Підсилювач класу A

Найбільш поширеним класом роботи підсилювача є клас А. У підсилювачі класу A положення робочої точки активного елемента, такого як транзистор, електронна лампа або операційний підсилювач, вибирається всередині лінійної ділянки передавальної характеристики. Для спрощення аналізу передавальна характеристика підсилювального приладу (зазвичай транзистора) є шматково ламаною функцією.

Приклад вибору робочої точки транзистора, що працює в підсилювачі класу A, показаний на малюнку 1. На цьому ж малюнку показано шматково-ламана апроксимація передавальної характеристики транзистора.

транзистора
Малюнок 1. Вибір робочої точки на передавальній характеристиці транзистора в підсилювачі класу А

Вигин передавальної характеристики у верхній частині викликаний наближенням до напруги джерела живлення. Вигин у нижній частині характеристики викликається насиченням транзистора. Робочу точку підсилювача класу A вибирають зазвичай у районі половини живлення транзистора. Виняток може становити дуже нелінійна характеристика транзистора.

Режим роботи транзистора в підсилювачі зазвичай визначається за допомогою спеціальних ланцюгів зміщення. Найбільш відомі такі схеми живлення транзистора:

При цьому не має значення яка схема включення транзистора використана в каскаді посилення:

Відмінною особливістю підсилювача класу A є вибір напруги на колекторі транзистора (або на стоку польового транзистора) рівним половині напруги живлення транзисторного каскаду підсилювача. Як приклад схеми, що забезпечує роботу транзистора в підсилювачі класу A, на малюнку 2 наведена схема підсилювального каскаду з ОЕ та емітерною стабілізацією.

підсилювача
Малюнок 2. Схема, що забезпечує роботу транзистора в підсилювачі класу A

Детальне пояснення принципів роботи даної схеми підсилювального каскаду та розрахунку її елементів розглянуто у статті "Емітерна стабілізація". У підсилювачах радіочастоти замість опору навантаження R3 зазвичай застосовують високочастотний дросель як на принциповій схемі підсилювача, наведеної на малюнку 3.

підсилювача
Малюнок 3. Схема високочастотного підсилювача класу A

Вибір польового транзистора обумовлений нижчим значенням шумів польових транзисторів високих частотах. При цьому напруга затвор формується резистивним дільником R1R2, як і в попередній схемі. Подібне рішення застосовується у таких мікросхемах як RF2360 фірми RF Micro Devices, ADL5521 фірми Analog Devices та ін. На біполярних транзисторах так виконано мікросхему GALI-74 фірми Mini-Circuits.

У складі сучасних інтегральних мікросхем для зменшення напруги живлення та зниження чутливості до синфазних перешкод часто застосовується схема диференціального підсилювача. Схема диференціального підсилювача класу A, наведено малюнку 4.

підсилювач
Малюнок 4. Схема диференціального каскаду підсилювача класу A

Подібне рішення застосовується у таких мікросхемах як AD8351 фірми Analog Devices.

Підсилювачі класу A характеризуються високою лінійністю посилення, причому чим менше буде рівень сигналу на виході підсилювача, тим вища його лінійність. Саме цією обставиною пояснюється інтерес до лампових підсилювачів звукової частоти, що зберігається до цього часу (І чим не влаштовують сучасні високовольтні потужні польові транзистори?).

Як ми вже обговорювали у статті "нелінійні спотворення вузлів РЕА", нелінійність для підсилювачів звукової частоти і для високочастотних підсилювачів, у тому числі й підсилювачів проміжної частоти, істотно відрізняється. Тимне менш, і для тих, і для інших важливо, щоб обмеження корисного сигналу наступало при більшому його рівні. Це залежить від напруги живлення підсилювача і від того, наскільки точно робоча точка транзистора буде розташовуватися на середині лінійної ділянки передавальної характеристики.

При посиленні досить потужних сигналів як звукового, так і радіочастотного частотного діапазону дуже важливий такий параметр, як коефіцієнт корисної дії. Цей коефіцієнт визначається як відношення корисної потужності сигналу до потужності, яка споживається від джерела живлення. Визначимо максимальну потужність, що віддається у навантаження.

(1),

При цьому потужність споживана від джерела живлення становить:

(2),

На малюнку 1 видно, що максимальне значення амплітуди синусоїдального струмуIaможе бути дорівнює струму, що споживається від джерела живленняIп, а максимальне значення амплітуди напруги - половині напруги живлення (для схеми, наведеної малюнку 2). Тоді максимальна к.п.д. для підсилювача класу A дорівнюватиме:

(3),

Тобто максимальна к.п.д. складає 25%. У схемі диференціального каскаду, наведеної малюнку 4, чи схемі, наведеної малюнку 3 можна одержати максимальну амплітуду сигналу (між виходом- і виходом+) рівну напруги живлення, отже к.п.д. дорівнюватиме 50%, а на практиці вдається отримати 20. 30%. Тому підсилювачі, що працюють у класі A, зазвичай застосовується в малопотужних каскадах посилення.

Винятком є ​​високоякісна звукопідсилювальна техніка. В цьому випадку мова про жодну економічність не йде! Всі чули про "ламповий звук" або "транзисторне звучання". При цьому, при порівнянні якості звучання всі чомусь забувають, що вихідний каскад лампових підсилювачівзвукової частоти завжди працює у класі A, а вихідні каскади транзисторних підсилювачів у класі B. При реалізації сучасних транзисторних підсилювачів із вихідними каскадами класу A відрізнити звучання транзисторного підсилювача від лампового неможливо.

  1. Steve C. Cripps RF Power Amplifiers for Wireless Communications - ARTECH HOUSE, INC., 2006
  2. Marian K. Kazimierczuk RF Power Amplifiers - John Wiley & Sons, Ltd 2008
  3. Класифікація електронних підсилювачів.
  4. Простий підсилювач потужності класу "А" з ламповим звуком.

Разом зі статтею "Підсилювач класу A" читають: