо фиксацией постоянной величины тока I ₀. В любом случае задание одной из координат U ₀или I ₀ однозначно определяет положение рабочей точки на ВАХ НЭ. Режим, в котором НЭ работает при неизменном положении рабочей точки, носит название статического или режима постоянного тока. Положение рабочей точки на ВАХ можно изменять, управляя одной из ее координат U ₀ или I ₀. Изменение положения рабочей точки возможно с помощью некоторого управляющего устройства или по воле оператора. В любом случае при включении источника питания нелинейный элемент устанавливается в статический режим, когда все электрические величины во времени не меняются.

Однако нелинейные элементы предназначены для преобразования сигналов, поэтому в реальном устройстве относительно рабочей точки действует некоторый сигнал, представленный изменениями напряжения или тока. На рис. 1.5 показано, как приложение некоторого гармонического напряжения u (t)относительно рабочей точки U ₀ перемещает последнюю по ВАХ в пределах между положениями 1 и 2, вызывая при этом негармонический ток i (t) в силу нелинейности ВАХ. Данный режим носит название динамического или режима переменного тока.

Приложенный к нелинейному элементу сигнал может иметь разную величину. Если размах сигнала мал в сравнении с протяженностью ВАХ(рис. 1.6, а), то такой динамический режим но сит название режима малого сигнала. Когда размах сигнала соизмерим с протяженностью ВАХ или превышает ее, говорят, что нелинейный элемент работает в режиме большого сигнала (рис. 1.6, б). Кроме того, в практике радиотехнических устройств широко пользуются понятием класса режима работы. Различают несколько таких классов. Приведенные ниже иллюстрации позволяют получить нужные представления.

На рисунке 1.6, а рабочая точка находится на линейном участке, и малый сигнал не выходит за рамки этой линейной части ВАХ. Такой малосигнальный режим принято называть режимом класса «А» или линейным режимом работы нелинейного элемента.

Другой характерный режим – режим класса «В» – представлен на рисунке 1.7, а. Рабочая точка В находится у нижнего сгиба ВАХ, и воздействие так велико, что ток представляет собой последовательность «полуволновых» импульсов, характерную тем, что ток через нелинейный элемент протекает в течение половины периода сигнала.

Если рабочую точку переместить левее, увеличив размах сигнала (рис. 1.7, б), то режим работы будет соответствовать клас-су «С».

При смещении рабочей точки в положение D и дальнейшем увеличении размаха сигнала нелинейный элемент работает в режиме класса «D».

Два последних режима характерны тем, что ток через нелинейный элемент носит импульсный характер и протекает в течение времени, меньшего половины периода приложенного сигнала. В практике построения транзисторных усилительных каскадов используются режимы классов «А» и «В». Режим «С» выбирают в умножителях частоты и автогенераторах.