Читать «Юный техник, 2009 № 05» онлайн - страница 35

Понятие классов усиления ввели давно, когда транзисторов еще не было и все усилители строили на лампах. Проблемы экономичности усилителей стояли и тогда, может быть, даже острее, чем теперь, поскольку лампы требовали еще дополнительной энергии для накала.

Главный потребитель мощности в УЗЧ — выходной каскад, потому что именно он отдает усиленные колебания в нагрузку — динамический громкоговоритель или акустическую систему. А потребляет энергию он, естественно, от источника питания.

Рассмотрим простейший выходной каскад на одном транзисторе, работающий в классе А (рис. 1).

Напомним сразу, что коллекторный ток от источника питания через динамическую головку ВА1 и транзистор VT1 течет лишь тогда, когда

на базу транзистора подан положительный открывающий потенциал. Для кремниевых транзисторов (а подавляющее большинство современных транзисторов именно кремниевые) он должен быть не менее 0,5…0,6 В. При дальнейшем увеличении положительного напряжения на базе ток транзистора растет очень резко. Как говорят, входная характеристика транзистора нелинейна. По этой причине управлять транзистором от источника переменного звукового напряжения невыгодно — будут наблюдаться очень большие искажения сигнала.

Транзистор — токовый прибор, поэтому и управлять им нужно током, другими словами, от источника с высоким внутренним сопротивлением. Для простоты на схеме (рис. 1) показан резистор R1, имитирующий внутреннее сопротивление источника. На практике, при грамотном проектировании усилителя, используют предварительные усилительные каскады с высоким выходным сопротивлением. Отношение коллекторного тока транзистора к току базы называется коэффициентом передачи по току и обозначается как β (ранее) или В_ст. У современных транзисторов он достигает нескольких десятков и даже сотен.

Итак, чтобы открыть транзистор, нужно пропустить некоторый начальный ток через цепь базы. Он называется током смещения. Иногда его подают через дополнительный резистор прямо от источника питания. В нашей простейшей схеме ток смещения должен быть не меньше амплитуды переменного тока звуковой частоты, как показано на графике входного тока I_вх на рисунке слева, иначе возникнут искажения.

Выходной ток (график справа) также будет содержать постоянную составляющую, которая нам, вообще-то, совсем не нужна. Но мы вынуждены мириться с ее присутствием, если не хотим искажений звукового сигнала. КПД усилителя класса А очень низок, лишь при больших сигналах (при максимальной громкости) он достигает примерно 30 %, а при малых сигналах совсем мал. Ведь мы не можем убрать постоянную составляющую выходного тока I_о, иначе при больших сигналах появятся искажения. Другой недостаток — постоянный ток I_о через головку громкоговорителя ухудшает ее работу, нагревает звуковую катушку и выдвигает ее из зазора магнитной системы.

Если последнее устранить, то эти усилители воспроизводят звук очень чисто, практически без искажений при малых сигналах.