Усилитель класса C

Работа усилителя класса C определяется выбором рабочей точки на характеристике прямой передачи таким образом, чтобы транзистор был заперт, и для его отпирания сигнал на входе должен превысить определенный уровень. В результате на выходе усилительного элемента протекает ток ограниченной снизу синусоиды с углом отсечки меньше 90°. Особенности выбора рабочей точки на характеристике прямой передачи транзистора или электронной лампы, работающей в усилителе класса C показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Выбор рабочей точки на характеристике прямой передачи транзистора в усилителе класса C

Как видно из рисунка 1, в данном классе усиливается только часть периода синусоиды, что приводит к значительным нелинейным искажениям и поэтому такой режим работы транзистора подходит для усиления не всех видов сигнала. Усилитель класса C однозначно не подходит для усиления звука. Из узкополосных радиосигналов точно также он не подходит для усиления амплитудно-модулированных сигналов, в том числе и высокоскоростных сигналов передачи данных, содержащих амплитудную модуляцию, таких как BPSK, QPSK, DQPSK, QAM. В качестве примера на рисунке 2 приведена осциллограмма двоичной фазовой модуляции BPSK.

Рисунок 2. Осциллограмма сигнала двоичной фазовой модуляции BPSK

Как видно из этой осциллограммы глубина паразитной амплитудной модуляции в BPSK превышает глубину модуляции речевого АМ сигнала, что не позволяет применять усилители класса C для усиления данного вида сигнала.

Тем не менее, усилители класса C оказываются очень эффективны для сигналов, в которых информация заключена в изменении фазы несущего колебания. Это такие сигналы как частотная модуляция (ЧМ или FM), фазовая модуляция (ФМ) в том числе такие виды цифровых видов модуляции как GMSK (используется в GSM), GFSK (используется в цифровых системах связи DECT и VDL3). В этих видах модуляции амплитуда несущей остается постоянной в течение сеанса связи, поэтому можно применить для усиления усилитель класса C.

Теперь рассмотрим основные схемотехнические особенности данного вида усилителей. Начнем с каскадов на биполярных транзисторах. Если используются кремниевые транзисторы, то точка b на рисунке 1 соответствует 0,7 В. Это означает, что если базу транзистора соединить с нулевым проводом по постоянному току, то мы автоматически получим усилительный каскад класса C. Подобная схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема усилительного каскада класса C

Угол отсечки в данной схеме будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Например при амплитуде входного сигнала, равной 1,4 В, входное колебание будет обрезано на половине амплитуды, что соответствует углу отсечки 60°.

Приведение входного и выходного сопротивлений к стандартному значению 50 Ом осуществляется при помощи согласующих цепей L1C2 и L4C4. Они работают как трансформаторы сопротивлений. Конденсаторы C1 и C5 предназначены для развязки усилительного каскада по постоянному току (не пропускают постоянный ток на вход и выход усилителя), а дроссели L2 и L3 обеспечивают режим по постоянному току.

Зависимость угла отсечки выходного тока от уровня входного сигнала является недостатком приведенной на рисунке&nbp;3 схемы усилителя. Для уменьшения угла отсечки, и следовательно увеличения к.п.д., можно добиться подачей на базу транзистора отрицательного напряжения. В радиопередатчиках, работающих с частотной и фазовой модуляцией для данной задачи использовали часть энергии входного сигнала. Его выпрямляли на pn-переходе базы транзистора и заряжали конденсатор. Подобная схема приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема усилителя с автоматическим смещением

В современных схемах усилителей мощности часто используют отдельные микросхемы стабилизаторов напряжения. Их цена упала до приемлемых значений и часто дешевле поставить отдельный стабилизатор напряжения, чем RC цепочку.

Рисунок 5. Схема усилителя с внешним смещением

Применение двухтактных схем в усилителях класса C позволяет уменьшить уровень четных гармоник. Это актуально для относительно широкополосных схем. Кроме того, двухтактные схемы позволяют уменьшить напряжение питания и использовать более маломощные транзисторы. С точки зрения продуктов нелинейности третьего, пятого и седьмого порядков, определяющих уровень излучения на соседнем канале, двухтактные схемы выигрыша не дают.

Рисунок 6. Спектр узкополосного сигнала на выходе усилителя мощности

Усилители мощности радиосигнала класса C получили распространение в радиостанциях наземной радиосвязи с частотной модуляцией. В усилителях мощности сотовых телефонов, предназначенных для работы в сетях GSM, большее распространение получили схемы класса E, которые мы рассмотрим в одной из следующих статей.

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

Радиотехника Классы усилителей Реальная физика ТОЭ ТЭЦ Работы с генератором Тесла

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира