Усилвател клас А
Най-често срещаният клас на работа на усилвателя е клас А. В усилвател от клас А работната точка на активен елемент, като транзистор, вакуумна тръба или операционен усилвател, е избрана да бъде в средата на линейния участък на предавателната характеристика. За да се опрости анализа, предавателната характеристика на усилващо устройство (обикновено транзистор) е представена като разбита на части функция.
Пример за избор на работна точка на транзистор, работещ в усилвател от клас А, е показан на фигура 1. Същата фигура показва накъсана апроксимация на трансферната характеристика на транзистор.
Огъването на предавателната характеристика в горната част се причинява от приближаване на захранващото напрежение. Пречупването в долната част на характеристиката е причинено от насищане на транзистора. Работната точка в усилвател клас А обикновено се избира в областта на половината от захранването на транзистора. Изключение може да бъде силно нелинейната характеристика на транзистора.
Режимът на работа на транзистора в усилвателя обикновено се задава с помощта на специални вериги за отклонение. Най-известните са следните схеми за захранване на транзистора:
Няма значение коя верига за превключване на транзистора се използва в етапа на усилване:
Отличителна черта на усилвателя от клас А е изборът на напрежението на колектора на транзистора (или на изтичането на FET), равно наполовината от захранващото напрежениена транзисторното стъпало на усилвателя. Като пример за схема, която осигурява работата на транзистор в усилвател клас А, Фигура 2 показва схема за усилвателно стъпало с OE и емитерна стабилизация.
Подробно обяснение на принципите на работа на тази схема на усилвател и изчисляването на нейните елементи е разгледано в статията "Стабилизиране на емитер". В RF усилвателите, вместо съпротивлението на натоварване R3, обикновено се използва високочестотен дросел, както в електрическата схема на усилвателя, показана на фигура 3.
Изборът на полеви транзистор се дължи на по-ниската стойност на шума на полеви транзистори при високи честоти. В този случай напрежението на портата се формира от резистивен делител R1R2, както в предишната схема. Подобно решение се използва в такива микросхеми като RF2360 от RF Micro Devices, ADL5521 от Analog Devices и др. Ето как микросхемата GALI-74 от Mini-Circuits е направена на биполярни транзистори.
Като част от съвременните интегрални схеми често се използва схема на диференциален усилвател за намаляване на захранващото напрежение и намаляване на чувствителността към шум в общ режим. Схемата на диференциалния усилвател клас А е показана на фигура 4.
Подобно решение се използва в такива чипове като AD8351 от Analog Devices.
Усилвателите от клас А се характеризират с висока линейност на усилването и колкото по-ниско е нивото на сигнала на изхода на усилвателя, толкова по-висока е неговата линейност. Именно това обстоятелство обяснява интереса към ламповите аудиочестотни усилватели, който продължава и до днес (И защо съвременните високоволтови мощни транзистори с полеви ефекти не са доволни?).
Както вече обсъдихме в статията "Нелинейни изкривявания на електронни устройства", нелинейността за усилватели на аудио честота и за усилватели с висока честота, включително усилватели на междинна честота, е значително различна. Темвъпреки това и за двата е важно ограничаването на полезния сигнал да става на по-високото му ниво. Зависи от захранващото напрежение на усилвателя и от това колко точно работната точка на транзистора ще бъде разположена в средата на линейния участък на предавателната характеристика.
При усилване на достатъчно мощни сигнали, както аудио, така и радиочестотен диапазон, такъв параметър като ефективност е много важен. Това съотношение се определя като съотношението на мощността на полезния сигнал към мощността, консумирана от захранването. Определете максималната мощност, доставена на товара.
(1),
В този случай мощността, консумирана от източника на захранване, е:
(2)
Фигура 1 показва, че максималната амплитуда на синусоидалния токIaможе да бъде равна на тока, консумиран от източника на захранванеIn, а максималната стойност на амплитудата на напрежението може да бъде половината от захранващото напрежение (за схемата, показана на фигура 2). Тогава максимална ефективност за усилвател клас А ще бъде равно на:
(3)
Тоест максимална ефективност. е 25%. Във веригата на диференциалното стъпало, показана на Фигура 4, или във веригата, показана на Фигура 3, можете да получите максималната амплитуда на сигнала (между изход - и изход +), равна на захранващото напрежение, следователно ефективността. ще бъде равен на 50%, но на практика е възможно да се получи 20,30%. Следователно усилвателите от клас А обикновено се използват в усилвателни стъпала с ниска мощност.
Изключение прави висококачественото оборудване за усилване на звука. В случая не говорим за никаква икономика! Всеки е чувал за "тръбен звук" или "транзисторен звук". В същото време, когато сравняват качеството на звука, по някаква причина всички забравят, че изходният етап на ламповите усилвателиаудио честотата винаги работи в клас А, а изходните стъпала на транзисторните усилватели в клас В. При внедряването на съвременни транзисторни усилватели с изходни стъпала клас А е невъзможно да се различи звукът на транзисторния усилвател от ламповия.
- Steve C. Cripps RF усилватели на мощност за безжични комуникации - ARTECH HOUSE, INC., 2006 г.
- Marian K. Kazimierczuk RF усилватели на мощност - John Wiley & Синове ООД 2008г
- Класификация на електронните усилватели - Уикипедия
- Обикновен усилвател клас "А" с лампов звук
Заедно със статията „Усилвател клас A“ прочетете: