Классы работы транзисторных усилителей

Различают классы А, АВ, В, С и D в зависимости от положения начальной рабочей точки (статического режима) и величины входного напряжения. Основными характеристиками этих режимов являются нелинейные искажения и КПД. Работа усилителя в соответствующем режиме поясняется с помощью придаточной характеристики на рисунке 24.

а) б)

Рис. 24. Выходные характеристики транзисторных усилителей:
класс – А (а); классы АВ, В (б)

Класс А подразумевает работу на линейной части характеристики с малым сигналом u_Б и сравнительно большой постоянной составляющей U _КЭ. Нелинейные искажения минимальны. Однако КПД резко превышает 0,35. Применяются в высококачественных линейных усилителях. Класс В характеризуется работой с большим сигналом u_Б. Захватывается нелинейный участок передаточной характеристики. Форма выходного напряжения искажается (полусинусоида). Однако КПД достигает 80 %. Применяется в двухтактных усилителях мощности. Класс С характеризуется тем, что входное напряжение больше, чем в классе В. Выходное напряжение действует в течение времени меньшего, чем половина периода. Режим сопровождается большими искажениями усиливаемого напряжения, но КПД приближается к единице. Применяется в избирательных усилителях и автогенераторах. Класс АВ является промежуточным между А и В. Класс D – ключевой (транзистор находится или в насыщении, или в отсечке). Класс AD–усилитель работает с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), позволяет получить более высокий КПД, чем у усилителей класса В.

Тиристоры

Тиристорами называются полупроводниковые приборы с тремя и более
p–n–переходами, предназначенные для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов.

В зависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на диодные (динисторы с двумя выводами) и триодные (тиристоры с тремя выводами).

Рис. 25. Условное обозначение тиристоров:
1 – диодный; 2 – диодный симметричный; 3, 4 – триодные; 5 – триод симметричный

Динисторы подразделяют: на запираемые в обратном направлении; проводящие в обратном направлении; симметричные.

Тиристоры подразделяют: на запираемые в обратном направлении с управ­ле­нием по аноду или катоду; симметричные (двунаправленные).

Рис. 26. Тиристор:
структура (а); вольт-амперная характеристика (б)

Триодные тиристоры.Тиристор имеет внешний вывод, который называют управляющим электродом. При подаче в цепь управляющего электрода тока управления I_У ток через p₂ – n₂ переход увеличивается. Дополнительная инжекция носителей заряда через p–n–переход приводит к увеличению тока I_K. Увеличение тока через запертый коллекторный p–n–переход увеличивает вероятность лавинного размножения носителей зарядов. Поэтому, изменяя ток, можно менять напряжение, при котором происходит переключение тиристора, и тем самым управлять моментом его включения.

Для того чтобы запереть тиристор, нужно либо уменьшить рабочий ток до значения I < I_УД путем понижения питающего напряжения до значения ниже U₂, либо задать в цепи управляющего электрода импульс тока противоположной полярности.

Процесс включения тиристора сопровождается увеличением тока управляющего электрода и перемещением рабочей точки до I_У = I_ОПР. Когда ток управления достигнет этого значения, тиристор включится. Для выключения тиристора необходимо (при I_У = 0) уменьшить напряжение питания до величины U < U₂.

Выключить тиристор можно также путем подачи на управляющий электрод напряжения противоположной полярности и создания в цепи противоположно направленного тока.

Недостатком такого выключения является большое значение обратного тока управляющего электрода, которое приближается к значению коммутируемого тока тиристора. Отношение амплитуды тока тиристора к амплитуде импульса, выключающего тока управляющего электрода называется коэффициентом запирания K = I/I_{У ОБР}.

Симметричные тиристоры.В настоящее время выпускаются симметричные тиристоры, у которых вольт-амперные характеристики одинаковы в I и III квадрантах (рис. 27, а). Они выполнены на основе пятислойных структур и носят название симисторов.

При подаче на управляющий электрод сигнала одной полярности симисторы включаются как в прямом, так и в обратном направлениях. Тиристоры применяют в промышленности в качестве элементов, регулирующих электрическую мощность.

Рис. 27. Вольт-амперная характеристика симистора (а);
подключение напряжений, обеспечивающих включение тиристоров:
с управлением по катоду (б); по аноду (в); управление симистором (г)