Режим работы транзистора и усилителя в целом определяется положением рабочей точки на динамических характеристиках. Выбор режима работы транзистора производится в зависимости от амплитуды входного сигнала и назначения усилителя. Рассмотрим режимы работы применительно к биполярному транзистору [1 c. 37]. Динамическая выходная характеристика транзистора (нагрузочная прямая) должна проходить через рабочую область статических выходных характеристик, ограниченную предельными значениями напряжения и тока коллектора (U_{к max}, I_{к max}), наибольшей мощностью, рассеиваемой коллектором, P_{к max}.

Различают режимы работы транзистора – классы А, В, АВ и С. Класс А характеризуется тем, что при подаче входного сигнала рабочая точка не выходит за пределы тех участков динамической входной и нагрузочной характеристик транзистора, где существует пропорциональность между изменениями коллекторного и базового токов. В режиме малого входного сигнала рабочая точка обычно выбирается на середине начального прямолинейного участка динамической входной характеристики (точка А‘ на рис. а), где меньше ток покоя I_к.р.т. и выше к. п. д., в режиме большого входного сигнала – на середине восходящего прямолинейного участка (точка А на рис. а). При работе транзистора в классе А ток коллектора не прекращается (транзистор всегда открыт). Ток коллектора характеризуется углом отсечки Θ, который представляет собой произведение угловой частоты входного сигнала ω на время, в течение которого значение тока коллектора изменяется от максимального до минимального [2 c. 94]. Для класса А угол отсечки Θ = 180° (см. рис. а). В этом режиме нелинейные искажения минимальны, но кпд мал (η ≈ 20…30 %). Это вызвано тем, что в классе А ток покоя I_к.р.т. всегда больше амплитуды переменной составляющей тока коллектора. Класс А применяется в усилителях напряжения и в маломощных выходных каскадах, где важны малые нелинейные искажения, а к.п.д. не имеет существенного значения.

В режиме класса В напряжение смещения U_б0 между эмиттером и базой равно нулю. Для уменьшения нелинейных искажений рабочая точка выбирается в начале динамической входной характеристики (точка А на рис. б), когда ток I_б =0 (режим, очень близкий к классу В), а ток I_к = I′_к0 ≈ 0. При подаче переменного входного напряжения ток коллектора в классе В протекает в течение половины периода, т.е. транзистор работает с отсечкой тока (см. рис. б), и угол Θ = 90° [3 c. 54]. Это создает большие нелинейные искажения в схеме. Класс В применяется в двухтактных усилителях мощности, где удается снизить нелинейные искажения и в избирательных усилителях. К.п.д. в классе В много выше, чем в классе А, и достигает 70 %.

Класс АВ занимает промежуточное положение между классами А и В. Он тоже в основном применяется в двухтактных схемах. Угол отсечки может достигать в классе АВ 120…130°. Класс АВ более экономичен, чем класс А, и характеризуется меньшими нелинейными искажениями по сравнению с классом В [4 c. 55].

В режиме класса С рабочая точка выбирается в области отсечки и при отсутствии входного сигнала транзистор заперт смещением (U_б0 > 0) (точка А‘ на рис. б). Угол Θ < 90°. КПД в классе С выше, а нелинейные искажения больше, чем в классе В. Этот режим применяется в схемах избирательных усилителей и генераторов [5 c. 64].

Рис. Положение рабочей точки при различных режимах работы усилителя

1. Интегральные микросхемы в системах управления производственными процессами: моногр. / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А. Еличев.. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 140 с.
2. Оптимизация устройства агрегации микрометрических тел с встречновращающимися лентами Мёбиуса: монография / А.В. Яшин, В.С. Парфенов, В.Н. Стригин, И.Н. Сёмов.– Пенза: ПГУАС, 2014 – 164 с.
3. Нохрин, А.Н. Электротехника и электроника. Ч 2. Электроника [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Нохрин, А.К. Кудрявцева. – Череповец: Изд-во ГОУ ВПО ЧТУ, 2007.
4. Пинт, ЭМ. Резисторный усилитель напряжения: теоретические сведения, расчет и применение [Текст]: моногр. / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
5. Пинт, Э.М. Основы теории, расчета линейных электрических цепей и электроснабжения объектов [Текст]: учеб. пособие / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.

Все статьи автора «Сёмов Иван Николаевич»