|
Понятие режима работы или класса усилителя определяется соотношением анодного тока покоя к величине тока сигнала и формой
анодного тока. До сих пор во всех примерах рассматривались усилители класса А, хотя данный факт до сих пор никак не
акцентировался. Для исправления указанного упущения необходимо ввести некоторые определения.
Режим класса А
При этом режиме величина анодного тока покоя всегда задается такой, чтобы даже при минимально возможном значении входного
сигнала (а также и при его отсутствии) анодный ток не снижался до нулевого значения. Иными словами, лампа, работающая в
классе А, никогда не запирается. Если на вход (управляющую сетку) такого каскада усиления будет подано синусоидальное напряжение,
форма анодного тока также будет синусоидальной. Режим класса А характеризуется наилучшей линейностью усиления, однако по
энергетической эффективности он самый плохой. Теоретическое значение максимального КПД при синусоидальной форме выходного
сигнала в режиме класса А равно 50%. Наиболее простое тому объяснение — большой ток покоя, существующий даже при полном отсутствии
входного сигнала. Низкий КПД кроме очевидного высокого энергопотребления, неудобен тем, что на анодах ламп рассеивается повышенная
тепловая мощность, что уменьшает максимально достижимую полезную мощность, отдаваемую ими.
Режим класса В
В этом режиме ток покоя равен нулю, а сам анодный ток протекает только при действии положительной полуволны входного
сигнала. Таким образом, лампа заперта в период действия отрицательной полуволны входного сигнала. Так как входной сигнал
фактически претерпевает однополупериодное выпрямление, в сигнале возникают существенные искажения в виде гармоник. Для решения
данной проблемы приходится принимать дополнительные меры (применение двухтактных схем усиления). Однако, в режиме класса
В анодный ток существует при любом значении амплитуды входного сигнала, что не нарушает линейности амплитудно-амплитудной
характеристики усилителя. Теоретическое значение максимального КПД (при полном использовании лампы по напряжению и току,
что на практике недостижимо) при синусоидальной форме выходного сигнала в случае двухтактного усилителя класса В составляет
78,5%. Это напрямую связано с отсутствием тока покоя.
Режим класса С
В режиме класса С время протекания анодного тока меньше времени действия положительной полуволны входного сигнала. Данный
метод используется только в ВЧ усилителях радиопередатчиков, в которых могут использоваться резонансные методы восстановления
основной гармоники сигнала. Это режим характеризуется гораздо
более высокими значениями КПД и уровнем искажений по сравнению с применяемым в усилителях режимом класса В.
Угол отсечки. Режим класса АВ
Для характеристики длительности той части полупериода, в течение которой протекает анодный ток, радиоинженеры используют
термины угловая длительность импульса и угол отсечки. Под угловой длительностью импульса тока понимается часть периода (выраженная
в радианах), в течение которой существует анодный ток. Под углом отсечки (наиболее часто применяемом для количественного
описания режима работы усилительных приборов) понимается половинное значение этой длительности. Используя данный термины,
и учитывая, что полный период гармонических колебаний равен 360°, можно сказать, что для усилителей класса А длительность
импульса тока равна целому периоду (ток непрерывен), а угол отсечки равен 180°. Для усилителей класса В угол отсечки составит
90°, а для усилителей класса С он составляет менее 90°.
Так как переходная область между классом А и классом В в их чистом виде достаточно обширна, то ввели промежуточный класс
усилителей, известный как режим класса АВ, где анодный ток существует более полупериода, а угол отсечки превышает 90°,
но не достигает 180°.
На рис. 7.4 приведена идеализированная проходная характеристика лампы (считая проницаемость равной нулю). Как видно из
рисунка, режим работы усилителя (определяемый формой анодного тока) зависит от напряжения смещения на сетке лампы. В режиме
класса А смещение выбирается на середине линейного участка проходной характеристики, благодаря чему анодный ток существует
весь период действия входного (сеточного) напряжения. В усилителях класса В напряжение смещения выбирается равным напряжению
отсечки проходной характеристики лампы, что запирает ее при всех более отрицательных напряжениях. Поэтому только во время
действия положительного полупериода входного сигнала обеспечиваются условия для существования анодного тока. В режиме класса
С напряжение смещения выбирается более отрицательным, чем напряжение отсечки лампы. Чем более отрицательное смещение выбрано,
— тем меньше будет угол отсечки. Для получения режима класса АВ, наоборот, смещение выбирается менее отрицательное, чем напряжение
отсечки. В этом случае, чем менее отрицательное смещение выбрано, тем больше будет угол отсечки.
Режимы классов АВ1 и АВ2
В аудиотехнике, как правило, вводят дополнительную классификацию режимов АВ, опираясь на наличие или отсутствие тока
управляющей сетки.
Режимом АВ1 считается режим класса АВ, при котором ток управляющей сетки не существует. Большая часть мощных (свыше 50
Вт) классических усилителей представляют собой двухтактные усилители класса АВ 1.
Рис. 7.4 Соотношение между формой входного сигнала и анодным током для усилителей классов А, В и С
Режимом АВ2 считается режим, при котором входной сигнал создает положительный относительно катода потенциал на сетке,
что создает условия для протекания сеточного тока. Это увеличивает эффективность работы, так как при этом условии остаточное
анодное напряжение может в большей степени приближаться к нулевому значению, что особенно важно при работе триодов. С началом
протекания сеточного тока входное сопротивление выходного каскада катастрофически падает (в соответствии с
соотношением 1/gm) и в этих условиях для задающего каскада должно выполняться требование иметь очень
низкое выходное сопротивление, чтобы обеспечить передачу обработанного сигнала в эту исключительно нелинейную нагрузку без
искажений. Единственным способом снизить влияние этого дополнительно возникающего источника искажений является применение
сеточного резистора утечки с низким значением сопротивления, который пропускал бы больший по величине ток сигнала по сравнению
с ожидаемым сеточным током; таким образом, в момент, когда протекает сеточный ток, относительное изменение тока нагрузки
(а, следовательно, и вызываемые его наличием нелинейные искажения) будут небольшими. Для некоторых современных усилителей
с несимметричным выходом разработчиками также заявлен класс работы А2.
Далее будет показано, что эффективность работы усилителя может быть повышена только за счет улучшения линейности его
характеристики.
|
