Принципната схема на мощен радиочестотен усилвател клас B се състои от транзистор и паралелен резонансен кръг. Транзисторът работи като зависим източник на ток, а ъгълът на проводимост на дрейновия (колекторния) ток в мощен усилвател клас B e `2 theta = 180^@`. Паралелният резонансен кръг работи като лентов честотен филтър и пропуска само основната съставка. Коефициентът на полезно действие на мощен усилвател клас B е по-голям от този на на мощен усилвател клас A. Усилватели клас B обикновено се използват за усилване в радиочестотния диапазон на радио- и телевизионни предаватели, както и в мобилните телефони.
Принципна и заместваща схеми на мощен радиочестотен усилвател клас B са показани на фиг.1. Състои се от полеви транзистор, паралелен резонансен кръг и радиочестотен дросел. Работната точка на транзистора се намира точно на границата между областта на отсечка и активната област (областта на насищане и областта на отщипване). Постояннотоковата съставка на напрежението `U_{GS}` гейт-сорс е равно на праговото напрежение `U_t` на транзистора. Поради това ъгълът на проводимост на дрейновия ток `2 theta = 180^@`. Транзисторът работи като източник на ток, управляван по напрежение. Вълновите форми на напреженията и токовете мощен усилвател клас B са илюстрирани на фиг.2. Променливотоковата съставка `u_{gs}` на напрежението гейт-сорс е синусоидна вълна. Дрейновият ток е половината от синусоидата и съдържа постояннотокова съставка, основната съставка и четни хармоници. Паралелният резонансен кръг действа като лентов честотен филтър, който намалява влиянието на всички хармоници. "Чистотата" (качеството) на изходната синусоида е функция на правилния избор на лентовия филтър. Колкото по-висок качествен фактор `Q_L` на товара, толкова по-малко е съдържанието на хармоници от по-висок ред в изходния ток и напрежение. Паралелният резонансен кръг може да бъде по-сложно конструиран, за да работи и като съгласуваща импедансите верига.
Форма на сигналите
Напрежението гейт-сорс се дава с израза:
`u_{GS} = U_t + U_{gsm} cos omegat` (1)
При работа с голям сигнал, дрейновият ток е почти пропорционален на напрежението гейт-сорс `u_{GS}`, където `u_{GS} > U_t` :
`i_D = K (u_{GS - U_t) = K U_{gsm} cos omegat` при `u_{GS} > U_t` (2)
`i_D = 0` при `u_{GS} < U_t` (3)
 |
| Фиг.1. Вълнова форма на токовете, напреженията и мощността на мощен радиочестотен усилвател клас B |
`i_D = I_{DM} cos omegat` при `-pi/2 < omegat <= pi/2` (3)
`i_D = 0` при `pi/2 < omegat <= {3pi}/2` (4)
където `I_DM` е върховата стойност на дрейновия ток. Напрежението дрейн-сорс се дава с израза:
`u_{DS} = U_I - U_m cos omegat` (5)
Моментната разсеяна мощност в транзистора е:
`p_D(omegat) = i_D u_{DS} = I_{DM} cos omegat (U_I - U_m cos omegat)` при `-pi/2 < omegat <= {pi}/2` (6)
и съответно
`p_D(omegat) = 0` при `pi/2 < omegat <= {3pi}/2` (7)
Основната съставка на дрейновия ток е:
`I_m = 1/pi int_{-pi/2} ^{p/2} I_{DM} cos^2 omegat d(omegat) = I_{DM}/2 = pi/2 I_I` (8)
Формата на дрейновия ток се дава с формулата:
`i_D=I_{DM}cos omegat = pi I_I cos omegat` при `-pi/2 < omegat <= {pi}/2` (9)
и съответно
`i_D = 0` при `pi/2 < omegat <= {3pi}/2` (10)
Формата на напрежението дрейн-сорс е:
`u_{DS}=U_I - U_m cos omegat = U_I (1-U_m/U_I) cos omegat` (11)
Моментната разсеяна мощност в транзистора при `f = f_0` е:
`p_D (omegat) = i_D u_{DS} = I_I U_I pi cos omegat (1 - U_m/U_I cos omegat)`
`p_D (omegat) = P_I pi cos omegat (1- U_m/U_I cos omegat)` при `-pi/2 < omegat <= {pi}/2` (12)
и
`p_D (omegat) = 0` при `pi/2 < omegat <= {3pi}/2` (13)
Следователно нормализираната моментна разсеяна мощност в транзистора ще бъде:
`p_D (omegat) / P_I = pi cos omegat (1 - U_m/U_I cos omegat)` при `-pi/2 < omegat <= {pi}/2` (14)
и
 |
| Фиг.2. Нормализирана моментна разсеяна мощност `{p_D(omegat)} / P_I` при различни стойности на `U_m/U_I` и `f=f_0` на мощен радиочестотен усилвател клас B |
Нормализираната моментна загубна мощност в транзистора при различни стойности на `{U_m}/ {U_I}` и при `f=f_0` е показана на фиг.2 за мощен усилвател клас B. Когато отношението `{U_m}/{U_I}` нараства, върховите стойности на `{p_D(omegat)}/{P_I}` намаляват, което допринася за по-висок дрейнов коефициент на полезно действие (КПД).
Отношения на мощностите и коефициент на полезно действиие на усилвател клас B.
Постоянният ток на захранване е:
`I_I = 1/{2pi} int_{-pi/2} ^{pi/2} i_D d(omegat) = 1/{2pi} int_{-pi/2} ^{pi/2} I_{DM} cos omegat d(omegat)`
`I_I = I_{DM}/pi = 2/pi I_m = 2/pi U_m / R` (16)
Следователно постояннотоковото съпротивление на постояннотоковия източник `U_I` е:
`R_{DC}=U_I/I_I=pi/2 U_I/U_m R` (17)
При `U_m=U_I`
Няма коментари:
Публикуване на коментар