Усилитель класса B

Для увеличения коэффициента полезного действия выходной каскад усилителя переводят в режим работы B. Усилитель класса B — это когда рабочая точка транзистора выбирается таким образом, чтобы он усиливал ровно половину синусоидального напряжения. Положение рабочей точки на передаточной характеристике транзистора для усилителя класса B и осциллограммы напряжения на базе транзистора и тока на его коллекторе показаны на рисунке 3.

Рисунок 1. Выбор рабочей точки на передаточной характеристике транзистора в режиме работы B

На данном рисунке использована идеализированная характеристика. Точка перелома b для кремниевого биполярного транзистора соответствует напряжению 0,7 В. Для других типов транзисторов, таких как полевые транзисторы с pn-переходами или МОП-транзисторов, как со встроенным, так и с индуцированным каналом, тем более для электронных ламп, напряжение, соответствующее точке b может значительно отличаться. Это напряжение может быть как положительным, так и отрицательным.

При работе усилителя класса B, ток через транзистор протекает только половину периода, в результате форма тока на коллекторе транзистора искажается по сравнению с входной. Иначе говоря, усилитель, работающий в режиме класса B, изначально вызывает нелинейные искажения выходного сигнала. Однако в ряде случаев эти искажения можно убрать. В случае усиления узкополосного сигнала, такого, как радиосигнал или сигнал промежуточной частоты, восстановление формы исходного входного сигнала может осуществить полосовой фильтр. Как это делается было показано при обсуждении нелинейных параметров узлов РЭА.

В усилителе класса B, к сожалению, невозможно воспользоваться схемами коллекторной или эмиттерной стабилизации, так как коллекторный (или стоковый) ток транзистора мал, а в идеальном случае должен быть равен нулю. Поэтому при проектировании усилительных каскадов класса B, в основном используются схемы с фиксированным напряжением на базе. Благодаря малому току покоя транзистора, работающего в режиме B, температурный уход рабочей точки практически не происходит. Схема однотактного усилительного каскада класса B, приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема высокочастотного транзисторного каскада класса B

В данной схеме напряжение смещения на базе транзистора, равное 0,7 В, формируется при помощи цепочки VD1R1. Диод VD1 имеет температурную зависимость идентичную температурной зависимости транзистора VT1. Таким образом осуществляется температурная стабилизация режима работы данного усилителя. Дроссели L2 и L3 обеспечивают высоомную развязку высокочастотных колебаний от источника питания. Фильтры низкой частоты L1C2 и C4L4 обеспечивают приведение входного и выходного сопротивления усилительного каскада к стандартному значению 50 Ом и подавление гармоник входного сигнала. Тем самым обеспечивается восстановление исходной формы усиливаемого сигнала и уменьшение нелинейных искажений усилителя класса B, до допустимой нормы.

Расчет элементов схемы, приведенной на рисунке 2, подробно рассмотрен в статье "Схема с фиксированным напряжением на базе"

Еще одним способом восстановления формы исходного сигнала является применение двухтактного усилителя, где верхняя и нижняя полуволны входного сигнала усиливаются разными плечами усилителя, а затем суммируются в нагрузке. Данный процесс иллюстрируется рисунком 3.

Рисунок 3. Передаточная характеристика двухтактного усилителя класса B

На рисунке 3 изображены две передаточных характеристики: верхнего и нижнего плеча двухтактного усилителя. Так как они усиливают верхнюю и нижнюю полуволны входного сигнала, то изображены в разных направлениях. Суммарная характеристика всего двухтактного усилителя в целом показана штрихпунктирной линией. Она получается достаточно линейной при напряжениях, близких к нулевому потенциалу (или половине питания при однополярном напряжении питания). Подобный способ восстановления входного сигнала подходит не только для узкополосных сигналов, но и для широкополосных, таких как звуковые сигналы и телевизионные сигналы. На рисунке 4 в качестве примера приведена схема простейшего двухтактного усилителя звуковой частоты.

Рисунок 4. Схема двухтактного усилителя класса B

В этой схеме разделение входного сигнала на верхнюю и нижнюю полуволны осуществляется за счет разных проводимостей биполярных транзисторов. Подробное объяснение принципов работы схемы двухтактного усилителя и расчета ее элементов рассмотрено в статье "Двухтактные усилители".

К.п.д. усилителя класса B, как это было показано в статье "Понятие угла отсечки. Коэффициенты Берга", может достигнуть значения 78%, поэтому он широко применяется в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты, операционных усилителях и в усилителях мощности высокой частоты.

Литература:

Steve C. Cripps RF Power Amplifiers for Wireless Communications — ARTECH HOUSE, INC., 2006
Marian K. Kazimierczuk RF Power Amplifiers — John Wiley & Sons, Ltd 2008
Радиопередающие устройства: учебник для ВУЗов; под ред. В. В. Шахдильдяна — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 2003
Широкополосные радиопередающие устройства (Радиочастотные тракты на полупроводниковых приборах); под ред. О. В. Алексеева — М.: Связь, 1978

Радиотехника Классы усилителей Реальная физика ТОЭ ТЭЦ Работы с генератором Тесла

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира