Усилитель мощности класса А

На рис. 3.3, а показан УМ класса А. Для режима класса Ахарактерно задание величины тока покоя транзисторов, превышающегомаксимально возможную амплитуду переменного тока (рис. 3.3, б). Необходимое смещение при этом обеспечивается с помощью резисторного или диодно-резисторного делителя в цепи базы. Если сигнал генератора синусоидален, то в первом приближении будут синусоидальными и изменения токов транзисторов VT1 и VT2 (рис. 3.3, а). Разнополярный характер транзисторов приводит к тому, что одному и тому же сигналу генератора будет, например, соответствовать увеличение тока коллектора одного транзистора и уменьшение другого. Можно записать I_Кl = I_Кl⁰ + I_{К m} sin wt, I_К2 = I_К2⁰ – I_{К m} sin wt, (3.4)

I_Н= I_К1 – I_К2 = I_К1⁰– I_К2⁰ + 2I_{К m} sin wt. (3.5)

Если транзисторы подобраны так, что их токи покоя равны, т.е. I_К1⁰ = I_К2⁰, то через нагрузку не протекает постоянная составляющая

I_Н = 2I_{К m} sin wt = I_{Н m} sin wt. (3.6)

Из рассмотрения рис. 3.3, в следует, что для усилителя класса А должны выполняться условия I_К⁰³ I_{К m}, или, что эквивалентно I_К⁰ ³ I_{Н m}/2, где I_{Н m} — максимальный амплитудный ток нагрузки.

Рассмотрим мощностные соотношения. Для усилителя класса А в первом риближении постоянная составляющая тока коллектора не зависит

от амплитуды переменного сигнала. В таком случае мощность, потреб-ляемая от источников питания

Рис.3.3. Усилитель мощности класса А: а – схема УМ класса А, АВ; б – перемещение рабочей точки по характеристикам транзисторов; в – осциллограммы токов транзисторов и нагрузки

Р_ИСТ = 2 I_К⁰ E, (3.7)

также не будет зависеть от амплитуды сигнала, в то время как мощность в нагрузке возрастает квадратично

P_Н = U_{Н m}² /2R_Н. (3.8)

Из рассмотрения рис. 3.4, где представлены зависимости Р_ИСТ, P_Н, Р_Кå =
= Р_ИСТ– P_Нот амплитуды сигнала, следует, что в отсутствие сигнала вся мощность Р_ИСТ рассеивается на коллекторах транзисторов. С ростом амплитуды сигнала Р_Кå уменьшается, КПД схемы растет.

При выборе рабочей точки так, чтобы I_К⁰ = I_{К m} максимальный КПД для мало-искаженного сигнала достигается при амплитуде сигнала U_{Н m} = E (пренебрегаем U_КЭН) и составляет 50 %. В реальном каскаде необходимо учитывать U_КЭН, а также тот факт, что ток покоя выбирается несколько больше амплитуды сигнала. С учетом этих факторов получаем

h = (Е– U_КЭН) I_{К m} /2E I_К⁰ = x I_{К m} / 2I_К⁰.

Таким образом, реально КПД каскада класса А не превышает 35–40 %. Обычно принимают Р_Кå > 3 P_Нmax, а мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора, P_К = 3/2×P_Нmax < P_Кдоп Другими ограничениями являются ограничения по напряжению и току: U_{К доп} >2E, I_{К доп} > 2I_К⁰.