Класс усиления D (ключевой режим работы транзистора)

Схема усилителя ОЭ, работающего в классе усиления D, представлена на рис. 8.8, а, временная диаграмма работы – на рис. 8.8, б.

Транзистор при работе в классе D можно представить как ключ, коммутирующий цепь нагрузки под воздействием импульсов входного сигнала. Когда входного сигнала нет (U_ВХ = U_БЭ = 0), транзистор закрыт (находится в режиме отсечки). При появлении входного сигнала (для транзистора структуры p-n-p импульс отрицательной полярности) сначала открывается переход база-эмиттер, начинается инжекция дырок из эмиттера в базу, и только через некоторое время дырки достигают коллектора. Поэтому ток коллектора появляется с запаздыванием на время t_з – время задержки, которое определяется временем пролёта носителей зарядов через область базы. Затем за время нарастания t_н ток коллектора увеличивается до установившегося значения . Полное время включения транзисторного ключа – переход от режима отсечки в режим насыщения – составляет t_вкл = t_з + t_н. Для уменьшения времени включения ток I_б.вкл выбирают больше необходимого для насыщения транзистора I_б.нас.

а)

б)

Рис. 8.8. Усилитель ОЭ, работающий в классе усиления D:

а – схема; б – временная диаграмма работы

При выключении надо перевести транзистор из режима насыщения в отсечку. Для этого на вход подают противоположную полярность входного напряжения. В течение времени t_расс происходит рассасывание избыточного заряда не основных носителей в области базы. Транзистор при этом остаётся открытым. Затем за время спадания t_сп ток коллектора уменьшается до нуля из-за разряда динамической ёмкости насыщенного коллекторного перехода. Полное время выключения транзисторного ключа составляет t_выкл = t_расс + t_сп. Чем больше будет ток базы I_б.выкл, тем быстрее можно закрыть транзистор. Однако увеличивать токи I_б.вкл и I_б.выкл слишком сильно нельзя, так как это может привести к перегреву базы и выходу транзистора из строя.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются режимы усиления тока, напряжения и мощности при работе транзистора в режиме нагрузки? Нарисуйте схему однокаскадного транзисторного усилителя и поясните назначение элементов схемы.

2. Как устанавливается рабочая точка класса А? Перечислите преимущества и недостатки усилителя, работающего в классе А.

3. Перечислите преимущества и недостатки усилителя, работающего в классе В. Как получить в нагрузке синусоидальный сигнал?

4. Сравните параметры усилителей, работающих в разных классах усиления. Чем объяснить изменение коэффициентов передачи по току, напряжению и мощности?