Усилители мощности в ключевом режиме
Современная классификация режимов работы усилителей достаточно размыта. Традиционно классы усилителей различались по положению рабочей точки на статических характеристиках усилительного прибора[1]. Позднее добавили классификацию усилителей по режиму работы: ключевой и токовый режимы работы. Наиболее распространенная классификация усилителей приведена на рисунке 1.
Режим работы усилителя определяется положением рабочей точки на характеристике прямой передачи по току усилительного прибора, такого как биполярный или полевой транзистор, электронная лампа. Достаточно часто режим работы усилителя называется классом работы. Выбор рабочей точки может значительно влиять на основные характеристики усилителя, такие как коэффициент усиления, нелинейные искажения и к.п.д.
При определении класса усилителя пользуются идеализированной статической характеристикой усилительного прибора. При этом реальная проходная характеристика заменяется кусочно-линейной аппроксимацией, как это показано на рисунке 2 (линия 2 – реальная проходная характеристика, линия 1 – кусочно-линейная аппроксимация)
В зависимости от положения рабочей точки на характеристике прямой передачи усилительного прибора и формирования тока коллектора (анода, стока) различают следующие виды аналоговых режимов, они представлены на рис. 3:
a) усилитель класса A — рабочая точка (точка b) выбирается в середине линейного участка статической характеристики. Точка C характеризует верхнюю границу тока коллектора, точка A нижнюю.
b) усилитель класса B — рабочая точка (точка b) выбирается в начале линейного участка статической характеристики, точка C характеризует верхнюю границу значения тока коллектора.
c) усилитель класса C — рабочая точка (точка b) выбирается ниже начала линейного участка статической характеристики (усиление только ЧМ сигналов)
Uбэ характеризует напряжение база-эмиттер, Iк – ток на коллекторе транзистора.
Работа усилителя в ключевом режиме значительно отличается при усилении низкочастотного сигнала и высокочастотного узкополосного сигнала. В отечественной литературе эти режимы не различаются. Просто в литературе, ориентированной на низкочастотную усилительную технику и в литературе, ориентированной на радиочастотное применение, ключевой режим описывается по-разному. Во многих изданиях, как правило, различают следующие виды ключевых режимов:
1. класс D — транзистор работает в ключевом режиме
· звуковые усилители класса D — для сохранения формы звукового сигнала используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
· высокочастотные усилители мощности класса D — дополнительная модуляция не требуется, она уже присутствует в усиливаемом сигнале. При этом амплитуда неизменна, информация содержится в частоте и фазе сигнала
2. усилитель класса E — это узкополосный усилитель, в котором при помощи согласующих цепей добиваются, чтобы ток через усилительный прибор протекал при нулевом напряжении. Переключение осуществляет высокочастотная несущая.