Конспект лекций для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»

8.3. Класс усиления А

Рис. 8.3. Графический анализ работы усилителя в классе усиления А

Нагрузочная линия строится на выходных характеристиках по двум точкам: точке холостого хода, в которой U_КЭ = Е_К, и точке короткого замыкания, в которой . Допустим Е_К = 12 В, R_Н = 300 Ом. Тогда максимально возможный ток коллектора I_Кmax = 40 мА. Нагрузочная линия соединяет эти точки, пересекая линии графиков выходных характеристик.

Выберем рабочую точку О_А, в которой В, I_К0 = 20 мА. Перенесём рабочую точку на входную характеристику. Току коллектора I_К0 соответствует ток базы I_Б0 = 0,4 мА. Пересечение входной характеристики, соответствующей U_КЭ = 6 В, с линией тока базы 0,4 мА даёт нам положение рабочей точки на входной характеристике. Чтобы получить выбранную рабочую точку, надо установить в схему усилителя резистор смещения кОм.

Построим теперь график синусоидального напряжения в нагрузке. На выходных характеристиках определим область насыщения, в которой графики характеристик искривляются. Моменту начала искривления характеристик соответствует напряжение на коллекторе U_КЭ  1 В. Следовательно, максимальная амплитуда неискажённого сигнала на выходе может быть U_m.вых = 6 - 1 = 5 В. Отложим от оси, проведённой через точку U_КЭ = 6 В, амплитуды U_m.вых = 5 В вправо и влево. Получим точку U_КЭ = 11 В как наибольшее мгновенное значение напряжения на коллекторе в режиме усиления сигнала переменного тока. Перенесём на входную характеристику точки, соответствующие токам базы I_Б = 0,8 мА (граница области насыщения) и I_Б = 0,05 мА (граница области наибольшего мгновенного значения напряжения на коллекторе). Проведём через эти точки вертикальные линии, между которыми разместится график синусоидального напряжения входного сигнала.

В результате проведённых построений получим U_m.вх = 0,05 В, а амплитуды токов на входе I_m.вх = 0,28 мА и на выходе I_m.вх = 18 мА.

Рассчитаем коэффициенты передачи усилителя:

по напряжению ; по току ;

по мощности К_Р = К_U  К_I = 100  64,3 = 6430.

Рассчитаем коэффициент полезного действия усилителя ,

где Р_Н – мощность усиливаемого сигнала в нагрузке;

Мощность усиливаемого сигнала в нагрузке определяется по действующим значениям тока и напряжения, которые меньше амплитудных значений в раз. Определим действующие значения:

Мощность переменного тока в нагрузке

Мощность, потребляемая от источника питания:

Коэффициент полезного действия или 15,4%.

Если бы для получения амплитуды выходного сигнала можно было использовать всё напряжение источника питания от 0 до Е_К, коэффициент полезного действия усилителя в классе А (теоретический предел) составил бы 22,5%.

Низкое значение коэффициента полезного действия является недостатком усилителя класса А. Главное же его преимущество – усиление сигнала без искажения формы (режим линейного усиления). Поэтому усилители класса А применяются в маломощных каскадах усиления (режим усиления по напряжению) с большой величиной сопротивления нагрузки.