Усилитель класса C
Работа усилителя класса C определяется выбором рабочей точки на характеристике прямой передачи таким
образом, чтобы транзистор был заперт, и для его отпирания сигнал на входе должен превысить определенный уровень. В
результате на выходе усилительного элемента протекает ток ограниченной снизу синусоиды с углом отсечки меньше 90°.
Особенности выбора рабочей точки на характеристике прямой передачи транзистора или электронной лампы, работающей в
усилителе класса C показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Выбор рабочей точки на характеристике прямой передачи транзистора в усилителе класса C
Как видно из рисунка 1, в данном классе усиливается только часть периода синусоиды, что приводит к значительным
нелинейным искажениям и поэтому такой режим работы транзистора подходит
для усиления не всех видов сигнала. Усилитель класса C однозначно не подходит для усиления звука. Из узкополосных
радиосигналов точно также он не подходит для усиления амплитудно-модулированных сигналов, в том числе и высокоскоростных
сигналов передачи данных, содержащих амплитудную модуляцию, таких как BPSK,
QPSK, DQPSK, QAM. В качестве примера на рисунке 2 приведена
осциллограмма двоичной фазовой модуляции BPSK.
Рисунок 2. Осциллограмма сигнала двоичной фазовой модуляции BPSK
Как видно из этой осциллограммы глубина паразитной амплитудной модуляции в BPSK превышает глубину модуляции речевого
АМ сигнала, что не позволяет применять усилители класса C для усиления данного вида сигнала.
Тем не менее, усилители класса C оказываются очень эффективны для сигналов, в которых информация заключена в изменении
фазы несущего колебания. Это такие сигналы как частотная модуляция (ЧМ или FM), фазовая модуляция (ФМ) в том числе такие
виды цифровых видов модуляции как GMSK (используется в GSM), GFSK
(используется в цифровых системах связи DECT и VDL3). В этих видах модуляции амплитуда несущей остается постоянной в
течение сеанса связи, поэтому можно применить для усиления усилитель класса C.
Теперь рассмотрим основные схемотехнические особенности данного вида усилителей. Начнем с каскадов на биполярных
транзисторах. Если используются кремниевые транзисторы, то точка b на рисунке 1 соответствует 0,7 В. Это
означает, что если базу транзистора соединить с нулевым проводом по постоянному току, то мы автоматически получим
усилительный каскад класса C. Подобная схема приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема усилительного каскада класса C
Угол отсечки в данной схеме будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Например при амплитуде входного сигнала,
равной 1,4 В, входное колебание будет обрезано на половине амплитуды, что соответствует углу отсечки 60°.
Приведение входного и выходного сопротивлений к стандартному значению 50 Ом осуществляется при помощи согласующих
цепей L1C2 и L4C4. Они работают как трансформаторы сопротивлений. Конденсаторы C1 и C5 предназначены для развязки
усилительного каскада по постоянному току (не пропускают постоянный ток на вход и выход усилителя), а дроссели L2 и L3
обеспечивают режим по постоянному току.
Зависимость угла отсечки выходного тока от уровня входного сигнала является недостатком приведенной на рисунке&nbp;3
схемы усилителя. Для уменьшения угла отсечки, и следовательно увеличения к.п.д., можно добиться подачей на базу
транзистора отрицательного напряжения. В радиопередатчиках, работающих с частотной и фазовой модуляцией для данной
задачи использовали часть энергии входного сигнала. Его выпрямляли на pn-переходе базы транзистора и заряжали конденсатор.
Подобная схема приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема усилителя с автоматическим смещением
В современных схемах усилителей мощности часто используют отдельные микросхемы стабилизаторов напряжения. Их цена
упала до приемлемых значений и часто дешевле поставить отдельный стабилизатор напряжения, чем RC цепочку.
Рисунок 5. Схема усилителя с внешним смещением
Применение двухтактных схем в усилителях класса C
позволяет уменьшить уровень четных гармоник. Это актуально для относительно широкополосных схем. Кроме того, двухтактные
схемы позволяют уменьшить напряжение питания и использовать более маломощные транзисторы. С точки зрения продуктов нелинейности
третьего, пятого и седьмого порядков, определяющих уровень излучения на соседнем канале, двухтактные схемы выигрыша не дают.
Рисунок 6. Спектр узкополосного сигнала на выходе усилителя мощности
Усилители мощности радиосигнала класса C получили распространение в радиостанциях наземной радиосвязи с частотной
модуляцией. В усилителях мощности сотовых телефонов, предназначенных для работы в сетях GSM, большее распространение получили
схемы класса E, которые мы рассмотрим в одной из следующих статей.
Дата последнего обновления файла
10.08.2014
Понравился материал? Поделись с друзьями!
Литература:
Вместе со статьей "Усилитель класса C" читают:
Усилитель класса A
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/A/
Понятие угла отсечки. Коэффициенты Берга
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/Berg/
Усилитель класса B
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/B/
Усилитель класса D
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/D/
Усилитель класса E
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/E/
Усилитель класса F
https://digteh.ru/Sxemoteh/RejRab/F/
Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2024