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, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира