Режим работы АЭ

В мощных передатчика в качестве АЭ до сих пор используются электронные лампы и мощные транзисторы.

Если на АЭ поданы только постоянные напряжения, то такой режим АЭ считается статическим, если на выход подано входное напряжение и подключена нагрузка, то такой режим называется динамическим.

Статистический режим определяет положение рабочей точки на проходной характеристике. В зависимости от положения рабочей точки на проходной характеристике АЭ различают следующие его режимы работы: режим А, режим В, режим АВ, режим С.

Режим А, когда рабочая точка расположена в середине линейного участка проходной характеристике АЭ.

При работе активного элемента в режиме А обеспечивается линейность усиления при условии, что амплитуда сигнала на входе УЭ не выходит за пределы линейного участка характеристики.

Недостатком этого режима следует считать низкий КПД, обусловленный большой постоянной составляющей выходного тока I_а0. Поэтому работа в режиме А целесообразна в маломощных промежуточных каскадах, удельный вес которых в общем энергетическом балансе усилительного тракта незначителен.

Режим В характеризуется положением рабочей точки на нижнем изгибе проходной характеристики, определяемой пересечением её линейного участка с осью абсцисс.

При работе АЭ в режиме В усиливаются только положительные полупериоды входных колебаний, а отрицательные отсекаются (работа с отсечкой выходного тока при Θ=π/2), поэтому ток на выходе АЭ представляет собой импульсы длительностью, равной полупериоду входного колебания Т_вх/2.

Такая последовательность импульсов тока представляет собой сумму постоянной составляющей I _а0, первой гармоники I _а1 и чётных гармоник I _а2, I _а4....., при этом амплитуды всех составляющих линейно зависят от амплитуды сигнала на входе. Следовательно, если на выходе АЭ включить избирательную систему, пропускающую только первую гармонику и подавляющую высшие гармоники, то активный элемент будет работать в линейном режиме.

Постоянная составляющая выходного тока АЭ в режиме В значительно меньше, чем в режиме А, поэтому КПД усилителя больше. По этой причине режим В целесообразно применять в мощных каскадах усилительного тракта, когда требуется линейность усиления и возможно больший КПД.

Режим АВ реализуется при угле отсечки выходного тока π/2<Θ<π, режим С при угле отсечки Θ<π/2.

Установкой необходимого положения рабочей точки при номинальных напряжениях на всех электродах АЭ осуществляется изменение постоянного напряжения на управляющем электроде АЭ. Контроль положения рабочей точки производится по показаниям измерительного прибора, измеряющего постоянную составляющую выходного тока. В статическом режиме (при отсутствии сигнала на входе усилителя) стрелка прибора должна устанавливаться на специальной отметке, отдельной для режимов А и В, сделанной на шкале измерительного прибора.

Правильный выбор рабочей точки ещё не гарантирует линейности усиления, они определяют лишь потенциальные возможности линейного усиления. Реализация этих возможностей зависит от динамического режима работы АЭ.

Динамический режим работы АЭ имеет место при подаче на его вход сигнала. Он определяется уровнем сигнала, подаваемого на вход АЭ, и величиной сопротивления нагрузки R _н.

Динамическая характеристика АЭ представляет собой геометрическое место точек, нанесённых на семействе статистических характеристик АЭ, каждая из которых отображает соотношение между токами и напряжениями в каждый момент времени в течение периода Т действия входного сигнала. При подаче входного сигнала рабочая точка будет изменять свое положение, перемещаясь по ломаной линии А₁ВС₁.

При отсутствии сигнала на входе на всех электродах действуют только постоянные напряжения E _g0, Е _а0, которые определяют положение рабочей точки в статическом режиме (точка В). Нагрузочная прямая статического режима А₀В.

При подаче переменного напряжения на вход АЭ рабочая точка будет изменять своё положение, перемещаясь по ломаной линии А₁ВС₁. Наклон участка А₁В к оси абсцисс зависит от сопротивления нагрузки АЭ R _н: чем больше R _н, тем меньше угол наклона. При этом выходной ток i _а (t) имеет форму косинусоидальных импульсов. Напряжение на аноде изменяется с противоположной фазой с входным напряжением. Ломаная линия А₁ВС₁ называется динамической характеристикой усилителя.

В зависимости от положения динамической характеристики различают три вида динамического режима работы.

Недонапряжённый режим характеризуется таким положением динамической характеристики когда её верхняя точка (точка А₁) расположена в области, где выходной ток практически не зависит от напряжения на аноде. В этом режиме импульс анодного тока остроконечный, в связи с чем выходная мощность меньше номинальной, низкий коэффициент использования анодного напряжения ξ =U_м1/Е_а0, низкий коэффициент полезного действия η =(U_м1·I_м1)/(Е_а0·I_а0), где I _м1 –амплитуда 1-й гармоники анодного тока, U _м1- амплитуда напряжения на аноде, Е _а0 – напряжение источника анодного питания, I _а0 постоянная составляющая анодного тока.

При изменении R _н и Е _а0 резко изменяется амплитуда выходного напряжения.

При увеличении сопротивления нагрузки АЭ или уменьшении Е _а0 верхняя точка динамической характеристике займет положение в точке перегиба статической характеристики i _а= ƒ (U _а) (точка А2), АЭ переходит в граничный режим, который характеризуется плоской вершиной импульса выходного тока, а, следовательно максимальной мощностью отдаваемой АЭ в нагрузку. R _н, соответствующее граничному режиму принято обозначать R _гр.

В граничном режиме высокий коэффициент использования напряжения источника и КПД и больше чем в недонапряженном режиме.

При дальнейшем увеличение сопротивления нагрузки R _н> R _гр или при постоянной R_н и уменьшения Е_а0 верхняя точка динамической характеристики перемещается по линии граничного режима в точку А₃. и АЭ переходит в перенапряженный режим. В динамической характеристике имеется излом в верхней точке. Рабочая точка перемещается в течение периода входного сигнала по ломаной линии ОА₃ВС₃. Излом динамической характеристики определяет изменение формы импульса выходного тока, вершина его искажается, и при резко перенапряжённом режиме в импульсе появляется провал. Искажение формы импульса выходного тока свидетельствует о нелинейном режиме. Мощность на выходе АЭ, работающего в перенапряжённом режиме, меньше мощности по сравнению с граничным режимом. Коэффициент использования анодного напряжения несколько выше, чем в граничном режиме.

Имеет место практическое постоянство амплитуды выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. КПД в перенапряжённом режиме незначительно отличаются от граничного режима.

Динамический режим АЭ в значительной степени зависит от амплитуды усиливаемого радиосигнала. При малых значениях амплитуды входного сигнала режим работы усилителя недонапряжённый. По мере увеличения амплитуды входного сигнала сначала усилитель переходит в граничный режим, а затем и в перенапряжённый. Поэтому при усилении радиосигналов с изменяющейся огибающей (АМ и ОМ) необходимо принимать меры к постоянству амплитуды входного сигнала.

Подводя итог сказанному можно сделать следующие выводы о режиме работы АЭ, при котором обеспечивается линейное усиление радиосигналов с максимальной выходной мощностью и КПД:

- АЭ должен работать в режиме В с отсечкой

выходного тока Θ=π/2;

- АЭ должен работать в граничном или слегка недонапряжённом режиме, что обеспечивается постоянством сопротивления нагрузки и постоянством амплитуды сигнала на входе.